jngg-2012-667

Journées Nationales de Géotechnique et de Géologie de l’Ingénieur JNGG2012–Bordeaux 4-6 juillet 2012

‐ 667 ‐

CARACTERISATION DES EFFONDREMENTS DE TERRAIN DANS LA ZONE DE SAWALH EL JADIDA MAROC

CHARACTERIZATION OF THE COLLAPSE OF LAND IN THE AREA SAWALH. EL JADIDA,MOROCCO

Madiha EL BAKAY1, Azzouz KCHIKACH1, Said CHIBOUT2

1 Equipe de recherche Génie Civil et GéoIngénierie, Université Cadi Ayyad, Marrakech, Maroc, [email protected] 2 Bureau d’étude AfricaGéoservices, Laayoune, Maroc, [email protected]

RÉSUMÉ — Cette communication concerne une étude de localisation des zones de cavités provoquant des effondrements de terrain via la réalisation de mesures microgravimétriques. La présence des cavités est liée à la présence des formations gypsifères qui appartient à la base du Cénomanien marneux et qui se lessivent à des profondeurs de 100 m. L'aléa est important et la vulnérabilité est forte dans certains secteurs. Ainsi, les dégâts qui peuvent être causés sont majeurs. Les enjeux sont donc considérables. La caractérisation géophysique par microgravimétrie (cartes microgravimétrique, modélisation gravimétrique) a permet de localiser des anomalies négatives pourront correspondre à des cavités ou à des formations de faibles densité. A partir de la localisation desdites anomalies une carte de l’aléa d’effondrement a été élaborée.

ABSTRACT — This paper concerns a study of locating areas of cavities causing cave-ins via the realization of microgravimetric measurements. The presence of the cavities is related to the presence of gypsiferous formations which belongs to the base of marl Cénonien leach at depths of 100 m. The hazard is significant and vulnerability is high in some areas. Thus, the damage that can result are major. The stakes are considerable. Geophysical characterization by micro-gravity (microgravimetric maps, gravity modeling) was used to locate negative anomalies which may be correspond to cavities or low density formations. From the location of these anomalies a map of areas at risk of collapse was developed

1. Introduction

Beaucoup de sols et sous-sols peuvent présenter des problèmes pour l’ingénierie géotechnique. En fonction de leur nature, de la composition minéralogique de leur phase solide, de la teneur et du chimisme de l’eau d’imbibition, ils peuvent subir soit un phénomène de retrait-gonflement, soit une dissolution suivie du développement de cavités puis collapse. De tel processus peuvent engendrer des désordres au niveau du bâti et des infrastructures allant parfois leur ruine totale. Le phénomène de retrait-gonflement est plus particulièrement présent dans les sols argileux et argilo-limoneux riche en minéraux dits gonflants (Montmorillonite, Illite et


‐ 668 ‐

certains inter-stratifiés). La variation de leur teneur en eau, conduit à un changement de leur volume qui si les fondations ne sont pas bien conçues provoque des dommages au niveau des bâtiments et chaussées. Le processus de dissolution du sol et sous-sol, intervient plutôt dans les formations riches en carbonates et sulfates. La sensibilité de la calcite, du gypse et de l’anhydrite vis-à-vis des eaux météoriques agressifs conduit à l’apparition de cavités souterraines généralement suivi par un développement vertical du fontis jusqu’en surface. Ils menacent alors la sécurité des personnes et des biens situés à leur aplomb ou dans leur voisinage immédiat. Dans la commune rurale de Sidi Smail située à 50 km au SE de la ville d’El Jadida au centre du Maroc (Figure 1, localisation et photo), la présence d’un réseau de cavités souterraines dans le sous-sol est à l’origine de nombreux affaissements et développement des fontis jusqu’au surface provoquant parfois l’effondrement des habitats pour certains riverains. Ces cavités sont d’origine karstique, probablement liées à la dissolution de gypse contenu dans une formation salifère située à une dizaine de mètres de profondeur. Ce sujet préoccupe les autorités locales car il entrave le développement des extensions des constructions du centre rural. En effet la zone prévue pour les nouvelles constructions montre de nombreux affaissements et effondrements qui sont peuvent être parfois d’une ampleur importante. Tout l’intérêt est tourné vers la mise en œuvre d’une méthode de reconnaissance pouvant localiser les sources de ces effondrements pour éviter de construire à leur aplomb. Les travaux géophysiques par microgravimétrie et sondages électriques verticaux (SEV) que nous avons menés pour tenter de cartographier sous couvertures les zones à risques ont permis de mieux rendre compte de l’ampleur du phénomène karstique dans la zone étudiée et dresser une carte préventive pour cet aléas. Les résultats obtenus montrent que le contraste physique (densité et résistivité électrique) entre les zones à risque et celles considérées normales peut être utilisé pour une cartographie fine des cavités souterraines dans la région de Sidi Smain. Ces mêmes paramètres ont donné satisfaction pour appréhender ce type de problème dans des contextes géologiques similaires à celui de la région étudiée.

