MISSIONS GEOTECHNIQUES ET METHODOLOGIE D’APPROCHES

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CONTEXTE HYDROLOGIQUE

La rivière de la Mahavavy prend naissance à l’Est de la dorsale centrale du massif Tsaratanana vers 2200 m d’altitude (Chaperon et al, 1993 ; 2005). Elle mesure 165 km de long et reçoit sur la rive droite la rivière d’Antsiantsia avant d’arriver à Ambilobe (figure 18).

CONTEXTE GEOLOGIQUE

En 2012, le (PGRM) a sortie une nouvelle carte géologique selon laquelle Madagascar est divisé en six domaines géologiques (figure 19) : les domaines Antongil- Masora, Antananarivo (Tsaratanana), Ikalamavony, Androyen-Anosyen, Vohibory et Bemarivo.Le socle ancien est formé par des terrains cristallins et cristallophylliens. Il constitue des reliefs importants tels que le massif du Tsaratanana (2876 m) qui est le point culminant de l’île. Les terrains sédimentaires longent la côte Ouest en formant des bandes de largeur variable. Ainsi, la montagne d’Ambre, avec ses 1475 m, domine le Nord de Madagascar (Besairie, 1973).
La structure tectonique de la zone est formée par des failles dont le contact avec le socle se fait au niveau de ces failles. Cependant, le rejet de celles-ci reste faible. Les fleuves ont déposé dans cette région des alluvions fraîches présentant souvent des caractères d’hydromorphie (surtout avant la traversée des chaînes gréseux Isalo). Il est à noter que ces formations sédimentaires sont souvent recouvertes d’une carapace argilo-sableuse (Besairie et al, 1972). Les grès de l’Isalo forment la première cuesta. La chaîne gréseuse orientée SW-NE est très accidentée. Ces grès sont riches en grains de quartz anguleux.
Concernant la géologie du milieu (figure 20), les formations sédimentaires sont dominantes. Elles sont formées par des grès de l’Isalo, des calcaires jurassiques et des grès crétacés avec des intrusions éruptives post-liasiques comme les granites alcalins et les syénites népheliniques. Suite à l’activité volcanique qui s’est développée depuis Miocène jusqu’au Quartenaire récent, des projections et des coulées essentiellement de nature basaltique sont présentes.
La figure 20 suivante montre le contexte géologique de la zone d’étude.

CONTEXTE GEOMORPHOLOGIQUE

La Région Diana est formée par des vieux massifs cristallins et volcaniques (Battistini, 1960). Du Nord au Sud se dressent la montagne d’Ambre, les massifs d’Ankarana et d’Analamerana, les chaînes d’Andavakoera et de Galoka et enfin le massif de Tsaratanana. Le long des côtes, à la baie d’Antsiranana viennent s’ajouter les presqu’îles d’Anorontany et d’Ampasindava, les deltas de la Mahavavy, de l’Ifasy et du Sambirano et l’île de Nosy-Be avec ses îles satellites. Les côtes occidentales sont dotées par ses bords sinueux donnant naissances à des baies, à l’existence des îles et des presqu’îles. Le littoral de la région est classé parmi les plus longs, avec 1200 km de côtes. A l’Ouest le relief littoral est composé par deux ensemble deltaïques : au Sud, le delta du Sambirano (250 km2), au Nord, le delta de la Mahavavy (500 km2) avec son annexe le delta de l’Ifasy (70 km2); et de la côte rocheuse de la montagne d’Ambre et à l’Est il est formé surtout par un bourrelet dunaire plus ou moins large.
Suite à la descente sur terrain et des images de Google Earth, la zone d’étude est formée par des bancs fonds bordés par des reliefs avec des versants à pente faible et des vallées larges.
Les bas-fonds forment les plaines d’Ambilobe. La présence des méandres est aussi caractéristique du milieu.

CONTEXTE STRUCTURAL

L’étude des grandes lignes structurales à partir des images satellites, des photos aériennes permettent d’identifier la stabilité de l’ouvrage par rapport aux accidents tectoniques. Les grandes lignes structurales observables se présentent sous forme de linéaments qui peuvent être : des fractures, des failles, des plans de foliation, des axes de plissements et des contacts lithologiques. Ces linéaments sont des traits linéaires simples ou composés, décelés en surface, ressortent distinctement de leur entourage et reflètent probablement un phénomène engendré sous la surface. Dans cette étude, l’analyse structurale du milieu a été faite à partir des images obtenues sur Google Earth 2014. La carte ainsi obtenue est montrée par la figure 21 ci-après.
Cette figure relève trois familles importantes de fractures, de direction NS, EW, NW/SE. Ces fractures ont des longueurs variables de l’ordre métrique à kilométrique. La prise d’eau de Mahavavy emprunte le contact des couvertures sédimentaires-socle dans une zone faillée.

