Nature du phénomène :
Chacun sait qu’un matériau argileux voit sa consistance se modifier en fonction de sa teneur en eau : dur et cassant lorsqu’il est desséché, il devient plastique et malléable à partir d’un certain niveau d’humidité. On sait moins en revanche que ces modifications de consistance s’accompagnent de variations de volume, dont l’amplitude peut être parfois spectaculaire.

En climat tempéré, les argiles sont souvent proches de leur état de saturation, si bien que leur potentiel de gonflement est relativement limité. En revanche, elles sont souvent éloignées de leur limite de retrait, ce qui explique que les mouvements les plus importants sont observés en période sèche. La tranche la plus superficielle de sol, sur 1 à 2 m de profondeur, est alors soumise à l’évaporation. Il en résulte un retrait des argiles, qui se manifeste verticalement par un tassement et horizontalement par l’ouverture de fissures, classiquement observées dans les fonds de mares qui s’assèchent. L’amplitude de ce tassement est d’autant plus importante que la couche de sol argileux concernée est épaisse et qu’elle est riche en minéraux gonflants. Par ailleurs, la présence de drains et surtout d’arbres (dont les racines pompent l’eau du sol jusqu’à 3 voire 5 m de profondeur) accentue l’ampleur du phénomène en augmentant l’épaisseur de sol asséché.

Ces mouvements sont liés à la structure interne des minéraux argileux qui constituent la plupart des éléments fins des sols (la fraction argileuse étant, par convention, constituée des éléments dont la taille est inférieure à 2 µm). Ces minéraux argileux (phyllosilicates) présentent en effet une structure en feuillets, à la surface desquels les molécules d’eau peuvent s’adsorber, sous l’effet de différents phénomènes physico-chimiques, provoquant ainsi un gonflement, plus ou moins réversible, du matériau. Certaines familles de minéraux argileux, notamment les smectites et quelques interstratifiés, possèdent de surcroît des liaisons particulièrement lâches entre feuillets constitutifs, si bien que la quantité d’eau susceptible d’être adsorbée au cœur même des particules argileuses, peut être considérable, ce qui se traduit par des variations importantes de volume du matériau.

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Manifestation des dégâts :
Le sol situé sous une maison est protégé de l’évaporation en période estivale et il se maintient dans un équilibre hydrique qui varie peu au cours de l’année. De fortes différences de teneur en eau vont donc apparaître dans le sol au droit des façades, au niveau de la zone de transition entre le sol exposé à l’évaporation et celui qui en est protégé. Ceci se manifeste par des mouvements différentiels, concentrés à proximité des murs porteurs et particulièrement aux angles de la maison. Ces tassements différentiels sont évidemment amplifiés en cas d’hétérogénéité du sol ou lorsque les fondations présentent des différences d’ancrage d’un point à un autre de la maison (cas des sous-sols partiels notamment, ou des pavillons construits sur terrain en pente).

Ceci se traduit par des fissurations en façade, souvent obliques et passant par les points de faiblesse que constituent les ouvertures. Les désordres se manifestent aussi par des décollements entre éléments jointifs (garages, perrons, terrasses), ainsi que par une distorsion des portes et fenêtres, une dislocation des dallages et des cloisons et, parfois, la rupture de canalisations enterrées (ce qui vient aggraver les désordres car les fuites d’eau qui en résultent provoquent des gonflements localisés).
Les maisons individuelles sont les principales victimes de ce phénomène et ceci pour au moins deux raisons :

la structure de ces bâtiments, légers et peu rigides, mais surtout fondés de manière relativement superficielle par rapport à des immeubles collectifs, les rend très vulnérables à des mouvements du sol d’assise ;

la plupart de ces constructions sont réalisées sans études géotechniques préalables qui permettraient notamment d’identifier la présence éventuelle d’argile gonflante et de concevoir le bâtiment en prenant en compte le risque associé.

Depuis la vague de sécheresse des années 1989-91, le phénomène de retrait-gonflement a été intégré au régime des catastrophes naturelles mis en place par la loi du 13 juillet 1982. En l’espace de dix ans, ce risque naturel est devenu en France la deuxième cause d’indemnisation derrière les inondations, et le montant total des remboursements effectués à ce titre était évalué à la fin de l’année 2002 par la Caisse Centrale de Réassurance à environ 3,3 milliard d’euros, ce qui correspond à plusieurs centaines de milliers de maisons sinistrées sur l’ensemble de la France depuis 1989.

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Les régions les plus touchées :
Depuis 1989, ce sont plus de 5 000 communes françaises, réparties dans 75 départements, qui ont été reconnues en état de catastrophe naturelle vis à vis du retrait-gonflement. C’est dire si le phénomène est largement réparti. Pourtant, certaines régions sont plus particulièrement touchées et ceci en étroite corrélation avec la nature géologique du sol. C’est le cas en particulier de la plaine de Flandres, de la partie sud du Bassin de Paris, du fossé de la Limagne, de la région d’Apt et surtout de l’ensemble des coteaux molassiques du Sud-Ouest, entre Agen et Toulouse.

