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Rupture de talus et érosion - Géosciences

Rupture de talus et érosion - Géosciences


Rupture de talus et érosion - Géosciences

Etude des effets de la teneur en argile sur le mode de rupture et la résistance du loess

La taille des particules de loess dans le plateau de lœss varie du nord-ouest au sud-est en raison de la direction du vent qui vient principalement du nord-ouest. La teneur en argile du loess est significativement différente dans la région du loess en Chine, ce qui entraîne des caractéristiques physiques différentes du loess et du processus de rupture du loess. Pour déterminer le processus de rupture déclenché par les précipitations, une série d'études ont été menées via des tests en canal et triaxiaux utilisant des échantillons de loess avec différentes teneurs en argile. Les effets de l'argile sur le changement de teneur en eau (WC), la génération de pression interstitielle (PWP) et le processus de rupture de la pente du loess ont été analysés. Les changements dans la réponse WC et PWP au processus de rupture de la pente à différentes positions étaient différents, et les changements dans la couche peu profonde se sont avérés plus importants que ceux à d'autres positions. Les changements de WC et PWP ont progressivement diminué avec l'augmentation de la teneur en argile. L'argile dans le loess joue également un rôle important dans le processus de rupture de la masse de loess, et le processus de rupture est passé d'une rupture globale régressive à une rupture par glissement superficiel par érosion, puis à une rupture par érosion avec une teneur en argile croissante. Enfin, la résistance du loess avec différentes teneurs en argile a été testée et discutée. La force a augmenté et le M valeur diminuait progressivement avec l'augmentation de la teneur en argile. Sur la base des résultats expérimentaux, il a été conclu que l'argile dans le loess a un impact significatif sur le processus de rupture et la résistance de la masse de loess, et les résultats de la présente étude soutiendraient l'atténuation des pentes de loess.

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Ruptures de pente et taux d'érosion sur une face glaciaire de haute montagne sous les changements climatiques

Dans cette étude, les changements topographiques rapides et les taux d'érosion accrus causés par des ruptures de pente massives dans une face de haute montagne glaciaire et affectée par le pergélisol ont été étudiés par rapport au changement climatique actuel. L'étude a été menée sur l'une des plus hautes parois rocheuses périglaciaires des Alpes européennes, la face est du Mont Rose, en Italie. Des changements prononcés dans la couverture de glace et des événements répétés d'avalanches de roches et de glace ont été documentés dans cette paroi rocheuse depuis environ 1990. La comparaison multitemporelle effectuée de modèles numériques de terrain (MNT) à haute résolution complétée par des analyses détaillées de photographies répétées représente une évaluation unique. des changements topographiques et des ruptures de pente sur un demi-siècle et révèle une perte totale de volume dans le substratum rocheux et les glaciers escarpés dans la partie centrale de la face d'environ 25 × 10 6 m 3 entre 1988 et 2007. L'activité élevée des avalanches de roches et de glace se traduit par une augmentation des taux d'érosion d'environ un ordre de grandeur au cours des dernières décennies.

L'étude indique que les changements de températures atmosphériques et les changements connexes de la couverture de glace peuvent induire une déstabilisation des pentes dans les faces de haute montagne. Les analyses des données de température montrent que le début de l'activité de mouvement de masse intense a coïncidé avec une augmentation des températures annuelles moyennes dans la région vers 1990. Cependant, une fois déclenchée, l'activité de mouvement de masse semble pouvoir se dérouler selon un cycle d'auto-renforcement, dans lequel une seule masse les événements de mouvement pourraient être fortement influencés par des événements de températures extrêmes à court terme. Les investigations suggèrent un fort couplage de stabilité entre les glaciers escarpés et le substrat rocheux sous-jacent, car la plupart des instabilités du substratum rocheux sont situées dans des zones où la glace de surface a récemment disparu et les zones de rupture sont fréquemment spatialement corrélées et se développent souvent à partir de basses altitudes progressivement vers le haut. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.


Défaillance de pente ses types, causes, termes techniques.

Les pentes dans les sols et les roches sont omniprésentes dans la nature et les structures artificielles.

Les autoroutes, les barrages, les digues, les canaux et les haldes sont construits en inclinant les faces latérales du sol parce que les pentes de construction sont généralement moins chères que la construction de murs.

Les forces naturelles (vent, eau, neige, etc.) modifient la topographie de la Terre et d'autres planètes, créant souvent des pentes instables.

Les ruptures de pentes naturelles (glissements de terrain) et de pentes artificielles ont entraîné de nombreux décès et destructions, des pertes économiques et des dommages environnementaux.

Certains échecs sont soudains et catastrophiques, d'autres sont insidieux.

Certaines défaillances sont généralisées, d'autres sont localisées.

Les ingénieurs géotechniciens doivent accorder une attention particulière à la géologie, au drainage de surface, aux eaux souterraines et à la résistance au cisaillement des sols lors de l'évaluation de la stabilité des pentes.

Cependant, nous sommes handicapés par la variabilité géologique des sols et les méthodes d'obtention de valeurs fiables de résistance au cisaillement.

Les analyses de la stabilité des pentes sont basées sur des hypothèses simplificatrices, et la conception d'une pente stable repose fortement sur l'expérience et une étude minutieuse du site.

Une rupture de pente adjacente à une chaussée est illustrée à la figure 16.1. La masse de sol défaillante peut se déplacer très rapidement sur de grandes distances. Votre travail consiste à empêcher un tel échec.

Définitions des termes clés de la rupture de pente.

Zone de glissement ou de défaillance est une mince zone de sol qui atteint l'état critique ou l'état résiduel, entraînant un mouvement de la masse supérieure du sol.

Plan de glissement ou plan de rupture ou surface de glissement ou surface de rupture est la surface de glissement.

Masse glissante est la masse de sol dans le plan de glissement et la surface du sol.

Angle de pente est l'angle d'inclinaison d'une pente par rapport à l'horizontale. L'angle de pente est parfois appelé rapport, par exemple 2:1 [horizontal (H):vertical (V)].

Rapport de pression interstitielle est le rapport de la force de l'eau interstitielle sur une surface de glissement au poids total du sol et à toute charge externe.

Types de rupture de pente.

Les ruptures de pente dépendent du type de sol, de la stratification du sol, des eaux souterraines, des infiltrations et de la géométrie de la pente.

Nous présenterons quelques types de rupture de pente qui sont courants dans les sols.

1. Diapositive de traduction.

La rupture d'une pente le long d'une zone faible du sol est appelée glissement de translation (Figure 16.2a). La masse glissante peut parcourir de longues distances avant de s'immobiliser.

Les glissements de translation sont courants dans les sols à grains grossiers.

2. Glissière de rotation.

Un type courant de rupture dans les sols homogènes à grains fins est un glissement rotatif qui a son point de rotation sur un axe imaginaire parallèle à la pente.

Trois types d'échec de rotation se produisent souvent.

Un type, appelé glissement de base, se produit par un arc englobant toute la pente.

Je. Échec de base.

Une couche de sol meuble reposant sur une couche de sol rigide est sujette à la rupture de la base (figure 16.2b).

Ii. Échec de l'orteil.

Le deuxième type de rupture en rotation est le glissement du pied, par lequel la surface de rupture passe à travers le pied de la pente (figure 16.2c).

Iii. Échec de la pente.

Le troisième type de rupture en rotation est le glissement de pente, par lequel la surface de rupture traverse la pente (figure 16.2d).

3. Glissière d'écoulement.

Un glissement d'écoulement se produit lorsque les conditions internes et externes forcent un sol à se comporter comme un fluide visqueux et à s'écouler même sur des pentes peu profondes, s'étalant dans plusieurs directions (Figure 16.2e).

La surface de rupture est mal définie dans les glissières d'écoulement.

Des surfaces de défaillance multiples se produisent généralement et changent continuellement au fur et à mesure que l'écoulement progresse.

Des glissements d'écoulement peuvent se produire dans les sols secs et humides.

4. Bloquer ou caler la glissière.

Les glissements de blocs ou de coins se produisent lorsqu'une masse de sol est brisée le long des joints, des coutures, des fissures et des zones faibles par des forces émanant des sols adjacents.

La masse brisée se déplace sous forme de blocs et de cales le long de la pente (figure 16.2f).

Et après . . . Quelles sont les causes des ruptures de pente que nous avons brièvement décrites ci-dessus ? Les causes sont nombreuses et variées.

Dans la section suivante, nous décrirons quelques causes courantes de rupture de pente.

Causes de rupture de pente.

Les ruptures de pente sont causées, en général, par des forces naturelles, des erreurs de jugement et des activités humaines et des animaux fouisseurs.

Nous décrirons ci-dessous quelques-uns des principaux facteurs qui provoquent des ruptures de pente.

1. Érosion.

L'eau et le vent érodent continuellement les pentes naturelles et artificielles.

L'érosion modifie la géométrie de la pente (figure 16.3a), entraînant finalement une rupture de la pente ou, plus précisément, un glissement de terrain.

Les rivières et les ruisseaux affouillent continuellement leurs rives, minant leurs pentes naturelles ou artificielles (figure 16.3b).

2. Précipitations.

De longues périodes de pluie saturent, adoucissent et érodent les sols.

