Les risques géotechniques dans un projet routier

INTRODUCTION

Les projets de construction peuvent être considérablement complexes et chargés de risques et incertitudes. Ces derniers peuvent devenir nuisibles pour le projet de construction (FLANAGAN et al, 2006).
Dans ce chapitre nous allons dans un premier temps donné quelques concepts et définitions liées à la notion du risque, décrire les différents types de risques en se focalisant sur les risques géotechniques. Par la suite, on présentera l’importance de la géotechnique dans un projet routier ainsi que l’enchainement des missions géotechniques suivant la norme NFP94 500(2013).On conclura par l’exposé des différents outils et méthodes de maitrise des risques et comment choisir la méthode la plus adapté au type de projet.

LES NOTIONS DU RISQUE

Définition du risque

La notion « risque »recouvre des significations différentes pour : le spécialiste de l’environnement, l’assureur, le banquier, l’ingénieur, etc.
Se basant sur la notion ‘évènement’ ; Le risque se définit comme une entité à deux dimensions ; probabilité d’une part et conséquences d’autre part : mesure d’un danger associant une mesure d’occurrence d’un évènement indésirable et une mesure de ses conséquences.
Selon BERNOULLI (1738), le risque est l’espérance mathématique d’une fonction de probabilité d’évènements.
Dans le domaine financier : Le risque est défini comme un élément d’incertitude qu’on peut quantifier et qui affecte le déroulement d’une opération économique ou des activités financières.
Selon LE PETIT ROBERT (1996), le risque se définit comme un danger éventuel plus ou moins prévisible « l’éventualité d’un évènement ne dépendant pas exclusivement de la volonté des parties et pouvant causer la perte d’un objet ou tout autre dommage ».
Selon la norme ISO 31000 (2009) : le risque est défini comme : « l’effet de l’incertitude sur l’atteinte des objectifs ».
Dans l’ingénierie civile, le risque est défini comme le produit de la probabilité d’occurrence d’un évènement (aléa) par la conséquence de cet évènement (vulnérabilité).
Alors, on peut conclure qu’un risque est défini et mesuré comme le produit d’un aléa par une vulnérabilité.
• Risque=aléa*vulnérabilité
• Risque = (Probabilité*Intensité)*Vulnérabilité
• Risque = Probabilité*(Intensité*Vulnérabilité)
• Risque = Probabilité*Gravité.
On retient pour notre travail la dernière relation de risque définie comme le produit des deux dimensions : Probabilité d’occurrence et Gravité.

L’aléa

On appelle un « aléa » un évènement potentiellement dangereux. Il devient un risque s’il s’applique à une zone où des enjeux : humaines, économiques, environnementaux sont en présence (BEKKOUCHE, 2017).
L’aléa qualifie tout événement, phénomène ou activité humaine imprévisible (BREYSSE, 2009).Il est souvent accompagné d’une quantification : fréquence ou probabilité d’un phénomène d’une nature et d’une intensité donnée, dans une zone géographique donnée et sur une durée de référence, et qui peut provoquer la perte de vies humaines, des blessures, des dommages à l’environnement ou matériels ainsi que des perturbations sociales ou économiques.
Généralement, les aléas peuvent être classifiés comme suit:
a) Aléas naturels : il correspond à un processus physique soit climatique soit à la dynamique de terre : tempête, vague de froid, forte précipitations ou sécheresse, tsunamis, inondation, volcanisme, orage.
b) Aléas technologiques : équipements industriels, pesticides, herbicides.
c) Aléas sociaux : les guerres, sabotage, terrorisme, les maladies.

La vulnérabilité

La vulnérabilité est un ensemble de processus et conditions résultant au moment de la catastrophe. Donc « La vulnérabilité » est l’impact d’un risque sur les enjeux, elle peut être physique ou fonctionnelle humaine, socio-économique et environnementale.
La norme ISO Guide 73/2009 définit la vulnérabilité comme la propriété intrinsèque de quelque chose entrainant une sensibilité à une source de risque pouvant induire une conséquence.

