Bureau d’ingénieurs-conseils en géotechnique, Terrasol intervient, en effet, dans le projet du réseau de transport du Grand Paris depuis plusieurs années, d’abord dans le cadre du projet Arc Express, en 2008, pour le STIF, puis avec la création en 2011 de la Société du Grand Paris (SGP), pour les études préliminaires de la ligne 15.
En 2013, la maîtrise d’oeuvre études et travaux de la ligne 15 sud-ouest (T3) est attribuée au groupement Setec / Ingérop. Terrasol est en charge de l’ensemble de la géotechnique transverse (synthèse des reconnaissances, profil en long géologique) et de la conception géotechnique des gares et tunnels entre les gares Fort d’Issy-Vanves-Clamart et Villejuif-Louis-Aragon.

Viendront ensuite la maîtrise d’oeuvre du prolongement de la ligne 14 vers Orly (T6), puis celle de la ligne 15 ouest (T4), toutes deux en groupement Setec / Systra. En parallèle, la SGP lance également des marchés d’assistance à maîtrise d’ouvrage en matière de géotechnique (« second regard »). Terrasol est attributaire en 2014 de celui de la ligne 16 (T1 / T5a), puis, en 2015, de celui de la ligne 18 (T7). Ces missions d’AMO consistent à encadrer les campagnes de
reconnaissances géotechniques, et à réaliser la synthèse des données acquises en parallèle des maîtres d’oeuvre. Elles incluent aussi des missions de conseil géotechnique : par exemple, Terrasol réalise, dans le cadre de ces AMO et en lien étroit avec le LERM, une étude portant sur la valorisation des déblais issus des travaux d’excavation des gares et tunnels.
Chaque tronçon possède ses particularités géologiques et géotechniques. Citons quelques exemples :
Tronçon T3 : c’est la présence des anciennes carrières de calcaire grossier sur plus de 6 kilomètres de linéaire du projet qui constitue le point le plus marquant. Il a été retenu un tracé passant sous les carrières, nécessitant néanmoins un traitement des carrières par comblement ou injection quasi
systématique.

Tronçon T6 : là aussi, la présence de carrières de calcaire grossier est très marquée sur le secteur nord. La nécessité de remonter sur le plateau de Villejuif conduisait initialement à intercepter les carrières en front de tunnel. Le tracé alternatif retenu in fine permet d’éviter le creusement dans ces carrières.
Tronçon T1 : les formations gypsifères (ludiennes et anté-ludiennes) peuvent conduire à la présence de cavités (de dissolution ou d’exploitation en carrière) ou de zones très déstructurées. Dans le cadre de la mission d’AMO, en collaboration avec la maîtrise d’oeuvre Egis, il a été mis au point une méthodologie spécifique de détection des cavités / zones très déstructurées à partir de l’analyse des paramètres de foration de sondages destructifs, de diagraphies différées de la radioactivité naturelle (gamma-ray) et de diagraphies complémentaires.
Tronçon T4 : il constitue un condensé des difficultés géotechniques de la région parisienne : on retrouve en effet des carrières souterraines dans le secteur de Saint-Cloud, des zones de versant potentiellement instables, des formations très déformables (argile plastique) ou boulantes sous nappe (sables de Cuise, sables de Beauchamp), des formations gypseuses à l’extrémité nord du tracé, et un contexte urbain très dense en particulier dans le secteur de La Défense.

DES QUANTITÉS DE DONNÉES EXCEPTIONNELLES NÉCESSITANT L’UTILISATION D’OUTILS
SPÉCIFIQUES

Les reconnaissances géotechniques réalisées pour les travaux du Grand Paris sont d’une ampleur exceptionnelle. La SGP a développé la base de données SONGE pour centraliser les résultats et la validation de l’énorme quantité de sondages, essais in situ et essais de laboratoire réalisés sur chaque tronçon.
De son côté, Terrasol a également déployé différents outils :

• L’outil TSstats (développé par Terrasol) pour le traitement statistique des données géotechniques : il permet une mise à jour rapide et fiable des synthèses géotechniques au fur et à mesure des campagnes successives de sondages.
• Le module de DAO Straticad (développé par Terrasol) pour le traitement semi-automatique des données géotechniques dans ses dessins.
• Le logiciel QGIS (outil SIG), paramétré et utilisé systématiquement pour l’implantation des reconnaissances et de toutes les données utiles au projet (bâtis, carte des carrières, géologie, hydrogéologie…).
• Le logiciel collaboratif BulldozAIR (développé par la start-up Blockbase) : il est utilisé sur tablettes, dans le cadre des missions de suivi de sondages, pour établir les fiches de suivi et de visite.