L'eau pénètre dans les fissures existantes et peut affaiblir les couches de sol sous-jacentes, entraînant une rupture de pente, par exemple des coulées de boue (figure 16.3c).

3. Tremblements de terre.

Les tremblements de terre induisent des forces dynamiques (figure 16.3d), en particulier des forces de cisaillement dynamiques qui réduisent la résistance au cisaillement et la rigidité du sol.

Les pressions interstitielles dans les sols saturés à gros grains pourraient atteindre une valeur égale à la contrainte moyenne totale,

et faire en sorte que ces sols se comportent comme des fluides visqueux, un phénomène connu sous le nom de liquéfaction dynamique.

Les structures fondées sur ces sols s'effondreraient, les structures enfouies à l'intérieur s'élèveraient.

La rapidité (quelques secondes) avec laquelle les forces dynamiques sont induites empêche même les sols à gros grains de drainer les surpressions interstitielles.

Ainsi, la rupture de pente lors d'un événement sismique se produit souvent dans des conditions non drainées.

4. Caractéristiques géologiques.

De nombreuses défaillances résultent généralement de caractéristiques géologiques non identifiées.

Une fine couche de limon (quelques millimètres d'épaisseur) sous un épais dépôt d'argile dure peut facilement passer inaperçue lors des opérations de forage,

ou l'on peut être négligent dans l'évaluation des diagraphies de forage pour découvrir plus tard que la présence de limon a causé une défaillance catastrophique.

Les sols stratifiés en pente sont sujets à un glissement de translation le long des couches faibles (figure 16.3e). Vous devez porter une attention particulière aux caractéristiques géologiques lors de l'évaluation de la stabilité des pentes.

5. Chargement externe.

Les charges placées sur la crête d'une pente (le sommet de la pente) s'ajoutent à la charge gravitationnelle et peuvent provoquer une rupture de pente (figure 16.3f).

Une charge placée au pied, appelée berme, augmentera la stabilité de la pente.

Les bermes sont souvent utilisées pour restaurer les pentes problématiques.

6. Activités de construction.

Les activités de construction près du pied d'une pente existante peuvent provoquer une défaillance car la résistance latérale est supprimée (figure 16.3g).

Nous pouvons commodément diviser les ruptures de pente dues aux activités de construction en deux cas.

Le premier cas est la pente excavée et le second cas est la pente de remblai.

7. Abaissement rapide.

Les réservoirs peuvent être soumis à un rabattement rapide.

Dans ce cas, la force latérale fournie par l'eau est supprimée et l'excès de pression interstitielle n'a pas assez de temps pour se dissiper (Figure 16.3i).

L'effet net est que la pente peut échouer dans des conditions non drainées.

Si le niveau d'eau dans le réservoir reste bas et que la défaillance ne se produit pas dans des conditions non drainées, une infiltration des eaux souterraines se produira et les forces d'infiltration supplémentaires pourraient provoquer une défaillance (figure 16.3j).

LES POINTS INDISPENSABLES SONT :

1. Les caractéristiques géologiques et les conditions environnementales (par exemple, les charges externes et les forces naturelles) sont responsables de la plupart des ruptures de pente.

2. Les modes courants de rupture de pente dans les sols sont la translation, la rotation, l'écoulement et les mouvements de blocs.


Le pire des cas : érosion de la couverture de décharge et instabilité des pentes

En mars 1996, à l'extérieur de Cincinnati, OH, le pire glissement de terrain de l'histoire de l'industrie des déchets solides s'est produit, entraînant un mouvement de masse de plus d'un million de mètres cubes, sur une distance supérieure à 300 mètres. De même, des glissements catastrophiques se sont produits dans le monde : Hiriya, Israël, à l'hiver 1997 la décharge de Payatas aux Philippines (entraînant 250 morts) la décharge des États-Unis en 2011 les décharges de Chirin et Big Run au Kentucky, toutes deux en 2013 . . . et des dizaines, voire des centaines, de petits mouvements de pente et de glissements de couverture qui se produisent chaque année. Les causes de ces ruptures de pentes de décharges sont nombreuses (surconstruction de pentes de déchets, conditions de gel/dégel, fondations affaiblies, géosynthétiques mal installés, etc.), mais dans presque tous les cas, l'eau courante et l'érosion qu'elle provoque ont joué un rôle.

L'érosion des sols a des conséquences particulières pour les décharges qui sont beaucoup plus graves que celles trouvées sur les chantiers de construction conventionnels. De nombreux facteurs rendent les décharges uniques, notamment les déchets eux-mêmes, la nature prolongée des activités d'enfouissement, l'affaissement des déchets au fil du temps et leurs exigences en matière de soins après la fermeture. Compte tenu des conséquences désastreuses d'une rupture majeure de talus de déchets, un exploitant de décharge doit se méfier de toute faiblesse structurelle qui pourrait entraîner une instabilité.

Une grande partie de cela peut être abordée au stade de la conception. Un ingénieur expérimenté sera en mesure d'établir un plan d'exploitation et de développement pour une décharge qui répond aux exigences réglementaires de sécurité. L'exploitant du site doit suivre les conceptions de l'ingénieur pour s'assurer que les opérations de placement des déchets et le mouvement des équipements lourds ne déclenchent pas de rupture de pente pendant la phase opérationnelle de mi-vie de la décharge. Et tandis que les remplissages de canyons souterrains renforcés de plus d'un côté par un terrain naturel sont moins vulnérables, toutes les décharges sont susceptibles d'une rupture de pente potentiellement catastrophique.

Le poids des déchets et du sol crée une force motrice qui se traduit soit par un mouvement de glissement le long d'une surface définie (comme un revêtement de géomembrane utilisé dans le système final de couvercle et de couverture), soit par un mouvement de masse en rotation sur une grande partie de la pente. lui-même. C'est la composante du poids de masse qui agit parallèlement à la surface de rupture potentielle qui génère les forces motrices pouvant provoquer une rupture de pente.

Des forces de frottement résistant à ces mouvements de déchets et de terre sont également créées par le poids de la masse. La composante de force du poids de masse qui agit perpendiculairement (normalement) à une surface de rupture potentielle crée des forces de friction agissant parallèlement à ces surfaces dans la direction opposée des forces motrices qui peuvent provoquer une rupture de pente. La combinaison des forces motrices et des forces de friction résistantes agit dans trois conditions de défaillance potentielles : glissement, rotation et bloc de masse.

La rupture par glissement est le mouvement d'une couche de sol de couverture le long d'un plan bien défini. Ce plan est généralement constitué d'un géosynthétique, et donc la rupture par glissement est un mode de rupture qui se produit presque exclusivement dans les systèmes de calage et de couverture finaux.

La rupture du bloc de masse se produit également le long d'un plan bien défini, mais dans ce cas, la rupture se produit à des profondeurs beaucoup plus grandes le long du fond d'une décharge et de son revêtement et de son système de gestion du lixiviat. Ce plan de rupture s'étend vers le bas à travers les déchets jusqu'à ce qu'il touche le fond, se déplace le long du fond et le long des pentes latérales du sol de la décharge, jusqu'à ce qu'il sorte au pied d'une pente adjacente.

La rupture de rotation s'étend également vers le bas à travers les déchets depuis le haut de la pente, mais à la place, elle suit un chemin incurvé qui la fait sortir près du pied de la pente défaillante sans rencontrer une surface physique bien définie. Cette rupture est effectivement une action de rotation de la masse de déchets à travers les déchets eux-mêmes avec un mouvement de rotation autour d'un certain point géométrique situé au-dessus de la pente des déchets.

Configurations de pente de décharge
La rupture qui se produit est souvent fonction de la configuration de pente existante. Il existe trois configurations potentielles de pente de décharge : ouverte, intermédiaire et finale. Chacun présente des problèmes et des préoccupations de stabilité différents.

La première est la condition la moins dangereuse, avec des pentes relativement peu profondes et une couverture quotidienne composée soit de 6 pouces de terre épandue, soit d'une autre couverture quotidienne (mousse pulvérisée, bâche, etc.). Les conditions ouvertes représentent la face de travail des opérations d'élimination quotidiennes. Souvent relativement plat avec uniquement des pentes localisées ne dépassant généralement pas 33 % (trois horizontalement pour une verticale), le front de taille quotidien est soumis à des charges ponctuelles concentrées générées par l'équipement lourd opérant à sa surface. De plus, jusqu'à ce qu'ils soient complètement compactés en place, les déchets éliminés sont relativement lâches et peuvent être sujets à un déplacement et à un tassement. Mais ces conditions entraînent rarement, voire jamais, une rupture de pente significative.

Les pentes intermédiaires sont les pentes de déchets qui ne recevront pas de déchets supplémentaires pendant des périodes prolongées, mais ne recevront pas de système de couverture finale. À une date ultérieure, davantage de déchets seront déposés sur eux au fur et à mesure que la décharge atteindra les derniers niveaux de développement. La plupart des États classent les pentes de déchets qui resteront à découvert pendant plus de 12 mois comme intermédiaires et nécessitent une couverture de sol minimale de 12 pouces d'épaisseur. Ces pentes ont tendance à se situer aux limites entre les alvéoles individuelles ou les phases de stockage des déchets et s'étendent jusqu'à la hauteur des éventuelles pentes finales d'aménagement. Par conséquent, les pentes intermédiaires ont tendance à être plus raides et plus hautes que les faces de travail quotidiennes, et sont donc beaucoup plus sujettes à la rupture de pente. Compte tenu de l'absence d'une surface de glissement bien définie comme un chapeau de géomembrane, les ruptures de pente intermédiaires sont presque exclusivement du type bloc de masse et rotation.