Probabilité

Suivant ISO Guide 73 (2009), la probabilité est définie comme « Le degré de vraisemblance pour que le risque se produise ».
Cette probabilité peut être évaluée de manière qualitative ou quantitative.
• L’évaluation qualitative consiste à affecter une valeur sur une échelle ordinale (par exemple : très faible, faible, forte et très forte).
• L’évaluation quantitative quant à elle, affecte une valeur numérique à cette probabilité.
Elle est aussi définie comme « la mesure de la possibilité d’occurrence exprimée par un chiffre entre 0 et 1 :
• Zéro (0) indiquant une impossibilité et Un (1) indiquant une certitude absolue » (ISO Guide 73, 2009).

Gravité

La gravité est la mesure de l’intensité des conséquences susceptibles de résulter de l’occurrence d’un évènement indésirable ou d’un aléa. La gravité peut aussi être utilisée en phase de prévision : c’est alors une évaluation de l’impact probable de danger (BREYSSE ,2009).

TYPES DE RISQUES

Les risques dans la construction peuvent être subdivisés en deux catégories : les risques naturels et les risques anthropiques.
Les risques naturels : aussi connus comme risques environnementaux qui touchent directement la construction ou non comme : les catastrophes naturelles, l’état climatique, les conditions géologiques et géotechniques du site.
Ils sont définis selon BREYSSE(2009) comme suit : « Le risque naturel est un évènement dommageable intégrant une certaine probabilité, conséquence d’un aléa naturel susceptible de survenir dans un milieu vulnérable ». Selon la nature de l’aléa, le risque naturel peut être classé en plusieurs catégories (BREYSSE, 2009) :
Risques d’origine tellurique : volcanisme, séisme…
Risques d’origine climatiques et météorologiques : sécheresse, tempêtes…
Risques d’origine géologique : mouvements de terrain…
Les risques anthropiques : le mot anthropique vient du mot grec « anthropos » c’est à dire «homme » et de là on dit que les risques anthropiques sont les actions relatives à l’activité humaine.
Les risques anthropiques présentent plusieurs catégories de risques. On retrouve :
Risques technologiques
Risques liés aux conflits
Risques professionnels
Risques de la vie quotidienne
Risques de transport collectifs

LES RISQUES GÉOTECHNIQUES DANS UN PROJET ROUTIER

Comme le sol est l’assise de tout ouvrage, la connaissance des risques géotechniques est indispensable pour tous les projets.
Pour les projets routiers on peut distinguer quatre catégories de risques géotechniques présenté dans la figure1.1 suivante :

Les glissements des terrains

Les glissements de terrains sont les mouvements des masses de terrain en pente. Ces mouvements peuvent être des déplacements soudains ou lents et progressifs et qui touchent les terrains meubles sensibles à l’eau, ce dernier est en général un facteur déclencheur du glissement. La figure ci-dessous représente un glissement de terrain.
Le passage de l’état stable à l’état instable est lié à des causes nombreuses et variées qui Viennent s’ajouter aux conditions initiales, intrinsèques au terrain. On distingue des causes directes et indirectes:

Les causes directes (AMAROUCHE et BADOUD, 2015)

Le climat

• L’infiltration d’eau dans un terrain (pluie, neiges, etc.) a des conséquences sur la cohésion du matériel qui offre, de fait, moins de résistance au cisaillement.
• Des surpressions se produisent sous des blocs ou sous terrain lui-même, s’il y’a une importante présence d’eau. Notamment lorsqu’une partie du terrain est gelée.
• Le poids du sol augmente avec l’humidité, ce qui augmente les forces déstabilisantes.

Causes mécanique

• Sismicité et vibration dues à un séisme ou à des activités humaines ;
• Augmentation momentanée du poids du terrain qui peut suffire pour que le seuil de stabilité soit franchi et que le terrain se met en mouvement.
• Le phénomène de thixotropie : soumis à des vibrations, certain matériaux comme les argiles, par exemple, peuvent passer de l’état solide à l’état liquide.
• Modification de la répartition des masses par érosion en pied de versant par une Rivière par exemple ou par surcharge en haut d’une pente lors de la construction des ouvrages de génie civile ou génie minier.

