Comment résistent les remblais en cas de séisme ?

Chedid Saade, post-doctorant au CG, Université Gustave Eiffel

Postdoctorant au laboratoire Centrifugeuses Géotechniques, Chedid Saade a soutenu une thèse fin 2023 qui éclaire sur le comportement d'un remblai tel qu’une digue en cas de tremblement de terre, en particulier suite à la liquéfaction du sol. Il partage les données de ses résultats avec la communauté des scientifiques et professionnels du risque sismique.

« Ma thèse portait sur l’étude des comportements des sols dans le cadre de sollicitations sismiques, explique Chedid Saade. Les tremblements de terre peuvent en effet induire un phénomène dit de liquéfaction du sol : suite à de fortes pressions interstitielles, le sol subit une perte brutale de résistance et, pour le dire de manière très schématique, se met à se comporter comme un fluide. » Ce phénomène est une cause majeure de désastre lors des tremblements de terre, occasionnant glissements de terrain et tassements de sols. Le sol « transformé » temporairement en fluide aboutit à l’effondrement des habitations et des infrastructures et provoque les ruptures de remblais et de barrages. Particulièrement meurtrier, le phénomène s’est fait sentir dans le cas de séismes au Japon, en Indonésie ou lors du séisme de magnitude 7,8 qui a touché la Turquie en 2023.

La thèse de Chedid Saade s’est déroulée en plusieurs temps. Une première partie expérimentale a eu lieu dans le laboratoire Centrifugeuses Géotechniques (CG) du campus nantais de l’université. Objectif : étudier le comportement d’un remblai sur sol liquéfiable dans le cadre d’une série d’essais sur modèles réduits à l'échelle 1/N. « Les modèles réduits de remblais utilisés dans le cadre de ces essais avaient pour dimension 10 cm de hauteur, 15 cm d’épaisseur de couche au sol et 5 cm de largeur de crête, ce qui représente un remblai de 6 mètres de hauteur construit sur une couche de 9 mètres à l’échelle réelle. Ces essais ont nécessité pas moins de 120 kilos de sable et de particules fines et plusieurs jours de préparation » détaille le jeune chercheur. 

Équipés de différents types de capteurs, les modèles réduits ont ensuite été installés dans le « Shaker » : une table vibrante embarquée dans la centrifugeuse géotechnique de l’université, l’une des plus grandes au monde. Ce dispositif permet d’appliquer des séquences temporelles d'accélération contrôlée, autrement dit des vibrations qui recréent les conditions d’un séisme. « C’est une immense opportunité pour les jeunes chercheurs que d’avoir accès à un tel équipement scientifique, remarquable par ses dimensions et sa technologie de pointe » souligne Zheng Li, chercheur qui a co-encadré la thèse de Chedid Saade.

Co-financés par la Région Pays de la Loire, ces travaux conduit à une modélisation numérique du comportement du remblai. Elle permet de tirer plusieurs enseignements : le phénomène de liquéfaction du sol s’opère sous la surface libre du sol et non sous le remblai. Autre résultat : en situation de séisme, le remblai est susceptible de se tasser. Ce tassement s’opère au niveau de la crête et s’accompagne de déplacements latéraux au niveau de la base. Il a également été observé qu’un sable composé de particules fines non-plastiques augmente la résistance du sol et réduit l’intensité du phénomène de liquéfaction.

Ces résultats, Chedid Saade a tenu à les rendre disponibles en open source : « Mes travaux de recherche et les données collectées ont vocation à être partagées auprès des chercheurs du monde entier et particulièrement les professionnels du risque sismique. Je pense notamment aux pays fortement touchés par les séismes tels que l’Italie, la Chine ou encore le Japonqui pourraient bénéficier de cette expérimentation. »

Liquéfaction des sols : phénomène sismique géologique par lequel, sous l’effet d’une perturbation, le sol se comporte comme un liquide. Fortement redouté pour les importants dégâts qu’il cause, ce phénomène est la source de nombreux effondrement d’infrastructures lors de séismes.

Risque sismique : estimation de l’effet destructeur que pourrait avoir un séisme sur une région. Il prend en compte l’aléa sismique (probabilité qu’un séisme se produise dans une zone donnée durant une période donnée) et la vulnérabilité des infrastructures et des populations de la région en question.