La configuration la plus critique pour le potentiel de défaillance se situe après le développement final des déchets et l'installation d'un système de couverture finale. Cette situation présente les pentes et les élévations de développement des déchets les plus élevées et les plus raides. Le système de couverture final présente une surface de glissement multiple pour une défaillance de glissement. Un système de couverture finale typique se compose des éléments suivants (de haut en bas) :

  • Une couche de 6 pouces d'épaisseur de couverture de sol pour favoriser la croissance de la végétation et propager les systèmes racinaires. Cette végétation herbeuse, et son système racinaire profond qui pousse dans cette couche, permet de résister à l'érosion et à la formation de ravines dans le sol.
  • Une couche de couverture de sol perméable de 24 pouces pour fournir une zone d'enracinement supplémentaire et une épaisseur suffisante pour protéger les composants sous-jacents de la pénétration du gel et de la formation de lentilles de glace (cette épaisseur peut varier selon l'emplacement et la latitude). La formation de lentilles de glace est particulièrement critique car elle a le potentiel d'endommager les couches d'argile compactées conçues pour fournir une barrière de faible perméabilité à l'infiltration des précipitations.
  • Une couche de drainage constituée soit de sable à haute perméabilité (généralement de 6 à 12 pouces d'épaisseur) soit d'une couverture de drainage géocomposite artificielle. Il s'agit d'un matériau lié en usine composé de trois couches : (1) un filtre géotextile non tissé de 6 onces par mètre carré sur le dessus (2) un média de drainage géonet avec des valeurs de transmissivité élevées, même lorsqu'il est soumis à de lourdes charges au milieu et (3) un coussin géotextile non tissé de 6 onces par mètre carré sur le fond. Cette couche agit comme un drain à mèche pour éliminer l'accumulation de précipitations percolées et empêcher l'accumulation dangereuse d'eau dans le sol recouvrant le capuchon imperméable. En règle générale, la couverture drainante géocomposite est disposée de manière à s'ouvrir sur un canal de collecte des eaux de ruissellement adjacent, qui reçoit les eaux de percolation et les emporte avec les eaux de ruissellement.
  • Une géomembrane imperméable d'au moins 40 mil d'épaisseur en HDPE, LLDPE ou polyéthylène très basse densité (VLDPE).La géomembrane est le composant supérieur d'une structure de couverture composite recouvrant les déchets et sous-jacente au sol et aux matériaux de drainage au-dessus.
  • Une couche d'au moins 24 pouces d'épaisseur de sol compacté à faible perméabilité (généralement de l'argile). La conductivité hydraulique requise de ce matériau est généralement au maximum de 1 x 10-5 cm/sec. Avec la géomembrane, l'argile forme le couvercle composite de la décharge.
  • Souvent, les États exigent qu'une couche perméable aux gaz supplémentaire soit installée sous le capuchon composite. Étant donné que le bouchon est imperméable, l'accumulation de gaz de décharge peut se produire sous le bouchon, entraînant une bulle dangereuse de méthane et de dioxyde de carbone s'il n'est pas correctement ventilé et extrait par le système de gestion des gaz de la décharge. En fournissant un chemin à haute perméabilité pour la migration de ce gaz, la couche perméable au gaz augmente considérablement l'efficacité de l'élimination du gaz et améliore la stabilité structurelle globale. Cette couche peut être constituée de sable de 12 pouces de perméabilité élevée ou d'une autre couverture géocomposite (utilisée ici pour permettre au gaz de migrer au lieu de laisser s'écouler les liquides). Dans presque tous les cas, il est préférable d'utiliser des géocomposites plutôt que du sable dans les couches de drainage et de gaz, car le sable est sans cohésion et pourrait présenter une composante structurellement faible de la coiffe finale et de la tige de couverture.
  • Enfin, sous-jacents à l'ensemble de la couverture et de la couverture finales se trouvent les déchets déposés finaux et leur couche de couverture de sol intermédiaire. Cette couverture de sol peut être améliorée par un compactage supplémentaire et la mise en place de sol supplémentaire si nécessaire pour fournir une couverture complète des déchets sous-jacents et une plate-forme de sable pour l'obstruction du système final de couverture et de couverture.

Potentiel de ruissellement et d'érosion des eaux de surface
La couverture du sol du système final de couverture et de couverture d'une décharge est soumise à des forces d'érosion potentielles, même après avoir atteint une croissance végétative complète. Ces forces d'érosion et leur potentiel de perte de sol sont estimés par l'équation universelle de perte de sol :

A = la perte de sol moyenne à long terme (tonnes par acre par an)
R = facteur d'intensité des précipitations (sans dimension)
K = facteur d'érodabilité du sol qui représente à la fois la susceptibilité du sol à l'érosion
LS = facteur de gradient de la longueur à la pente (sans dimension)
C = facteur de gestion des cultures/végétation (sans dimension)
P = facteur de pratique de soutien (sans dimension)

Certains facteurs, tels que l'intensité des précipitations (R), ne peuvent pas être contrôlés par l'ingénieur ou l'opérateur. Ils sont le résultat des conditions climatiques locales. Les conditions du sol peuvent également être le résultat de la géologie locale, bien que dans certains cas, un site puisse transporter un meilleur sol à partir d'une source d'emprunt hors site. L'érodabilité du sol (K) varie selon le type de sol de couverture. Les argiles ont des valeurs K faibles car elles résistent au détachement. Les sols sableux ont également des valeurs de K relativement faibles en raison du faible ruissellement même si ces sols se détachent facilement. Les sols limono-limoneux ont des valeurs de K modérées parce qu'ils sont modérément sensibles au détachement et qu'ils produisent un ruissellement modéré. Les sols à forte teneur en limon sont les plus érodables de tous les sols. Ils se détachent facilement, ont tendance à former des croûtes et produisent des taux de ruissellement élevés.

La disposition des pentes finales et leurs longueurs de ruissellement (LS) entre les canaux de collecte des eaux de surface peuvent être incluses dans la conception de l'ingénieur et personnalisées pour minimiser l'impact de l'érosion des conditions locales. En termes simples, plus la pente de ruissellement est courte et peu profonde, moins le potentiel d'érosion est grand. Poussés par la nécessité de maximiser l'espace aérien d'élimination disponible, la plupart des sites construiront leurs pentes finales jusqu'à la pente maximale autorisée par la réglementation (généralement 25 %, ou quatre horizontalement à une verticale). Ainsi, face à des précipitations locales défavorables et à des conditions de sol défavorables, un ingénieur peut concevoir un système de collecte des eaux de ruissellement avec des rigoles espacées à des intervalles plus rapprochés pour minimiser l'érosion.

Les autres facteurs sont déterminés par l'exploitant du site. Le facteur de gestion des cultures (C) intègre la rugosité effective de la surface de qualité finale. Il représente les effets des plantes, de la couverture du sol, de la biomasse du sol et des activités de perturbation du sol sur l'érosion. Il minimise l'érosion en réduisant l'impact des gouttes de pluie et du débit d'eau. Le facteur de pratique de soutien (P) intègre la protection fournie par les opérations mécaniques telles que la marche sur piste et le terrassement.

Dans l'ensemble, les pentes ne devraient pas permettre plus de 5 tonnes (10 000 livres) d'érosion du sol par acre par an en raison des précipitations normalement prévues. À une densité d'environ 125 pcf, cela équivaut à environ 80 pieds cubes de sol perdus par acre par an. Répartis uniformément sur une surface de couverture finale, cela équivaut à seulement environ 0,02 pouces de sol. Cependant, le sol n'est pas érodé uniformément, il a tendance à former des régions déprimées et des alignements de sol érodé appelés ravines creusées par des écoulements de surface concentrés.

Par conséquent, les conceptions techniques visent à minimiser la formation de ravines. Et c'est la clé pour protéger la pente de l'érosion. Les ravines sont formées par l'approfondissement de petites rigoles qui à leur tour ont été formées par des écoulements de ruissellement concentrés dans des zones de végétation relativement clairsemée. Ils résultent de l'effet de cisaillement de l'écoulement de surface, de l'augmentation de la pression pré-hydrique et de la diminution de la résistance du sol le long de la ligne d'écoulement. Une fois en place, les ravines deviennent l'alignement permanent de la ligne centrale pour les écoulements de surface. Cela concentre et amplifie localement les mêmes mécanismes qui provoquent les ravines en premier lieu. Le résultat est un approfondissement et un élargissement sans cesse croissants du ravin. Il existe d'autres causes de formation de ravines, notamment les animaux fouisseurs, les rejets concentrés des tuyaux d'évacuation des eaux pluviales et même les écoulements le long des canaux de collecte qui étaient destinés à atténuer les effets de l'érosion en premier lieu.

