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Etude complémentaire de la stabilité des flancs internes

du cratère du Lac Pavin (63) Modèle numérique FLAC du profil P1

Rapport final

B R G M RP-60851-FR Décerr

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Décembre 2011

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RÉPUBLIQUE FRANÇAISE

Ministère de l'Écologie, du Développement durable, des Transports et du logement

m Géosciences pour une Terre durable

brgm 3 5000 00091410 0

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Etude complémentaire de la stabilité des flancs internes

du cratère du Lac Pavin (63) Modèle numérique F L A C du profil P1

Rapport final

BRGMRP-60851-FR Décembre 2011

Étude réalisée dans le cadre des projets

de Service public du B R G M 11RISE41

S . Gourdier, C . Mathon, O . Renault

Vérificateur :

N o m : S. Bernardie

Date : 27/02/2012

Signature : ^Ä>

Approbateur

N o m : P. Rocher

Date: 15/03/2012

Signature :

Utnti • ÉgallU ' Fraterni!/

R É P U B L I Q U E F R A N Ç A I S E

Ministère de l'Écologie, du Développement durable, des Transports et du Logement

En l'absence de signature, notamment pour les rapports diffusés en version numérique, l'original signé est disponible aux Archives du B R G M .

Le système de management de la qualité du B R G M est certifié A F A Q ISO 9001:2008.

m Géosciences pour une Terre durable

brgm

Étude complémentaire de la stabilité des flancs internes du cratère du Lac Pavin (63)Modèle numérique FLAC du profil P1

Mots clés : Risque naturel - Glissement - Modèle - Lac Pavin - Puy-de-Dôme - Auvergne

En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante :

Gourdier S., Mathon C, Renault O. (2011) - Étude complémentaire de la stabilité des flancs internesdu cratère du Lac Pavin (63). Modèle numérique FLAC du profil PI. Rapport final. BRGM/RP-60851-FR. 52 p., 5 fig., 5 tabl., 4 ann.

) BRGM, 201 1 , ce document ne peut être reproduit en totalité ou en partie sans l'autorisation expresse du BRGM.

BRGM/RP-60851-FR - Rapport final

Étude complémentaire de la stabilité des flancs internes du cratère du Lac Pavin (63)Modèle numérique FLAC du profil PI

Synthèse

A la demande du MEDDTL, le BRGM a réalisé une étude de stabilité aux différences finies

des pentes intracratériques du Lac Pavin (Auvergne, Puy-de-Dôme). Le profil choisi est situéprès de l'exutoire du lac (profil PI) considéré comme potentiellement instable par plusieursétudes antérieures du BRGM.

Le modèle a été réalisé à l'aide du logiciel FLAC et a nécessité des essais en laboratoirecomplémentaires (essais de cisaillement et vitesse du son). Il s'appuie également sur denombreux essais effectués antérieurement : essais en laboratoire sur des échantillons de

carottes prélevés dans la nappe de ponces de la période Sancy/Mont-Dore qui armel'anneau de projecfions du Lac Pavin et sur un sondage pressiométrique réalisé à l'extérieurdu cratère (SP2).

Le modèle a permis de déterminer par approche itérative les couples de cohésion et d'anglede frottement permettant d'assurer la stabilité en grand de la zone intracratérique du LacPavin. Les différentes moyennes des essais de cisaillement réalisés dans les sables

ponceux compacts (période Sancy/Mont-Dore) qui arment l'anneau cratérique permettentd'obtenir un coefficient de stabilité au grand glissement safisfaisant (> 1,5 ou légèrementinférieur). En revanche, pris individuellement, les essais de cisaillement sur les ponces de lapériode Sancy/Mont-Dore ont montré une grande variabilité qui ne permet pas, dans uneminorité de cas, d'assurer la stabilité. L'hypothèse privilégiée pour expliquer la variabilité deces mesures est celle de la variabilité des condifions expérimentales des essais, car, acontrario, les essais pressiométriques réalisés dans cette formation sont homogènes etprésentent d'excellentes caractéristiques. Par ailleurs, les approches corrélatives à partir desessais pressiométriques réalisés dans ces sables de ponces permettent également d'obtenirdes paramètres théoriques d'angle de frottement et de cohésion suffisants pour garantirCs > 1,5 correspondant à une stabilité du profil PI.

En revanche, il est probable que la dégradation superficielle des caractéristiquesgéotechniques des sables ponceux de la période Sancy/Mont-Dore pourrait conduire audéclenchement de glissements peu profonds dans le lac, comme il s'en est déjà produit parle passé. De telles instabilités semblent incompafibles en volume avec un éventuel« retournement » des eaux du lac.

A partir du profil PI, jugé a priori comme étant le plus suscepfible d'être instable - avec leprofil P2 -, l'approche numérique semble donc confirmer l'absence de risque de grandglissement dans l'anneau intracratérique, hypothèse déjà formulée sur la base d'argumentsgèomorphologiques et géologiques.



Sommaire

1. Introduction9

2. Méthodes et hypothèses de calcul11

2.1. CALCUL DE STABILITE PAR ANALYSE LIMITE11

2.2. LOGICIEL UTILISE ET LOI DE COMPORTEMENT DES MATERIAUX 12

2.3. HYPOTHESES DE CALCUL12

3. Résultats de calculs17

3.1. INITIALISATION DU MODELE17

3.2. ANALYSE DE LA STABILITE18

4. Discussion des résultats23

5. Conclusion25

6. Bibliographie27

Table des illustrations

Figure 1 : Maillage du profil PI13

Figure 2 : Condifions aux limites du profil PI13

Figure 3 : Conditions hydrauliques du profil PI14

Figure 4 : Contraintes effectives verticales en KPa18

Figure 5 : Exemple de rupture pour C = 10 kPa et ((>' = 35°, cisaillement et vecteurs vitessesde la zone de rupture19

Figure 6 : Exemple de rupture pour C = 10 kPa et f = 35°, déplacements verticaux20

Figure 7 : Exemple de rupture pour C = 10 kPa et^' = 35°, déplacements horizontaux20

Figure 8 : Exemple de rupture pourC = 10 kPaetf = 35°, zones de plasficité21

Tableau 1 : Caractéristiques mécaniques des sols en place (d'après essais en laboratoire etin situ)15

Tableau 2 : Caractéristiques mécaniques prises en compte dans le modèle17

Tableau 3 : Résultats de l'étude paramétrique (coefficients de sécurité Fs)18

Tableau 4 : Synthèse des essais de cisaillement réalisés sur les sables ponceux de la périodeSancy/Mont-Dore23

Tableau 5 : Moyenne de C et <t>' sur les sables ponceux de la période Sancy/Mont-Dore 24



Liste des annexes

Annexe 1 Résultats des calculs FLAC d'analyse de stabilité29

Annexe 2 Plan des invesfigafions réalisées depuis 2007 au Lac Pavin41

Annexe 3 Résultats des essais en laboratoire45

Annexe 4 Résultats de l'essai pressiométrique SP251



1. Introduction

La stabilité des flancs internes du cratère du Lac Pavin a déjà fait l'objet de plusieurs étudeset rapports, en particulier les rapports BRGM n° RP-57603-FR (juillet 2009) et RP-59980-FR(janvier 2011), à la demande du MEDDTL (Ministère de l'Écologie, du DéveloppementDurable, des Transports et du Logement).

Ces études ont permis d'effectuer des investigations bathymétriques de la zone sous-lacustre ainsi que des investigations géophysiques et géotechniques de certains secteursémergés. Le plan de positionnement de ces différentes investigations est donné en annexe2.