CONTEXTE PEDOLOGIQUE

Les facteurs climatiques jouent des rôles primordiaux dans les processus de la transformation des roches. Dont la ferrallitisation et la ferruginisation sont très caractéristiques du milieu (Bourgeat et al, 1965). La ferrallitisation est caractérisée par la destruction du complexe minéral, l’entraînement de la silice, l’augmentation des hydroxydes de fer et de l’aluminium. Une accumulation relative de l’alumine par rapport au fer et une altération profonde des minéraux sont aussi observables. La ferrallitisation peut se produire sur des roches très acides, mais le phénomène est plus poussé sur les roches pauvres en silice.
Les sols ferrallitiques sont formés par des sols rouges sur grès. Ces sols occupent une grande surface formant sur la carte une diagonale SW- NE (figure 22). Ils se forment aux dépens des grès de l’Isalo. Les sols profonds ne subsistent que sous forêt.
Des sols jaunes de pédiplaine se forment à partir des grès de l’Isalo. Ils couvrent une vaste zone, à pente faible. A l’Ouest d’Ambilobe, quelques dépressions sont dépourvues d’exutoire, l’eau y séjourne en saison des pluies et conduit à la formation des sols gris hydromorphes de bas-fonds. Le plus souvent la partie supérieure du profil, décapée par l’érosion, est de teinte jaune. L’horizon humifère ayant pratiquement disparu.
Les sols ferrugineux tropicaux (sols non lessivés) sont formés par les sols brun-rouges et brun-jaune sur basalte. Ces sols sont souvent très érodés, il en résulte de grandes variations dans le profil. La présence des concrétions sont fréquentes dans les sols qui ne semblent pas liées à un processus d’hydromorphie.
Les sols hydromorphes sont formés par des sols gris de bas-fonds, des sols limono-argileux.
Les sols peu évolués d’origine non climatique sont formés par les alluviaux sableux fins et grossiers. Ces alluvions récentes sableuses se rencontrent le long de la rivière de Mahavavy, dans la zone de divagation et le long des bras morts. La granulométrie est caractérisée par l’abondance des sables, la faible teneur en argile et limon.
Exemple de profil en bordure de Mahavavy (Bourgeat et al, 1965), les sols sont limono-sableux dont:
 0 à 50 cm : un horizon argilo- limoneux gris à brun gris avec des nombreuses taches rouille bien délimitées, structure à tendance lamellaire indiquant des apports récents, à bonne porosité et à cohésion faible
 50 à 100 cm : un horizon limono-sablo-argileux, gris avec de grandes taches rouille, structure variée à cohésion faible.
Du point de vue granulométrique, le limon est la fraction la plus abondante 35 à 45 %, le sable fin est compris entre 25 et 30 % et 10 à 25 % d’argile. Le pH est acide (4.8 à 5.6).
Bref, le premier chapitre permet de connaître les contextes généraux de la zone étudiée. La prise d’eau dévie une certaine quantité d’eau de la rivière de la Mahavavy pour irriguer les zones de plantation des cannes à sucre. Cette rivière traverse les terrains sédimentaires d’Ambilobe qui sont formés essentiellement par des grès de l’Isalo et des intrusions volcaniques. Les climats tropicaux humides et secs du milieu favorisent la formation des sols ferrallitiques et ferrugineux. Les alluvions récentes surtout des sables sont abondantes en bordure de la rivière de la Mahavavy. La rivière est contrôlée par des fractures de direction variables avec une direction générale NW/SE.
La prise d’eau de Mahavavy présente des dégradations post-constructions. La connaissance des contextes généraux du milieu contribue à la détermination des missions et des approches géotechniques pour l’étude des sinistres, que nous allons voir dans le chapitre II.

