Retrait-gonflement des argiles

Cet aléa était autrefois supposé surtout toucher les pays à climat chaud, arides et/ou semi-aride, mais depuis le dernier quart du XX^e siècle il touche les zones et régions argileuses de tous les pays tempérés.

Il y a un consensus sur le fait que ce risque devrait augmenter en fréquence et s'aggraver en intensité, en raison du nombre croissant de constructions (cf périurbanisation croissante, artificialisation du paysage, etc.), des prélèvements accrus d'eau en surface et dans les nappes phréatiques, des drainages agricoles et sylvicoles de surface (qui peuvent exacerber les sécheresses et leur durée) et surtout en raison du dérèglement climatique.

Les composantes microstructurale (MEB, porosimétrie, etc.)[6] et physicochimique du phénomène, parfois très complexe, font également l'objet de recherches[7].

Tassement différentiel (en présence non-homogène d'argile ou en présence d'une déshydratation non homogène)

Il concerne les sols argileux ou riches en argile, dits « gonflants » où des constructions ont été faites sans fondations adaptées à ce risque. le retrait gonflement peut se produire :

• au niveau de la surface où les argiles sont souvent déconsolidées[1] ;
• en profondeur, où l'argile est généralement « surconsolidée » (et donc gonflante quand elle est déchargée : soumise à une moindre pression, après un arasement de surface ou en flanc de carrière par exemple) ou si à la suite de mouvements de nappe (éventuellement induits par l'Homme) sa teneur en eau change (cas des argiles vertes et d'autres argiles plastiques)[1] ;
• selon des axes horizontaux et verticaux (ou angulaires si le litage de la couche d'argile n'est pas horizontal).

Il peut varier selon la qualité de l'argile, son litage, la microstructure du sol[8] et le fait qu'elle ait été ou non compactée[9].

Les analyses minéralogiques des argiles ont mis en évidence deux phénomènes différents de gonflement :

1. Dans les argiles dont la liaisons interfeuillets est très faible (ex : smectites dont montmorillonite sodique et moindrement montmorillonite calcique), les molécules d'eau peuvent se fixer en couche monomoléculaire entre deux feuillets voisins à l'intérieur même des particules d'argile. Le gonflement, qui peut alors être très important, est dit intraparticulaire ou inter-feuillets ou interfoliaire[9].
2. Dans les autres cas le gonflement provient de l'introduction de molécules d'eau, non pas entre les feuillets des particules mais entre les particules d'argile ; le gonflement est moins important, mais toutes les formes d'argiles non saturées en eau sont concernées[9].

Le retrait (qui induite des effets de succion) et le gonflement (effets d'écrasements, qui peuvent survenir après que des fentes de retrait aient été comblées par du sable volant, du sol superficiel, des restes de végétaux morts à l'occasion de la sécheresse, etc.) sont tous deux sources de désordres, parfois très discrets voire invisibles (sur les réseaux enfouis) mais souvent fonctionnellement importants.

Il affecte les constructions mais aussi les racines des arbres et d'autres végétaux, ainsi que la circulation verticale et horizontale de l'eau et éventuellement de polluants qu'elle pourrait lessiver et faire circuler. Le phénomène de retrait peut être plus rapide et maximal en période de canicule, surtout si elle se prolonge dans le temps. Selon une évaluation les dégâts induits par le seul retrait des argiles lors de la canicule de 2003 en France aurait coûté 1,1 milliard d'euros[10].

Les enjeux sont nombreux car ces mouvements de sols peuvent causer des effondrements dangereux de bâtiments ou d'infrastructures, des ruptures de canalisation du réseau de distribution d'eau ou d'égouts. Ils sont source de fuites et de pollution du réseau de distribution[1]. En 2009, l'ONRC estimait que « près de 400 000 maisons individuelles sont situées en zone d’aléa fort »[11].

Les enjeux sont notamment économiques en raison des coûts importants de réparation, de prévention et d'assurance[1] (En France le coût moyen d’indemnisation d’un sinistre retrait-gonflement est « de l’ordre de 15 000 € par maison », selon le Commissariat Général au Développement durable.

