Caractérisation de la sensibilité à l’érosion

Recherche de corrélations entre la sensibilité à l’érosion et les propriétés physiques du sol 

L’étendue des ouvrages concernés par l’érosion et l’importante variabilité des sols qui les constituent laissent supposer la nécessité de vastes campagnes de mesures pour caractériser la sensibilité à l’érosion. La recherche de corrélation entre les différents paramètres mesurés et la sensibilité à l’érosion permet d’optimiser les campagnes de mesures. Elle offre la possibilité de parvenir à une évaluation de la sensibilité à l’érosion après l’identification des paramètres prépondérants. En se focalisant sur ces paramètres simples à mesurer, il est possible d’augmenter l’étendue géographique investiguée grâce à la diminution des coûts d’essais. L’extrapolation de la sensibilité à l’érosion peut aussi être envisagée d’après des données de la littérature (par comparaison). L’utilisation de méthodes géostatistiques (krigeage) peut être envisagée pour reconstruire une carte des érodibilités. à partir de données géotechniques simples. Pour l’ensemble des sols testés avec le JET, nous avons systématiquement mesuré les paramètres suivants : la teneur en eau, la densité, l’optimum Proctor, les limites d’Atterberg et la distribution granulométrique. Par ailleurs, grâce à la mesure de la teneur en eau et de la densité, le degré de saturation de l’échantillon avant l’essai JET est calculé. L’objectif des recherches décrites dans cette partie est l’identification des corrélations éventuelles reliant ces paramètres physiques à l’érodibilité des sols. Cette recherche est menée en ayant recours aux outils d’analyse statistique que sont les corrélations linéaires multiples avec les tests d’hypothèse (Bois et Obled, 2003 ; Tomasssone et al., 1992), ainsi que l’analyse en composantes principales (Duby et Robin, 2006). L’interprétation des essais est effectuée suivant la méthode énergétique. a) Principe de l’analyse et amélioration métrologique Principe de l’analyse Comme pour la comparaison des érodimètres, les sols sont compactés de manière dynamique en suivant la norme Proctor. Pour un même sol testé, sa sensibilité à l’érosion est fortement dépendante de la densité initiale, et donc de sa teneur en eau lors du compactage. Afin de caractériser l’influence des autres paramètres sur l’érodibilité, cette recherche de corrélations est effectuée avec les échantillons compactés à proximité de l’optimum Proctor normal (teneur en eau = optimum +/- 1,5 %). Sur les mélanges sablo-argileux reconstitués, K20-S80, K50-S50, des mesures complémentaires ont été effectuées. La cohésion non drainée (Cu) a été mesurée grâce à un scissomètre de laboratoire et la perméabilité a été mesurée avec un perméamètre à charge variable. Amélioration métrologique Pour ces mêmes sols, une balance immergée est disposée sous l’échantillon testé afin de mesurer les évolutions de masse déjaugée au cours des essais lorsque l’on arrête le jet (mesure de profondeur). Cette modification métrologique a pour objectif d’améliorer la détermination de la masse érodée sur la surface du moule, et s’affranchir de l’hypothèse d’isotropie de l’érosion nécessaire lors de la mesure par pied à coulisse. Ce dispositif de pesée permet d’avoir accès à une quantification intégrale sur le volume. La mesure repose sur la déformation d’une poutre encastrée de dimensions connues. Grâce à cette déformation, il est possible de connaître le moment fléchissant. La valeur de l’effort appliqué peut être déduite. Cela impose aussi que cette charge soit positionnée de manière précise par rapport à l’encastrement. La précision est aussi affectée par la qualité de l’encastrement. Le support a été réalisé par assemblage boulonné d’une plaque d’acier rehaussant la balance, et d’un support plat et stable en PVC épais. Par contre, l’horizontalité n’est pas réglable. La calibration tension – masse a été faite dans l’air avec des pesons, à l’aide d’une seconde balance. Les résultats sont considérés représentatifs car la pente moyenne tension – masse obtenue est identique avec la calibration d’usine. La précision obtenue sur la mesure est de l’ordre de +/- 1 g dans l’air, pour une position centrée des masses. Un faible fluage de l’ordre d’une différence de masse de 1,1 g a été constaté avec le temps, sur une durée de 2h20. Pour cet instrument de mesure une erreur totale de +/- 2g est considérée dans nos conditions d’utilisation. 

Outils de l’analyse linéaire

La corrélation linéaire 

Afin de quantifier la qualité d’une corrélation, nous utilisons deux variables, le coefficient de corrélation (ou ce dernier au carré r 2 ) et la p-value. Le coefficient de corrélation (r, qui peut être négatif) est défini comme la covariance des 2 variables considérées, ici l’indice d’érosion et un des paramètres, divisée par le produit des écarts types de chacune des 2 variables

Analyse de la sensibilité à l’érosion avec l’aide de la corrélation présente dans la littérature

Dans la littérature, certains paramètres ont été utilisés pour exprimer des corrélations avec l’indice du HET. La confrontation HET – JET que nous avons effectuée au Chapitre III-5 a validé l’analyse générale de la sensibilité de l’érosion d’interface indépendamment de l’érodimètre utilisé, JET ou HET.

Comparaison avec l’analyse de Wan et Fell

Le Tableau IV-1 présente les valeurs du coefficient de corrélation et celles de la p-value pour les différents paramètres. Les valeurs en gras dans le tableau correspondent aux corrélations pour lesquelles cette p-value est inférieure à 5%. De manière générale, Wan et Fell (Interpretative report HET, 2002) obtiennent des p-values plus faibles de par l’effectif plus important de leur étude pour les plages d’exploration considérées. L’analyse des valeurs de r indique tout d’abord qu’aucune corrélation significative entre l’un des paramètres et l’indice du JET n’apparaît clairement. Cette absence de corrélation peut probablement s’expliquer par la grande variabilité des sols testés qui sont de nature physique très différente. Par comparaison des valeurs de coefficients de corrélation et des p-values pour notre étude avec celle de Wan et Fell (2002), les variables qui semblent les plus pertinentes dans le cadre d’une analyse linéaire des sols sont : l’activité de l’argile, l’indice de plasticité, les fractions de sable, de fines, le degré de saturation et la masse volumique sèche. A partir de ce constat, et en première approche de recherche de corrélations, nous pouvons utiliser les mêmes paramètres géotechniques pour les deux appareils.