Dans un système de couverture finale, les ravines pénètrent rarement plus profondément que la première couche de géosynthétique. Il s'agit soit de la couche drainante géocomposite placée au-dessus de la coiffe composite finale, soit de la géomembrane qui constitue la couche supérieure de la coiffe composite elle-même. Cependant, cela peut toujours entraîner une coupe irrégulière à travers au moins 30 pouces de couverture de sol superposée. L'enlèvement de ce segment de la couverture de sol peut entraîner l'élimination du contrefort de la masse de couverture vers le bas, ce qui l'amène à amorcer un mouvement de glissement vers le bas le long du sommet de la coiffe composite. Dans les couvertures intermédiaires dépourvues d'une couche de géomembrane imperméable, il n'y a vraiment aucune limite aux profondeurs qui peuvent être atteintes par les ravines. Les pentes intermédiaires sont particulièrement sujettes à la formation de ravines car elles manquent généralement de couverture végétale. Cela pourrait conduire à la situation beaucoup plus dangereuse d'un bloc de masse ou d'une rupture de pente en rotation à travers un pied de pente qui a été érodé par un ravin.

Bien qu'il ne s'agisse pas strictement d'un exemple d'érosion, l'accumulation d'eau dans les couches supérieures de couverture du sol d'un système final de couverture et de couverture peut également entraîner une défaillance par glissement de la couverture. Il en résulte alors des forces de flottabilité égales à la profondeur de l'eau multipliée par sa profondeur d'accumulation. Il est soustrait de la composante du poids du bloc de sol agissant sur la couverture sous-jacente, réduisant ainsi la force de friction maintenant le sol en place, mais pas la force motrice. Cela inclut toujours la composante de poids de l'eau. C'est pour cette raison que la couche de drainage géocomposite est installée au-dessus de la couverture finale et se déverse dans le canal de collecte des eaux de ruissellement le plus proche. Cependant, si la couverture drainante géocomposite voit sa capacité d'écoulement réduite par colmatage par des particules de sol, cette instabilité peut se produire au moins localement sur la pente de couverture finale. Mais cette situation n'est qu'un des nombreux modes de rupture exprimant l'instabilité de la pente.

Mesures préventives—Ingénierie
Pour éviter les ruptures de pente de décharge, grandes et petites, commencez par l'ingénierie. L'ingénieur de conception de décharge doit travailler dans les paramètres établis par les réglementations fédérales, étatiques et locales. Les exigences fédérales énoncées dans les règlements du sous-titre D définiront la configuration globale du système de couverture et de couverture finale, ainsi que les exigences de couverture de pente quotidienne et intermédiaire. L'ingénieur peut développer ces normes mais doit également répondre à leurs exigences minimales. Ainsi, alors qu'un règlement peut exiger une couche de sol compacté de 24 pouces d'épaisseur, un ingénieur peut concevoir une couche de 30 pouces, mais pas une couche de 18 pouces. De plus, si la réglementation limite la pente d'une pente finale à 4:1 (25 %), l'ingénieur ne peut pas aménager des pentes plus raides que cela. Et en plus des réglementations fédérales et étatiques déterminant la configuration finale du plafond, les réglementations locales peuvent limiter la hauteur maximale autorisée de la décharge, même si la géométrie du site (et l'analyse technique de la stabilité de la pente) lui permettrait d'aller plus haut.

Bien qu'il puisse sembler que ces contraintes réglementaires limitent la créativité de l'ingénieur, le concepteur peut encore faire beaucoup pour maximiser la capacité de l'espace aérien tout en s'assurant que les normes de sécurité sont respectées. Ces normes sont exprimées en termes de « facteur de sécurité » (FS). Pour la plupart, FS diffère pour les conditions finales, intermédiaires, statiques et sismiques. Étant donné que les conditions intermédiaires sont par nature temporaires, leur FS requise peut être inférieure pour les conditions finales qui sont de nature permanente et à long terme. De même, les conditions sismiques sont par nature des conditions rares et peu fréquentes, et ont donc tendance à devoir respecter un FS inférieur à celui des conditions statiques continues. Toutes les conditions doivent tenir compte des forces générées par les charges de l'équipement et les conditions de l'eau.

Et puisque les pentes peuvent être affaiblies par la formation de ravines, il est impératif que l'ingénieur intègre un système adéquat de collecte et de gestion des eaux de ruissellement dans la configuration finale de la couverture, ainsi que des dispositifs de contrôle de l'érosion temporaires et permanents adéquats. Cela implique la mise en place de canaux de collecte perpendiculaires à la direction de la pente de la pente à des intervalles suffisamment courts pour minimiser le facteur LS, et avec lui le potentiel d'érosion qui en découle. Ces canaux sont réglés à un faible gradient d'écoulement (1 à 2 % étant typique) pour permettre le drainage des eaux de surface hors site.

Afin d'éviter que les écoulements concentrés dans le canal lui-même ne forment des ravines le long de la ligne médiane du canal, les surfaces du canal ont tendance à être revêtues d'un tapis d'érosion renforçant. Ce sont généralement des mailles en nylon résistantes aux intempéries et aux rayons UV solaires. Ils sont ancrés avec des piquets ou des agrafes jusqu'à ce que la végétation puisse pousser dans et autour du maillage, le fixant en place avec son système racinaire. Ces canaux de collecte se drainent généralement dans des canaux de décharge généralement alignés directement en aval de la pente. Étant donné que ces canaux transportent de grandes quantités d'écoulement à des vitesses élevées, ils doivent presque toujours être fortement blindés contre l'érosion. Cela implique de revêtir la surface des canaux de décharge avec des enrochements de taille appropriée dans une couche d'une épaisseur suffisante pour éliminer la menace de formation de ravines.

Les canaux eux-mêmes peuvent être soit construits sur des terrasses créées par les niveaux de mise en place des déchets finaux, soit (en l'absence de terrassement) sous forme de bermes en monticule pour les canaux avec la surface lisse des niveaux finaux. En règle générale, cette dernière configuration se produit sur des pentes de qualité stérile avec une pente maximale de 25 %, tandis que le terrassement est souvent autorisé à des intervalles d'élévation définis sur des pentes aussi raides que 33 %. L'alternance de larges terrasses avec des segments de pente raide peut entraîner une pente de pente globale d'environ 25 %, assurant la stabilité globale de la pente, mais augmentant le risque de glissement localisé du sol de couverture. Ainsi, l'ingénieur doit être extrêmement prudent dans les analyses de stabilité de ce type de configuration de pente et augmenter le facteur de sécurité minimum requis contre la rupture par glissement.

Mesure préventive : Construction et inspections
Mais même la meilleure conception technique nécessite des méthodes de construction sûres pour éviter les défaillances lors de la construction. Ce concept ne s'applique pas seulement à l'installation de systèmes de couverture, de revêtement ou de lixiviat, il s'applique également au placement des déchets eux-mêmes. C'est une erreur de traiter le placement des déchets comme un exercice purement opérationnel. La création d'une alvéole quotidienne des déchets (dépôt, épandage, compactage, couverture) doit être traitée comme un effort de construction privilégiant la qualité du produit final. La qualité dans ce cas est mesurée par la minimisation de l'espace aérien utilisé et la stabilité de la masse de déchets qui en résulte.

C'est également pendant la construction que se sont produites certaines des ruptures de pente de déchets les plus graves. Cela peut souvent être le résultat de : de faibles efforts de compactage, de l'excavation à côté du pied de pente actuel des déchets pour fournir de la terre empruntée et/ou des fondations pour la construction de la zone de la prochaine phase d'élimination, des charges ponctuelles d'équipements lourds opérant au sommet de la pente, une pente intermédiaire trop raide ou la perte de résistance due à l'impact de l'eau et à l'érosion. Compte tenu des conditions exposées des pentes intermédiaires, on pourrait affirmer que celles-ci devraient en fait être moins profondes que les pentes finales malgré leur nature temporaire.

Le renforcement des talus de déchets n'est normalement pas une option pratique. Compte tenu de la nature hétérogène des déchets et des conditions de travail sévères associées à leur mise en place et à leur compactage, les méthodes de renforcement normales telles que le renforcement des couches de géogrille, les clouages ​​et les attaches sont difficiles, voire impossibles à installer. La géogrille aura tendance à être déchirée et délogée par les opérations de compactage lourdes. Le clouage du sol dans des déchets irréguliers et hétérogènes n'accomplira que peu de choses, et le forage de raccords dans la masse de déchets sera difficile à réaliser en raison de la présence d'objets volumineux dans les déchets déposés.

Une fois les opérations d'élimination des déchets terminées pour une phase particulière ou pour l'ensemble de la décharge, les inspections des systèmes de couverture intermédiaire et finale de couverture et de couverture deviennent essentielles pour assurer la stabilité des pentes. L'assurance d'une végétation appropriée et extensive sur les systèmes de couverture et de couverture finale est particulièrement importante. Cette couverture herbeuse (généralement un mélange de pâturin du Kentucky et de fétuque rouge élevée) doit atteindre au moins 70 % de couverture sur la surface des pentes de couverture finale. Cela reste la première ligne de défense de la décharge contre la formation potentielle de ravines et l'instabilité des pentes qui en résulte.