• Une étude britannique du DEFRA a conclu que les années de canicule, un budget représentant 15 % de leur budget annuel d'entretien du réseau de transport sera consacré à la réparation des dégâts dus au RGA[12].
• En France en 2005 le Code des assurances a intégré[13] un système de modulation de la franchise pour les communes reconnues en état de catastrophe naturelle pour le même phénomène de façon répétée et n'ayant pas mis en œuvre des actions préventives adéquates (Il s'agit d'encourager à l'établissement de PPR, qui peuvent être imposés par les préfets ; en France quelques PPR spécialisés dits « PPR Argile » sont mis en place[14]).
• Une étude a estimé que pour le Languedoc-Roussillon le coût des dommages aux habitations dû au retrait-gonflement des argiles pourrait être multiplié par 3 à 6[15].
  Sans urbanisation nouvelle à partir de 2010 environ, le coût moyen annuel des dommages pour les assureurs passerait en France selon l'Onerc d’environ 220 millions d’euros (référence sur la période 1989-2003) à 700 millions d’euros (scénario B2 du GIEC) ou 1 300 millions d’euros (scénario A2) en 2100 ; c'est-à-dire multiplié par un facteur de 3 à 6 [11]. Or l'urbanisation s'est poursuivie, ce qui implique que malgré des efforts d’adaptation, les coûts devraient augmentent significativement ; d’environ 17 % sur la période 2010-2030 si le nombre de maisons individuelles croît de 0,925 % par an.
  Avec l’hypothèse d'un surcoût d'adaptation au RGA de 15 % par maison individuelle (adaptation des fondations) « le changement climatique augmente le périmètre des zones pour lesquelles celle-ci est rentable »[11]. Selon le Groupe interministériel « Impacts du changement climatique, adaptation et coûts associés en France », (2009) « l'analyse réalisée sur l'aléa retrait-gonflement des argiles avec évolution des enjeux d’ici 2030 » fait état de « dommages pouvant être multiplié par 10 sur certains départements et plus couramment par 4 ou 5 dans l'hypothèse de changement climatique la plus défavorable par rapport à un scénario d’économie constante (hypothèse de l'absence d'urbanisation nouvelle) »[16].
• À la Suite d'une succession de sécheresses dans les années 1989-1991, le RGA a été intégré au régime des catastrophes naturelles créé en 1982[17]. En 20 ans le RGA est devenu la seconde cause d'indemnisation (après les inondations) ; de 1995 à 2013 son coût de dédommagement a été évalué à 365 M€ par an en moyenne (contre 540 M€ pour les inondations). De 1989 à 2009 selon la Caisse Centrale de Réassurance il a nécessité 4,5 milliards d’euros de remboursement (pour plusieurs centaines de milliers de maisons sinistrées en France métropolitaine)[18].

Les enjeux sont parfois aussi écologiques et agroécologiques, car l'apparition d'un réseau de fentes de retrait (après le drainage d'une zone humide perchée sur lit argileux par exemple) peut se comporter comme un nouveau réseau de drainage ralentissant la réhumidification de l'argile. Les fentes de retrait peuvent alors être comblées par des végétaux en décomposition qui vont y faire un feutrage où l'eau circulera d'une manière nouvelle, parfois sans avoir le temps de réhumidifier l'argile superficielle. La végétation interagit de manière complexe avec les substrat argileux[19]. L'assèchement de zones humides peut conduire à la minéralisation et perte de la matière organique qui y était stockée et à des dégradations irréversibles de tourbières (puits de carbone).

Le degré de retrait/gonflement d'une argile ne peut être mesuré avec précision qu'au moyen d'un œdomètre[20] et selon G. Philipponnat en 1985 le paramètre le plus important dans la caractérisation de l'expansivité d'un sol est « la pente de la courbe de déchargement de l'oedomètre (Cg) » [1]. Plusieurs composantes du risque de retrait-gonflement peuvent s'évaluer dans un laboratoire de géotechnique[21].

Le « point neutre » ou la profondeur neutre est un point théorique dit « HN » désignant le point situé dans l'axe d'une fondation, au-delà duquel le sol ne subit plus ni retrait ni gonflement[1].
C'est un point "relatif" ; ainsi en présence d'une baisse de nappe qui a asséché un site, ce point peut être la base de la couche d'argile gonflante, mais en présence de phénomènes saisonniers de battance de nappe, il sera en zone tempérée environ à 1,5 m de profondeur (en terrain horizontal et vierge de travaux) pouvant atteindre plusieurs mètres à proximité d'arbres à racines profondes selon Biddle[22] (en 1983) ou quand le terrain est en pente (avec alors un risque supplémentaire de solifluxion).

Des milliers de sinistres ont été déclarés en France lors des sècheresses de 1976, de 1989, de 1990, de 2003, 2005 qui ont été lourdement ressenties par les assureurs.