Sécuriser et optimiser le dimensionnement des soutènements en contexte exceptionnel : un enjeu majeur du projet Grand Paris Express
Les gares du Grand Paris Express seront pour certaines creusées à des profondeurs importantes (hauteurs de fouille pouvant atteindre 40 à 50 mètres sur la ligne 15 sud par exemple). La réduction des impacts liés à l’insertion de ces émergences dans un tissu urbain dense est l’un des enjeux majeurs des études de conception. Le dimensionnement affiné des soutènements de ces excavations
occupe une place centrale dans ces études.

La genèse du projet de thèse Cifre
Très tôt, la maîtrise d’oeuvre s’est convaincue qu’elle ne pouvait pas se cantonner à la seule utilisation de la méthode conventionnelle aux coefficients de réaction pour de telles excavations exceptionnelles. Le recours systématique à des modèles aux éléments finis comparatifs a procédé d’une volonté de compréhension des limites et d’analyse des écarts significatifs de résultats par rapport aux méthodes classiques de calcul. Consciente de l’intérêt de poursuivre dans cette voie, Terrasol a pris l’initiative d’investir dans une thèse Cifre en collaboration avec le laboratoire 3SR de l’université de Grenoble. Cette thèse a pour vocation d’étudier de façon approfondie le comportement des soutènements dans les conditions originales des gares du Grand Paris, et de capitaliser le retour d’expérience qui sera tiré de la réalisation de la première gare Fort d’Issy-Vanves-Clamart (FIVC). Ce travail de recherche devrait permettre d’approfondir, sécuriser et optimiser les méthodes de dimensionnement des soutènements de fouilles profondes et d’orienter les études à venir.

Quelques problématiques majeures
La forte profondeur des gares de la ligne 15 sud nécessite une conception structurelle rigide constituée de plusieurs niveaux de planchers espacés. Les parois moulées sont contraintes par ces portées et par un contexte géologique marqué par des couches de sol contrastées (notamment le calcaire grossier sur l’argile plastique). La confrontation des résultats de calculs aux coefficients de réaction (logiciel K-Réa) à ceux des calculs par éléments finis (logiciel Plaxis) met en évidence des écarts significatifs en termes de mobilisation des pressions des terres à l’arrière de l’écran. La modélisation par éléments finis permet de rendre compte d’une concentration de contraintes dans les points durs, qui a une incidence directe sur le dimensionnement des éléments d’appui (butons, planchers ou liernes). Ces observations, largement développées dans la littérature par plusieurs auteurs, sont en réalité synonymes d’un mécanisme de transfert de charges (ou effet de voûte) lié au développement de cisaillement horizontal ignoré par construction dans un modèle aux coefficients de réaction.
L’utilisation des éléments finis étant par ailleurs indispensable à l’évaluation des tassements, deux problématiques se posent immédiatement. La première concerne le choix des paramètres d’entrée des lois de comportement des sols, choix qui nécessite une réflexion préalable sur la valeur et la finalité des entrants, notamment des modules de déformation. Le passage de modules issus d’essais courants – pressiométriques ou triaxiaux – aux valeurs de calcul procède d’une démarche spécifique. La deuxième problématique réside dans la vérification des justifications à l’ELU. Citons notamment la vérification du défaut de butée et l’impossibilité « d’agir » de façon triviale sur la butée mobilisable dans le cas d’une fouille asymétrique.

Focus sur la gare Fort d’Issy-Vanves-Clamart
Les travaux de la gare FIVC, réalisés par le groupement Bouygues / Soletanche Bachy, sont d’ores et déjà amorcés. Le chantier d’injections préalables a précédé le démarrage fin septembre 2016 du creusement des parois. La gare est un pavé de 110 m x 27 m pour 32 mètres de profondeur. Les parois moulées ont une épaisseur de 1,20 mètre. Les quatre voies SNCF traversant la gare à l’oblique seront maintenues en service pendant toute la durée des travaux par l’intermédiaire de tabliers auxiliaires, puis d’une dalle de couverture ripée au mois d’août 2017. La limitation des impacts passe par une auscultation permanente, tant sur les voies que sur les bâtis avoisinants. Les parois seront
également munies d’inclinomètres, et les butons de jauges de contraintes.
Ces mesures nourriront le retour d’expérience, tant sur le choix des paramètres d’entrée des modèles de calcul que sur l’amélioration des méthodes.

Hervé Le Bissonnais
Directeur général délégué de Terrasol
Fahd Cuira
Directeur scientifique de Terrasol
Gilles Chapron
Chef de projet Terrasol pour la ligne 15 sud-ouest
Khadija Nejjar
en thèse Cifre chez Terrasol