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE I : CADRE GENERAL DE LA ZONE ETUDIEE
I.1. Contextes géographiques et climatiques
I.1.1. Localisation du site
I.1.2. Climat
I.1.2.1. Température
I.1.2.2. Précipitations
I.1.2.3. Evapotranspiration
I.1.3. Cyclones et précipitations maximales en 24h
I.2. Contexte hydrologique
I.3. Contexte géologique
I.4. Contexte géomorphologique
I.5. Contexte structural
I.6. Contexte pédologique
CHAPITRE II : MISSIONS GEOTECHNIQUES ET METHODOLOGIE D’APPROCHES 
II.1. Missions géotechniques
II.1.1. Etude géotechnique préalable (G1) (Etape 1)
II.1.1.1. Type G11 : étude géotechnique préliminaire du site
II.1.1.2. Type G12 : étude géotechnique d’avant-projet
II.1.2. Etude du projet géotechnique (G2) (Etape 2)
II.1.2.1. Phase projet
II.1.2.2. Phase Assistance aux Contrats de Travaux
II.1.3. Etude géotechnique d’exécution (G3) (Etape 3)
II.1.3.1. Phase Etude
II.1.3.2. Phase Suivi
II.1.4. Supervision géotechnique d’exécution (G4) (Etape 4)
II.1.4.1. Phase supervision de l’étude d’exécution
II.1.4.2. Phase supervision du suivi d’exécution :
II.1.5. Diagnostics géotechniques (G5) (Etape 5)
II.2. Etudes du bassin versant de la Mahavavy
II.2.1. Superficie
II.2.2. Forme
II.2.3. Relief
II.2.4. Altitudes et pentes
II.2.4.1. Altitudes
II.2.4.2. Pentes
II.2.5. Réseau hydrographique
II.2.6. Débit
II.3. Approches géotechniques
II.3.1. Auscultation de l’ouvrage
II.3.1.1. Méthodes non-destructifs
II.3.1.2. Méthodes destructifs
II.3.2. Etudes physique et mécanique des sols de fondation
II.3.2.1. Essai au pénétromètre dynamique (Référence normative NF P 94 – 115)
II.3.2.2. Essai au pressiomètre (Référence normative NF P 94 – 110)
II.3.3. Description des essais géotechniques au laboratoire
II.3.3.1. Analyse granulométrique
II.3.3.2. Limites d’Atterberg
II.3.3.3. Essai Proctor
II.3.3.4. Essai de dureté Los Angelès
II.3.3.5. L’essai Micro-Deval
CHAPITRE III : RESULTATS ET DISCUSSIONS DES INVESTIGATIONS GEOTECHNIQUES
III.1. Résultats des approches hydrologiques
III.1. 1. Calcul de l’indice de compacité de Gravellius KG
III.1. 2. Rectangle équivalent
III.1. 3. Débit maximum de crue annuelle
III.1. 4. Temps caractéristiques des crues
III.1. 5. Profil en long de la Mahavavy
III.2. Auscultation de l’ouvrage
III.2.2.1. Dégradation de la pile droite
III.2.2.2. Détérioration des bétons immergés dans l’eau
III.3. Causes envisageables de dégradations de l’ouvrage
III.3.1. Facteurs endogènes
III.3.1.1. Qualité des matériaux utilisés
III.3.1.2. Technique de mise en oeuvre
III.3.1.3. Sous-dimensionnement
III.3.2. Facteurs exogènes
III.3.2.1. Facteurs climatique et hydrologique
III.3.2.2. Facteurs d’ordre géologique et pédologique
III.3.3. Facteurs aggravants
III.3.3.1. Phénomènes naturelles
III.3.3.2. Phénomènes anthropiques
III.3.3.3. Vieillissement de l’ouvrage
III.4. Résultats des investigations géotechniques in-situ
III.4.1. Résultats des essais au pénétromètre dynamique (référence NFP 94–115)
III.4.1.1. Résultats des trois premiers sondages
III.4.1.2. Résultats des quatre derniers points de sondages
III.4.1.3. Coupe lithologique du milieu
III.4.2. Résultats des essais au pressiomètre
III.4.3. Résultats de l’auscultation sonique : Référence normative EN12504 – 4
III.4.4. Résultats de l’essai au Scléromètre (Référence normative : NF P 18 – 417)
III.4.5. Résultats des essais de compression simple « RC »
III.4.6. Autres essais géotechniques au laboratoire
III.4.5.1. Analyse granulométrique.
III.4.5.2. Résultats de l’identification des sables lâches jaunes
III.5. Discussions des résultats
III.5.1. Discussion n°1 : effets du climat sur la dégradation de l’ouvrage
III.5.1.1. Influence de la température
III.5.1.2. Influence des précipitations, des dépressions tropicales et des débits solides
III.5.2. Discussion n°2 : rapport entre les caractéristiques du bassin versant et de la dégradation de l’ouvrage
III.5.2.1. Influence de la forme du bassin versant
III.5.3. Discussion n°3 : qualité des matériaux et vieillissement de l’ouvrage
III.5.4. Discussion n°4 : technique de mise en oeuvre
III.5.5. Discussion n°5 : phénomène d’affouillement au niveau de la fondation
III.5.5.1. Affouillement
III.5.5.2. Hypothèse sur le type de fondation en place
III.5.5.3. Relation entre tassement et affouillement de la zone de fondation
III.5.6. Discussion n°6 : acte de vandalisme
III.6. Cause vraisemblables de la dégradation de l’ouvrage
CHAPITRE IV: PROPOSITIONS DE SOLUTIONS ET RECOMMANDATIONS
IV.1. PropositionS de solutions
IV.1.1. Solution à court terme : Renforcement de la pile
IV.1.1.1. Ancrage et protection de la fondation
IV.1.1.2. Renforcement de la pile par plaque d’acier
IV.1.1.3. Renforcement par plaque en matériau composite
IV.1.2. Solution à long terme : Reconstruction de l’ouvrage
IV.1.3. Protection de l’environnement
IV.2. Recommandations
IV.2.1. Etudes techniques
IV.2.2. Etudes financières
IV.2.2.1. Devis descriptif du projet
IV.2.2.2. Coefficient de majoration des débourses
IV.2.2.3. Devis quantitatif et estimatif du projet
CONCLUSION GENERALE
BIBLIOGRAPHIE
WEBOGRAPHIE
ANNEXES

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