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Terrassements sur terrains marneux sensibles aux glissements : cas des terrains et remblais autoroutiers entre Oued Amlil et Taza (Rif, Maroc)

Mohamed Mouhssine, Abdelali Touzani, Smail Zinoune et Abdelkarim Mahtal
p. 61-80

Résumés

Au nord du Maroc, le tracé de l'autoroute Fès-Oujda traverse, entre Oued Amlil et Taza, le front de chevauchement du charriage du Rif qui recouvre le Moyen Atlas. La lithologie de cette région appartenant au Prérif et au couloir sud-rifain, est dominée par les marnes du Miocène supérieur qui sont fortement ravinées et affectées par de multiples glissements de terrain récents. Les conditions orographiques et hydrologiques nécessitent la construction de nombreux terrassements. Les remblais sont levés avec les matériaux locaux. Les déblais sont creusés dans des terrains dont les caractéristiques mécaniques sont médiocres. Cela induit un risque d'instabilité des talus des terrassements, dont certains ont cédé pendant ou immédiatement après la fin des travaux. Les analyses géotechniques effectuées sur les terrains en place et sur ceux utilisés pour les remblais, ont révélé des matériaux cohésifs aux spécifications des classes A2,A3 etA4 du GTR, très plastiques, à comportement géotechnique évolutif et surtout très sensibles à l'eau et donc aux conditions climatiques très contrastées de cette région. Ainsi, pour stabiliser ces terrassements, une multitude de parades et de dispositifs de drainage ont été nécessaires Ces mesures ont pratiquement doublé le coût de la construction de l'autoroute, remettant ainsi en question la pertinence du tracé choisi.

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Texte intégral

I - Introduction

1L'autoroute Fès-Oujda, tout récemment construite, traverse, entre Oued Amlil et Taza, une zone montagneuse située entre la chaîne du Rif au nord et le Moyen Atlas au sud. Dans cette zone, tectoniquement active et à topographie accidentée, dominent des formations marneuses. Le franchissement de tels terrains est, en principe, techniquement possible, mais il pose des problèmes délicats de stabilité pour les déblais (zones où l'on enlève des matériaux) et les remblais (zones d'accumulation de matériaux). En effet, les multiples observations faites sur un grand nombre de glissements de talus récemment construits, ont montré que les glissements se produisent souvent peu de temps après la fin des travaux. Ces observations ont également permisde mettre en évidence le rôle primordial de l'eau et de la valeur des pentes dans le déclenchement des ruptures. De tels glissements peuvent peser lourd dans la balance économique d'un ouvrage d'art.

2Vu la nature fragile des terrains traversés, la topographie contrastée et les conditions hydrologiques et météorologiques de cette région, le tronçon de l'autoroute étudié n'échappe pas aux risques de déclenchement de glissements. Effectivement, nombreux et volumineux sont ceux qui ont été relevés pendant et après la fin des travaux de construction des terrassements. Tout au long de l'avancement des travaux, les constructeurs de l'autoroute ont préconisé des solutions techniques pour atténuer l'ampleur de ces mouvements, car ils sont susceptibles de menacer la stabilité de l'autoroute, de réduire sa longévité et d'accroître son coût d'entretien.

3La portion d'autoroute étudiée étant déjà construite, nous visons, par ce travail, mené en collaboration avec le bureau d'étude Eart-Maroc, à apporter, dans un premier temps, des précisions sur les facteurs permanents du risque de glissement des talus de terrassements en liaison avec les conditions lithologiques des terrains ou avec les contextes géologique, orographique, hydrologique et climatique régionaux et, dans un second temps, à tenter de comprendre, grâce à l'étude géotechnique, le comportement et les propriétés des formations géologiques traversées et de celles utilisées pour les terrassements. Le but de cette étude est donc de mieux cerner la sensibilité régionale aux mouvements de terrain et de mettre en évidence les facteurs déclenchant des mouvements de terrain sur les talus de remblais et de déblais autoroutiers. Les connaissances ainsi acquises contribueront à l'élaboration de solutions, pertinentes, rentables et techniquement réalisables pour des projets similaires dans des sites semblables.

II - Les cadres géologique, géomorphologique, hydrologique et climatique

4Le tronçon de l'autoroute étudié se situe à proximité du front de chevauchement à vergence sud de la chaîne du Rif, au nord, qui vient recouvrir le Moyen Atlas, au sud (Fig. 1). Le long de ce front, le couloir sud-rifain (N. BARHOUN et al., 2008 ; W. KRIJGSMAN, 1999 ; P. CIRAC, 1987 ; M. KILI, 1993) forme une dépression étroite, allongée suivant une direction est-ouest. Le Rif est représenté, ici, par sa partie la plus externe qui est le Prérif (J. DIDON et al., 1973 ; J. ANDRIEUX, 1971 ; M. DURAND-DELGA, 1980). Le Moyen Atlas, pour sa part, montre sa partie à structure tabulaire, dite Causse moyen atlasique, qui repose avec une discordance angulaire sur le socle paléozoïque. Ce dernier affleure en horst dans le massif de Tazzeka (Fig. 2) et est constitué essentiellement de terrains schisteux et gréseux parfois métamorphiques (C. HŒPFFNER, 1994).

Figure 1 - Localisation du secteur étudié sur la carte des grands domaines géologiques du nord du Maroc (d'après M. SAADI, 1982).

Figure 1 - Localisation du secteur étudié sur la carte des grands domaines géologiques du nord du Maroc (d'après M. SAADI, 1982).

Figure 2 - Schéma structural du Rif externe oriental et du Causse moyen atlasique de la région Fès-Taza.

