CHAPITRE IV

Application de la géologie à l'art de l'ingénieur.

Établissement d'un tracé de voie ou de canal. — Position à donner aux sondages. — Recherche de matériaux de construction ou d'empierrement. — Pierres de taille et pierres à chaux.

Les cas où un ingénieur des ponts et chaussées, ou un entrepreneur de travaux publics, peuvent avoir besoin de connaissances géologiques sont nombreux ; ils se résument, ce me semble, à quatre principaux :

1° Détermination préalable des terrains profonds que rencontreront les tranchées et de ceux qui serviront à asseoir les remblais, en vue de l'établissement du tracé d'un chemin de fer, d'une route ou d'un canal, de fondations pour piles de pont ou de viaduc, etc.

2° Étude des tunnels.

3° Consolidation des terrains affouillables dans les montagnes et régularisation du cours des torrents.

4° Recherche de matériaux divers : pierre de construction, sable et pierre à chaux, cailloux pour empierrement ou ballast, etc.

On pourrait y ajouter encore le captage et le drai nage des eaux, l'alimentation d'eau des villes, l'amélioration du régime des cours d'eau, etc. ; mais ce sont

des questions dont il vaut mieux renvoyer l'étude au moment où nous examinerons, d'une façon générale, les problèmes qui touchent à l'hydrologie (chapitre vi).

1° La détermination préalable des terrains, que rencontrera une fouille profonde en un point donné, est, on le sait, le premier objet pratique de toutes les investigations géologiques !. On ne peut y réussir que par la confection première d'une carte géologique, ou son utilisation, si elle existe déjà, en vue de l'établissement de coupes verticales représentant l'allure du terrain en. profondeur. Nous avons indiqué, à cet égard, dans le chapitre précédent, quelle était la marche à suivre.

Une semblable étude géologique, fondée sur la seule exploration de la superficie et, par suite, peu coûteuse, devrait toujours précéder les sondages, que l'on exécute, en général, dans l'étude de tout avant-projet; elle les facilite, elle permet de les placer plus rationnellement et d'en tirer, à moins de frais, des conséquences plus assurées; mais elle n'y supplée pas complètement pour un travail de quelque importance; car elle ne constitue qu'une hypothèse, dont il est prudent, si on en a le moyen, de chercher la vérification expérimentale. Elle ne peut, d'ailleurs, renseigner sur tous les points. Ainsi, pour ne citer qu'un cas entre mille, elle permettra difficilement de prévoir, par exemple, à quelle profondeur l'arène granitique pas-

1. Cette étude préalable est trop souvent négligée dans les travaux. Si l'on consulte l'important ouvrage sur les Routes de IM. Durand Claye (Baudry, 1885), on est surpris de voir que l'étude du tracé d'une route y est conçue comme un simple problème mathématique, sans un seul mot sur la nature géologique du sol. Les sondages sont seulement mentionnés en huit lignes, p. 114.

sera au granité dur, qui, géologiquement, lui est presque identique, mais, pratiquement, en diffère tant. Il faudra le chercher directement, par une fouille.

Dans cette mesure, la géologie peut rendre à l'ingénieur des services inappréciables. Combien de fois, faute de son secours, n'a-ton pas établi un tracé sur une ligne de dépression topographique, qui paraissait offrir des facilités spéciales et qui, en réalité, était due, soit à la présence d'une couche affouillable, dans laquelle on ne pouvait faire tenir les talus des tranchées, soit à un accident, comme une faille, qui amenait, pour la voie serpentant autour de sa direction principale, des changements constants dans la nature du terrain et, par suite, dans le profil des tranchées? Combien de fois encore, plaçant des sondages à égale distance le long d'un tracé, n'a-t on pas, très inutilement, exploré, par vingt sondages identiques, une région régulièrement constituée, pour laquelle un seul aurait suffi, tandis que, dans une région faillée, compliquée, où il en aurait fallu une dizaine, un seul donnait des renseignements tout à fait insuffisants et suscitait, au moment du règlement des comptes avec l'entrepreneur, que l'on avait involontairement trompé, les plus graves difficultés. Que de dépenses inutiles faites en entamant une argile fluente à flanc de coteau, ou une couche perméable formant niveau d'eau au-dessus d'une masse d'argile, ou encore en essayant de faire tenir en remblai les argiles extraites d'une tranchée voisine!

Quelques connaissances géologiques fort simples et le seul examen compétent d'une carte géologique permettront à l'ingénieur d'obtenir deux résultats : 1° choisir à priori la direction générale de son tracé,

surtout dans les pays accidentés, de manière à y rencontrer les circonstances les plus favorables ; 2° reconnaître, sur ce tracé, quelles sont les zones délicates, compliquées, accidentées, où la seule inspection superficielle peut induire en erreur et où il y a avantage à multiplier les sondages ; 3° placer ces sondages euxmêmes de telle façon et savoir les conduire jusqu'à une profondeur telle qu'ils donnent le maximum d'effet utile ; 4° calculer à priori la pente de ses tranchées, et, 5° enfin, apprécier d'avance celles dont les matériaux pourront être utilisés sans inconvénient en remblai au passage d'une vallée.