Causes indirectes (AMAROUCHE et BADOUD, 2015)

La géologie

• La lithologie (composition, texture, granulométrie, caractères). Par exemple dans le cadre d’un glissement, les argiles sont particulièrement sensibles à l’eau.
• La structure : le pendage, la présence de joints soit de stratification, de plis ou de schistosité.

La pente

• Les pentes les plus sujettes aux glissements ont une inclinaison qui va de 20 à 30 °

La végétation

• La végétation a un rôle non négligeable car elle intervient au niveau des échanges d’eau (évapotranspiration) et au niveau de la cohésion et de la fixation du sol.

Le contexte hydrogéologique et hydrographique

• En premier lieu il concerne, la perméabilité du massif, les circulations d’eau souterraine, le drainage (hydrogéologie) et en deuxième lieu le réseau hydrographique (ruissellement, proximité d’une source).

Le contexte climatique

• Englobant la pluviométrie annuelle totale, la répartition des précipitations annuelle, la possibilité d’accumulation de neige, et la température moyenne ainsi que l’évolution climatique.

Les éboulements

Les éboulements (ou chute des roches) sont des phénomènes qui touchent les roches cohérentes ; Ils sont généralement précédés par un glissement ou un basculement de la masse rocheuse concerné (Figure1.3).
Les principales causes d’éboulement sont (CHERKI et HEMAHMI, 2014) :
• La nature des terrains et les conditions hydrogéologiques et géologiques ;
• La croissance de la végétation ou au contraire sa disparition ;
• Les pressions hydrostatiques dues à la pluviométrie et à la fonte des neiges ;
• Écroulement de la falaise qui limite un massif de roche fissuré ;
• Variations de températures (Gel et dégel) ;
• Les séismes représentent un facteur aggravant ;
• Eau : plusieurs types de circulation d’eau affectent les formations de la falaise :
• L’érosion en surface par les eaux de pluie ;
• L’action souterraine des eaux de pluie infiltrées (processus plus ou moins lents de dissolution ou d’érosion interne augmentant les fissurations ; remontées de nappes) ;
• Érosion par les eaux de ruissellement du talus argileux de la base de la falaise.

Les coulées boueuses

Les coulées boueuses sont des phénomènes rapides qui affectent les masses des matériaux remaniés soumis à une forte pression de l’eau. Cela est à cause de la perte de cohésion dans ces matériaux (Figure 1.4).
Soit d’une forte pluviométrie ou d’une fonte des neiges ; l’eau représente le facteur déclencheur des coulées de boues. Les coulées apparaissent dans des matériaux meubles lorsque leur teneur en eau augmente de manière importante. La mise en mouvement de ces matériaux a pour origine une perte brutale de cohésion.

Affaissement/Effondrement

Ces deux risques naturels sont des déformations à la surface verticale de terrain qui peuvent causer des ruptures visibles ou non et qui passent rapidement ou lentement (Figures1-5,1-6)
Les affaissements sont généralement provoqués par : (CHERKI et HEMAHMI, 2014)
Les infiltrations d’eau (eaux usées, eaux pluviales, eaux de drainage) ;
La consolidation progressive de sédiments subactuels plus ou moins organiques ;
Évolution de cavités souterraines ou des vides naturels par dissolution de roches solubles, calcaires, gypses, etc. ;
Le dégel ou la sécheresse.

Retrait/Gonflement

Ces phénomènes lents sont liés aux variations hydriques du sol. Ils conduisent à la détérioration des infrastructures et parfois des bâtiments (Figure 1.7).
Les facteurs intervenant dans le retrait-gonflement sont :
• Caractéristiques du sol : nature, hétérogénéité ;
• La topographie de surface : elle constitue un facteur permanent de prédisposition et d’environnement qui peut conditionner la répartition spatiale du phénomène de retrait/gonflement ;
• Variations climatologiques : durée des périodes de pluie et des périodes de sécheresse ;
• Modifications de l’équilibre hydrique crées par imperméabilisation, drainage, concentration de rejet d’eau pluviale ;
• La présence de végétation : phénomène accentué par la présence importante d’arbres à proximité, qui accentuent considérablement l’ampleur du phénomène en augmentant l’épaisseur de sol asséché.