La bathymétrie des fonds sous-lacustres a permis, à l'appui d'argumentsgéomorphologiques, d'écarter l'hypothèse d'un mouvement de terrain de grande ampleur(1,2 millions de m^).

En revanche, il est quasi certain que les pentes sous-lacustres ont fait l'objet demouvements de terrain de moyenne ampleur (de l'ordre de 10 000 m^) impliquant dessédiments sous-lacustres, voire des formations ponceuses altérées.

En ce qui concerne la partie émergée, de nombreuses investigations (profils électriques etsismiques, sondage carotté profond, sondages carottés manuels, essais in situ et enlaboratoire, pose d'un indinomètre et d'un piézomètre) ont été menées afin d'élaborer desmodèles de stabilité géomécanique au droit de deux secteurs considérés commepotentiellement problématiques au regard de leurs traits géomorphologiques (cf. rapportBRGM/RP-55301-FR).

Concernant la stabilité à très long terme du profil PI, implanté près de l'exutoire, deuxsondages complémentaires ont été réalisés par le BRGM afin de mieux caractériser la nappede ponces qui arme l'anneau cratérique du Lac Pavin dans ce secteur.

Un sondage carotté et un sondage pressiométrique à 20 m de profondeur ont été réaliséscôte à côte sur la route de l'exutoire, sensiblement dans l'axe des profils électrique etsismique P1. Des essais en laboratoire ont été réalisés pour mesurer la cohésion, l'angle defrottement, la porosité ainsi que la vitesse du son.

Les caractéristiques mécaniques mesurées in situ et en laboratoire se sont révélées trèshétérogènes et il a donc été proposé de réaliser une étude paramétrique à l'aide d'unmodèle aux différences finies en ufilisant le logiciel FLAC.

La présente étude fait l'objet d'une convenfion entre le BRGM et le MEDDTL d'une durée detrois mois à compter du ^^' août 2011, qui a été prolongée par avenant jusqu'au 31décembre 2011.



2. Méthodes et hypothèses de calcul

2.1 . CALCUL DE STABILITE PAR ANALYSE LIMITE

Généralement, les calculs de stabilité sont menés par la méthode de calcul à la rupture (casdu logiciel TALREN édité par TERRASOL) qui consiste à :

- définir une surface de rupture potentielle ;

- découper cette surface en tranches ;

- évaluer pour chacune des tranches les efforts et moments moteurs (poids desterrains, eau, surcharges, etc.) et les efforts et moments résistants (résistance aucisaillement des terrains, renforcements, etc.). Le quotient des moments résistantspar les moments moteurs donne le coefficient de sécurité de la surface de ruptureétudiée.

Le test d'un grand nombre de surfaces circulaires permet d'évaluer un coefficient de sécuritéminimal.

La méthode de l'analyse à la rupture présente l'avantage d'être simple à mettre en etd'avoir un retour d'expérience considérable depuis très longtemps au sein de la profession :elle s'est donc imposée comme la méthode de référence pour dimensionner la plupart desouvrages géotechniques. Toutefois, elle présente plusieurs inconvénients :

- la surface de rupture est une hypothèse de calcul, et seul le cas des rupturescirculaires est vraiment traité de manière totalement satisfaisante ;

- les déplacements de l'ouvrage ou du massif étudiés ne sont pas évalués et lecomportement en grand est mal appréhendé.

La méthode de l'analyse limite, basée sur une modélisation en déplacement par lesméthodes des éléments finis ou des différences finies, permet de s'affranchir des restrictionsévoquées précédemment.

Le principe général de la méthode d'analyse limite appliquée à la stabilité de pente consisteà évaluer la marge de sécurité disponible pour l'état de contrainte de la pente dans son étatcalculé par rapport à l'état de contrainte limite des terrains en place, en prenant en compte lacourbe intrinsèque du matériau (un point sur cette courbe correspond à un état de limite derupture des terrains).

Le principe de la méthode implémentée dans FLAC est le suivant : partant d'un jeu deparamètre C et (]) conduisant à un état de stabilité de la pente (coefficient de sécurité FS > 1),

les paramètres C et (j) sont progressivement réduits jusqu'à atteindre un état de rupture de lapente.

Le calcul est mené itérativement par réduction progressive de la résistance au cisaillement,jusqu'à obtenir deux calculs consécutifs, l'un étant stable et l'autre instable, et présentantune variation du coefficient de sécurité inférieure à 0,01 (1 %).

Le taux de réduction de la résistance au cisaillement ainsi déterminé donne le coefficient de

sécurité, d'où la dénominafion anglaise de la méthode (« C-^ réducfion method »).

BRGM/RP-60851 -FR - Rapport final 11

Étude complémentaire de la stabilité des flancs internes du cratère du Lac Pavin (63) Modèle numérique F L A C du profil P1

2.2 . LOGICIEL UTILISE ET LOI DE COMPORTEMENT DES MATERIAUX

Les calculs ont été réalisés avec le logiciel F L A C (Fast Lagrangian Analysis of Continua) version 4 , code de calcul bidimensionnel basé sur la méthode des différences finies. C e logiciel est développé par la société américaine ITASCA (représentée en France par ITASCA Consultants S A S , www.itasca.fr). Il est utilisé dans le m o n d e entier par un grand nombre de sociétés d'ingénierie et de bureaux d'étude dans les domaines du génie civil, du génie minier et de la géotechnique.

F L A C est basé sur la méthode numérique des différences finies explicites. C o m m e la méthode des éléments finis, la méthode des différences finies est fondée sur une discrétisation spatiale des terrains. Pour une description précise des méthodes numériques implémentées dans FLAC, on se référera à l'article de D . Billaux et P. Cundall « Simulation des géomatériaux par la méthode des éléments lagrangiens - Revue française de géotechnique n° 63 - avril 1993 », ou à la notice du logiciel.

Les atouts de ce code pour la présente étude sont, d'une part, sa capacité à simuler de grandes déformations et, d'autre part, la possibilité d'évaluer le coefficient de sécurité par la procédure d'analyse limite.

Les terrains en place sont modélisés par une loi de comportement élasto-plastique avec critère d'écoulement de Mohr-Coulomb. Cette loi de comportement est la plus habituellement retenue pour les massifs de sol ou de roche tendre. Elle est définie par six paramètres :

- E : module d'élasticité, - v : coefficient de Poisson, - C : cohésion, - <¡> : angle de frottement interne, - \\i : angle de dilatance, - R t : résistance à la traction.

Deux paramètres (E et v) caractérisent le comportement élastique, les quatre autres (C, <j>, \\J et R,) caractérisent le comportement plastique.

2.3. HYPOTHESES DE CALCUL

2.3.1. Géométr ie du m o d è l e

Le modèle est basé sur le profil P1 déjà étudié (cf. rapports B R G M RP-57603-FR et R P -59980-FR, cf. annexe 2).

Il présente une extension horizontale de 550 m et une extension verticale de 143 m , la base du modèle étant fixée à la cote 1 086 m , soit 20 m sous le fond du lac, et le sommet du profil à la cote 1 229 m (cf. Figure 1).

La pente la plus élevée du profil est d'environ 3H / 2V, soit un angle de 33°, en bordure immédiate du lac.

Le maillage est constitué de mailles rectangulaires d'environ 5 m de largeur et 2 m de hauteur. Le long des lignes de pente, les positions des n œ u d s sont ajustées pour correspondre à la topographie du site.

2.3.2. Conditions aux limites du maillage

Les n œ u d s situés à la base du modèle sont bloqués horizontalement et verticalement.

Les n œ u d s situés aux frontières latérales du modèle sont bloqués horizontalement, les déplacements verticaux sont autorisés.