Dans le genre d'études dont nous nous occupons en ce moment, ce qui intéresse surtout l'ingénieur est de savoir le degré de dureté des terrains qu'il traverse et, en même temps, ce qui est la conséquence directe de leur dureté, leur degré de stabilité, l'angle sous lequel on pourra les maintenir dans les tranchées, l'usage qu'il sera permis d'en faire dans les remblais. 11 est essentiel, pour lui, de prévoir la rencontre d'argiles fïuentes, comme ces moraines glaciaires qui constituent l'une des plus grandes difficultés pour une construction de lignes, ou encore la traversée de couches schisteuses, coupées à la base et pouvant glisser, un jour, tout d'une masse, celle de poudingues ou d'arkoses sujets à des éboulements, comme celui de Goldau sur le Rigi, etc. 11 aura également avantage à prévoir les venues d'eau, qu'amèneront certaines couches poreuses, certains sables, ou à tenir compte de la résistance énorme aux outils, que pourront opposer certains porphyres, certaines diorites, certains quartz.

Les argiles et les moraines argileuses sont particulièrement à craindre; car elles gonflent et coulent en

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masse sous la pression des terrains superposés, et l'on voit ainsi descendre des montagnes entières dans les tranchées; quand une couche perméable est superposée à de l'argile, elle amène les eaux au contact de celle-ci et les introduit dans les fissures de l'argile, qui se gonfle et glisse en s'éboulant. L'existence des moraines se constate à la superficie même; car il est rare qu'elles soient recouvertes par d'autres couches, et l'on n'a alors qu'à apprécier leur épaisseur par des sondages ; la présence de nappes d'argiles intercalées dans les terrains peut, au contraire, être prévue par l'étude superficielle du pays et les coupes qui en résultent.

Ce sont là des notions qu'il est difficile de préciser davantage sans envisager tel ou tel cas particulier.

2° L'avant-projet d'un tunnel comportera, lui aussi, une coupe préalable, conçue exactement dans le même esprit, mais qui, pouvant être plus compliquée, nécessitera, en général, des connaissances plus approfondies.

3° Je n'ai pas à insister ici sur les ravages causés par les crues subites des torrents, qui écoulent très rapidement, sur une pente forte, de grandes quantités d'eau, produites par un orage ou une fonte de neige. L'existence de ces torrents tient, en partie, à la nature géologique du sol et, en partie aussi, à la disposition topographique, qui est elle-même, comme nous le verrons dans un chapitre spécial (ch. ix), une conséquence directe de la géologie. C'est ainsi que, dans les Alpes, les terrains du lias ou de la mollasse tertiaire se prêtent particulièrement aux afïouillements, qui facilitent la production des torrents et les rendent dangereux.

On a reconnu depuis longtemps que, pour porter remède aux ravages torrentiels, il fallait attaquer le phénomène dans sa cause et non dans ses effets secondaires et que le meilleur moyen était le reboisement, facilité lui-même par des barrages, endigucments, etc. , ayant pour effet de ramener le cours d'eau au profil d'un torrent éteint ou fixé dans un lit invariable par des consolidations, gazonnements, clayonnages dans le bassin de réception, etc. 11 est évident que de tels travaux doivent être dirigés par la connaissance géologique des terrains, de leur nature à la surface, de celle des bancs qui les supportent en profondeur, de leurs pentes, de leurs fissures et failles, etc. La même mesure de défense, suivant qu'elle sera établie dans des conditions géologiquement rationnelles, ou, au contraire, au hasard, comme cela se fait trop souvent, donnera des résultats très différents.

Enfin, 4° l'ingénieur géologue trouvera constamment l'occasion de faire ouvrir des carrières nouvelles pour se procurer à moins de frais la pierre de construction, la pierre à chaux, le sable, les cailloux pour empierrement ou ballast1. Il lui sera, en effet, facile de prévoir la continuation de tel banc ou de tel filon, reconnus ailleurs à la surface, et leur passage en un point donné à quelques mètres de profondeur, où la routine du pays n'aurait jamais été les chercher. Par exemple, pour les sables, qu'on va souvent extraire dans les alluvions des rivières et qu'on est, par suite, forcé de remonter jusqu'au lieu d'emploi, on peut avoir, à flanc de coteau, des mollasses sableuses, ou des couches de sable, comme les sables du Perche

1. Voir, sur les matériaux d'empierrement : Durand Claye, Routes, p. 327.

cénomaniens, ou encore comme tant de bancs sableux du tertiaire. Dans le tertiaire parisien, les niveaux de l'argile plastique, du calcaire grossier, du gypse, de la meulière, des sables de Fontainebleau, qui tous ont leur grande utilité pratique, peuvent être recherchés avec certitude, quand ils n'affleurent pas, à une profondeur connue d'avance, et, par suite, avec des frais prévus. De même, il y a, dans la Plateau Central, des filons de quartz de 100 kilomètres de long, qui, en quelques points, forment des murailles de rocher tellement visibles qu'on les a exploitées de longue date pour l'empierrement, mais qui, ailleurs, disparaissent plus ou moins à la surface; une petite étude géologique bien simple permettra de les retrouver. On aura également l'occasion d'utiliser pour les routes des filons de porphyre, de fine granulite, de diabase, plus rarement de basalte à cause de sa couleur sombre, qui rend les routes mal visibles la nuit. Les bons matériaux sont ceux qui sont à la fois durs et tenaces, c'est-àdire qui ne s'écrasent et ne s'effritent pas.