Figure 2 - Schéma structural du Rif externe oriental et du Causse moyen atlasique de la région Fès-Taza.

5Le Prérif externe forme des collines très ravinées, sculptées essentiellement dans les terrains marneux du Miocène supérieur, et supporte, tectoniquement, des nappes de charriage (nappes intrarifaines). Les marnes du Prérif renferment localement des éléments "exotiques" (ou klippes), d'âge, de nature lithologique et de taille extrêmement variés (D. LEBLANC, 1975), formant l'olistostrome prérifain.

6Le Causse moyen atlasique (H. EL ARABI, 1987 ; A. CHARRIÈRE, 1985) est constitué par des terrains mésozoïques essentiellement carbonatés qui reposent sur la série détritique argileuse et silteuse rouge du Trias (D. OUARHACHEet al., 2012). Par endroits, cette série est saline, gypsifère et souvent accompagnée de sills de basaltes doléritiques.

7La structure alpine de ces domaines paléogéographiques est liée aux serrages nord-sud correspondant aux phases tectoniques majeures du Miocène supérieur (J.L MOREL, 1989 ; D. FRIZON de LAMOTTE et al., 1991 ; L. AÏT BRAHIM et al., 2002 ; A. TAHAYT et al., 2008). Les contacts de chevauchement, lorsqu'ils sont apparents en surface, sont souvent jalonnés par des dépôts triasiques rouges qui ont servi de couche savon (Fig. 3). Mais ils sont parfois aveugles et se manifestent alors en surface par des anticlinaux d'amortissement de chevauchement.

Figure 3 - Coupe géologique dans le secteur d'Oued Amlil, montrant les lithologies et les rapports structuraux entre le Prérif et le couloir sud-rifain.

Figure 3 - Coupe géologique dans le secteur d'Oued Amlil, montrant les lithologies et les rapports structuraux entre le Prérif et le couloir sud-rifain.

8Au Plio-Quaternaire, des mouvements néotectoniques épirogéniques ont provoqué la surrection du couloir sud-rifain tout en affectant également le Prérif.

9Le couloir sud-rifain se rétrécit progressivement vers l'est avant de se fermer au col de Touaher dans la zone du chevauchement à vergence sud du Prérif, au-dessus du Moyen Atlas (L. HOTTINGER et G. SUTER, 1962 ; D. FRIZON de LAMOTTE et al., 1991).

10Sur sa bordure septentrionale, le Causse moyen-atlasique s'ennoie progressivement sous les formations miocènes du couloir sud-rifain qui recouvrent également les terrains paléozoïques du massif de Tazekka.

11Du point de vue climatique, le couloir Fès-Taza est caractérisé par un régime pluviométrique comportant un hiver pluvieux, qui s'étend de novembre à avril, et un été plutôt sec à très sec, allant de juin à septembre. La pluviosité annuelle moyenne varie entre 500 mm à l'ouest (confluence Sebou-Inaouène) et 700 mm à l'est (Taza). Néanmoins les zones montagneuses bordant le bassin sont beaucoup plus arrosées : jusqu'à 1500 mm au sud-est, sur les sommets du djebel Tazzeka, et un peu plus de 1000 mm sur les hauts versants septentrionaux. Toutefois la variabilité interannuelle des précipitations est assez grande, mais avec un nombre total de journées de pluie toujours faible : 60 à 70 jours en moyenne par an.

12En périodes pluvieuses, les précipitations s'abattent sous forme d'averses espacées et de courte durée. Au début de la saison humide, c'est surtout l'intensité des pluies qui cause du ruissellement. L'infiltration de l'eau dans les fissures accroît la teneur en eau des formations marneuses et réduit leur cohésion (J.M. AVENARD, 1962), les préparant ainsi aux glissements futurs (G. GRANDJEANet al., 2006). Les pluies du printemps sont également violentes et arrivent sur un sol plus ou moins saturé, ce qui atténue l'effet de l'infiltration et permet aux ravinements de se développer.

13En période estivale, les températures élevées dépassent souvent 30 °C. Cette chaleur peut être accentuée par le "Chergui", vent venant du Sahara qui apporte une chaleur desséchante (en moyenne 4 à 6 jours par mois d'été). Cela provoque une forte évaporation et se traduit sur l'état hydrique des terrains, qui se dessèchent, durcissent et/ou se fendillent. Bien que cette période estivale coïncide avec le minimum pluviométrique, des précipitations orageuses peuvent s'avérer destructrices (mouvement en masse, érosion…).

14Du point de vue hydrologique, le tronçon de l'autoroute étudié longe le lit de l'oued Inaouène qui draine un bassin versant (Fig. 4) dans lequel la mise en place du réseau hydrographique a été en grande partie contrainte par le contexte structural (A. DRIDRI et B. FEDAN, 2001). Sous influence méditerranéenne, le régime de l'oued Inaouène est soumis aux effets conjugués de la sécheresse estivale et des précipitations hivernales.

Figure 4 - Relief et réseau hydrographique du bassin versant de l'oued Inaouène.

Figure 4 - Relief et réseau hydrographique du bassin versant de l'oued Inaouène.

A2 : autoroute Fès-Oujda. N6 : route nationale Fès-Oujda. Pk : distance, en km, depuis Fès. Pk 101 : Dar El Hajeb. Pk 101-102 : Walgaz. Pk 117 : Sidi Abdellah. Pk 117-118 : "Mine de Sel".

15Le relief, avec ses vallées étroites et ses pentes fortes, contribue à la genèse de crues violentes et à propagation rapide, responsables parfois d'inondations.