12 B R G M / R P - 6 0 8 5 1 - F R - Rapport final

http://www.itasca.fr


J O B TITLE : Lac Pavin profil P1 - Maillage

FLAC (Version 4.00)

LEGEND

25-Jan-12 10:11 step 3063 -4.250E+02 <x< 1.750E+02 8.500E+02<y< 1.450E+03

User-defined Groups H PONCE ISAVO Grid plot

> i

0 1E 2

BRGM Orleans, France

^

-3.500 -2 500 -1500 -0 500 0 500 1500 (•10*2)

(•10*3)

. 1400

_ 1.300

. 1.200

- 1 100

_ 1.000

0.900

Figure 1 : M a il läge du profil P1

J O B TITLE : Lac Pavin profil P1 - Conditions aux limites

FLAC (Version 4.00)

LEGEND

25-Jan-12 10:11 Step 3063 -4.250E+02 <x< 1.750E+02 1.050E+03<y< 1.650E+03

Grid plot

0 1E 2

Fixed Gridpoints X X-direction B Both directions

B R G M Orleans, France

-.»»

»

*

X

•

• • 4 M

•

• • » > -la» 4lt»

|«M

lllllllllilllllllll!lllll!ill!lll»lil!l!!llilllllllii!i!il!liminilll!!H!l!l!llllilllilll!!nfflffiI

-1.500 (•10«2)

Figure 2 : Conditions aux limites du profil P1

B R G M / R P - 6 0 8 5 1 - F R - Rapport final 13


2.3.3. Conditions hydrauliques

Les conditions hydrauliques introduites dans le modèle sont de deux natures :

- d'une part, on tient compte de la présence du plan d'eau à la cote 1 197 m en appliquant aux n œ u d s de la surface libre situés sous le niveau du lac une pression équivalente ;

- d'autre part, on simule la présence d'une nappe, en équilibre avec le plan d'eau, donc à la m ê m e cote, le logiciel se chargeant de calculer les pressions interstitielles qu'elle engendre.

J O B TITLE : Lac Pavin profil P1 - C

FLAC (Version 4.00)

LEGEND

25-Jan-12 10:11 step 3063

-4.250E+02 <x< 1.750E+02 8.500E+02<y< 1.450E+03

Water Table Net Applied Forces Max Vector = 4.550E+03

0 1E 4


onditions hydrauliqu es

lililí P

-3 500 -2.500

j0tWSPPf'

-1500 -0 500 OSO0 1500

(•10'2)

( • W S )

L 1.400

1.300

. 1 200

. 1.100

. 1.000

. 0900

Figure 3 : Conditions hydrauliques du profil P1

2.3.4. Paramètres m é c a n i q u e s

Les caractéristiques géotechniques des matériaux rencontrés le long du profil P1 ont été évaluées par sondages, essais in situ et au laboratoire (cf. annexes 3 et 4). Il s'est avéré que ces matériaux sont particulièrement hétérogènes, leurs comportements mécaniques variant en fonction de la profondeur et de leur degré d'altération.

Ces caractéristiques mécaniques ne sont donc pas fixées à l'avance mais font l'objet d'une étude paramétrique pour évaluer la stabilité du profil P1 .



On retient, d'après les essais réalisés, les valeurs suivantes

Sables volcaniques /épisode Pavin

Cendres ponceuses /épisode Sancy/Mont-Dore

Module pressiométrique Em 0,1 à 138 MPa 34 à 157 MPa

Cohésion C OkPa 0 à 33 kPa

Angle de frottement (|)' 22 à 45° 30 à 53°

Poids volumique ju 18kN/m^ 18kN/m^

Tableau 1 : Caractéristiques mécaniques des sols en place (d'après essais en laboratoire et in situ)

Le coefficient de Poisson varie très peu en mécanique des sols, on l'esfime à v = 0,3.



3. Résultats de calculs

3.1. INITIALISATION DU MODELE

Le module d'élasticité E et le coefficient de Poisson v sont les paramètres servant àl'esfimafion des déplacements des sols. Ce sont uniquement les paramètres de résistanceau cisaillement, c'est-à-dire la cohésion C et l'angle de frottement ^, qui déterminent s'il y arupture ou non. L'étude paramétrique portera donc uniquement sur ces deux paramètres.

Les sables volcaniques de la période Pavin présentent des modules d'élasticité Evariables.

très

A partir de la formule de Ménard : E = E^/a (avec a : coefficient rhéologique), en faisantl'hypothèse pessimiste que Em moy = 15-20 MPa dans les sables volcaniques du Pavin, et enconsidérant que a = 1/3 dans les sables, on esfime la valeur moyenne de E à 50 MPa.

Avec la même formule, en faisant l'hypothèse pessimiste que Em moy =100 MPa dans lescendres ponceuses de l'épisode Sancy/Mont-Dore et avec a = 1/3, on estime que E est aumoins égal à 300 MPa.

Les sables volcaniques (épisode Pavin) présentent une cohésion nulle, seul le frottementinterne assure leur stabilité. Au vu de la topographie de ces sables et des pentes existantes,

pour assurer l'état de stabilité actuel, on estime que leur angle de frottement interne ^ est auminimum de 28°.

De plus, d'après la coupe géologique au droit de PI, la stabilité du profil dépend uniquementdes caractéristiques mécaniques de la formation de cendres ponceuses (Sancy/Mont-Dore)qui arme l'anneau intracratérique. On rappellera que ces formations ont été reconnues àpartir de 13-14 m de profondeur en SP2, réalisé à l'extérieur du cratère (cf. annexes 2 et 4).Les sables volcaniques de la période Pavin reposent en biseau sur les ponces de la périodeSancy/Mont-Dore mais on ne les retrouve pas à l'intérieur du cratère.

Pour résumer, les caractéristiques mécaniques prises en compte dans le modèlesont consignées dans le tableau 2.

Sables volcaniques /épisode Pavin

Cendres ponceuses /épisode Sancy/Mont-Dore

Module d'élasticité E 50 MPa 300 MPa

Coefficient de Poisson v 0,3 0,3

Cohésion C OkPa 0 à 33 kPa

Angle de frottement (j)' 28° 30 à 53°

Poids volumique jn 18kN/m^ 18kN/m^

Tableau 2 : Caractéristiques mécaniques prises en compte dans le modèle

Avant d'effectuer tout calcul de stabilité par analyse limite, il faut initialiser les contraintesdans le modèle, en tenant compte des épaisseurs et des poids volumiques de chaqueformation, ainsi que des pressions interstitielles.

Les contraintes initiales sont calculées par le modèle, elles sont représentées sur la flguresuivante.


Étude complémentaire de la stabilité des flancs internes du cratère du Lac Pavin (63) Modèle numérique FLAC du profil P1

J O B TITLE : Lac Pavin profil P1 - Contraint«« initial««

F L A C (Version 4.00)

LEGEND

25-Jan-12 10.11 step 3063 -4.250E+02 <x< 1.750E+02 8.500E+02<y< 1.450E+03

YY-stress contours • -2.25E+03

1 -2.00E+03 m -1.75E+03 y -1.50E+03

1 -1.25E+03 m -1.00E+03 • -7.50E+02 • -5.00E+02 • -2.50E+02 fl O.OOE+00

Contour interval 2.50E+02 Grid plot

i i

0 1E 2


^S* ÈÊkm ^ÊÉÈ

^r i | . . , - . • - " • "

, ^^^^^^ j^ |

(•WS)

_ 1 400

_ 1 300

_ 1.200

(. 1.100

. 1.000

. 0.900

-3 500 -2 500 -1500 -0 500 0 500 1.500 (M0*2)

Figure 4 : Contraintes effectives verticales en KPa

3.2. ANALYSE DE LA STABILITE

L'étude paramétrique est effectuée en faisant varier indépendamment les valeurs de

cohésion et d'angle de frottement de la formation de cendres ponceuses et en effectuant,

pour chaque couple de valeurs, une analyse limite qui conduit à l'évaluation du coefficient de

sécurité.

