appliquée au BTP

appliquée au BTP
Géologie
appliquée au BTP
Géotechnique
appliquée au BTP
PierreMartin
Martin
Pierre
© Groupe Eyrolles, 2010, ISBN : 978-2-212-12770-6
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1.2
Géologie structurale
La géologie structurale est la discipline qui étudie la disposition des formations
rocheuses telles qu’on les observe en subsurface et/ou qu’on les imagine au
bureau. En géotechnique, on peut le plus souvent la limiter à la description de
leur faciès et de leur géométrie ; leur datation précise n’est éventuellement
nécessaire que lors d’études de grands ouvrages souterrains, galeries, forages…
traversant de nombreuses formations dont on veut préciser la structure.
L’élément de base de la géologie structurale est le faciès d’une formation
rocheuse : à l’origine, le mot désignait l’ensemble des caractères lithologiques,
paléontologiques et génétiques propres d’une formation sédimentaire, son
aspect particulier résultant des conditions de son élaboration et de son état
(paléogéographie, sédimentation, diagenèse…), indépendamment de son âge :
• des roches de même faciès peuvent avoir des âges différents – le calcaire de
faciès urgonien est d’âge barrémien en Savoie, aptien en Provence et dans les
Pyrénées, albien dans la cordillère Cantabrique ;
• des roches de même âge peuvent avoir des faciès différents – calcaire et gypse
d’âge ludien de la vallée de la Marne ;
• une même formation peut présenter des faciès plus ou moins différents selon
l’endroit – marne crayeuse, craie grise, craie noduleuse, craie glauconieuse,
craie blanche avec et sans silex… du Bassin parisien.
La notion de faciès a ensuite été appliquée sous la forme de lithofaciès, sans
caractère paléontologique, aux formations métamorphiques ; elle peut aussi
s’étendre, sans caractère génétique, aux formations magmatiques. C’est cette
notion étendue qui permet, à une échelle d’observation donnée, de caractériser
des formations de même aspect général, sans entrer dans des détails secondaires
qui compliqueraient inutilement la modélisation de leur structure : les cartes et
coupes géologiques, modèles géométriques du sous-sol d’un site (voir 3.3 et
Fig. 1) sont en grande partie établies à partir d’observations de faciès à l’affleurement, en groupant ainsi des échantillons qui, sans être identiques, ont à peu
près le même aspect et donc appartiennent en principe à la même formation.
La structure primaire d’une formation est celle issue de son élaboration par
sédimentation et diagenèse (roches sédimentaires), intrusion (roches plutoniques) ou effusion (roches volcaniques) ; sa structure secondaire est celle acquise
ensuite, par déformation tectonique (failles et plis). Ces deux types de structures
sont généralement superposés, mais on peut pratiquement toujours les distinguer, comme les strates (structure primaire) d’une formation sédimentaire fracturée et/ou plissée (structure secondaire) ; par contre, après une transformation
métamorphique, si les structures des formations métamorphisées ont pratiquement disparu, les structures des formations métamorphiques qui en sont issues
peuvent paraître primaires. Il est rare qu’une structure primaire soit intégralement conservée.
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1.2 – Géologie structurale
Figure 1.2 – Superpositions de structures
Primaires ou secondaires, on observe des structures analogues à toutes les
échelles, de l’échantillon à la région : une faille peut avoir un rejet de quelques
centimètres à plus de mille mètres ; un pli peut avoir un rayon de courbure de
quelques millimètres à plus de 10 km… Mais sur le terrain, en dehors de certaines zones désertiques sans végétation, vous ne verrez de loin en loin que quelques pans de miroirs de failles, de charnières ou flancs de plis…, jamais
continus et réguliers : les figures suivantes sont des modèles analogiques très
schématiques d’objets réels infiniment plus complexes.
En géotechnique, l’identification, l’implantation et la modélisation correctes de
la structure géologique d’un site que l’on aménage sont nécessaires à la conception du projet, à la préparation, à l’exécution et au suivi des travaux ; ce sont les
opérations de base de toute étude géotechnique, quelles que soient la nature et
les dimensions de l’ouvrage.
1.2.1 Stratigraphie
La stratigraphie est la discipline qui étudie dans l’espace et dans le temps les
formations sédimentaires généralement plus ou moins arrangées en couches ou
strates subhorizontales superposées dans l’ordre normal de leur dépôt, avant
leurs déformations et/ou leurs transformations. En géotechnique, on peut la
limiter à leur étude lithologique, géométrique et relationnelle dans l’espace.
À toutes les échelles d’observation, la détermination de l’ordre de superposition
d’une formation par rapport à une autre ou de la continuité d’une formation dont
le faciès est plus ou moins variable, est particulièrement importante, car elle
permet d’établir des modèles géométriques cohérents du sous-sol d’un site.
Cette détermination spécifique par celle de l’âge d’une formation selon l’échelle
stratigraphique générale (…Crétacé inférieur : …Barrémien, Aptien, Albien…)
est une affaire de spécialistes que l’on n’aborde qu’en cas de doute sur l’ordre
de superposition dans certaines structures tectoniques. Plus couramment, on
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peut substituer le niveau lithostratigraphique d’une formation à son âge pour
distinguer des faciès différents de même niveau ou des mêmes faciès de niveaux
différents, afin de préciser les relations spatiales de formations en contact, aussi
bien sédimentaires que magmatiques ou métamorphiques.
Figure 1.2.1.a – Ordres de superpositions (lithostratigraphie)
On peut donc étendre la notion de stratigraphie descriptive spatiale à toutes les
formations rocheuses : il y a un ordre de superposition normal des formations
métamorphiques (granite, gneiss, micaschiste, schistes), des produits d’évolution superficielle de toutes les roches (roche mère, roche altérée, altérite…) ;
il y a aussi des alternances répétées un grand nombre de fois de couches plus
ou moins épaisses de tuf et lave volcaniques, de calcaire et marne, de grès et
argilite…
Figure 1.2.1.b – Stratification sédimentaire
La strate est la plus petite unité d’une formation sédimentaire ; selon le type de
roche, elle est épaisse de quelques centimètres à quelques décimètres et dépasse
rarement le mètre, mais des strates de même roche peuvent être empilées sur de
grandes épaisseurs – une formation de strates analogues à toutes les échelles
d’observation est dite compréhensive. Par définition, une strate, ou plus généralement une formation compréhensive, présente des caractères lithologiques,
structuraux et/ou paléontologiques propres plus ou moins apparents qui permettent de la distinguer de celle qu’elle surmonte et de celle qui la surmonte, dont
elle est séparée par des surfaces de contact plus ou moins planes, des plans
ou joints de stratification. La stratification peut être parallèle, oblique,
lenticulaire…