16Située dans ce contexte, les remblais et déblais autoroutiers étudiés ici s'étendent depuis l'ouest immédiat de la ville de Taza jusqu'à la localité d'Oued Amlil. Dans ce secteur, les roches meubles couvrent environ 60 % de la superficie, avec une large dominance des marnes et des marno-calcaires, dont :

  • Les marnes bleues du Miocène supérieur (Tortonien). Apparemment compactes, elles se comportent comme une formation très meuble et très sensible à 1'érosion. Elles se fendillent lors des fortes chaleurs estivales, s'imbibent dès les premières pluies, du fait de l'infiltration dans les fentes de dessiccation, et se transforment en "couche savon" ;

  • Les marnes blanches, les marno-calcaires et les marnes-gréseuses d'âge Éocène à Oligocène. Elles sont plus compactes et donc moins perméables. Elles favorisent plutôt le ruissellement des eaux de pluie. Néanmoins, lorsque l'infiltration est possible, la solifluxion agit dans ces matériaux et avec une ampleur encore plus grande que dans les marnes bleues (griffures, boursoufflures).

17Sur ces formations, les dépôts superficiels plio-quaternaires, d'importance et d'extension inégales, sont constitués de conglomérats au pied des reliefs, de calcaires lacustres dans les dépressions résiduelles, de travertins au débouché des lacs et près des sources (cascades), et de terrasses alluvionnaires le long des principaux oueds.

III - Les mouvements de terrain et les parades possibles

1 ) Introduction

18Malgré les précautions et les soins accordés aux terrains en place ou utilisés comme matériaux pour lever les remblais, l'avancement des travaux de terrassement a été constamment remis en cause, jusqu'au dernier moment, par l'apparition d'indices d'instabilité ou par le déclenchement de grands mouvements de terrain. Cette menace potentielle a été aggravée par les conditions climatiques des trois hivers successifs particulièrement pluvieux qu'a connus le chantier. Cela est conforme à la corrélation établie entre la vitesse des mouvements de masse et le volume des précipitations (T. GLADE, 1998 ; T. COROMONAS et J. MOYA, 1999 ; T.W.J. VAN ASCH et al., 1999).

2 ) L'exemple du remblai dit "de la Mine de Sel"

19Au cours des travaux, le remblai dit "de la Mine de Sel", a connu un glissement rotationnel (Photo 1) marqué en surface par le développement de niches d'arrachement et de grandes fissures ouvertes. Longues de plusieurs mètres, et à rejet métrique, elles sont disposées en marches d'escaliers descendantes vers l'aval ou conjuguées à la manière d'un graben. Ces fissures correspondent à autant de plans de glissements plus ou moins circulaires.

Photo 1 - Ouverture de grandes fissures au niveau du remblai de la Mine de Sel (du Pk117+975 au Pk118+575) au cours des travaux. [cliché : S. ZINOUNE et A. MAHTAL]

Photo 1 - Ouverture de grandes fissures au niveau du remblai de la Mine de Sel (du Pk117+975 au Pk118+575) au cours des travaux. [cliché : S. ZINOUNE et A. MAHTAL]

20Le front de la masse glissée forme un bourrelet qui déborde sur la voie ferrée voisine, perturbant ainsi le trafic ferroviaire au cours des travaux sur l'autoroute (Photo 2).

Photo 2 - Niches d'arrachement et failles en escalier avec avancement du bourrelet sur la voie ferrée au pied du remblai de la Mine de Sel. [cliché : S. ZINOUNE et A. MAHTAL]

Photo 2 - Niches d'arrachement et failles en escalier avec avancement du bourrelet sur la voie ferrée au pied du remblai de la Mine de Sel. [cliché : S. ZINOUNE et A. MAHTAL]

3 ) Parades

21Après cet évènement annonciateur de dégâts futurs et d'un coût d'entretien élevé, il était indispensable d'excaver tous les matériaux formant le remblai de la Mine de Sel et de mettre en place des solutions pour stabiliser le glissement. C'est ainsi qu'a été établi un dispositif de confortement comprenant 80 pieux à l'amont du remblai et 180 autres à l'aval (Photo 3). Ces pieux, profonds de 35 mètres, sont solidarisés par des poutres et des tirants d'ancrage. Ces derniers ont pour but de reporter en profondeur les pressions dues au poids du remblai qui ne pourraient être supportées en surface. Cette parade est accompagnée d'un dispositif de drainage pour réduire la pression interstitielle susceptible de faire atteindre aux matériaux leur limite de plasticité et donc de favoriser leur fluage. Le méandre de l'oued Inaouène, dont le lobe se trouve au contact de l'autoroute et de la voie ferrée est, transformé en bras mort, afin d'éviter l'érosion du bas du talus du remblai.

Photo 3 - Confortement par pieux à l'aval du remblai de la Mine de Sel. [cliché : S. ZINOUNE et A. MAHTAL]

Photo 3 - Confortement par pieux à l'aval du remblai de la Mine de Sel. [cliché : S. ZINOUNE et A. MAHTAL]

22Pour le seul tronçon entre Oued Amlil et Taza, les instabilités ont concerné 21 déblais et 4 remblais. Les traitements préconisés pour la réparation des désordres constatés et la préservation de la stabilité des ouvrages ont été différenciés selon les contraintes spécifiques de chacun des ouvrages. Ainsi, différentes solutions ont été arrêtées et mises en œuvre, telles que le confortement par pieux, butées de soutènement simples ou étagées, purge sous assise de remblais, murs en gabions, murs cloués en béton projeté, adoucissement des pentes des talus et établissement d'assises, d'éperons et de masques drainants.