L'ensemble des résultats est synthétisé dans le tableau suivant. Les résultats détaillés

figurent en annexe 1.

Cohésio

n C

'(kP

a) OkPa

5kPa

10kPa

20kPa

30kPa

Angle de frottement <|>'(0)

30°

INS

1,08

1,17

1,32

1,44

35°

1,11

1,28

1,38

1,53

1,66

40°

1,33

1,51

1,62

1,78

1,92

50°

1,83

2,10

2,21

2,39

2,54

Tableau 3 : Résultats de l'étude paramétrique (coefficients de sécurité Fs)

18 BRGM/RP-60851 -FR - Rapport final

Étude complémentaire de la stabilité des flancs internes du cratère du Lac Pavin (63)

Modèle numérique FLAC du profil P1

La Figure 5 représente les zones en cisaillement au m o m e n t de la rupture (shear strain-rate, soit taux de déformation en cisaillement), ainsi que les vecteurs vitesses de la masse en mouvement, permettant de visualiser la rupture quasi-circulaire pour des valeurs fictives de C ' = 10kPaet<j>' = 35°.

J O B TITLE : Lac Pavin profil P1 - Zone de rupture - C = 10 / Phi = 35 (•10*3)

FLAC (Version 4.00)

LEGEND

24-Jan-12 16:05 step 15045 -7.500E+01 <x< 7.500E+01 1.100E+03<y< 1.250E+03

Max. shear strain-rate 5.00E-07 1 OOE-06 1-50E-06 2.00E-06 2.50E-06 3.00E-06 3.50E-06 4.00E-06

Contour interval 5.00E-07 Velocity vectors

Max Vector = 5.367E-05

0 1 E - 4

Water Table Factor of Safety 1.38


-2 000 0.000

(-10*1)

Figure 5 : Exemple de rupture pour C = 10 kPa et 0' = 35°, cisaillement et vecteurs vitesses de la zone de rupture

Les deux figures suivantes (Figure 6 et Figure 7) représentent respectivement les déplacements verticaux et horizontaux et la Figure 8 représente les zones en plasticité, c'est-à-dire ayant dépassé le critère de rupture de Mohr-Coulomb.

L'ensemble des couples de valeurs fait apparaître la m ê m e zone de rupture, située au niveau de la zone de plus grande pente, c'est-à-dire la partie émergée de la face interne du cratère, ainsi que la partie supérieure de la zone immergée (les vingt premiers mètres en profondeur environ).

En fonction des valeurs de résistance au cisaillement, la zone de rupture est plus ou moins profonde et circulaire.



J O B TITLE : Lac Pavin profil P1 - Deplacements verticaux

FLAC (Version 4.00)

LEGEND

24-Jan-12 16:05 step 15045 -7.500E+01 <x< 7.500E+01 1.100E+03<y< 1.250E+03

Y-displacement contours • -9.00E-01 • -8.00E-01 R -7.00E-01 LJ -6.00E-01 • -5.00E-01 • -4.00E-01 • -3.00E-01

1 -2.00E-01 • -1 00E-01 fl 0 00E+00

Contour interval 1.00E-01 Water Table Factor of Safety 1.38


-eooo -4 000

C « 1 0 / P h i « 3 5

àritÊ ¿V WL i^r

W W^^.

-2 000 0 000 2 000 4 000 6 000

(•10-1)

(•10*3)

1230

L 1510

. 1.180

1 170

. 1 150

1 130

. 1 110

Figure 6 : Exemple de rupture pour C = 10 kPa et ó' = 35°, déplacements verticaux

J O B TITLE : Lac Pavin profil P1 - Deplacements horizontaux - C = 10 / Phi = 35

FLAC (Version 4.00)

LEGEND

24-Jan-12 16:05 step 15045

-7.500E+01 <x< 7.500E+01 1.100E+03<y< 1.250E+03

X-displacement contours • -9.00E-01

1 -8.00E-01 W -7.00E-01 U -600E-01 • -5.00E-01 m -4.00E-01 y -300E-01

1 -2.00E-01 • -1.00E-01 ff 0.00E+00

Contour interval3 1.00E-01 Water Table Factor of Safety 1.38


¿0^ ^ ^A

:*£ ^ ^ ^ H • a-g^ wr

Zgß^^ ^r • ^ *£?

^^H ™ tä^L ÌF*

-« fl ^ ^

^B

^HHP "*~ss ^

-«000 -4 000 -2 000 0 000 2 000 4 000 6 000

C10-1)

(•10-3)

. 1.230

. 1.210

1 180

1170

. 1.150

. 1.130

1 110

Figure 7 : Exemple de rupture pour C - 10 kPa et <f>' = 35°, déplacements horizontaux

20 BRGM/RP-60851-FR - Rapport final

Etude complémentaire d e la stabilité des flancs internes du cratère du Lac Pavin (63)

Modèle numérique F L A C du profil P1

JOB TITLE : Lac Pavin profil P1 - Zones en plasticité - C = 10/Phi = 35

FLAC (Version 4.00)

L E G E N D

24-Jan-12 16:05 step 15045

-7.500E+01 <x< 7.500E+01 1.100E+03<y< 1.250E+03

Plasticity Indicator * at yield in shear or vol. X elastic, at yield in past o at yield in tension Water Table Factor of Safety 1.38

plot

0


no»3)

. 1.150

0000 (M0»1)

Figure 8 : Exemple de rupture pour C = 10 kPa et <¡>' = 35°, zones de plasticité



4. Discussion des résultats

Il convient tout d'abord de remarquer que les résultats du modèle FLAC sont trèsdépendants de la valeur de cohésion et de l'angle de frottement interne dans les ponces dela période Sancy/Mont-Dore. Or, les valeurs mesurées dans ces ponces sont très variables.Deux hypothèses peuvent être formulées pour expliquer cette variabilité : soit il s'agit d'unevariabilité naturelle due à l'hétérogénéité des sables ponceux, soit cette variabilité est dueaux condifions expérimentales des essais de cisaillement. L'homogénéité des essaispressiométriques au sein des sables ponceux à partir de 13-14 m de profondeur en SP2conduit à privilégier la deuxième hypothèse. Le tableau ci-après résume les différentesmesures effectuées dans les matériaux ponceux rattachés à cette période.

Sondage Type essai Prof, (m) Géologie

Cp

(kPa) <t>'pn

SC2 Triaxial 18

Argile sableuse (nappe

ponces Sancy Mont-Dore) 33 52,7

SC2 Cisaillement boite 17,70

Sable argileux (nappe

ponces Sancy/Mont-Dore) 0 30

SCIM Cisaillement boite affleurement

Ponces altérées marron-

rouille (nappe ponce

Rioubes-haut) 10 48

SC2M Cisaillement boite affleurement

Sable ponceux gris (nappe

ponces Sancy/Mont-Dore) 13 33

SC3M Cisaillement boite affleurement

Ponces altérées grises

(nappe ponces

Sancy/Mont-Dore) 40 31

Tableau 4 : Synthèse des essais de cisaillement réalisés sur les sables ponceux de la périodeSancy/Mont-Dore

Le modèle de stabilité FLAC fait apparaître un coefficient de sécurité inférieur à 1 pour C = 0kPa et 0' = 30°, correspondant à un profil instable. Cette valeur n'a été mesurée qu'uneseule fois dans la nappe de ponces datant de la période Sancy/Mont-Dore (essai decisaillement à 17,70 m de profondeur en SC2).