2. Contexte géologique et hydrogéologique

La commune de Sidi Smail fait partie le bassin des Doukkala appartenant à la Meseta marocaine (Figure 1) : celle-ci est définie par le régime tabulaire, secondaire et tertiaire reposant sur des terrains primaires fortement plissés par l’orogenèse hercynienne. On trouve des séries sédimentaires allant du Paléozoïque au Miocène, sur lesquelles viennent des dépôts transgressifs plio-quaternaires. On remarque l’absence des terrains éocènes. Le Plioquaternaire se caractérise par des limons, des grés, des sables et des conglomérats, tandis que les formations méso-cénozoiques comportent des argiles, des basaltes, des calcaires gypseux, des grés et des marnes. Le Paléozoïque est représenté par des schistes, des quartzites et des dolomies reposant sur un substratum d’âge précambrien composé de rhyolites. Sur le plan hydrogéologique, les principaux aquifères exploitables dans la zone d’étude sont d’âge mésozoïque, cénozoïque et plioquaternaire. Des dépôts plus


‐ 669 ‐

anciens comme par exemple les schistes et les quartzites très fissurés du Paléozoïque peuvent constituer des réservoirs pour l’eau souterraine en bordure sud et sud-est de cette zone. La productivité de ces réservoirs et/ou la qualité des eaux souterraines les rendent difficile à exploiter.

Figure 1 . Localisation de la zone d’étude

3. Travaux réalisés

La problématique traitée par cet article, comme est introduit, concerne la détection et la localisation des cavités au niveau de la zone d’étude ainsi que la détermination des zones à risque. Pour ce faire, nous avons réalisé une campagne géophysique sur une surface de 2x2 km² où la zone d’effondrement correspondrait au centre de l’étude (Figure 2). Les travaux de terrain consiste en la réalisation des mesures microgravimétriques où les stations sont réparties sur une maille de 20x100 m (790 stations microgravimétriques).Les cotes altimétriques des différentes stations microgravimétriques ont été relevées à l’aide d’une station topographique totale de type Leïca TC407 (Distance mètre + Théodolite). La démarche entreprise pour la réalisation des mesures précitées et de leurs interprétations est la suivante :Les mesures sur le terrain comporte d’abord une partie de topographie dans laquelle les points de mesure ont été repérés en coordonnées horizontales (x et y) et en cote (z) avec pour les différences d’altitude entre celle de la base et celle de chaque point de mesure (station). Les mesures s’effectuent à partir de la base avec un cheminement de station en station et un retour à la base suivant une période approximative inférieure à 1 h. Toutes les stations sont visitées au moins une fois, mais au moins 20 % d’entre elles ont été reprises. Ceci à fin de déterminer la précision des mesures (calcul de l’écart moyen). Le calcul de l’anomalie de Bouguer et les corrections sont effectués à la fin de la journée. Le traitement des données obtenues s’est fait à l’aide du logiciel


‐ 670 ‐

GRAVMASTER version 1.3 de GEOTOOLS. Pour la modélisation des profils microgravimétriques nous avons utilisé le logiciel GM-SYS de Oasis Montaj.

4. Résultats et discussion

Le traitement et la modélisation des mesures microgravimétriques permettent de détecter les cavités grâce à l’absence de masse qu’elles représentent dans un encaissant par ailleurs assez homogène. C’est du moins l’hypothèse que l’on doit faire pour interpréter les résultats. Après l’établissement des mesures sur terrain, nous avons établi les cartes de l’anomalie de Bouguer, de l’anomalie résiduelle, du gradient vertical d’ordre 1 et du gradient horizontal, pour trois densités différentes, à savoir 2,20 2,40 et 2,67 à l’échelle 1/10 000. Seule la masse volumique d = 2,67 g/cm3 est utilisée pour la cartographie gravimétrique. Après avoir effectué les lectures en chaque station, en tenant compte du terme de marée lunisolaire, de la dérive instrumentale et de la hauteur du microgravimètre, nous avons calculé l’anomalie de Bouguer. Ensuite, nous avons effectué la correction de latitude en utilisant la formule de 1930 (Cassini, 1930). Pour les corrections de Faye et de plateau, nous avons tenu compte de la courbure du plateau infini. Ensuite, nous avons calculé la correction topographique pour les zones proches et lointaines, à savoir les zones de Hammer B (17 m) et M (21 km).Une fois toutes les corrections gravimétriques appliquées aux mesures, la carte de l’anomalie de Bouguer a été établie.Cette carte exprime la présence d’un gradient positif du sud vers le nord. La valeur de l’anomalie de Bouguer obtenue varie de 23,42 à 26,79 mgals. Ensuite et en se basant sur la carte de l’anomalie de Bouguer, nous avons soustrait le gradient régional pour extraire l’anomalie résiduelle correspondante (Figure 2). Pour ce faire, l’anomalie régionale a été définie en calculant une surface de tendance du deuxième degré, utilisant les moindres carrés (Gabalda et Bonvalot, 1997) appliqués à toutes les données. Cette carte a mis en évidence plusieurs zones anomaliques négatives et positives, avec des amplitudes significatives : • Pour le secteur où se trouve la fosse, nous avons une anomalie négative d’une amplitude de -100 µGal marquée par un déficit de masse par rapport à l’encaissant, et plus au nord-ouest de la fosse nous avons une seconde anomalie (GH) bien différenciée, d’une amplitude de -200 µGal, et qui présente un intérêt plus particulier en terme de découverte ; • Pour les secteurs SO, NE et Est de la fosse, nous trouvons de larges anomalies négatives, correspondant plutôt à des structures formationelles constituées de matériel léger (faible densité) et qui peuvent correspondre à des anciens chenaux ; • D’autres secteurs, par contre, présentent des anomalies gravimétriques positives (grandes amplitudes), correspondant à des excès de masse. Afin de pouvoir déterminer l’ampleur et la profondeur des anomalies négatives localisée, nous avons eu recours à une modélisation gravimétrique (Figure 2). Le modèle numérique obtenu, présente un ensemble de trois cavités : la première (F1) au niveau de la fosse, son toit se situe à 21 m de profondeur, la deuxième (F2)