23Ainsi les quantités de matériaux de terrassement générées par ces instabilités sont-elles élevées :

  • 850000 m3 de déblais ;

  • 240000 m3 de remblais et 265000 m3 de terres purgées ;

  • 120000 m3 de masques et éperons drainants ;

  • 2500 mètre linéaire de pieux de 1,20 m de diamètre, creusés de 25 m à 35 m de profondeur.

24Mais, malgré ces parades, on constate l'apparition de nouvelles instabilités attestées par les fissures visibles sur la chaussée de l'autoroute après sa mise en circulation (Photo 4).

Photo 4 - Fissurations au niveau de la chaussée après la mise en circulation de l'autoroute. [cliché : S. ZINOUNE et A. MAHTAL]

Photo 4 - Fissurations au niveau de la chaussée après la mise en circulation de l'autoroute. [cliché : S. ZINOUNE et A. MAHTAL]

IV - Analyses géotechniques des différentes formations

1 ) Introduction

25L'objectif de ces analyses est d'identifier les caractères spécifiques des formations en place afin de connaître leurs comportements géotechniques et d'établir un premier diagnostic sur la pertinence de leur utilisation pour réaliser des fondations ou des terrassements. Nous adoptons ici la classification GTR puisque les valeurs des paramètres sur lesquels elle s'appuie sont reconnues et que les essais permettant de les déterminer sont significatifs sur les matériaux rocheux considérés. Il s'agit des paramètres suivants :

  • La teneur en eau naturelle (WNAT). Elle est donnée par la perte de poids de l'échantillon, tel que prélevé, après passage à l'étuve à 105°C pendant 24 heures.

  • La dimension maximale du plus gros élément contenu dans la formation (Dmax) ;

  • L'indice de plasticité (IP). Il correspond à la fourchette des teneurs en eau (en %) pour lesquelles un matériau est plastique. IP est donc donné par la différence entre la limite de liquidité (passage de l'état plastique à l'état liquide) et la limite de plasticité (passage de l'état solide à l'état plastique), toutes deux déterminées au laboratoire dans des conditions normalisées.

  • La teneur en eau à l'Optimum Proctor Normal (WOPN). L'essai est mené au laboratoire en faisant subir une énergie de compactage normalisée à des échantillons d'un matériau porté à différentes teneurs en eau. La teneur WOPN est celle assurant la meilleure compacité.

  • La valeur au bleu de méthylène sur la fraction 0-2 mm (VBS). Elle correspond à la quantité de bleu de méthylène que les particules argileuses d'un matériau peuvent adsorber. L'essai est réalisé sur une prise d'échantillon trempée dans l'eau et agitée, par ajouts successifs de bleu de méthylène jusqu'à ce que celui-ci soit en excès.

26Le rapport WNAT/WOPN donne la position de la teneur en eau naturelle de la fraction 0­2 mm en rapport à l'optimum proctor normal.

27Les analyses géotechniques ont porté, entre Oued Amlil et Taza, sur le remblai de Dar El Hajeb (Pk 101+525 et 101+575), le remblai de Walgaz (Pk 101+695 ; 101+910 et 102+050), le déblai de Sidi Abdallah (Pk 117+955), le remblai de la Mine de Sel (Pk 117+956 et Pk 118+575). Les points kilométriques (Pk) sont indiqués à partir de Fès (premier nombre en km ; le second en m).

2 ) Résultats des essais réalisés sur le déblai de Dar El Hajeb (Pk 101+525 et 101+575)

a. Les analyses

28Les analyses géotechniques des terrains en place de la zone de déblaiement de Dar El Hajeb (Fig. 5) sont effectuées sur deux sondages.

Figure 5 - Vue en plan de l'emplacement de la zone du déblai de Dar El Hajeb et du remblai de Walgaz (fond de carte : image Google Earth).

Figure 5 - Vue en plan de l'emplacement de la zone du déblai de Dar El Hajeb et du remblai de Walgaz (fond de carte : image Google Earth).

Premier sondage (au Pk 101+525) :

29Le carottage montre, de haut en bas, la succession des terrains suivants (Tab I) :

  • 0,4 m de terre végétale.

  • 0,8 m de marnes brunâtres aux spécifications suivantes : WNAT = 4,3 %, Dmax = 3,12 mm et tamisât à 80 µm = 96 % ; IP =28 et VBS =7,5 ; état hydrique très sec (WNAT/WOPN = 0,27).

  • 1,3 m de marnes jaunâtres à WNAT =5,2 %, Dmax = 2 mm, tamisât à 80 µm = 98,3 %, IP =30 et VBS = 6,2. L'état hydrique de ces marnes est très sec puisque WNAT/WOPN = 0,31.

Deuxième sondage (au Pk 101+575)

30Dans ce cas, la succession est la suivante :

  • 0,32 m de terre végétale.

  • 2,48 m de marnes brunâtres à WNAT =21,1 %, Dmax = 7 mm, tamisât à 80 µm = 88,9 % et IP = 29. Leur état hydrique est moyen avec WNAT/WOPN = 0,92. Ces marnes présentent les spécifications des sols de la classe A3mh.

  • 1,9 m de pélites jaunâtres à moyenne teneur en eau (WNAT =17,3 %). Elles présentent les spécifications des sols de la classe A4 du GTR.

Tableau I - Résultats des essais géotechniques des sondages effectués au déblai de Dar El Hajeb.

Tableau I - Résultats des essais géotechniques des sondages effectués au déblai de Dar El Hajeb.