Pour 0 < C '< 30 kPa et cp' = 30°, 0 < C < 20 kPa et O' = 35°, 0 < C < 5 kPa et O' = 40°, on

obtient un coefficient de sécurité intermédiaire compris entre 1 et 1,5. Si ces valeurs de

cohésion et de frottement interne sont représentatives des caractéristiques géomécaniquesen grand de la nappe de ponces Sancy/Mont-Dore, alors les pentes pourraient présenter unrisque éventuel de glissement en grand, surtout si Cs est inférieur à 1,3. Une seule mesurecorrespond à ce cas de figure, il s'agit du cisaillement effectué sur les échantillons de SC2M.

Pour des valeurs de cohésion et d'angle de frottement supérieures aux valeurs précitées,alors Cs >1,5 et le profil PI est stable. La majorité des essais (3/5) réalisés présente desvaleurs C, O' correspondant à ce cas de figure. Par ailleurs, si l'on effectue des moyennessur les différentes valeurs de C et cp' obtenues, on aboutit également à des résultats denature à garantir Cs > 1,5 ou légèrement inférieur à 1,5. Ces différentes moyennes sontrésumées dans le tableau suivant.



Cp <^\

moyenne 19.2 38.94

moyenne harmonique sans SC3 17.22 39.07

moyenne harmonique sans extrêmes 17.22 34.27

moyenne sans extrêmes 24.00 35.50

Tableau 5 : Moyenne de C et <t>' sur les sables ponceux de la période Sancy/Mont-Dore

Parmi les explications possibles concernant la variabilité des mesures de C, cp' obtenues ausein des sables ponceux de la période Sancy/Mont-Dore, la variabilité des condifionsexpérimentales des essais constituent l'hypothèse la plus plausible (taille des carottes,qualité des échantillons, type d'essai et condifions de réalisafion, etc.). En effet, les essaispressiométriques réalisés dans le sondage SP2 montrent que les caractéristiquespressiométriques des sables ponceux de la période Sancy/Mont-Dore sont excellentes ethomogènes. C'est pourquoi nous avons essayé d'obtenir les paramètres C et cp' à partir decorrélafions établies avec les caractéristiques pressiométriques obtenues en SP2, dans lapartie non altérée des ponces Sancy/Mont-Dore (à partir de 15 m de profondeur), selon laformule suivante (Pasturel-Combarieu) :

(Pi +C'.cotg 0')<'"''"*''=TT/2(Po+c'.cotg (t>')*Esin 0'

avec

Pi : pression limite

Po : pression des terres au repos

E : module d'élasficité (module d'Young)

En considérant P| = 4 MPa (dans les faits, P| > 4 MPa mais la valeur n'est pas précisée,l'essai pressiométrique n'ayant pas dépassé cette valeur) et E = 300 MPa, on obfient :

C = 35 kPa ; cp' = 34°

Ce couple de valeur permet d'obtenir un coefficient de sécurité supérieur à 1,5.

A notre avis, la régularité des modules pressiométriques (dont dérive le module d'Young E)et des pressions limites dans les sables ponceux en SP2 à partir de 15 m de profondeurconduit à donner du crédit aux valeurs de Cet O' calculées à l'aide de la formule de

Pasturel-Combarieu.

Il faut noter que ce sont des valeurs minorées compte-tenu du fait que la pression limite n'apas été réellement atteinte lors de la réalisation de l'essai pressiométrique, en raison de lagrande résistance à la rupture des sables ponceux.

24 BRGM/RP-60851 -FR - Rapport final


5. Conclusion

La modélisation avec le code aux différences flnies FLAC du profll PI a permis dedéterminer par approche itérative les couples de cohésion et d'angle de frottementpermettant d'assurer la stabilité en grand de la zone intracratérique du Lac Pavin. Lesdifférentes moyennes des essais de cisaillement réalisés dans les sables ponceux compacts(période Sancy/Mont-Dore) qui arment l'anneau cratérique permettent d'obtenir un coefficientde stabilité au grand glissement safisfaisant (> 1,5 ou légèrement inférieur). En revanche,pris individuellement, les essais de cisaillement sur les ponces de la période Sancy/Mont-Dore ont montré une grande variabilité qui ne permet pas, dans une minorité de cas,d'assurer la stabilité. L'hypothèse privilégiée pour expliquer la variabilité de ces mesures estcelle de la variabilité des conditions expérimentales des essais car, a contrario, les essaispressiométriques réalisés dans cette formation sont homogènes et présentent d'excellentescaractéristiques. Par ailleurs, les approches corrélatives à partir des essais pressiométriquesréalisés dans ces sables ponceux permettent également d'obtenir des paramètresthéoriques d'angle de frottement et de cohésion suffisants pour garanfir Cs > 1,5correspondant à une stabilité du profil PI.

En revanche, il est probable que la dégradation superficielle des caractéristiquesgéotechniques des sables ponceux de la période Sancy/Mont-Dore pourrait conduire audéclenchement de glissements peu profonds dans le lac comme il s'en est déjà produit par lepassé. De telles instabilités semblent incompafibles en volume avec un éventuel« retournement » des eaux du lac.

A partir du profll PI , jugé a priori comme étant le plus suscepfible d'être instable, avec leprofil P2, l'approche numérique semble donc confirmer l'absence de risque de grandglissement dans l'anneau intracratérique, hypothèse déjà formulée sur la base d'argumentsgèomorphologiques et géologiques.



6. Bibliographie

Al Hussein M. (2001) - Etude du comportement différé des sols et des ouvrages géotechnique -Thèse Université Joseph Fourier, Grenoble.

Billaux D., Cundall P. (1993) -Simulafion des géomatériaux par la méthode des élémentslagrangiens - Revue française de géotechnique n° 63.

Bouassida Y. (2011) - Modélisation du comportement des dallages industriels - Thèse dedoctorat. Ecole des Ponts.

Renault O., collaboration Del Rosso Th., Lavina P., Rouzaire D. (2007) - Commune de Besse-et-Saint-Anataise (63). Elaboration d'une carte d'aléa « mouvement de terrain » des flancs internesdu Lac Pavin. Mise en place d'un réseau de suivi topographique. Rapport final. BRGM/RP-55301-FR, 27 p., 9 ill., 2 ann.

Renault O., Bernardie S., Bitri A., Grandjean G., Mathon C, Rocher Ph., collaborationRouzaire D. (2009) - Etude préliminaire de la stabilité des flancs internes du cratère du Lac Pavin(63) - Rapport flnal BRGM/RP-57603-FR, 49 p., 22 ill., 3 tab.,3 ann.

Renault O., Mathon C, Rocher Ph. (2011) - Etude complémentaire de la stabilité des flancsinternes du cratère du Lac Pavin (63) - Rapport flnal BRGM/RP-59980-FR, 30 p., 9 ill., 3 ann.