Les risques anthropiques

L’instabilité des talus en remblais et en déblais

L’instabilité des talus en remblais et en déblais est due au changement de la topographie ou l’équilibre des masses comme la création des surcharges au sommet d’un talus ou la suppression d’une butée stabilisatrice en pied.

Les tassements du sol

Le tassement peut être provoqué par des vibrations dus au séisme ou par le poids des engins du trafic routier ou par rabattage de niveau de la nappe phréatique.

Les risques affectant les chaussées

Les déformations

Les déformations de la chaussée sont dues à la charge lourde des véhicules issue d’un sous dimensionnement ou fatigue de la chaussée (changement des propriétés mécanique de la chaussée)

Les fissurations

Les fissurations sont principalement dues à l’effet du gel et dégel et à cause de la fatigue de la chaussée. Elles affectent surtout la couche de roulement.

Les arrachements

Les arrachements sont des phénomènes qui touchent uniquement la couche de roulement. Ils s’expliquent par un double phénomène : le climat et la circulation comme présenté dans la (Figure1-8) ci-dessous :

Incertitudes de transformation

Trois familles de raisons expliquent la majorité des défaillances : le manque de coordination entre spécialistes de différents champs disciplinaires, le manque de communication entre concepteurs, constructeurs et clients, l’incapacité à résister de façon optimale aux pressions (on peut qualifier de pression l’environnement économique, social, politique… ou l’ego de l’ingénieur). Réduire de façon significative la fréquence et l’importance des défaillances requiert donc d’identifier, de maîtriser et d’efforcer de réduire les risques liés aux facteurs humains. La défaillance est l’aboutissement d’une séquence causale complexe. Chaque stade de la séquence est affecté d’incertitudes souvent difficiles à évaluer. Certains des éléments intervenant dans les séquences causales ne sont pas aisément modélisables. C’est par exemple le cas d’une erreur de calcul grossière dans un projet ou de l’oubli d’une circonstance possible (FAVRE, 2004, cité par FELLAHI, 2012).

L’IMPORTANCE DE LA GÉOTECHNIQUE DANS UN PROJET ROUTIER

La prolifération des constructions sous toutes leurs formes ainsi que leurs extensions à des terrains de moins en moins favorables avaient montré que la géologie ne répondait plus aux besoins des techniciens de la construction. C’est pour parer à cette constatation d’insuffisance que s’est développée la discipline dite ‘’la géotechnique’’ (BEKKOUCHE, 2016).
La compréhension de l’ingénierie géotechnique comme elle est connue aujourd’hui a commencé depuis le dix-huitième siècle (SKEMPTON, 1985, cité par BRAJA, 2006).
Depuis longtemps l’art de l’ingénierie géotechnique a été basé seulement sur l’expérience des générations passée sans aucun caractère scientifique. Sur la base de ces expériences plusieurs structures ont été construites, certaines se sont effondrées, d’autres existent jusqu’à maintenant. D’après, Karl Terzaghi, le fondateur de la nouvelle ère en mécanique de sol, a conduit les ingénieurs a développé des branches en géotechnique spécifiques à la nature de l’ouvrage. Allant de l’ouvrage d’art (barrage, viaduc…) jusqu’à une simple maison.
Parmi ces branches on cite la géotechnique routière.
La géotechnique routière est la branche qui s’intéresse à étudier les sols à usage routier, elle traite les problèmes liés à la route dans ces différentes couches ; plate-forme, couche de fondation, couche de base.
La construction d’une infrastructure routière nécessite des études géotechniques fiables et bien gérées pour développer des solutions techniques aux problèmes structurels de chaussée, de traitement des déblais, des remblais lors des travaux de terrassement et pour donner à la route les caractéristiques géométriques et techniques la rendant compatible avec sa destination fonctionnelle, aussi vis-à-vis des contraintes physiques des sols traversés.
Finalement, pour assurer la meilleure pérennité, la sécurité totale de l’ouvrage et pour faire lever un maximum d’incertitudes sur le sol et le sous-sol pour la conception et la stabilisation de n’importe quel projet de construction ; il est nécessaire de donner aux études géotechniques toute leur importances. Elles doivent être effectuées par un géotechnicien qualifié tout le long de cycle de vie du projet.