WNAT : teneur en eau naturelle. Dmax : dimension maximale de l'élément le plus grossier. IP : indice de plasticité. VBS : valeur au bleu de méthylène. WOPN : teneur en eau à l'Optimum Proctor Normal (WOPN). Classe GTR : A3ts correspond à une nature fine très plastique et à un état d'humidité très sec ne permettant pas la réutilisation du matériau ; A3mh correspond à une nature fine très plastique et à un état d'humidité moyenne n'imposant que peu de contraintes pour la réutilisation du matériau ; A4 correspond à une nature fine très plastique.

b. Interprétation

31Vu leurs caractères spécifiques, les marnes du premier sondage sont rangées dans la classe A3ts du GTR. Elles sont, comme toutes les formations de cette classe, très cohérentes à faibles et à moyennes teneurs en eau. Mais, pour éviter qu'elles n'absorbent d'importantes quantités d'eau et qu'elles deviennent collantes ou glissantes, il faut empêcher l'infiltration des eaux à travers les fentes de dessiccation qui apparaissent pendant la période estivale.

32Ayant le caractère moyen des formations de la classe A3mh, les marnes du deuxième sondage doivent faire l'objet d'un soin particulier en matière de drainage en cas de leur utilisation comme matériel de fondation de déblai. Quant aux pélites sous-jacentesqui sont capables d'importants retraits ou gonflements en fonction des variations des teneurs en eau (comme les formations A4), elles sont pratiquement inutilisables.

3 ) Résultats des essais géotechniques du remblai de Walgaz (Pk 101+695 ; Pk 101+910 et Pk 102+050)

33Trois prélèvements différents ont été exécutés au cours de la phase de reconnaissance géotechnique des terrains de fondations du remblai (Tab. II). Il s'agit des prélèvements 1, 2 et 3, échantillonnés respectivement aux points kilométriques (Pk 101+690), (Pk 101+907) et (Pk 102+025).

Tableau II - Résultats des essais géotechniques sur les trois prélèvements du remblai de Walgaz.

Tableau II - Résultats des essais géotechniques sur les trois prélèvements du remblai de Walgaz.

WNAT : teneur en eau naturelle. Dmax : dimension maximale de l'élément le plus grossier. IP : indice de plasticité. VBS : valeur au bleu de méthylène. WOPN : teneur en eau à l'Optimum Proctor Normal (WOPN). Classes GTR : A3mh correspond à une nature fine très plastique et à un état d'humidité moyenne n'imposant que peu de contraintes pour la réutilisation du matériau.

34L'analyse géotechnique de ces trois prélèvements de marnes, pris au niveau des terrains en place, révèle les spécifications communes aux formations de la classe A3mh du GTR. Elles sont plastiques et sensibles à l'eau.

4 ) Résultats des essais géotechniques réalisés au niveau du déblai de Sidi Abdellah (Pk 117+955)

35La reconnaissance géotechnique des terrains en place (Fig. 6) a porté sur les échantillons de deux sondages.

Figure 6 - Vue en plan de l'emplacement de la zone d'étude du déblai de Sidi Abdallah, du déblai d'El Melha et du remblai de la Mine de Sel (fond de carte : Google Earth).

Figure 6 - Vue en plan de l'emplacement de la zone d'étude du déblai de Sidi Abdallah, du déblai d'El Melha et du remblai de la Mine de Sel (fond de carte : Google Earth).

a. Sondage 1 (au Pk 117+955 à partir de Fès) situé au sud l'autoroute

36Les essais exécutés ont donné les résultats suivants (Tab III) :

  • 0,3 m de terre végétale.

  • 1,5 m de marnes crayeuses semi-indurées avec les spécifications suivantes : Dmax = 12,5 mm et tamisât à 80 µm = 80 % ; indice de plasticité IP =23 et VBS =1,86 ; état hydrique très sec : WNAT = 12,8 % et WOPN = 21,3 %. Les spécifications de ces marnes sont celles des sols de la classe A2ts du GTR.

  • 2,5 m de marnes limoneuses semi-indurées, sèches (WNAT/WOPN de 0,72) et dont les spécifications sont celles des formations de la classe A2s du GTR.

Tableau III - Résultats des essais géotechniques du sondage 1 au niveau du déblai de Sidi Abdallah.

Tableau III - Résultats des essais géotechniques du sondage 1 au niveau du déblai de Sidi Abdallah.

Prof. : profondeur. WNAT : teneur en eau naturelle. Dmax : dimension maximale de l'élément le plus grossier. IP : indice de plasticité. VBS : valeur au bleu de méthylène. WOPN : teneur en eau à l'Optimum Proctor Normal (WOPN). Classes GTR : A2ts correspond à une nature fine peu plastique et à un état très sec n'autorisant pas la réutilisation du matériau ; A2s correspond à une nature fine peu plastique et à un état sec nécessitant des dispositions particulières pour la réutilisation du matériau.

37Ces résultats révèlent le caractère moyen des formations : de nature fine à très fine (A2) et d'état sec à très sec, elles se prêtent à l'emploi dans les terrassements si leur teneur en eau n'est pas trop élevée. Les résultats montrent aussi que ces marnes sont plastiques, moyennement argileuses et surtout sensibles à l'eau.

b. Sondage 2 (au Pk 117+955 à partir de Fès) dans l'axe de l'autoroute

38On observe les matériaux suivants (Tab. IV) :

  • 0,4 m de terre végétale.

  • 0,8 m de marnes jaunes-verdâtres graveleuses à teneur en eau naturelle de 11,5 %.

  • 3,3 m de marnes verdâtres à grisâtres gypso-salifères présentant les spécifications suivantes : Dmax = 12,5 mm et tamisât à 80 µm= 77 % ; Indice de plasticité IP = 26 et VBS = 1,96 ; WNAT/WOPN = 0,85 et 0,89.

Tableau IV - Résultats des essais géotechniques du sondage 2 au niveau du déblai de Sidi Abdallah.