Dans . l'examen d'une pierre de construction nouvelle, il y a à tenir compte d'un certain nombre d'éléments, sur lesquels je reviendrai au ch. vm *.

L'homogénéité est une condition importante, qui permet d'obtenir des blocs de plus ou moins grande dimension; elle est altérée par les délits réguliers de stratification, qui divisent ordinairement les terrains sédimentaires en bancs parallèles; par les fissures, qui, en s'agrandissant avec le temps, amèneront la rupture ; par les bousins (ou délits tendres entre deux

1. Voir : Nivoit, Géologie appliquée à l'art de V ingénieur 2 vol., chez Baudry, 1887. — Fuchs et De Launay, Gîtes minévaux et métallifères, I, p. B30, 1893.

bancs); par les cendres ou pouffes, matières granuleuses qui s'égrènent à l'humidité, etc.

La densité peut varier de 3100 kilogrammes au mètre cube pour un basalte, jusqu'à 650 pour une cendre et, pour les pierres de taille ordinaires, de 2800 à 1400; elle est d'environ 2000 kilogrammes pour un calcaire. On recherche les pierres denses pour augmenter la stabilité, les pierres légères pour les voûtes.

La dureté des pierres de taille peut se mesurer en appréciant la profondeur d'un trait de scie obtenu en un temps donné; celle des matériaux d'empierrement en en plaçant un certain nombre dans un cylindre en rotation et pesant la poussière obtenue dans un temps déterminé. Les pierres tendres se débitent à la scie à dents, les dures seulement à la scie à l'eau.

On peut augmenter la dureté par une dissolution de fluosilicate terreux, ou encore de silicate de potasse, de manière à former avec la chaux des silicates qui bouchent les pores.

La résistance à l'écrasement se mesure, le plus souvent, en faisant agir, sur un cube de dimensions déterminées (4 à 5 centimètres pour les pierres dures, o à 10 pour les pierres tendres), une presse hydraulique, jusqu'à ce que la rupture se produise. En divisant la charge totale de rupture par la surface de la section en centimètres carrés, on obtient la résistance par centimètre carré. On ne fait jamais porter aux pierres, en pratique, que le dixième au plus de leur charge d'écrasement.

Cette charge est environ la suivante pour quelques roches principales :

Basalte, porphyre : 2 000 kilogrammes; granité :

500 à 1500; marbre compact : 700 à 1200; grès houiller de la Loire : 200 à 250; grès des Vosges : 300 à 350; calcaire de Damparis (Jura) : 750; calcaire de Caen : 160 à 200; calcaire tendre : 20 à 100; brique dure très bien cuite : 120 à 150; brique ordinaire : 50 à 60.

La résistance augmente, pour les pierres un peu poreuses, quand on les dessèche et diminue quand on les imbibe d'eau; pour les roches sédimentaires, elle atteint presque toujours son maximum quand on les place sur leur lit de carrière, c'est-à-dire dans la position qu'elles occupaient naturellement lors de leur dépôt géologique.

L'altérabilité à l'air peut être très sensible pour certaines roches : ainsi des grès calcaires, dont le ciment calcaire se dissout; des ardoises, où des grains de pyrite se décomposent et font des trous ; des granulites, dont les feldspaths se kaolinisent, etc.

Pour toutes les roches, elle est particulièrement produite par la gélivité, dont l'action est, dans une certaine mesure, en rapport avec la porosité1 et se fait surtout sentir dans les matériaux calcaires, qu'on voit se déliter par éclats, se vermiculer ou se fendre. On mesure souvent cette gélivité en trempant la pierre dans une dissolution de sulfate de soude saturée à froid et bouillante, sortant, laissant refroidir, retrempant, etc. Si la pierre est gélive, elle donne souvent de petits éclats par la cristallisation du sulfate.

L'appréciation des calcaires destinés à fournir des

l.-On voit pourtant, paraît-il, des matériaux poreux et non gélifs, tels que les grès des Vosges, les ardoises d'Argentat Gorrèze), etc.

pierres à chaux ou à ciment ne peut résulter que d'une analyse chimique.

Au-dessous de 5 0/0 d'argile, on obtient de la chaux grasse, donnant avec l'eau une pâte grasse et foisonnante; de 5 à 12 0/0, la chaux est maigre, formant nue pâte sans liant et sans onctuosité; de 12 à 20 0/0, on a une chaux hydraulique, durcissant sous l'eau; au-dessus de 20 0/0, on peut obtenir, par une cuis son suffisante, des chaux limites, ciments portland, ciments romains et pouzzolanes artificielles1.

1. Voir, sur les pierres de taille, ciments, chaux, etc., le chapitre vm, p. 239.