Outils logiciels
Pour aider l'ingénieur à développer une conception de pente de décharge sûre, des outils logiciels sont disponibles pour effectuer des analyses des configurations de défaillance potentielles et estimer les facteurs de sécurité de chaque mode de défaillance.

PCSTABL, développé par Purdue University, est un programme informatique pour la résolution générale des problèmes de stabilité des pentes par des méthodes d'équilibre limite bidimensionnel. Il permet l'analyse des pentes qui ont été renforcées avec des géosynthétiques, du clouage et des tirants en utilisant une variété de méthodes analytiques. Son moteur logiciel comprend des techniques aléatoires pour générer des surfaces de défaillance potentielles afin de déterminer les surfaces les plus critiques et leurs facteurs de sécurité associés. Il génère des surfaces circulaires, des surfaces coupées droites pour la défaillance des blocs coulissants, ainsi que des surfaces plus irrégulières avec des formes aléatoires. Le concepteur peut également spécifier des surfaces de rupture d'essai spécifiques pour des conditions de site uniques.

SLOPE/W est un logiciel de CAO pour l'analyse de la stabilité des pentes de terre, de déchets et de roches. Il peut résoudre des problèmes simples et complexes pour une variété de formes de surface de glissement, de conditions de pression interstitielle, de propriétés du sol et de charges ponctuelles. En utilisant des profils générés à partir de la CAO, il peut modéliser une stratigraphie complexe et une géométrie de surface de glissement. Des conditions de pression d'eau interstitielle variables peuvent également être entrées dans le modèle, tout comme les contraintes calculées par une analyse par éléments finis.

SLIDE fournit un logiciel complet d'analyse de la stabilité des pentes, y compris l'analyse des infiltrations d'eau souterraine par éléments finis, le rabattement rapide, l'analyse de sensibilité et probabiliste, et la conception de support. Il prend en charge l'analyse de tous les types de sols et de pentes rocheuses, de remblais, de barrages en terre et de murs de soutènement. Ses capacités de CAO permettent la création et l'édition de modèles complexes. Il peut affecter des distributions statistiques à presque tous les paramètres d'entrée, y compris les propriétés des matériaux, les propriétés de support, les charges et les emplacements de la nappe phréatique.

STABL WV est un logiciel de stabilité de pente basé sur Windows qui conserve toutes les fonctionnalités traditionnelles des algorithmes PCSTABL, combinées à un logiciel géotechnique avancé. Il peut analyser les conditions de pente impliquant des attaches, des clous, des géogrilles et des pieux.


Stabilité des pentes et causes de rupture des pentes

Les principales causes de rupture des pentes et d'instabilité sont décrites ci-dessous :

  1. Force gravitationnelle (fluage)
  2. Force due aux infiltrations d'eau (Gonflement / Lessivage)
  3. Érosion de la surface des pentes due au ruissellement de l'eau
  4. L'abaissement soudain de l'eau adjacente à une pente (Rapid Drawdown)
  5. Forces dues aux tremblements de terre

Force gravitationnelle:

L'effet de toutes les forces énumérées ci-dessus est de provoquer un mouvement du sol des points hauts vers les points bas. Les causes gravitationnelles de la rupture des pentes sont une force importante qui affecte l'écoulement ou l'infiltration de l'eau ainsi que la stabilité des grandes masses de sol. La gravité est généralement reconnue comme très importante dans les problèmes de stabilité, mais souvent ces effets n'ont pas été correctement identifiés. C'est un fait que l'infiltration qui se produit dans une masse de sol provoque des forces d'infiltration, qui ont un effet beaucoup plus important qu'on ne le pense généralement.

Gonflement et lessivage

L'argile très plastique et surconsolidée gonfle facilement au contact de l'eau. Le gonflement se produit lorsque l'eau s'infiltre dans les pores d'un sol potentiellement expansif. Le gonflement est un processus dépendant du temps. Elle se déroule sur un temps relativement long. Les facteurs contrôlant la vitesse de gonflement des argiles compactées dans le temps sont : la composition du sol, la densité, la teneur en eau, la succion matricielle et le tissu.

Les intempéries et l'érosion

L'érosion est le mouvement de particules individuelles, plutôt que des morceaux ou des masses de sol par l'eau ou le vent. L'érosion à la surface d'un talus peut être à l'origine de l'enlèvement d'un certain poids de sol, et peut ainsi conduire à une stabilité accrue en ce qui concerne le mouvement de masse. D'autre part, l'érosion sous forme de contre-dépouille au pied peut augmenter la hauteur de la pente, ou diminuer la longueur de la surface de rupture naissante, diminuant ainsi la stabilité.

Angle de pente et précipitations

Les précipitations ont été identifiées comme l'une des principales causes de rupture de pente dans les zones où les précipitations annuelles sont élevées. L'angle de la pente est également important pour la stabilité de la pente pendant les précipitations. Parce que l'angle de pente affecte le temps de rétention de l'eau de pluie sur la pente, l'angle de pente a une influence évidente sur le processus d'infiltration de l'eau de pluie et donc une raison considérable pour la stabilité et la rupture de la pente.

L'angle de la pente a également un impact important sur le processus d'affouillement des eaux de ruissellement. Plus la pente est grande, plus le ruissellement transformé par les eaux de pluie est important, ce qui entraîne également un effet d'érosion plus important et plus la perte de sol due au ruissellement sur la pente est importante.

Versement rapide

Les réservoirs peuvent être soumis aux effets d'un rabattement rapide.En cas de rabattement rapide, la force latérale fournie par l'eau est supprimée et l'excès de pression interstitielle n'a pas assez de temps pour se dissiper, l'effet de ce retrait soudain d'eau est que la pente peut échouer dans des conditions non drainées. Si le niveau d'eau dans le réservoir reste bas et que la défaillance ne se produit pas dans des conditions non drainées, une infiltration d'eau souterraine se produirait et les forces d'infiltration supplémentaires pourraient provoquer une défaillance.

Lorsqu'il y a un abaissement de la nappe phréatique ou d'une surface d'eau libre adjacente à la pente, par exemple lors d'un rabattement soudain de la surface de l'eau dans un réservoir, il y a une diminution de la flottabilité du sol qui est en fait un augmentation du poids. Cette augmentation de poids provoque une augmentation des contraintes de cisaillement qui peut ou non être en partie contrecarrée par l'augmentation de la résistance au cisaillement, selon que le sol est susceptible ou non de subir une compression que l'augmentation de charge tend à provoquer. Si une grande masse de sol est saturée et est de faible perméabilité, pratiquement aucun changement de volume ne pourra se produire, sauf à un rythme lent, et malgré l'augmentation de la charge, l'augmentation de la résistance peut être inappréciable.

Forces sismiques comme cause de rupture des pentes

Le cisaillement à volume constant peut s'accompagner d'une diminution de la pression intergranulaire et d'une augmentation de la pression neutre. Une défaillance peut être causée par une telle condition dans laquelle toute la masse de sol passe dans un état de liquéfaction et s'écoule comme un liquide. Une condition de ce type peut se développer si la masse de sol est soumise à des vibrations, par exemple, en raison des forces sismiques, entraînant une rupture des pentes.

Les différentes forces qui agissent sur les pentes sont illustrées dans la figure ci-dessous :


Mont Kekachi : une rupture de pente rocheuse intéressante et une avalanche rocheuse au Japon

Mont Kekachi : une rupture de pente rocheuse intéressante et une avalanche rocheuse au Japon

Hier, la garde de montagne de la police préfectorale de Toyama a tweeté une série d'images des conséquences d'une grande rupture de pente rocheuse et d'une avalanche de roches depuis les flancs du mont Kekachi dans la province de Toyama, au Japon :

【毛 勝 山大 明 神 尾根 北側 斜面 で の 大規模 な 土砂 崩 れ 発 生】
5 月 6 日 の 県 警 ヘ リ 「つ る ぎ」 の パ ト ロ ー ル で, 大 明 神 尾根 北側 斜面 で 大規模 な 土砂 崩 れ を 確認 し ま し た. 土砂 は 大 明 神 沢 ~ 阿 部 木谷 下部 の 砂防 堰 堤 ま で 届 い て い ま す. 毛 勝 谷 や 阿 部 木谷 へ#山岳 pic.twitter.com/S6V2ceSI3X

&mdash 富山県警察山岳警備隊 (@toyama_sangaku) ​​6 mai 2021

Les trois images offrent une vue remarquablement bonne des événements. Il est clair qu'il s'agissait d'un grand détachement d'une face presque verticale :

Les conséquences de l'effondrement de la pente rocheuse et de l'avalanche rocheuse sur le mont Kekachi au Japon. Image tweetée par la garde de montagne de la police préfectorale de Toyama.

Les débris ont ensuite suivi un ravin très escarpé en forme d'avalanche rocheuse. Yoshi Kariya a estimé quelques statistiques pour le glissement de terrain, qui s'est produit le 6 mai 2021. Il mesure environ 2 km de long avec une chute verticale d'environ 900 mètres. L'avalanche de pierres a dépassé un barrage de sabo (un barrage de contrôle à travers la vallée), mais s'est arrêtée un peu plus loin dans la vallée.