Annexe 1

Résultats des calculs FLAC

d'analyse de stabilité




J O B TITLE : Lac Pavin profil P1 - Zone de rupture - C = 07 Phi « 35

FLAC (Version 4.00)

L E G E N D

24-Jan-12 15:35 step 19019 -7.500E+01 <x< 7.500E+01 1.100E+03<y< 1.250E+03

Max. shear strain-rate ¡2.50E-05 5.00E-05 7.50E-05 1.00E-04 1.25E-04 1.50E-04



2 E - 3

Water Table Factor of Safety 1.11 Grid |

0 BRGM Orleans, France

^r"

— i 1 i " 1 1 1 1 1 i i

-6 000 -4 000 -2 000 0 000 2 000 4 000 (•10»1)

. 1.110




JOB TITLE : Lac Pavin profil P1 - Zone de rupture - C « 0 / Phi « 40

FLAC (Version 4.00)

L E G E N D

24-Jan-12 17:01 step 15670

-7.500E+01 <x< 7.500E+01 1.100E+03<y< 1.250E+03

Max. shear strain-rate • 1 OOE-05 • 2.OOE-05 m 3. OOE-05 U 4.OOE-05 H 5 OOE-05 P 6.00E-05 • 7.00E-05

Contour interval 1.OOE-05 Velocity vectors


0 1E -3



•fcj iäi ^^^^^

- C O M -4000 -2 000 0000 2000 4 000 6 000 (-10*1)

(M0*3)

1230

. 1210

. 1.190

- 1 170

. 1.150

. 1 130

1 110

JOB TITLE : Lac Pavin profil P1 - Zone de rupture

FLAC (Version 4.00)

L E G E N D

25-Jan-12 9:08 step 23542

-7.500E+01 <x< 7.500E+01 1.100E+03<y< 1.250E+03

Max. shear strain-rate • 1.00E-04

• 1.50E-04 W 2.00E-04 y 2.50E-04 • 3.00E-04 m 3 50E-04 • 4.00E-04 • 4.50E-04 • 500E-04 fl 5.50E-04

Contour ¡ntervaN 5.OOE-05 Velocity vectors

Max Vector = 3.295E-03 i . i

0 1E-2

Water Table


-«000

C « 0 / P h i « 5 0

^

-4 000 -2 000 0 000 (MOM)

2 000 4 000 6 000

(•10»3)

_ 1 230

_ 1.190

. 1 170

_ 1 150

_ 1.130

. 1.110




JOB TITLE : Lac Pavin profil P1 - Zone de rupture - C = 5 / Phi « 30 (•10*3)

FLAC (Version 4.00)

L E G E N D

24-Jan-12 14:33 step 19796 -7.500E+01 <x< 7.500E+01 1.100E+03<y< 1.250E+03

Max. shear strain-rate 2.50E-07 5.00E-07 7.50E-07 1.00E-06 1.25E-06 1.50E-06 1.75E-06 2.00E-06

Contour interval3 2.50E-07 Velocity vectors

Max Vector = 2.765E-05 i _ l i l I l 0 5E-5



0.000 2000

(•10*1)

J O B TITLE : Lac Pavin profil P1 - Zone de rupture - C g 5 / Phi « 35 (•10*3)

FLAC (Version 4.00)

L E G E N D

24-Jan-12 15:49 step 16623

-7.500E+01 <x< 7.500E+01 1.100E+03<y< 1.250E+03

Max. shear strain-rate ¡2.00E-07 4.00E-07 6.00E-07 8.00E-07 1.00E-06 1.20E-06 1.40E-06



0 5 E - 5



0000

(•10*1)




J O B TITLE : Lac Pavin profil P1 - Zone de rupture

FLAC (Version 4.00)

L E G E N D

24-Jan-12 17:15 step 20935

-7.500E+01 <x< 7.500E+01 1.100E+03<y<: 1.250E+03

Max. shear strain-rate • 5.00E-07 • 1 00E-06 M 1.50E-06 U 200E-06 • 250E-06 m 3.00E-06 BB 3.50E-06


Max Vector = 3.396E-05 i

0 1E-4



-«000

C«5/Phi«40

¿a

- . . . ¿ 0 ' -2.01)0

M M ,

•

0 000 2 000 4 000 6 000

(•10*1)

(•10*3)

1230

. 1 210

Y 1-1W

. 1.170

. 1.150

. 1 130

. 1 110

JOB TITLE : Lac Pavin profil P1 - Zone de rupture - C « 5 / Phi « 50

FLAC (Version 4.00)

L E G E N D

25-Jan-12 9:21 step 21391

-7.500E+01 <x< 7.500E+01 1.100E+03<y< 1.250E+03

Max. shear strain-rate

!

1.00E-06 2.00E-06 3.00E-06 4.00E-06 5.00E-06 6.00E-06



0 1E-4



0000 (•10*1)



J O B TITLE : Lac Pavin profil P1 - Zone de rupture

FLAC (Version 4.00)

LEGEND

24-Jan-12 14:45 step 24793

-7.500E+01 <x< 7.500E+01 1.100E+03<y< 1.250E+03

Max. shear strain-rate • 5.00E-07 • 1.00E-06 R 1.50E-06 y 2.00E-06 • 2.50E-06 • 3.00E-06 H 3.50E-06


M a x Vector = 5.375E-05

0 1E-4



-0 000

•C*10/Phi*30

_Vr^^^_

¿fl^Z^E^w ' MÊTji Wr^r

^'^¡Sk 5r^

^^H ^ ^ -4yHp W*^

—*m^^T

-4 000 -2 000 0 000 2 000 4 000 6 000 C10-1,

(M0*3)

1 230

. 1.210

1.190

_ 1.170

. 1.130

. 1.110

J O B TITLE : Lac Pavin profil P1 - Zone de rupture - C = 10 / Phi = 35

FLAC (Version 4.00)

LEGEND

24-Jan-12 16:05 step 15045

-7.500E+01 <x< 7.500E+01 1.100E+03<y< 1.250E+03

Max. shear strain-rate • 5.00E-07 • 1 00E-06 R 1.50E-06 y 2.00E-06 • 2.50E-06 • 3.00E-06 • 3.50E-06 • 4.00E-06


M a x Vector = 5.367E-05 i i

0 1E-4

Water Table Factor of Safety 1.38 Grid :


-C000 -4 000

«** • • -

j

' -2.0ÌX,

^ ^ _ ^

0000 (MO*1)

^jQtf <j^ÎÏÏ5r^

JP^^Z- " ^ r ^

'—^^^^^^ B^^^^

^ ^ ^

' 2ooo ' 4.000 ' eooo '

(•10*3)

. 1.230

. 1.210

. 1.190

. 1.170

. 1.150

_ 1 130

. 1.110




JOB TITLE : Lac Pavin profil P1 - Zone de rupture-C = 10/Phi = 40

F L A C (Version 4.00)

24-Jan-12 17:26 step 24894

-7.500E+01 <x< 7.500E+01 1.100E+03<y< 1.250E+03

Max. shear strain-rate 5.00E-07 1 .OOE-06 1.50E-06 2.00E-06 2.50E-06 3.00E-06 3.50E-06 4.00E-06 4.50E-06



0



2E-4

0 000

(•10*1)

1 ' 1 r 4000 6000

JOB TITLE : Lac Pavin profil P1 - Zone de rupture - C « 10/Phi = 50

FLAC (Version 4.00)

LEGEND

25-Jan-12 9:36 step 30725

•7.500E+01 <x< 7.500E+01 1.100E+03<y< 1.250E+03

Max. shear strain-rate 2.00E-07 3.00E-07 4.00E-07 5.00E-07 6.00E-07 7.00E-07 8.00E-07 9.00E-07 1 .OOE-06 1.10E-06


Max Vector = 5.846E-06 i i

0 1E-5

Water Table

BRGM Orleans, France —i 1 1 i 1—

-4 000 -2.000 0.000

(MOM)

—I I 1 2 000 4 000




JOB TITLE : Lac Pavin profil P1 - Zone de rupture - C * 20 / Phi = 30

FLAC (Version 4.00)

L E G E N D

24-Jan-12 15:13 step 24097 -7.500E+01 <x< 7.500E+01 1.100E+03<y< 1.250E+03

Max. shear strain-rate 2.00E-06 3.00E-06 4.00E-06 5.00E-06 6.00E-06 7.00E-06 8.00E-06 900E-06 1.00E-05 1.10E-05