Tableau IV - Résultats des essais géotechniques du sondage 2 au niveau du déblai de Sidi Abdallah.

Prof. : profondeur. WNAT : teneur en eau naturelle. Dmax : dimension maximale de l'élément le plus grossier. IP : indice de plasticité. VBS : valeur au bleu de méthylène. WOPN : teneur en eau à l'Optimum Proctor Normal (WOPN). Classe GTR : A3s correspond à une nature fine très plastique et à un état d'humidité faible nécessitant des dispositions particulières pour la réutilisation du matériau.

c. L'essai de cisaillement

39L'essai de cisaillement réalisé sur ces formationsmontre une bonne cohésion drainée (autour de 35 KPa) et un angle de frottement plutôt faible, d'environ 16 à 17°.

40Ces résultats indiquent que ces marnes sont plastiques et présentent les spécifications des formations de la classe A3s du GTR. La présence de gypse et de sel atteste que cette zone de déblaiement se trouve à proximité d'un contact tectonique le long duquel se trouvent du sel et du gypse triasiques. Ce contact expliquerait aussi la différence notable de la nature lithologique entre les deux sondages.

5 ) Résultats des essais géotechniques réalisés au niveau du remblai de la Mine de Sel

41Les essais géotechniques ont porté sur quatre échantillons.

a. Les analyses granulométriques

42Les courbes cumulatives obtenues par l'analyse granulométrique (Fig. 7) des quatre prélèvements montrent des argiles-limoneuses à granulométrie uniforme et continue.

Figure 7 - Courbes cumulatives des quatre prélèvements de sols du remblai de la Mine de Sel.

Figure 7 - Courbes cumulatives des quatre prélèvements de sols du remblai de la Mine de Sel.

b. Les analyses géotechniques

43Les résultats sont portés dans le tableau V.

Tableau V - Résultats des essais géotechniques des quatre prélèvements effectués au niveau du remblai de la Mine de Sel depuis le Pk 117+970 jusqu'au Pk 118+350.

Tableau V - Résultats des essais géotechniques des quatre prélèvements effectués au niveau du remblai de la Mine de Sel depuis le Pk 117+970 jusqu'au Pk 118+350.

WNAT : teneur en eau naturelle. Dmax : dimension maximale de l'élément le plus grossier. IP : indice de plasticité. VBS : valeur au bleu de méthylène. WOPN : teneur en eau à l'Optimum Proctor Normal (WOPN). Classes GTR : A3mh correspond à une nature fine très plastique et à un état d'humidité moyenne n'imposant que peu de contraintes pour la réutilisation du matériau.

44Prélèvement 1 au Pk 117+970
La formation prélevée est décrite comme des marnes grisâtres avec une teneur en eau naturelle WOPN de 17,5 %, un IP de 28 et une VBS de 4,6. Le rapport WNAT/WOPN montre un état hydrique moyennement humide. Il s'agit donc d'une formation limono-argileux plastique qui présente les spécifications de celles de la classe A3mh du GTR.

45Prélèvement 2 au Pk 118+000
La formation prélevée correspond à des marnes jaunes à verdâtres à teneur en eau naturelle WNAT =17,7 %, IP = 29, VBS = 4,6 et teneur en eau de Proctor WOPN = 18,5. C'est une formation argilo-marneuse plastique aux spécifications de la classe A3mh du GTR.

46Prélèvement 3 au pk 118+201
La formation prélevée est constituée des marnes verdâtres à grisâtres à teneur en eau naturelle WNAT = 17,8 %, IP = 30, VBS = 4,9 et teneur en eau Proctor WOPN = 19,4. C'est une formation de la classe A3mh du GTR.

47Prélèvement 4 au pk 118+350
La formation prélevée correspond à des marnes verdâtres à grisâtres avec WNAT = 17,3 %, VBS = 4,6, IP = 8 et WOPN = 18,8. C'est une formation de la classe A3mh.

48Les matériaux prélevés au niveau du déblai de Sidi Abdellah (formations A2s du deuxième sondage) sont utilisés pour la construction du remblai dit de la Mine de Sel. Ils ont pu évoluer, pendant leur mise en place sur le chantier, vers des formations de type A3mh suite à leur ameublissement et humidification. En outre, leur faible angle de frottement impose une pente faible au talus du remblai, car il est établi que la forte occurrence des glissements dans les formations argileuses ou marneuses est généralement liée à des pentes raides (supérieures à 1/2) (J.C.S. BLIVET, 1976). Ces considérations pourraient expliquer, en partie, le glissement rotationnel du remblai de la Mine de Sel.

6 ) Conclusions partielles

49Le tracé de l'autoroute, entre Oued Amlil et Taza, est caractérisé par une forte dominance de terrains marneux et de matériaux issus de leur remaniement (plus de 90 % des matériaux du tracé).Ces terrains meubles sont très sensibles à l'érosion hydrique et les eaux de pluie peuvent en outre s'y infiltrer grâce aux fentes de dessiccation ou d'origine tectonique.

50Les analyses géotechniques réalisées sur ces terrains montrent leur caractère cohésif, leur forte plasticité et la dépendance de leur comportement géotechnique à la quantité d'eau qu'ils absorbent. Ils sont donc sensibles aux variations climatiques.