‐ 671 ‐

correspond à l’anomalie GH, elle est plus grande que la première, son toit est proche de la surface, la troisième cavité (F3) est mise en évidence au NO du profil, elle est très petite autant en amplitude qu’en géométrie, son toit est également proche de la surface. D’autre part deux forages situés à une dizaine de mètres à l’est de la première fosse, montrent la présence des calcaires gypsifères à 50 m de profondeur et sur 26 m d’épaisseur ainsi que des couches de gypse plus profondes et sur une épaisseur de 8 m. La présence du gypse appuie l’hypothèse que les cavités rencontrées au niveau de l’aire de l’étude sont issues du lessivage des formations gypseuses sous l’action des circulations des eaux souterraines.

Figure 2 . Plan de localisation des mesures microgravimétriques, carte de l’anomalie résiduelle, modélisation microgravimétrique

En se basant sur les données microgravimétriques interprétées, une carte des zones à risque a été établie (Figure 3). Cette carte regroupe les anomalies négatives remarquées lors de la réalisation de la carte d’anomalie résiduelle et peuvent susciter la présence de cavités ou de formation à faible densité à leur aplomb.L’identification


‐ 672 ‐

de ces zones, permettra de cerner la zone de prospection future pour pouvoir agir en amont et éviter les conséquences désastreuses des instabilités engendrées par les cavités souterraines.

Figure 3 . Carte des zones à risque d’effondrement

5. Conclusion

Les résultats des premières expérimentations géophysiques entreprises au niveau de la zone d’étude ont mis en évidence l’importance de la réalisation d’un levé microgravimétrique dense pour la délimitation des zones susceptibles de présenter un risque d’effondrement. Ces résultats peuvent être directement exploités par les autorités locales en terme de prévention et de planification des plans d’aménagement et de développement des centres relevant de la commune de Sidi Smail.


‐ 673 ‐

Certaines anomalies négatives que nous avons interprétées comme un déficit de masse sont attestées par la fosse affleurante illustrée dans la figure 1 et par l’abondance de couches riches en gypse que montrent les forages situés à une dizaine de mètres de celle-ci. Néanmoins nous recommandons de contrôler les autres anomalies par la réalisation d’un certain nombre de forages mécaniques, pour une meilleure quantification des niveaux gypseux à leur aplomb.

6. Remerciements

Les auteurs remercient l’équipe de Géoatlas pour leur aide et leurs efforts consentis pour l’aboutissement de ce travail.

Références bibliographiques

Bell F. (2000). Engineering Properties of Soils and Rocks, Blackwell Science, Oxford, pp. 482.

Gabalda G., B S. (1997). Programme de traitement des données gravimétriques Scintrex CG‐3/3M

version 2, laboratoire de géophysique ORSTOM, pp. 84.

Hunt R. (2007). Characteristics of Geologic Materials and Formations (A Field Guide for Geotechnical

Engineers). Taylor & Francis, London, pp.400.

Keary P., Brooks M. (1991). An introduction to Geophysical Exploration. Blackwell Scientific

Publications, 2e édn, pp.296 .

Parasnis D. (1997). Principles of applied geophysics, Chapman & Hall, pp.275.

Reynolds M. (1997). An Introduction to Applied and Environmental Geophysics, Wiley, Chichester,

UK, pp.796.

Seguin M. (1971). La géophysique et les propriétés physiques des roches. Ed. Les Presses de

l'Université de Laval, pp. 562.

Telford M., Geldart P., Sheriff R. (1990). Applied Geophysics. Cambridge University Press, 2ème édn,

pp.770.


‐ 674 ‐

jngg-2012-667

Documents

the realization

the stakes

from the location

the hazard is significant

land in the area sawalh

the damage that can

formations riches

formations gypsifres