Contour interval 1 .OOE-06

Velocity vectors Max Vector = 5.738E-05

0 1E-4

Water Table

B R G M

Orleans, France 0000

(•10*1)

—I 1 1 ' 1— 2000 4.000 6000


FLAC (Version 4.00)

L E G E N D

24-Jan-12 16:21 step 20640

-7.500E+01 <x< 7.500E+01 1.100E+03<y< 1.250E+03

Max. shear strain-rate 1.00E-06 1.50E-06 2.00E-06 2.50E-06 3.00E-06 3.50E-06 4.00E-06 4.50E-06 5.00E-06 5.50E-06


Max Vector = 5.814E-05 I ! ) , I I , I ! I I

0 1E-4

Water Table

B R G M

Orleans, France oooo

(•10*1)





FLAC (Version 4.00)

LEGEND

24-Jan-12 17:38 step 20451

-7.500E+01 <x< 7.500E+01 1.100E+03<y< 1.250E+03

Max. shear strain-rate 5.00E-07 1 .OOE-06 1.50E-06 2.00E-06 2 50E-06 3.00E-06 3.50E-06 4.00E-06 4.50E-06


Max Vector = 3.061 E-05

1E-4



. - • . ' :

0000 (•10-1)

4 000 6 000


FLAC (Version 4.00)

L E G E N D

25-Jan-12 10:09 step 16045

-7.500E+01 <x< 7.500E+01 1.100E+03<y< 1.250E+03

Max. shear strain-rate 2.50E-07 5.00E-07 7.50E-07 1.00E-06 1.25E-06 1.50E-06 1.75E-06 2.00E-06 2.25E-06


Max Vector = 3.811 E-05

0 1 E - 4



-4 000 -2 000 0000 (•10*1)

1 r 4 000 6000

38 BRGM/RP-60851-FR - Rapport final

Étude complémentaire d e la stabilité des flancs internes du cratère du Lac Pavin (63)

Modèle numérique F L A C du profil PI

JOB TITLE : Lac Pavin profil P1 - Zone de rupture - C = 30 / Phi « 30

FLAC (Version 4.00)

L E G E N D

24-Jan-12 15:24 step 24164

-7.500E+01 <x< 7.500E+01 1.100E+03<y< 1.250E+03

Max. shear strain-rate ¡5 00E-06 1.00E-05 1 50E-05 2.00E-05 2.50E-05 3.00E-05 3.50E-05



5 E - 4


plot


0000 (-10*1)

1 ' 1 r-4000 1.000

J O B TITLE : Lac Pavin profil P1 - Zona de rupture -

FLAC (Version 4.00)

L E G E N D

24-Jan-12 16:39 step 29757

-7.500E+01 <x< 7.500E+01 1.100E+03<y< 1.250E+03

Max. shear strain-rate • 250E-06 • 500E-06 m 7.50E-06 y 1.00E-05 • 1.25E-05 R 1.50E-05 • 1.75E-05

H 2.00E-05


Max Vector = 2.067E-04 i i i i i i

0 5 E - 4

Water Table Factor of Safety 1.66 Grid |


. : :

-«000

C = 30 / Phi * 35

- _^ -r — r

"*^^mmm^

: : : : . - '

• •

i ' i < -4 000 -2 000

, . - -

. — *ß

I 0000

(•10*1)

(•10*3)

- 1.230

,/^0y'M^^ "2ba»

^''z^^Mirjáiy 1 2 1°

P^^ i A -"-^^ ^ P ^ ^ ^ ^ . 1 190

^^^^^31^' [ _ 1.170

.

1 150

- 1.110

• | i | i | i

2 000 4 000 6 000




J O B TITLE : Lac Pavin profil P1 - Z o n e d e rupture

FLAC (Version 4.00)

L E G E N D

24-Jan-12 17:52 step 23722

-7.500E+01 <x< 7.500E+01 1.100E+03<y< 1.250E+03

M a x . shear strain-rate • 500E-07

1.00E-06 m 1.50E-06 y 2.00E-06

2.50E-06 R 3.00E-06 • 3.50E-06

Contour interval= 5.00E-07 Velocity vectors

M a x Vector = 3.052E-05

0 1E-4



-6 000

• C = 30 / Phi * 40

jir 1

*^* • - Í '

•• ±L2¿»£ •^5 ^ ì_- ^ ^

-4 000 -2 000 0 000 2 000

(•10*1)

'-';'' E^ifiM .• ¿^ET •• : ¿fir

' 'i^^^B^r*'MÊ^^F^

4 000 e ooo

(•10*3)

_ 1230

. 1.190

.

. 1.170

1 130

_ 1.110

J O B TITLE : Lac Pavin profil P1 - Z o n e de rupture - C = 3 0 / Phi = 50 (-10*3)

FLAC (Version 4.00)

L E G E N D

25-Jan-12 10:21 step 14664

-7.500E+01 <x< 7.500E+01 1.100E+03<y< 1.250E+03

Max. shear strain-rate ¡1.00E-06 2.00E-06 3.00E-06 4.00E-06 5.00E-06 6.00E-06


M a x Vector = 4 .087E-05 i i

0 1E-4

Water Table Factor of Safety 2 .54

BRGM Orleans, France T 1 1 r-

-4 000 -2 000 0.000

(•10*1)

2 000 4 000



Annexe 2

Plan des investigations réalisées depuis 2007 au LacPavin

BRGM/RP-60851-FR - Rapport final 41

P1^ PI




•

N

ï Aléa glissement moyen

Aléa glissement fort

Anomalie géomorphologique

Sondage carotté manuel

Sondage carotté

Sondage pressiométrique

Profil sismique

Profil électrique

0 150 300

Mètres

m Geosciences pour une Tene durable

brgm


Annexe 3

Résultats des essais en laboratoire

BRGM/RP-60851-FR- Rapport final 45

Date du rapport Numéro de rapport Page 04/11/2011 Labi 1097 1 sur 2

RAPPORT D'ESSAIS

Client : N o m et adresse B R G M - S G R Rhône-Alpes

A l'attention de Monsieur Olivier R E N A U L T 151 Boulevard de Stalingrad

69626 V I L L E U R B A N N E C E D E X o.renaultfäibrgm. fr

Unité de production Antea Group responsable du projet Antea Group - Laboratoire C . P O I N C L O U

Numéro de projet CENP110270

Echantillons

Date de réception 03/10/2011

Quantité 4 carotte sous gaines P V C

Description Cendre et lave volacania^ues

Origine Lac Pavin

Ce rapport comporte 2 page(s) et 3 pages d'annexés.

Sommaire du rapport

1 tableau de résultats d'essais en laboratoire

Annexes :

Bordereaux d'essai de mesure de la porosité (2 pages). Bordereaux d'essai de mesure de la vitesse du son (1 page).

Les résultats exprimés ne concernent que les échantillons soumis à essais. Sauf accord écrit préalable, le présent rapport ne peut être reproduit que dans son intégralité. Sauf demande expresse du donneur d'ordre, les échantillons ne sont pas conservés au delà de un mois après l'envoi du rapport. L'attention est attirée sur le fait que les résultats mentionnés par le présent rapport ont été obtenus avec les échantillons définis ci-dessus, mais que la portée et les conclusions à tirer de ces résultats font l'objet d'un document séparé ou n'ont pas été demandés par le donneur d'ordre.