51Le déblaiement et la réutilisation de telles formations est possible sous condition d'un drainage efficace et de la modification de leurs propriétés hydriques par la projection de béton sur les surfaces libres. La sélection des matériaux pour la construction des remblais et les conditions de leur mise en œuvre sont réglementées par des normes dont l'objectif est d'obtenir des constructions stables et peu déformables au cours du temps. Cependant l'application des spécifications des formations dans le contexte du secteur étudié sollicite considérablement le jugement de l'ingénieur, car il lui faut impérativement utiliser les matériaux disponibles à proximité du chantier alors même qu'il ne peut pas compter sur des matériaux de bonne qualité pour réaliser les remblais. Ainsi le projet d'exécution de l'autoroute a prévu la réutilisation des matériaux pris sur place conformément au GTR et la limitation de la réutilisation des matériaux évolutifs de type R3 pour la construction des remblais ordinaires sous certaines conditions (état hydrique moyen, couche mince : 30 cm, Dmax < 100 mm et validation par planche d'essai). Néanmoins les résultats des analyses qui ont été considérés comme concluants ont été utilisés comme prétexte pour l'extension de la réutilisation des matériaux évolutifs (R3 vers A2 ou A3 avec IP < 30) en remblai de grande hauteur au niveau de leurs parties latérales tout en respectant certaines dispositions constructives en fonction du profil de l'assise et de la hauteur du remblai. Cela n'empêche pas le glissement de remblais construits sous ces conditions s'ils sont soumis aux effets de plusieurs années pluvieuses.

52Ainsi, malgré les efforts consentis, les confortements et les drainages ne font qu'atténuer les glissements affectant les talus de terrassement.

V - Conclusion

53Le choix du tracé de l'autoroute entre Oued Amlil et Taza est basé sur l'analyse globale d'un certain nombre de critères tels que le contexte du projet, les objectifs visés, les potentialités et les contraintes existantes. Ce choix a été justifié par l'éloignement de grandes agglomérations, par la construction d'une portion de l'autoroute sur les terrains dolomitiques du Causse moyen atlasique beaucoup plus stables et par le coût élevé qu'aurait occasionné le creusement d'un tunnel dans le massif paléozoïque de Tazekka.

54Les études préalables ont certainement pris en considération le développement économique de la zone traversée, la sauvegarde de l'environnement et l'optimisation du projet sans omettre la valeur du budget qui lui est alloué. Elles ont également prévu la réutilisation des formations prises sur place. Mais certaines portions de la chaussée traversent des espaces où les matériaux offrent de faibles caractéristiques mécaniques à long terme ou résiduelles. Ainsi l'autoroute a-t-elle été construite sur des terrains extrêmement instables, caractérisés par :

  • une topographie très marquée nécessitant, pour être nivelée, l'établissement de fréquents déblais et remblais de moyenne à grande hauteur ;

  • des formations plastiques dont le comportement géotechnique est fortement influencé par la quantité d'eau absorbée et par l'environnement hydrique régnant autour des ouvrages (état hydrique des sols, érosion et fissuration…), lui-même dépendant des variations climatiques très contrastées dans cette région ;

  • un passage de l'autoroute sur un front de chevauchement tectoniquement actif et soumis à une compression nord-sud ;

  • une dynamique érosive importante dans les bassins versants de l'oued Inaouène et de ses affluents où l'on observe des inondations, des phénomènes d'érosion sur les versants et des sapements de berge.

55Le secteur cumule donc de nombreux facteurs aggravants et/ou déclenchants des mouvements de terrain. L'exposition du site à ce risque avait du reste été attestée par l'observation d'innombrables indices d'activité récente de mouvements de terrain (A. FALEH et al., 2002 ; A. TRIBAK, 1997).

Remerciements : Nous sommes reconnaissants à Teddy AULY de sa collaboration pour la réalisation des figures 1 et 2.