• de 1989 à 2002 (selon le BRGM) « près de 5000 communes (de plus de 75 départements) ont été déclarées en état de catastrophe naturelle pour les mouvements différentiels de terrains liés au retrait-gonflement des argiles. Le coût cumulé de ces sinistres est à ce jour (2002) évalué à plus de 3 milliards d'euros »[23] (chiffre sous estimant la réalité car ne tenant compte que des situations reconnues assez graves par les préfets pour qu'il y ait reconnaissance d'état de catastrophe).
• de 1988 à 2011 en France selon une évaluation[24] le RGA aurait à lui seul couté 7 Md€ au titre du régime d’assurance CAT-NAT (qui ne couvre qu'environ 40 à 60 % des dommages matériels réels).

Trois DTU concernent cet aléa

• DTU 13-11 Conditions techniques applicables aux travaux de fondations superficielles
• DTU 13-12 Règles de calcul applicables aux travaux de fondations superficielles en béton, béton armé constituées par des semelles isolées, des semelles filantes, des radiers généraux et des massifs semi-profonds
• DTU 20-1 Clauses techniques types d'exécution d'ouvrages de parois et murs de bâtiments en maçonnerie traditionnelle de petits éléments

Grâce aux progrès croisés des géosciences et de la climatologie, ce risque est théoriquement de plus en plus prévisible et donc cartographiable dans des Plans de prévention des risques généraux ou spécialisés (PPR retrait-gonflement)[25].
Des mesures peuvent donc théoriquement être prescrite pour éviter de construire dans les zones les plus à risque, ou y adapter les techniques d'urbanisme et de construction[26] et en particulier pour les fondations de constructions individuelles[27]. Ainsi doit-il être en France être intégré dans les PPR[28], en s'aidant de la carte géologique de France réalisée par le BRGM[29] pour notamment produire des cartes de risques à échelle départementale[30].

Sauf sur les zones de forte pente ou dans certains cas particuliers, une zone, même exposée à un aléa fort de RGA peut rester constructible, si des mesures réglementaires sont respectées (souvent simples et assez peu coûteuses à mettre en œuvre, « ce qui rend acceptable une relative imprécision dans les limites de zonage à l’échelle du parcellaire »)[23].

Alors que les prospectivistes attendent des canicules plus longues, plus fréquentes et plus intenses, entrecoupées de périodes parfois plus pluvieuses ; contexte qui annoncerait une augmentation de la fréquence et de la gravité du RGA[31], la question de la prévention se pose :

• la prévention du risque RGA peut être - dans une certaine mesure - assurée par des mécanismes permettant « une meilleure maîtrise des variations hydriques du sol »[16] de limiter les risques de sécheresse (par une meilleure conservation de l'eau en été dans les régions argileuses ; la réintroduction du castor canadensis en Amérique du nord a montré que via ses barrages, il pouvait jouer localement ce rôle).
• selon Heck (2010) la prévention des dégât les plus graves ou les plus courants peut passer par l'application soigneuse des règles et recommandations de conception et de réalisation en vigueur[32], ce qui implique des campagnes de sensibilisation, information et formation de toutes les parties prenantes. En 2011 en France le Plan national d'adaptation au changement climatique a recommandé d'organiser l’observation des pathologies pour améliorer les outils de sensibilisation aux pratiques de prévention et d’évaluer l’efficience des techniques de fondation adaptées, notamment dans le cas des bâtiments ayant fait l’objet de travaux de renforcement à la suite d'une précédente canicule[33].

Certaines régions (ex : flandre maritime dans le sud-ouest de la Belgique et dans le département du nord en France) sont à la fois exposées à un risque de submersion marine et très fortement au RGA[14] ; ces deux risques pouvant éventuellement un jour se combiner dans l'espace et le temps et générer des effets d'aggravation synergique (ex : sécheresse pédologique avec profonds réseaux de fentes dans l'argile suivie d'une phase de submersion par de l'eau de mer) avec alors d'autres risques inattendus de propagation (« conséquences des impacts du changement climatique sur les activités économiques »[36]). Localement certains ouvrages de gestion de l'eau et de lutte contre la submersion pourraient eux-mêmes structurellement souffrir du RGA.

De même en même temps que le fond de couche routière et le substrat routier peuvent subir des désordre du au RGA, la couche de roulement et son enrobé subira aussi une fatigue climatique nouvelle sous l'effet de sollicitations répétées d’amplitudes thermiques importantes, avec des enrobés parfois non prévus pour résister aux températures estivales attendues en 2030-2100[16].

Concernant le cadre bâti, le Groupe interministériel « Impacts du changement climatique, adaptation et coûts associés en France » a en 2009 émis la recommandation suivante :

• « Améliorer les connaissances entre climat et teneur en eau des sols argileux de manière à mieux définir les conditions optimales de fondation des bâtiments. »[16]

• Portail du bâtiment et des travaux publics
• Portail de la géologie
• Portail des minéraux et roches
• Portail des risques majeurs