Le responsable des essais

C. POINCLOU Le responsable technique

E . A N T O I N E T

Si tes et s o l s p o l l u é « - E i u - I n f r a s t r u c t u r e s - D é c h e t s - R i s q u e s I n d u s t r i e l s Agence Paris - Centre - Normandie - Implantation Orléans

Siège social : ZAC du Moulin - 803 boulevard Duhamel du Monceau - CS 30602 - 45166 OLIVET C E D E X - France Tél. 02 38 23 22 20 - Fax 02 38 23 22 30 ou 02 38 23 23 79

antea g roup Laboratoire d'essais géomécaniques

Tél. : 02 38 23 23 41 - Fax : 02 38 23 23 78

Date du rapport Numéro de rapport Page 04/11/2011 Labi 1097 2 sur 2

Propriétés physiques et essais mécaniques

Référence éprouvette

SCI à 5.00 m

Cendre argilo sabio graveleuse grise

SCI à 9.00 m

Cendre sableuse grise

SCI à 14.50 m

Cendre sabio graveleuse grise, éléments centimétriques

SCI à 19.00 m

Cendre sableuse grise

pd (z/cm3)

1.80

0.90

1.26

1.41

psat (g/cmS)

3.17

3.49

3.44

3.45

ps (g/cm3)

2.68

2.75

2.59

2.76

a (%)

32.8

42.5

46.1

40.8

Vp (m/s)

1880

729

905

1083

LEGENDE :

pd : masse volumique sèche. psat : masse volumique saturée. ps : masse volumique réelle (des grains solides). n : porosité (vol. des vides /vol. total). Vp : vitesse de propagation des ondes premières (de compression) dans l'éprouvette

Annexes :

Bordereaux d'essai de mesure de la porosité (2 pages). Bordereaux d'essai de mesure de la vitesse du son (1 page).

Masse volumique et porosité des échantillons de roche

LBF013A


NFP94- 410-3 N° Projet : cenpl 10270 Date .04/11/2011 N° :1/2

ECHANTILLON

Echantillon :

Profondeur :

Nature

AFFAIRE

Lac Pavin

Température ambiante °C 21.5

Numéro de l'échantillon

Masse sèche après étuvage

Masse saturée

Masse apparente dans l'eau

Volume de la fraction solide

Volume réel

Masse volumique "sèche"

Masse volumique "absolue" (de la fraction solide)

Masse volumique "saturée"

Porosité calculée

g

g

g

cm3

cm3

g / c m 3

g / c m 3

g / c m 3

%

A

B

C

V S = ( A - C ) / Y 1

v,*(B-C)/ri

Yd = A / V r

Ys = A / V s

Tsat = B / V r

n = (B-A)/Vr

SC1 à 5.0 m

593.99

702.3

372.3

1.80

2.68

3.17

32.8

SC1 à 9.0 m

348.93

442.8

221.99

1.58

2.75

3.49

42.5

SC1 à 14.5 m

460.71

612.8

282.72

1.40

2.59

3.44

46.1

Y1 = masse volumique de l'eau

OBSERVATIONS :

= 1,0 g /cm 3

Opérateur

P. B R O U A R D

Contrôleur

C POINCLOU

Antea Group - Laboratoire d'essais géomécaniques - tel +33(0)2 38 23 23 41 - fax +33(0)2 38 23 23 78 - 3 Av. Claude Guillemin - 45100 O R L E A N S laboratoire.fttaiantcagroup.com | wwwanteagroup.fi-

http://laboratoire.fttaiantcagroup.com

http://wwwanteagroup.fi-

Masse volumique et porosité des échantillons de roche

L8F013A


NFP94-410-3 N° Projet :cenp110270 Date .04/11/2011 N" :1/2

ECHANTILLON

Echantillon :

Profondeur :

Nature

AFFAIRE

L a c Pavin

Température ambiante °C 21.5

Numéro de l'échantillon

Masse sèche après étuvage

Masse saturée

Masse apparente dans l'eau

Volume de la fraction solide

Volume réel

Masse volumique "sèche"

Masse volumique "absolue" (de la fraction solide)

Masse volumique "saturée"

Porosité calculée

g

g

g

cm3

cm3

g / c m 3

g / c m 3

g / c m 3

%

A

B

C

VS=(A-C)/Y 1

Vr=(B-C)/y1

Yd = A / V r

Ys = A / V s

Ysat = B/Vr

n = (B-A)/Vr

SC1 à 19.0 m

538.42

672.8

343.45

1.63

2.76

3.45

40.8

71 = masse volumique de l'eau

O B S E R V A T I O N S :

= 1,0 g /cm 3

Opérateur

P. BROUARD

Contrôleur

C . P O I N C L O U

Antea Group - Laboratoire d'essais géomécaniques - tel +33(0)2 38 23 23 41 - fax +33(0)2 38 23 23 78 - 3 Av. Claude Guillemin - 45100 O R L E A N S

[email protected] | www.anteagroup.tT

mailto:[email protected]

http://www.anteagroup.tT


LBF0360

Mesure de la vitesse de propagation des ondes

ultrasonores N° Projet :CENP110270

ECHANTILLON

Echantillon :

Profondeur :

Nature

NFP94-411 Date

AFFAIRE

Lac Pavin

: 03/11/2011

Mesure de la vitesse des ondes de compression Constante de temps (ps) =

Référence

SC1

SC1

SC1

SC1

Profondeur

à 5.00 m

à 9.00 m

à 14.50 m

à 19.00 m

Nature Temps lu (MS)

26.00

52.00

54.00

46.00

Temps corrigé

(MS)

23.40

49.40

51.40

43.40

H (cm)

4.40

3.60

4.65

4.70

Vitesse (m/s)

1680.3

728.7

904.7

1082.9

OBSERVATIONS :

Opérateur

P. BROUARD

Contrôleur

C. POINCLOU

Antea Group - Laboratoire d'essais géomécaniques - tel +33(0)2 38 23 23 41 - fax +33(0)2 38 23 23 78 - 3 Av. Claude Guillemin - 45100 O R L E A N S [email protected] | www.anteagroup.fr

mailto:[email protected]

http://www.anteagroup.fr


Annexe 4

Résultats de l'essai pressiométrique SP2

BRGM/RP-60851-FR- Rapport final 51


HYDRO-GEOTECHNIQUE Document Qualité N° 09.40.08

S O N D A G E PRESSIOMETRIQUE Norme NFP 94.110

Client B R G M Chantier Lac Pavin Dossier C/CF/10/H232/I/122 Date 13 octobre 2010

CoteZ 136,81

Sondage s Pi.

E m = Module de compressibilité en M P a pl*= Pression limite nette en M P a pf*= Pression de fiuage nette en M P a

0.80

6,00

8,50

10,50

13,50

20,00

Lithologie

Limons bruns à quelques

cailloulis et racines

Sables fins brun-noir

Sables très fins volcniques

noirs

Sables fins volcaniques noirs

Sables très fins volcaniques

noirs

Silts gris foncé-noir

- E M (MPa)

1 10 100 1000

-p f (MPa)

-sigHS

-pi* (MPa)

0,01 0.1

12,29

5.77

10.13

7,90

13,40

7,60

5,37

4,03

4,33

Eau : fin des investigations â 3,6 m

HYDRO-GEOTECHNIQUE - Direction régionale Auverçne - toto Zi du Pra de Serre - 63960 Veyre Montón Vienne - tel 04 73 24 00 51 - fax 04 73 24 69 95


Géosciences pour une Terre durable

brgm Centre scientifique et technique Service Géologique Régional Auvergne

3, avenue Claude Guillemin Campus des Cézeaux BP 36009 12, avenue des Landais

45060 Orléans cedex 2 - France 63170 Aubière - France Tél. : 02 38 64 34 34 Tél. : 04 73 15 23 00

#

etude complémentaire de la stabilité des flancs internes

Documents