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Bibliographie

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Table des illustrations

Titre Figure 1 - Localisation du secteur étudié sur la carte des grands domaines géologiques du nord du Maroc (d'après M. SAADI, 1982).
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/4408/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 344k
Titre Figure 2 - Schéma structural du Rif externe oriental et du Causse moyen atlasique de la région Fès-Taza.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/4408/img-2.jpg
Fichier image/jpeg, 4,7M
Titre Figure 3 - Coupe géologique dans le secteur d'Oued Amlil, montrant les lithologies et les rapports structuraux entre le Prérif et le couloir sud-rifain.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/4408/img-3.jpg
Fichier image/jpeg, 204k
Titre Figure 4 - Relief et réseau hydrographique du bassin versant de l'oued Inaouène.
Légende A2 : autoroute Fès-Oujda. N6 : route nationale Fès-Oujda. Pk : distance, en km, depuis Fès. Pk 101 : Dar El Hajeb. Pk 101-102 : Walgaz. Pk 117 : Sidi Abdellah. Pk 117-118 : "Mine de Sel".
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/4408/img-4.jpg
Fichier image/jpeg, 564k
Titre Photo 1 - Ouverture de grandes fissures au niveau du remblai de la Mine de Sel (du Pk117+975 au Pk118+575) au cours des travaux. [cliché : S. ZINOUNE et A. MAHTAL]
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/4408/img-5.jpg
Fichier image/jpeg, 400k
Titre Photo 2 - Niches d'arrachement et failles en escalier avec avancement du bourrelet sur la voie ferrée au pied du remblai de la Mine de Sel. [cliché : S. ZINOUNE et A. MAHTAL]
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/4408/img-6.jpg
Fichier image/jpeg, 384k
Titre Photo 3 - Confortement par pieux à l'aval du remblai de la Mine de Sel. [cliché : S. ZINOUNE et A. MAHTAL]
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/4408/img-7.jpg
Fichier image/jpeg, 324k
Titre Photo 4 - Fissurations au niveau de la chaussée après la mise en circulation de l'autoroute. [cliché : S. ZINOUNE et A. MAHTAL]
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/4408/img-8.jpg
Fichier image/jpeg, 180k
Titre Figure 5 - Vue en plan de l'emplacement de la zone du déblai de Dar El Hajeb et du remblai de Walgaz (fond de carte : image Google Earth).
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/4408/img-9.jpg
Fichier image/jpeg, 8,0M
Titre Tableau I - Résultats des essais géotechniques des sondages effectués au déblai de Dar El Hajeb.
Légende WNAT : teneur en eau naturelle. Dmax : dimension maximale de l'élément le plus grossier. IP : indice de plasticité. VBS : valeur au bleu de méthylène. WOPN : teneur en eau à l'Optimum Proctor Normal (WOPN). Classe GTR : A3ts correspond à une nature fine très plastique et à un état d'humidité très sec ne permettant pas la réutilisation du matériau ; A3mh correspond à une nature fine très plastique et à un état d'humidité moyenne n'imposant que peu de contraintes pour la réutilisation du matériau ; A4 correspond à une nature fine très plastique.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/4408/img-10.jpg
Fichier image/jpeg, 112k
Titre Tableau II - Résultats des essais géotechniques sur les trois prélèvements du remblai de Walgaz.
Légende WNAT : teneur en eau naturelle. Dmax : dimension maximale de l'élément le plus grossier. IP : indice de plasticité. VBS : valeur au bleu de méthylène. WOPN : teneur en eau à l'Optimum Proctor Normal (WOPN). Classes GTR : A3mh correspond à une nature fine très plastique et à un état d'humidité moyenne n'imposant que peu de contraintes pour la réutilisation du matériau.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/4408/img-11.jpg
Fichier image/jpeg, 168k
Titre Figure 6 - Vue en plan de l'emplacement de la zone d'étude du déblai de Sidi Abdallah, du déblai d'El Melha et du remblai de la Mine de Sel (fond de carte : Google Earth).
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/4408/img-12.jpg
Fichier image/jpeg, 320k
Titre Tableau III - Résultats des essais géotechniques du sondage 1 au niveau du déblai de Sidi Abdallah.
Légende Prof. : profondeur. WNAT : teneur en eau naturelle. Dmax : dimension maximale de l'élément le plus grossier. IP : indice de plasticité. VBS : valeur au bleu de méthylène. WOPN : teneur en eau à l'Optimum Proctor Normal (WOPN). Classes GTR : A2ts correspond à une nature fine peu plastique et à un état très sec n'autorisant pas la réutilisation du matériau ; A2s correspond à une nature fine peu plastique et à un état sec nécessitant des dispositions particulières pour la réutilisation du matériau.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/4408/img-13.jpg
Fichier image/jpeg, 180k
Titre Tableau IV - Résultats des essais géotechniques du sondage 2 au niveau du déblai de Sidi Abdallah.
Légende Prof. : profondeur. WNAT : teneur en eau naturelle. Dmax : dimension maximale de l'élément le plus grossier. IP : indice de plasticité. VBS : valeur au bleu de méthylène. WOPN : teneur en eau à l'Optimum Proctor Normal (WOPN). Classe GTR : A3s correspond à une nature fine très plastique et à un état d'humidité faible nécessitant des dispositions particulières pour la réutilisation du matériau.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/4408/img-14.jpg
Fichier image/jpeg, 168k
Titre Figure 7 - Courbes cumulatives des quatre prélèvements de sols du remblai de la Mine de Sel.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/4408/img-15.jpg
Fichier image/jpeg, 228k
Titre Tableau V - Résultats des essais géotechniques des quatre prélèvements effectués au niveau du remblai de la Mine de Sel depuis le Pk 117+970 jusqu'au Pk 118+350.
Légende WNAT : teneur en eau naturelle. Dmax : dimension maximale de l'élément le plus grossier. IP : indice de plasticité. VBS : valeur au bleu de méthylène. WOPN : teneur en eau à l'Optimum Proctor Normal (WOPN). Classes GTR : A3mh correspond à une nature fine très plastique et à un état d'humidité moyenne n'imposant que peu de contraintes pour la réutilisation du matériau.
URL http://physio-geo.revues.org/docannexe/image/4408/img-16.jpg
Fichier image/jpeg, 231k
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Pour citer cet article

Référence papier

Mohamed Mouhssine, Abdelali Touzani, Smail Zinoune et Abdelkarim Mahtal, « Terrassements sur terrains marneux sensibles aux glissements : cas des terrains et remblais autoroutiers entre Oued Amlil et Taza (Rif, Maroc) », Physio-Géo, Volume 9 | -1, 61-80.

Référence électronique

Mohamed Mouhssine, Abdelali Touzani, Smail Zinoune et Abdelkarim Mahtal, « Terrassements sur terrains marneux sensibles aux glissements : cas des terrains et remblais autoroutiers entre Oued Amlil et Taza (Rif, Maroc) », Physio-Géo [En ligne], Volume 9 | 2015, mis en ligne le 23 février 2015, consulté le 18 novembre 2017. URL : http://physio-geo.revues.org/4408 ; DOI : 10.4000/physio-geo.4408

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Auteurs

Mohamed Mouhssine

Département de Géologie, Faculté des Sciences Fès-Dhar Al Mahraz (FÉS, MAROC).
Courriel : mouhssinemohamed@yahoo.fr

Abdelali Touzani

Bureau d'étude EART MAROC (FÉS, MAROC).
Courriel : touzani-63@hotmail.fr

Smail Zinoune

Département de Géologie, Faculté des Sciences Fès-Dhar Al Mahraz (FÉS, MAROC).
Courriel : zainoun@hotmail.fr

Abdelkarim Mahtal

Département de Géologie, Faculté des Sciences Fès-Dhar Al Mahraz (FÉS, MAROC).
Courriel : abdelkarim_mo@hotmail.com

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