Les données communiquées par la Caisse Centrale de Réassurance en octobre 2003 montrent que la région parisienne est tout particulièrement concernée par le phénomène puisque les sept départements de la région Ile-de-France (hors ville de Paris) font partie des dix-sept départements français pour lesquels les coûts cumulés d’indemnisation pour des sinistres liés au retrait-gonflement sont les plus élevés. Selon ce critère, les Yvelines sont les plus touchées, suivi de près par la Seine-et-Marne et l’Essonne. Il est d’ailleurs à noter que, de manière générale, la région parisienne est celle où les sinistres sécheresse sont les plus coûteux, de l’ordre du double de la moyenne nationale. Ceci s’explique par des conditions géologiques souvent très défavorables qui nécessitent la mise en œuvre de solutions lourdes de confortement avec reprise en sous-œuvre fréquente par micro-pieux.
Les autres départements qui présentent des coûts cumulés d’indemnisation élevés suite à des sinistres liés au retrait-gonflement sont pour l’essentiel et par ordre décroissant la Haute-Garonne, la Dordogne, les Bouches-du-Rhône, le Nord, le Puy-de-Dôme, le Loiret et le Gers (où plus de 90 % des 463 communes du département ont été reconnues au moins une fois en état de catastrophe naturelle sécheresse entre 1991 et 2002).

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Programme de cartographie de l'aléa :
Afin de tenter de diminuer à l’avenir le nombre de sinistres causés par le phénomène de retrait-gonflement des argiles, il importe de cartographier l’aléa associé, ce qui revient à délimiter les secteurs a priori sensibles, pour y diffuser certaines règles de prévention à respecter.
Le terme d’aléa désigne la probabilité qu’un phénomène naturel d’intensité donnée survienne sur un secteur géographique donné et dans un laps de temps donné. Cartographier l’aléa retrait-gonflement des argiles reviendrait donc à définir, en tout point du territoire, quelle est la probabilité qu’une maison individuelle soit affectée d’un sinistre par exemple dans les dix ans qui viennent.
L’état actuel de nos connaissance ne permet pas, de se livrer à un tel travail sur l’ensemble du territoire national. L’objectif que s’est fixé le BRGM, à la demande du Ministère de l’Écologie, du Développement et de l'Aménagement Durables (MEDAD), est donc plus modeste. Il consiste à dresser, pour l'ensemble du territoire métropolitain, des cartes d’aléa défini de manière qualitative. Ce programme de cartographie, débuté en 1997, devrait se poursuivre jusqu’en 2010. Il est financé en partie par le Fonds de Prévention des Risques Naturels Majeurs et en partie par la dotation de service public du BRGM, allouée par le Ministère de la Recherche. Les premières cartes élaborées ont été cofinancées directement par le ministère en charge de l'environnement et, pour deux d’entres elles, par la Caisse Centrale de Réassurance (CCR) et le Centre Européen de Prévention des Risques (CEPR).
Ces cartes ont pour but de délimiter toutes les zones qui sont a priori sujettes au phénomène de retrait-gonflement et de hiérarchiser ces zones selon un degré d’aléa croissant. Les zones où l’aléa retrait-gonflement est qualifié de fort, sont celles où la probabilité de survenance d’un sinistre sera la plus élevée et où l’intensité des phénomènes attendus est la plus forte. Dans les zones où l’aléa est qualifié de faible, la survenance de sinistres est possible en cas de sécheresse importante mais ces désordres ne toucheront qu’une faible proportion des bâtiments (en priorité ceux qui présentent des défauts de construction ou un contexte local défavorable, avec par exemple des arbres proches ou une hétérogénéité du sous-sol). Les zones d’aléa moyen correspondent à des zones intermédiaires entre ces deux situations extrêmes. Quant aux zones où l’aléa est estimé a priori nul, il s’agit des secteurs où les cartes géologiques actuelles n’indiquent pas la présence de terrain argileux en surface. Il n’est cependant pas exclu que quelques sinistres s’y produisent car il peut s’y trouver localement des placages, des lentilles intercalaires, des amas glissés en pied de pente ou des poches d’altération, de nature argileuse, non identifiés sur les cartes géologiques à l’échelle 1/50 000, mais dont la présence peut suffire à provoquer des désordres ponctuels.

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Méthode de cartographie :
Dans le cadre du programme de cartographie départementale de l’aléa retrait-gonflement des argiles conduit par le BRGM depuis 1997, la donnée de départ utilisée est celle des cartes géologiques établies et publiées par le BRGM à l’échelle 1/50 000. Leur analyse permet d’identifier les formations argileuses (au sens large), affleurantes ou sub-affleurantes, et d’en établir une cartographique numérique, homogène à l’échelle départementale. Cette phase nécessite en réalité un important travail de numérisation et surtout d’harmonisation des cartes actuellement disponibles, les formations les plus superficielles ayant souvent été diversement interprétées d’une feuille à l’autre. Des regroupements de formations sont aussi opérés afin d’obtenir un document synthétique exploitable à l’échelle départementale, et des compléments ou des précisions sont apportés ponctuellement pour actualiser la connaissance en intégrant des informations contenues dans la BSS, gérée par le BRGM, ainsi que certains résultats d'essais publiés ou communiqués par des organismes tiers : bureaux d'études géotechniques, collectivités locales, CETE, etc...
Les formations argileuses ainsi identifiées font ensuite l’objet d’une hiérarchisation en fonction de leur susceptibilité vis à vis du phénomène de retrait-gonflement. Celle-ci est évaluée sur la base de trois critères qui se recoupent plus ou moins :