L'image Google Earth ci-dessous montre ce que j'interprète comme étant l'emplacement de la rupture de la pente rocheuse :

Image Google Earth montrant l'emplacement présumé de la rupture de la pente rocheuse sur les flancs du mont Kekachi au Japon.

L'image de Google Earth semble montrer qu'il s'agit d'une zone qui avait subi un sapement et une érosion intenses avant l'effondrement. Il est à noter que la panne s'est produite au printemps. Bien que des ruptures de pentes rocheuses puissent se produire à tout moment, il est prouvé que la saison de fonte des neiges est une période de pointe pour ces événements.


Le pire des cas : érosion de la couverture de décharge et instabilité des pentes

En mars 1996, à l'extérieur de Cincinnati, OH, le pire glissement de terrain de l'histoire de l'industrie des déchets solides s'est produit, entraînant un mouvement de masse de plus d'un million de mètres cubes, sur une distance supérieure à 300 mètres. De même, des glissements catastrophiques se sont produits dans le monde : Hiriya, Israël, à l'hiver 1997 la décharge de Payatas aux Philippines (entraînant 250 morts) la décharge aux États-Unis en 2011 les décharges de Chirin et de Big Run dans le Kentucky, toutes deux en 2013… et des dizaines, voire des centaines, de petits mouvements de pente et de glissements de couverture qui se produisent chaque année. Les causes de ces ruptures de pentes de décharges sont nombreuses (surconstruction de pentes de déchets, conditions de gel/dégel, fondations affaiblies, géosynthétiques mal installés, etc.), mais dans presque tous les cas, l'eau courante et l'érosion qu'elle provoque ont joué un rôle.

L'érosion des sols a des conséquences particulières pour les décharges qui sont beaucoup plus graves que celles trouvées sur les chantiers de construction conventionnels. De nombreux facteurs rendent les décharges uniques, notamment les déchets eux-mêmes, la nature prolongée des activités d'enfouissement, l'affaissement des déchets au fil du temps et leurs exigences en matière de soins après la fermeture. Compte tenu des conséquences désastreuses d'une rupture majeure de talus de déchets, un exploitant de décharge doit se méfier de toute faiblesse structurelle qui pourrait entraîner une instabilité.

Une grande partie de cela peut être abordée au stade de la conception. Un ingénieur expérimenté sera en mesure d'établir un plan d'exploitation et de développement pour une décharge qui répond aux exigences réglementaires de sécurité. L'exploitant du site doit suivre les conceptions de l'ingénieur pour s'assurer que les opérations de placement des déchets et le mouvement des équipements lourds ne déclenchent pas de rupture de pente pendant la phase opérationnelle de mi-vie de la décharge. Et tandis que les remplissages de canyons souterrains renforcés de plus d'un côté par un terrain naturel sont moins vulnérables, toutes les décharges sont susceptibles d'une rupture de pente potentiellement catastrophique.

Le poids des déchets et du sol crée une force motrice qui se traduit soit par un mouvement de glissement le long d'une surface définie (comme un revêtement de géomembrane utilisé dans le système final de couvercle et de couverture), soit par un mouvement de masse en rotation sur une grande partie de la pente. lui-même. C'est la composante du poids de masse qui agit parallèlement à la surface de rupture potentielle qui génère les forces motrices pouvant provoquer une rupture de pente.

Des forces de frottement résistant à ces mouvements de déchets et de terre sont également créées par le poids de la masse. La composante de force du poids de masse qui agit perpendiculairement (normalement) à une surface de rupture potentielle crée des forces de friction agissant parallèlement à ces surfaces dans la direction opposée des forces motrices qui peuvent provoquer une rupture de pente. La combinaison des forces motrices et des forces de friction résistantes agit dans trois conditions de défaillance potentielles : glissement, rotation et bloc de masse.

La rupture par glissement est le mouvement d'une couche de sol de couverture le long d'un plan bien défini. Ce plan est généralement constitué d'un géosynthétique, et donc la rupture par glissement est un mode de rupture qui se produit presque exclusivement dans les systèmes de calage et de couverture finaux.

La rupture du bloc de masse se produit également le long d'un plan bien défini, mais dans ce cas, la rupture se produit à des profondeurs beaucoup plus grandes le long du fond d'une décharge et de son revêtement et de son système de gestion du lixiviat. Ce plan de rupture s'étend vers le bas à travers les déchets jusqu'à ce qu'il touche le fond, se déplace le long du fond et le long des pentes latérales du sol de la décharge, jusqu'à ce qu'il sorte au pied d'une pente adjacente.

La rupture de rotation s'étend également vers le bas à travers les déchets depuis le haut de la pente, mais à la place, elle suit un chemin incurvé qui la fait sortir près du pied de la pente défaillante sans rencontrer une surface physique bien définie. Cette rupture est effectivement une action de rotation de la masse de déchets à travers les déchets eux-mêmes avec un mouvement de rotation autour d'un certain point géométrique situé au-dessus de la pente des déchets.

Configurations de pente de décharge
La rupture qui se produit est souvent fonction de la configuration de pente existante. Il existe trois configurations potentielles de pente de décharge : ouverte, intermédiaire et finale. Chacun présente des problèmes et des préoccupations de stabilité différents.

La première est la condition la moins dangereuse, avec des pentes relativement peu profondes et une couverture quotidienne composée soit de 6 pouces de terre épandue, soit d'une autre couverture quotidienne (mousse pulvérisée, bâche, etc.). Les conditions ouvertes représentent la face de travail des opérations d'élimination quotidiennes. Souvent relativement plat avec uniquement des pentes localisées ne dépassant généralement pas 33 % (trois horizontalement pour une verticale), le front de taille quotidien est soumis à des charges ponctuelles concentrées générées par l'équipement lourd opérant à sa surface. De plus, jusqu'à ce qu'ils soient complètement compactés en place, les déchets éliminés sont relativement lâches et peuvent être sujets à un déplacement et à un tassement. Mais ces conditions entraînent rarement, voire jamais, une rupture de pente significative.

Les pentes intermédiaires sont les pentes de déchets qui ne recevront pas de déchets supplémentaires pendant des périodes prolongées, mais ne recevront pas de système de couverture finale. À une date ultérieure, davantage de déchets seront déposés sur eux au fur et à mesure que la décharge atteindra les derniers niveaux de développement. La plupart des États classent les pentes de déchets qui resteront à découvert pendant plus de 12 mois comme intermédiaires et nécessitent une couverture de sol minimale de 12 pouces d'épaisseur. Ces pentes ont tendance à se situer aux limites entre les alvéoles individuelles ou les phases de stockage des déchets et s'étendent jusqu'à la hauteur des éventuelles pentes finales d'aménagement. Par conséquent, les pentes intermédiaires ont tendance à être plus raides et plus hautes que les faces de travail quotidiennes, et sont donc beaucoup plus sujettes à la rupture de pente. Compte tenu de l'absence d'une surface de glissement bien définie comme un chapeau de géomembrane, les ruptures de pente intermédiaires sont presque exclusivement du type bloc de masse et rotation.

La configuration la plus critique pour le potentiel de défaillance se situe après le développement final des déchets et l'installation d'un système de couverture finale. Cette situation présente les pentes et les élévations de développement des déchets les plus élevées et les plus raides. Le système de couverture final présente une surface de glissement multiple pour une défaillance de glissement. Un système de couverture finale typique se compose des éléments suivants (de haut en bas) :