LES MISSIONS GÉOTECHNIQUES SUIVANT LA NORME NF-P94 500 V2013

L’ingénierie géotechnique doit comprendre et expliquer les comportements des sols pour assurer la bonne projection du projet sur le terrain. Ainsi, la norme NF-P 94 500(2013) définit les différentes « missions d’ingénierie géotechnique classification et spécification ».Ces missions doivent suivre les étapes d’élaboration et de réalisation de tout projet pour contribuer à la maitrise des risques. Chaque mission s’appuie sur des investigations géotechniques spécifiques.
La norme NF-P94 500 précise pour chaque mission les éléments à réaliser par le géotechnicien, les éléments à fournir afin de réaliser la mission dans les meilleures conditions. La figure 1-9ci-dessous représente l’enchaînement de ces missions.

OUTILS ET MÉTHODES DE MAITRISE DES RISQUES

Il existe plusieurs outils et méthode pour la gestion des risques, le manager de projet doit être capable de choisir la méthode la plus adaptée au projet.

AMDEC

L’AMDEC est l’analyse des modes de défaillance, de leurs effets de leur criticité .Selon la norme CEI-300-3-9(1995), l’AMDEC est une technique fondamentale d’identification et d’analyse de la fréquence des dangers qui analyse tous les modes de défaillances d’un équipement donné et leurs effets tant sur les autres composants que sur le système lui même.
Cette analyse vise d’abord à identifier l’impact de chaque mode de défaillance des composants d’un système sur ses diverses fonctions et ensuite hiérarchiser ces modes de défaillances en fonction de leur facilité de détection et de traitement.

Historique et domaine d’application

La méthode Analyse des Modes de Défaillances de leurs Effets de leurs Criticité est traduit de l’anglais « Failure Mode and Effect Analysis(FMEA) » est apparue fin des années 1950.La méthode fut ensuite appliquée à plusieurs domaines.
La méthode a fait ses preuves dans le domaine d’industrie : Spatiale, armement, mécanique, électronique, électrotechnique, automobile, nucléaire, aéronautique et informatique. Il existe 3 types de L’AMDEC suivant le système à analyser : AMDEC produit, processus et production.

AMDEC processus

L’AMDEC processus est utilisée pour étudier les défauts potentiels d’un produit nouveau ou non, engendrés par le processus de fabrication .Elle est mise en oeuvre pour évaluer et hiérarchiser les défauts potentiels d’un produit dont les causes proviennent de son processus de fabrication. S’il s’agit d’un nouveau procédé, l’AMDEC processus en permettra l’optimisation, en visant la suppression des causes de défauts pouvant agir négativement sur le produit, s’il s’agit d’un procédé existant, l’AMDEC processus permettra l’amélioration.

Principe de la méthode

L’AMDEC est une technique inductive d’analyse et de prévention qui permet :
• D’évaluer les effets et la séquence des évènements provoqués par chaque mode de défaillance des composants d’un système sur les diverses fonctions de ce système.
• Déterminer l’importance de chaque mode de défaillance de fonctionnement normal de système et en évaluer l’impact sur la fiabilité et la sécurité de système considéré.
• Hiérarchiser les modes de défaillance connus suivant la facilité que l’on à les détecter et les traiter.
Lorsqu’il est nécessaire d’évaluer la criticité d’une défaillance (probabilité et gravité) l’AMDEC est apparue comme une suite logique de l’AMDE. La Figure 1-11représente le principe de la méthode