leur nature lithologique (caractérisée par l’importance et la disposition des termes argileux au sein de la formation),

la composition minéralogique de leur phase argileuse (la proportion de minéraux gonflants de type smectites ou interstratifiés étant estimée à partir de critères paléogéographiques et d’essais de diffractométrie aux rayons X),

leur comportement géotechnique (évalué par des essais de laboratoire parmi lesquels la valeur de bleu, l’indice de plasticité ou le retrait linéaire).

La combinaison de ces différentes observations permet d’établir une carte de susceptibilité au retrait-gonflement.
La carte d’aléa est réalisée à partir de cette carte de susceptibilité en intégrant de surcroît les sinistres enregistrés depuis 1989. Ceci nécessite non seulement de recenser mais aussi de localiser avec précision le plus grand nombre possible de sinistres survenus dans le département, afin d’obtenir une représentation statistique réaliste des probabilités d’occurrence du phénomène. Le nombre de sinistres ainsi pris en compte atteint généralement plusieurs milliers par département (plus de 5 200 en Haute-Garonne par exemple). Le croisement avec la carte géologique permet de calculer, pour chacune des formations argileuses identifiées, une densité de sinistres qui est ramenée, pour faciliter les comparaisons, à 100 km² de surface d’affleurement réellement urbanisée. Il est en effet nécessaire de tenir compte du taux d’urbanisation qui peut présenter des disparités importantes d’un point à l’autre du département et fausser ainsi l’analyse (les sinistres étant évidemment plus nombreux dans les zones fortement urbanisées !).

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Limite de validité des cartes d'aléa :
L’échelle de validité des cartes départementales d’aléa ainsi établies est celle de la donnée de base utilisée pour leur réalisation, à savoir les cartes géologiques à 1/50 000. Le degré de précision et de fiabilité des cartes d’aléa est limité en partie par la qualité de l’interprétation qui a permis leur élaboration (identification et hiérarchisation des formations à composante argileuses), mais surtout par la qualité des observations qui ont permis la réalisation des cartes géologiques, point de départ de l’étude. En particulier, les hétérogénéités lithologiques, qui caractérisent de nombreuses formations géologiques, ne sont pas toujours bien identifiées sur les cartes actuellement disponibles.
Les cartes géologiques sont initialement levées sur des fonds topographiques à l’échelle du 1/25 000. La précision du report des limites d’affleurement est donc satisfaisante à l’échelle du 1/50 000. En revanche, il ne faut jamais perdre de vue qu’une carte géologique comporte une part de subjectivité liée à l’expertise propre de l’auteur et que, en particulier, les formations les plus superficielles peuvent faire l’objet d’interprétations diverses d’une feuille à l’autre.
Le travail d’harmonisation et de correction des cartes géologiques, en vue d’établir une carte départementale des formations à composante argileuse, permet de gommer une partie de ces différences d’interprétation et de rectifier certains contours pour intégrer la connaissance issue de sondages récents. Il n’en demeure pas moins que la carte ainsi élaborée reflète l’état des connaissances au moment de sa publication. Des investigations complémentaires permettraient probablement de corriger certaines limites d’affleurement, voire d’identifier de nouvelles poches ou plaquages argileux non représentés sur les cartes actuellement disponibles.
Ces considérations sont importantes car elles expliquent pourquoi les cartes d’aléa ainsi élaborées ne peuvent en aucun cas prétendre refléter en tout point l’exacte nature des terrains présents en surface ou sub-surface. En particulier il n'est pas exclu que, sur les secteurs considérés d’aléa a priori nul (qui sont présentés sans figuré spécifique sur les cartes d’aléa), se trouvent localement des zones argileuses d’extension limitée. Celles-ci peuvent être liées à l’altération localisée des calcaires, à des lentilles argileuses intercalées ou à des placages argileux non cartographiés, correspondant notamment à des amas glissés en pied de pente. A l’échelle de la parcelle constructible, elles sont en tout cas de nature à provoquer des sinistres isolés.
Inversement, il est possible que, localement, certaines parcelles situées pourtant dans un secteur dont l'aléa retrait-gonflement des argiles a été évalué globalement comme non nul soient en réalité constituées de terrains non sensibles au phénomène, voire non argileux. Ceci pourra être mis en évidence à l'occasion d'investigations géotechniques spécifiques, par exemple en prévision à un nouveau projet d'aménagement (d'où l'intérêt de ce type d'études de sols avant construction), mais n'a pu être identifié lors de la réalisation des cartes départementales d'aléa, basées, rappelons-le, sur l'état des connaissances géologiques accessibles au moment de l'étude.

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