  • Une couche de 6 pouces d'épaisseur de couverture de sol pour favoriser la croissance de la végétation et propager les systèmes racinaires. Cette végétation herbeuse, et son système racinaire profond qui pousse dans cette couche, permet de résister à l'érosion et à la formation de ravines dans le sol.
  • Une couche de couverture de sol perméable de 24 pouces pour fournir une zone d'enracinement supplémentaire et une épaisseur suffisante pour protéger les composants sous-jacents de la pénétration du gel et de la formation de lentilles de glace (cette épaisseur peut varier selon l'emplacement et la latitude). La formation de lentilles de glace est particulièrement critique car elle a le potentiel d'endommager les couches d'argile compactées conçues pour fournir une barrière de faible perméabilité à l'infiltration des précipitations.
  • Une couche de drainage constituée soit de sable à haute perméabilité (généralement de 6 à 12 pouces d'épaisseur) soit d'une couverture de drainage géocomposite artificielle. Il s'agit d'un matériau lié en usine composé de trois couches : (1) un filtre géotextile non tissé de 6 onces par mètre carré sur le dessus (2) un média de drainage géonet avec des valeurs de transmissivité élevées, même lorsqu'il est soumis à de lourdes charges au milieu et (3) un coussin géotextile non tissé de 6 onces par mètre carré sur le fond. Cette couche agit comme un drain à mèche pour éliminer l'accumulation de précipitations percolées et empêcher l'accumulation dangereuse d'eau dans le sol recouvrant le capuchon imperméable. En règle générale, la couverture drainante géocomposite est disposée de manière à s'ouvrir sur un canal de collecte des eaux de ruissellement adjacent, qui reçoit les eaux de percolation et les emporte avec les eaux de ruissellement.
  • Une géomembrane imperméable d'au moins 40 mil d'épaisseur en HDPE, LLDPE ou polyéthylène très basse densité (VLDPE). La géomembrane est le composant supérieur d'une structure de couverture composite recouvrant les déchets et sous-jacente au sol et aux matériaux de drainage au-dessus.
  • Une couche d'au moins 24 pouces d'épaisseur de sol compacté à faible perméabilité (généralement de l'argile). La conductivité hydraulique requise de ce matériau est généralement au maximum de 1 x 10-5 cm/sec. Avec la géomembrane, l'argile forme le couvercle composite de la décharge.
  • Souvent, les États exigent qu'une couche perméable aux gaz supplémentaire soit installée sous le capuchon composite. Étant donné que le bouchon est imperméable, l'accumulation de gaz de décharge peut se produire sous le bouchon, entraînant une bulle dangereuse de méthane et de dioxyde de carbone s'il n'est pas correctement ventilé et extrait par le système de gestion des gaz de la décharge. En fournissant un chemin à haute perméabilité pour la migration de ce gaz, la couche perméable au gaz augmente considérablement l'efficacité de l'élimination du gaz et améliore la stabilité structurelle globale. Cette couche peut être constituée de sable de 12 pouces de perméabilité élevée ou d'une autre couverture géocomposite (utilisée ici pour permettre au gaz de migrer au lieu de laisser s'écouler les liquides). Dans presque tous les cas, il est préférable d'utiliser des géocomposites plutôt que du sable dans les couches de drainage et de gaz, car le sable est sans cohésion et pourrait présenter une composante structurellement faible de la coiffe finale et de la tige de couverture.
  • Enfin, sous-jacents à l'ensemble de la couverture et de la couverture finales se trouvent les déchets déposés finaux et leur couche de couverture de sol intermédiaire. Cette couverture de sol peut être améliorée par un compactage supplémentaire et la mise en place de sol supplémentaire si nécessaire pour fournir une couverture complète des déchets sous-jacents et une plate-forme de sable pour l'obstruction du système final de couverture et de couverture.

Potentiel de ruissellement et d'érosion des eaux de surface
La couverture du sol du système final de couverture et de couverture d'une décharge est soumise à des forces d'érosion potentielles, même après avoir atteint une croissance végétative complète. Ces forces d'érosion et leur potentiel de perte de sol sont estimés par l'équation universelle de perte de sol :

A = la perte de sol moyenne à long terme (tonnes par acre par an)
R = facteur d'intensité des précipitations (sans dimension)
K = facteur d'érodabilité du sol qui représente à la fois la susceptibilité du sol à l'érosion
LS = facteur de gradient de la longueur à la pente (sans dimension)
C = facteur de gestion des cultures/végétation (sans dimension)
P = facteur de pratique de soutien (sans dimension)

Certains facteurs, tels que l'intensité des précipitations (R), ne peuvent pas être contrôlés par l'ingénieur ou l'opérateur. Ils sont le résultat des conditions climatiques locales. Les conditions du sol peuvent également être le résultat de la géologie locale, bien que dans certains cas, un site puisse transporter un meilleur sol à partir d'une source d'emprunt hors site. L'érodabilité du sol (K) varie selon le type de sol de couverture. Les argiles ont des valeurs K faibles car elles résistent au détachement. Les sols sableux ont également des valeurs de K relativement faibles en raison du faible ruissellement même si ces sols se détachent facilement. Les sols limono-limoneux ont des valeurs de K modérées parce qu'ils sont modérément sensibles au détachement et qu'ils produisent un ruissellement modéré. Les sols à forte teneur en limon sont les plus érodables de tous les sols. Ils se détachent facilement, ont tendance à former des croûtes et produisent des taux de ruissellement élevés.

La disposition des pentes finales et leurs longueurs de ruissellement (LS) entre les canaux de collecte des eaux de surface peuvent être incluses dans la conception de l'ingénieur et personnalisées pour minimiser l'impact de l'érosion des conditions locales. En termes simples, plus la pente de ruissellement est courte et peu profonde, moins le potentiel d'érosion est grand. Poussés par la nécessité de maximiser l'espace aérien d'élimination disponible, la plupart des sites construiront leurs pentes finales jusqu'à la pente maximale autorisée par la réglementation (généralement 25 %, ou quatre horizontalement à une verticale). Ainsi, face à des précipitations locales défavorables et à des conditions de sol défavorables, un ingénieur peut concevoir un système de collecte des eaux de ruissellement avec des rigoles espacées à des intervalles plus rapprochés pour minimiser l'érosion.

Les autres facteurs sont déterminés par l'exploitant du site. Le facteur de gestion des cultures (C) intègre la rugosité effective de la surface de qualité finale. Il représente les effets des plantes, de la couverture du sol, de la biomasse du sol et des activités de perturbation du sol sur l'érosion. Il minimise l'érosion en réduisant l'impact des gouttes de pluie et du débit d'eau. Le facteur de pratique de soutien (P) intègre la protection fournie par les opérations mécaniques telles que la marche sur piste et le terrassement.

Dans l'ensemble, les pentes ne devraient pas permettre plus de 5 tonnes (10 000 livres) d'érosion du sol par acre par an en raison des précipitations normalement prévues. À une densité d'environ 125 pcf, cela équivaut à environ 80 pieds cubes de sol perdus par acre par an. Répartis uniformément sur une surface de couverture finale, cela équivaut à seulement environ 0,02 pouces de sol. Cependant, le sol n'est pas érodé uniformément, il a tendance à former des régions déprimées et des alignements de sol érodé appelés ravines creusées par des écoulements de surface concentrés.

Par conséquent, les conceptions techniques visent à minimiser la formation de ravines. Et c'est la clé pour protéger la pente de l'érosion. Les ravines sont formées par l'approfondissement de petites rigoles qui à leur tour ont été formées par des écoulements de ruissellement concentrés dans des zones de végétation relativement clairsemée. Ils résultent de l'effet de cisaillement de l'écoulement de surface, de l'augmentation de la pression pré-hydrique et de la diminution de la résistance du sol le long de la ligne d'écoulement. Une fois en place, les ravines deviennent l'alignement permanent de la ligne centrale pour les écoulements de surface. Cela concentre et amplifie localement les mêmes mécanismes qui provoquent les ravines en premier lieu. Le résultat est un approfondissement et un élargissement sans cesse croissants du ravin. Il existe d'autres causes de formation de ravines, notamment les animaux fouisseurs, les rejets concentrés des tuyaux d'évacuation des eaux pluviales et même les écoulements le long des canaux de collecte qui étaient destinés à atténuer les effets de l'érosion en premier lieu.

Dans un système de couverture finale, les ravines pénètrent rarement plus profondément que la première couche de géosynthétique. Il s'agit soit de la couche drainante géocomposite placée au-dessus de la coiffe composite finale, soit de la géomembrane qui constitue la couche supérieure de la coiffe composite elle-même. Cependant, cela peut toujours entraîner une coupe irrégulière à travers au moins 30 pouces de couverture de sol superposée. L'enlèvement de ce segment de la couverture de sol peut entraîner l'élimination du contrefort de la masse de couverture vers le bas, ce qui l'amène à amorcer un mouvement de glissement vers le bas le long du sommet de la coiffe composite. Dans les couvertures intermédiaires dépourvues d'une couche de géomembrane imperméable, il n'y a vraiment aucune limite aux profondeurs qui peuvent être atteintes par les ravines. Les pentes intermédiaires sont particulièrement sujettes à la formation de ravines car elles manquent généralement de couverture végétale. Cela pourrait conduire à la situation beaucoup plus dangereuse d'un bloc de masse ou d'une rupture de pente en rotation à travers un pied de pente qui a été érodé par un ravin.

Bien qu'il ne s'agisse pas strictement d'un exemple d'érosion, l'accumulation d'eau dans les couches supérieures de couverture du sol d'un système final de couverture et de couverture peut également entraîner une défaillance par glissement de la couverture. Il en résulte alors des forces de flottabilité égales à la profondeur de l'eau multipliée par sa profondeur d'accumulation. Il est soustrait de la composante du poids du bloc de sol agissant sur la couverture sous-jacente, réduisant ainsi la force de friction maintenant le sol en place, mais pas la force motrice. Cela inclut toujours la composante de poids de l'eau. C'est pour cette raison que la couche de drainage géocomposite est installée au-dessus de la couverture finale et se déverse dans le canal de collecte des eaux de ruissellement le plus proche. Cependant, si la couverture drainante géocomposite voit sa capacité d'écoulement réduite par colmatage par des particules de sol, cette instabilité peut se produire au moins localement sur la pente de couverture finale.Mais cette situation n'est qu'un des nombreux modes de rupture exprimant l'instabilité de la pente.

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Solutions pour la réparation de l'érosion des pentes sur le remblai des ponts et des routes

Les pentes en terre sont naturellement sensibles à l'érosion due à la gravité, à l'eau et aux surcharges. La rupture de pente peut entraîner des conditions inesthétiques, des dommages au paysage et à la propriété et des réparations coûteuses. Le système de protection des pentes GEOWEB protège les pentes du sol contre les forces érosives et peut être utilisé pour durer toute la durée de vie du projet. Pour les pentes supérieures à 1:1, des structures de rétention en terre sont généralement nécessaires. Les murs de soutènement GEOWEB permettent de stabiliser le sol en face de mur ou de talus avec un fascia végétalisé naturellement. Le système GEOWEB 3D stabilise les pentes et peut être utilisé pour soutenir les routes, les autoroutes et les structures de pont dans des applications économiques et uniques.