EXEMPLES DE CAS D’ANALYSE DE RISQUE AVEC MADS-MOSAR

La méthode MADS-MOSAR a été premièrement appliquée aux domaines industriels dont elle est largement utilisée et répondue. On trouve plusieurs études et analyses, parmi eux on cite :
-L’étude de FRAISSE et al (2002) appliquée au secteur maritime particulièrement aux bateaux de transport de passagers. Elle se focalise sur le module A de la méthode c’est-àdire la partie MADS. Les scénarios de risques sont identifier à partir du retour d’expérience, et pour évaluer les risques, les auteurs ont utilisé une évaluation quantitative à l’aide du logiciel « Sim Tree » qui a permis de construire les arbres de causes et calculer la probabilité d’occurrence d’un événement .À la fin de l’analyse les auteurs sortent avec la conclusion que la méthode MADS est une bonne méthode d’analyse de risque. En effet, si elle a été essentiellement crée pour des applications dans le monde de l’industrie, elle n’en reste pas moins parfaitement transposable à d’autres domaines comme le domaine maritime.
Le point négatif de la méthode est qu’elle ne dit pas si la liste de scénarios ou de source de danger présentés par les auteurs est complète. Mis à part cet aspect, la méthode MADS s’utilise très facilement. De plus, et cela est très intéressant pour ce cas d’étude mais aussi pour d’autres, elle est extrêmement flexible et s’adapte très bien à divers domaines. FRAISSE et al, (2002) pensent que dans le futur, il faudra compléter cette étude en de nouveaux scénarios de risque, de nouvelles sources de danger et de nouvelles barrières. LOUNIS et al, (2016) ont appliqué cette méthode dans une étude de danger des réservoirs de stockage de gaz souterrain. Ils ont conclu que l’application de la méthode MADS MOSAR a permis de définir quelques scénarios de risque majeur et d’établir des barrières de protection et de prévention afin de réduire et limiter ces risques.
La gestion des barrières entrera dans le domaine technologique où il est important de préciser au niveau des scénarios, le caractère préventif ou protecteur de la barrière.

Table des matières

INTRODUCTION GÉNÉRALE
CHAPITRE 1 LES RISQUES DANS UN PROJET DE CONSTRUCTION
1- INTRODUCTION
2- LES NOTIONS DU RISQUE
2-1 Définition du risque
2-2 L’aléa
2-3 La vulnérabilité
2-4 La probabilité
2-5 Gravité
3- TYPES DES RISQUES
4- LES RISQUES GÉOTECHNIQUES DANS UN PROJET ROUTIER
4-1 Les risques naturels
4-2 Les risques anthropiques
4-3 Les risques affectant la chaussée
4-4 Les risques liées aux mesures et incertitudes
5- L’IMPORTANCE DE LA GÉOTECHNIQUE DANS UN PROJET ROUTIER
6- LES MISSIONS GÉOTECHNIQUES SUIVANT LA NORME NF-P94-500 V 2013.16
7- OUTILS ET MÉTHODES DE MAITRISE DE RISQUES
7-1 AMDEC
7-2 La méthode HAZOP
7-3 Arbre de défaillance
7-4 Arbre de cause
7-5 Arbre d’évènement
7-6 Risk Breakdown Structure
7-7 MADS-MOSAR
7-8 Critères de choix d’une méthode de management de risque
8- CONCLUSION
CHAPITRE 2 SYNTHÈSE DE LA MÉTHODE MADS-MOSAR
1- INTRODUCTION
2- MADS-MOSAR
2-1 La méthode MADS-MOSAR
2-2 Le modèle MOSAR
2-3 Description de MADS
2-4 La mise en oeuvre de MADS-MOSAR
2-5 Avantages et limites de la méthode
3- EXEMPLES DE CAS D’ANALYSE DE RISQUES AVEC MADS-MOSAR
4- LOGICIELS POUR LA GESTION DE RISQUE
4-1 @RISK
4-2 TDC FTA
5- CONCLUSION
CHAPITRE 3 APPLICATION DE LA MÉTHODE MADS-MOSAR DANS LE PROJET DE LA PÉNÉTRANTE AUTOROUTIERE GHAZAOUET-TLEMCEN
1- INTRODUCTION
2- PRÉSENTATION DE PROJET
3- APPLICATION DE LA MÉTHODE MADS-MOSAR
3-1 Étape 1 Modélisation de système étudie en sous systèmes
3-2 Étape 2 Identification des sources
3-3 Étape 3 Association des événements
3-4 Étape 4 Construction des processus
3-5 Étape 5 Construction des scénarios
3-6 Étape 6 Constriction des arbres logiques
3-7 Étape d’évaluation et hiérarchisation des scénarios
3-8 Étape 7 Identification de mesures de maitrise des risque
3-9 Étape 8 Identification de mesure de pérennité
4- CONCLUSION
CONCLUSION GÉNÉRALE
BIBLIOGRAPHIE

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