Analyse géotechnique pour tunnels en sols mous à Toulon : anticiper l’instabilité en contexte méditerranéen

Le vent d’est chargé d’humidité marine qui balaie régulièrement la rade de Toulon n’est pas le seul défi des ouvrages souterrains : la géologie locale, marquée par des remplissages sédimentaires récents et des argiles saturées, exige une analyse géotechnique rigoureuse pour les tunnels en sols mous. Autour du centre-ville et du Mourillon, les alluvions quaternaires et les limons de colmatage des vallons perchés créent des conditions de creusement particulièrement délicates. L’évaluation précise de la portance et de la déformabilité de ces horizons compressibles conditionne la faisabilité même du projet. À Toulon, le contexte hydrogéologique, avec une nappe phréatique souvent proche du niveau de la mer, impose de coupler l’investigation mécanique des sols à une étude fine des circulations d’eau via des essais de perméabilité in situ pour anticiper les venues d’eau en front de taille.

Dans les limons de la plaine du Las, une erreur d’appréciation de 15 % sur la cohésion non drainée suffit à rendre un front de taille instable lors de l’excavation.

Comment nous travaillons

La plaine du Las, en amont du port, illustre bien la complexité du sous-sol toulonnais : des alternances de sables limoneux et de vases plus ou moins organiques sur plusieurs mètres d’épaisseur, reposant parfois sur un substratum schisteux altéré. Ces matériaux présentent une cohésion faible et une sensibilité au fluage qui peuvent compromettre la stabilité d’un tunnel en cours d’excavation. Pour quantifier ces propriétés, notre laboratoire accrédité COFRAC réalise des essais triaxiaux consolidés non drainés avec mesure de pression interstitielle, en complément des sondages pressionétriques in situ. La détermination des limites d’Atterberg sur les fines argileuses permet aussi d’évaluer le potentiel de retrait-gonflement, paramètre critique lorsque le tunnel traverse des formations superficielles soumises aux variations saisonnières de la nappe. Le comportement différé de ces sols mous est modélisé en tenant compte des sollicitations cycliques liées au trafic ferroviaire ou routier en surface, fréquent dans le tissu urbain dense de Toulon.

Facteurs du sol local

Comparons le secteur des Ameniers, sur des colluvions de pente relativement drainantes, avec le quartier du Pont du Las, installé sur d’épaisses alluvions compressibles. Dans le premier cas, le risque principal concerne les instabilités de front liées à la structure hétérogène du massif ; dans le second, c’est le tassement différentiel à long terme et la convergence excessive du soutènement qui dominent. Ignorer cette variabilité géotechnique à l’échelle de quelques centaines de mètres expose à des désordres majeurs : fissuration du revêtement, venues d’eau chargées de fines, voire effondrement localisé en surface. Pour un tunnel en sol mou sous Toulon, le suivi des déformations par auscultation topographique et extensométrique pendant le creusement devient aussi essentiel que l’étude préalable elle-même.

Paramètres de référence

Paramètre	Valeur typique
Cohésion non drainée Cu (argiles molles toulonnaises)	10 à 40 kPa (état intact)
Module pressiométrique EM	1,5 à 15 MPa selon faciès
Indice de compressibilité Cc	0,15 à 0,45
Angle de frottement interne effectif φ'	22° à 30°
Perméabilité k (limons sableux)	1x10⁻⁶ à 1x10⁻⁸ m/s
Teneur en eau pondérale w	25 à 65 % (vases)
Pression limite nette pl* (Ménard)	0,2 à 0,8 MPa

Autres services liés

Reconnaissance par sondages carottés et pressionétriques

Prélèvement d’échantillons intacts dans les limons et argiles de Toulon, essais au pressiomètre Ménard pour obtenir le module de déformation et la pression de fluage nette du terrain encaissant.

Essais de laboratoire avancés

Triaxiaux CU+u, oedométriques et cisaillement direct au boîtier de Casagrande, réalisés sous accréditation COFRAC, pour définir les paramètres de résistance au pic et résiduelle.

Modélisation numérique 2D et 3D

Simulation par éléments finis du processus d’excavation séquentielle, intégrant le comportement non linéaire des sols mous et l’interaction sol-soutènement provisoire.

Suivi géotechnique de chantier

Auscultation en cours de creusement : mesures de convergence, tassements en surface par nivellement de précision, contrôle de la pression interstitielle dans la nappe phréatique varoise.

Normes de référence

NF P94-261 (fondations superficielles et profondes — dispositions constructives), NF EN 1997-1 (Eurocode 7 : calcul géotechnique — Partie 1 : règles générales), NF EN 1997-2 (Eurocode 7 : reconnaissance des terrains et essais), NF P94-110 (essai pressiométrique Ménard), NF P94-070 (essais à l’appareil triaxial de révolution)

Questions et réponses

Quels sont les défis spécifiques des sols mous à Toulon pour un tunnel ?

La présence d’alluvions récentes et de limons argileux dans les plaines du Las et de l’Eygoutier, combinée à une nappe phréatique peu profonde, génère des risques de tassements excessifs, de venues d’eau et d’instabilité du front de taille. La proximité du bâti ancien impose des seuils de déformation très stricts.

Quel budget prévoir pour une analyse géotechnique de tunnel en terrain compressible ?

Selon l’étendue du linéaire et la densité des sondages requis, le coût d’une campagne complète (reconnaissance in situ, essais laboratoire et rapport de synthèse) se situe généralement entre 4 040 € et 14 670 €. Ce montant varie en fonction des accès et du nombre d’essais triaxiaux demandés.

Quelle norme encadre le dimensionnement d’un tunnel dans ces sols ?

Le calcul géotechnique est mené conformément à l’Eurocode 7 (NF EN 1997-1 et 1997-2), en utilisant l’approche de calcul adaptée aux ouvrages souterrains. Les essais de reconnaissance suivent les normes françaises de la série NF P94 (pressiomètre, triaxial, oedomètre).

Combien de temps dure une campagne de reconnaissance pour un tunnel urbain ?

Une campagne typique à Toulon, incluant l’installation de piézomètres, les sondages carottés avec essais pressionétriques et les analyses en laboratoire, s’étale sur six à dix semaines. Les délais peuvent être ajustés en fonction des exigences de circulation en centre-ville.