A Hybrid Geophysical–Geotechnical Approach for Landslide Stability Assessment

Dans les hauts plateaux de l'Éthiopie, là où la terre s'élève brusquement et où les routes découpent les montagnes, le sol n'est pas toujours aussi solide qu'il en a l'air. Pour les ingénieurs et les géologues, la stabilité d'un versant est un équilibre délicat entre deux forces opposées : le poids du sol et de la roche qui tire vers le bas, et la résistance interne de ce même matériau qui le maintient ensemble. Cette résistance n'est pas un chiffre fixe ; elle change selon la météo. Lorsque de fortes pluies imprègnent le sol, l'eau remplit les minuscules espaces entre les particules de terre, les écartant et rendant la terre plus lourde et plus faible. C'est le défi fondamental de la science des glissements de terrain : comprendre comment l'eau, le type de sol et la forme d'une pente interagissent pour soit maintenir la stabilité, soit céder. Lorsqu'une route est construite dans une colline, elle retire souvent le support naturel au bas du versant, et si le sol est déjà faible ou si la nappe phréatique est haute, l'ensemble du versant peut glisser, bloquant la circulation et menaçant des vies.

Une équipe de chercheurs s'est lancée dans la résolution d'un problème persistant sur un tronçon de route à Bonga, dans le sud-ouest de l'Éthiopie. Cette section de l'autoroute, qui relie Addis-Abeba à la ville de Mizan, a subi des glissements de terrain répétés, particulièrement pendant la saison des pluies de juin à septembre. Malgré des tentatives précédentes pour réparer la route en utilisant du remblai de roche, le sol continuait de bouger. L'équipe, dirigée par des ingénieurs de l'Université de Bahir Dar et des collaborateurs d'Inde et de Pologne, a décidé d'examiner sous la surface pour comprendre exactement ce qui se passait. Ils ont combiné trois manières différentes d'observer la terre : ils ont foré des trous profonds pour extraire des échantillons de sol, ils ont utilisé des ondes sonores et des courants électriques pour cartographier le sol sans creuser, et ils ont construit un modèle numérique du versant pour tester son comportement sous la contrainte. Leur objectif n'était pas seulement de voir pourquoi la route échouait, mais de trouver une solution qui la garderait sûre à l'avenir.

L'enquête a commencé par écouter la terre et ressentir sa résistance électrique. Les chercheurs ont utilisé une technique appelée réfraction sismique, qui consiste à envoyer des ondes sonores à travers le sol pour mesurer la vitesse à laquelle elles voyent. Des ondes plus rapides signifient généralement une roche plus dure, tandis que des ondes plus lentes indiquent un sol meuble ou une roche fracturée. Ils ont également utilisé la tomographie de résistivité électrique, qui mesure la facilité avec laquelle l'électricité circule à travers le sol. Un sol humide et argileux conduit l'électricité bien mieux qu'une roche sèche, cette méthode les a donc aidés à localiser des poches d'eau et des couches faibles et saturées. Ces tests non invasifs ont été combinés avec les données de quatre forages profonds réalisés le long de la route. À partir de ces trous, ils ont extrait des échantillons de sol pour les tester en laboratoire, mesurant le poids du sol, sa teneur en eau et la force nécessaire pour le faire glisser.

Les résultats ont brossé le portrait clair d'un paysage vulnérable. Le sol sous la route est un mélange complexe de couches. En haut, il y a une couche de matériaux de remblai importés utilisés pour construire la route, reposant sur un limon rougeâtre et compact. En dessous de cela se trouve une couche d'argile mélangée à des fragments de roche trachyte, et tout en bas, une couche de basalte altéré. La conclusion critique est que la nappe phréatique se situe très près de la surface, souvent à seulement un mètre du sol. Pendant la saison des pluies, ce niveau d'eau monte, imprégnant le sol et transformant les couches supérieures en une masse lourde et glissante. Les tests de laboratoire ont confirmé que le sol possède une forte teneur naturelle en humidité, surtout lors des pluies estivales, ce qui réduit considérablement sa capacité à rester cohérent.

Pour voir comment ces conditions affectaient la sécurité de la route, les chercheurs ont construit une simulation informatique du versant. Ils ont injecté les données réelles — le poids des sols, les angles de friction, les niveaux d'eau — dans des logiciels spécialisés pour calculer un « facteur de sécurité ». Ce nombre est un rapport simple qui indique aux ingénieurs la stabilité d'un versant. Un chiffre de 1,5 ou plus est généralement considéré comme sûr pour une route, signifiant que les forces qui maintiennent la colline sont une fois et demie plus fortes que les forces qui tentent de la tirer vers le bas. La simulation a montré que, dans les conditions humides actuelles, le facteur de sécurité pour cette route n'était que de 1,347. C'est en dessous du seuil de sécurité requis, confirmant que le versant est instable et sujet au glissement. Le modèle a également montré que l'endroit le plus probable pour le début d'un glissement se situe à environ 5,5 mètres sous la surface de la route, traversant les couches de sol faibles et humides.

Les chercheurs ont ensuite testé différentes façons de résoudre le problème au sein de leur modèle informatique. Ils ont étudié l'idée de construire un mur de soutènement, une structure conçue pour retenir la terre. La simulation a montré que l'ajout d'un mur augmenterait considérablement le facteur de sécurité, apportant la résistance supplémentaire nécessaire pour empêcher le sol de glisser. Ils ont également exploré l'utilisation de matériaux géosynthétiques, tels que des géocellules et des géotextiles. Ce sont des tissus en forme de maillage qui peuvent être placés à l'intérieur du sol pour le renforcer, agissant comme un filet qui maintient les particules ensemble et empêche leur séparation. L'étude suggère qu'une combinaison de ces mesures, accompagnée de meilleurs systèmes de drainage pour abaisser la nappe phréatique, offre la meilleure voie à suivre. En éliminant l'excès d'eau et en renforçant le sol, la route pourrait être stabilisée sans avoir besoin de reconstruire l'intégralité du versant.

Cette étude souligne que les glissements de terrain récurrents sur la route Bonga-Mizan ne sont pas seulement le résultat d'un terrain escarpé, mais d'une interaction spécifique entre les propriétés du sol et les pluies saisonnières. La recherche écarte l'idée que les réparations actuelles par remblai de roche sont suffisantes, car le mouvement se poursuit en dessous d'elles. Au contraire, les preuves indiquent la nécessité d'une approche plus complète qui traite directement l'eau et la résistance du sol. Bien que l'étude se soit concentrée sur une section spécifique de la route, les méthodes utilisées fournissent un modèle pour comprendre des problèmes similaires dans d'autres régions montagneuses d'Éthiopie. Les auteurs reconnaissent que les contraintes de temps et de budget ne leur ont pas permis d'étudier l'intégralité des 100 kilomètres de l'autoroute, mais leurs conclusions offrent un guide clair, fondé sur des preuves, pour que les ingénieurs puissent réhabiliter cette partie critique de l'infrastructure et garantir qu'elle reste ouverte au trafic, même lorsque les pluies arrivent.