  • Comprendre les causes de l'érosion de la surface des pentes et comment elles conduisent à la rupture des pentes
  • Découvrez comment le système GEOWEB peut protéger contre les forces érosives
  • Comprendre les fondamentaux des différents types d'ouvrages de rétention de terre avec le système GEOWEB
  • Découvrez les caractéristiques distinctives des murs GEOWEB et ce qui les distingue des autres types de murs
PROFIL DE LA SOCIÉTÉ:

Géosystèmes Presto s'associe avec des ingénieurs et des concepteurs pour résoudre des problèmes difficiles de stabilisation des sols avec le système de géocellules 3D original, GEOWEB. Le remplissage confiné dans la structure polyvalente HDPE 3D reste stable sous la charge la plus lourde pour offrir des avantages économiques dans une variété d'applications. Construisez des routes et des accotements avec un remblai sur place, contrôlez l'érosion sur les pentes abruptes et les rivages, concevez des canaux pour résister à toutes les conditions hydrauliques, construisez des murs de soutènement à végétation naturelle avec une solution à plus longue durée de vie et à faible impact environnemental. Presto Geosystems propose des évaluations de projets gratuites, un outil de construction de spécifications simple, un logiciel de conception de murs MSE sous licence gratuit et plus de 35 ans d'expérience sur des marchés allant de la construction générale de sites à l'exploitation minière, au pétrole et au gaz, aux chemins de fer, à l'éolien et à la construction écologique.

PROFIL DE L'ENCEINTE :
Samantha Justice, P.E. Ingénieur civil, Presto Geosystems

Sam est un ingénieur civil chargé de superviser les évaluations de projets, de gérer les activités d'ingénierie des partenaires mondiaux de Geosystems et de coordonner la recherche et le développement. Elle possède une expérience spécialisée dans les ressources en eau, la gestion des eaux pluviales et la stabilisation des roches/sols. Sam est titulaire d'un diplôme d'ingénieur géotechnique de l'Université du Michigan et d'un diplôme d'études supérieures en ingénierie géologique de l'Université technologique du Michigan et est un ingénieur professionnel agréé. Elle fournit un soutien technique et spécifique au projet aux consultants, entrepreneurs et distributeurs pour tous les produits et domaines d'application de Geosystems.


Soyez conscient des bluffs, des pentes

Les niveaux des lacs sont les plus élevés qu'ils aient été depuis des années. Ces niveaux de lac plus élevés que la moyenne, combinés à de grandes quantités de pluie, à des vents violents et à l'action des vagues en raison de la couverture glacielle clairsemée, ont entraîné une érosion à la base des falaises et une augmentation de l'érosion en ravines dans certaines régions. Cela entraîne à son tour un risque plus élevé de rupture de pente le long des rives du lac.

Les niveaux d'eau du lac Huron sont supérieurs à la moyenne à long terme et supérieurs à la même période l'an dernier. Les niveaux d'eau des lacs sont en fait plus élevés qu'ils ne l'ont été depuis 1998 et ils ont rebondi après la période de niveaux inférieurs à la moyenne qui a eu lieu entre la fin de 1999 et le début de 2014. « Les propriétaires doivent être conscients des risques riverains et naturels. dangers et restez diligent dans la surveillance de leur propriété pour tout signe de rupture de pente potentielle ou d'effondrement de falaise », a déclaré Alec Scott, responsable de l'eau et de la planification chez Ausable Bayfield Conservation Authority (ABCA). "Malheureusement, il est très difficile de prédire quand les échecs de bluff se produiront et quelle sera leur ampleur." Il est important pour les propriétaires de vérifier régulièrement l'état de leur bluff et de leur propriété et, s'ils ont des inquiétudes, de demander conseil à des professionnels de l'ingénierie et techniques dûment qualifiés. En cas de rupture de falaise ou de pente importante ayant un impact sur les structures résidentielles, les propriétaires doivent aviser immédiatement leur municipalité et l'ABCA.

Les facteurs affectant l'érosion de la falaise comprennent l'action des vagues, les niveaux des lacs, le débit et la saturation des eaux souterraines, le vent, les cycles de gel-dégel, la hauteur de la falaise, le type de sol et l'angle de la falaise. Les fortes pluies du début de 2016, combinées à un certain nombre de cycles de gel-dégel l'hiver dernier, augmentent le potentiel d'érosion le long des rives du lac Huron. Les falaises saturées de till et d'argile, combinées à l'érosion due au vent, aux tempêtes et aux niveaux plus élevés des lacs, peuvent entraîner une instabilité accrue des pentes le long du rivage et une érosion accrue des ravins.

Les dossiers d'Environnement et Changement climatique Canada indiquent que les précipitations de mars dans l'ensemble du bassin du lac Huron (lac Huron, lac Michigan et baie Georgienne) étaient presque le double de la moyenne à long terme pour le mois de mars. Dans les bassins hydrographiques d'Ausable Bayfield, les précipitations étaient encore plus élevées. Sur la base de trois stations indicatrices, qui font partie du réseau de surveillance des précipitations ABCA, les précipitations moyennes pour mars étaient près de trois fois supérieures à la normale.

Au cours d'une année moyenne, le niveau des lacs du lac Huron augmenterait généralement d'environ quatre (4) centimètres (cm) en février et mars, selon Frank Seglenieks, ingénieur en ressources hydriques à Environnement et Changement climatique Canada. En février et mars 2016, le niveau des lacs a augmenté d'environ 14 cm. Cette augmentation représente la quatrième augmentation la plus importante à cette époque de l'année depuis le début du suivi des niveaux d'eau en 1918, selon Seglenieks. Les niveaux d'eau du lac Huron en mars de cette année étaient de 13 centimètres au-dessus de la même période l'année précédente et de 32 cm au-dessus de la moyenne à long terme pour mars. (Le niveau de mars de cette année est encore 51 cm en dessous du niveau record de mars établi en 1986).

Le niveau du lac Supérieur, qui contribue pour une part importante à l'approvisionnement en eau du lac Huron, est également bien au-dessus de la moyenne et continuera de contribuer aux niveaux élevés du lac Huron pendant au moins le reste de l'année. Par conséquent, on prévoit que les niveaux d'eau du lac Huron demeureront au-dessus de la moyenne cette année même si les conditions météorologiques sont assez sèches.

Il existe des dangers et des risques naturels inhérents le long de tout rivage. Les niveaux d'eau plus élevés et le temps humide ajoutent à ce risque, selon l'ABCA. L'érosion des falaises est un processus naturel qui se produit le long des rives des Grands Lacs depuis leur formation il y a plus de 10 000 ans. Ce processus d'érosion est nécessaire à l'écologie des rives car les plages de sable disparaîtraient sans une certaine érosion. Cependant, avec des niveaux de lac plus élevés et plus d'événements pluvieux au début de cette année, le processus d'érosion est maintenant beaucoup plus visible. Les propriétaires fonciers doivent être conscients du potentiel accru d'érosion et de rupture de pente et surveiller tout signe de rupture de pente sur leur propriété. L'ABCA encourage les propriétaires fonciers à communiquer avec l'office de protection de la nature pour toute question.

L'ABCA met actuellement à jour son plan de gestion du littoral et travaille avec un comité directeur et une équipe de consultation pour terminer ce travail. Des informations sur le plan de gestion du littoral peuvent être obtenues sur le site Web de l'ABCA à l'adresse : http://www.abca.on.ca/page.php?page=shoreline-management

L'office de protection de la nature ajoutera de nouveaux documents d'information sur cette page Web au cours des prochaines semaines.


Ministère de l'Agriculture, de l'Alimentation et des Affaires rurales

Dans le cadre de la fourniture d'un service à la clientèle accessible, veuillez envoyer un courriel au Centre de contact d'information agricole ([email protected]) si vous avez besoin de supports de communication ou de formats alternatifs de cette publication.

Table des matières

L'érosion des sols est un processus naturel qui affecte tous les reliefs. En agriculture, l'érosion du sol fait référence à l'usure de la couche arable d'un champ par les forces physiques naturelles de l'eau (figure 1) et du vent (figure 2) ou par les forces associées aux activités agricoles telles que le travail du sol.

L'érosion, qu'elle soit due à l'eau, au vent ou au travail du sol, implique trois actions distinctes : le détachement, le mouvement et le dépôt du sol. La terre végétale, riche en matière organique, en fertilité et en vie du sol, est déplacée ailleurs « sur place » où elle s'accumule au fil du temps ou est transportée « hors site » où elle remplit les canaux de drainage. L'érosion des sols réduit la productivité des terres cultivées et contribue à la pollution des cours d'eau, des zones humides et des lacs adjacents.

L'érosion des sols peut être un processus lent qui se poursuit relativement inaperçu ou peut se produire à un rythme alarmant, provoquant une grave perte de couche arable. Le compactage du sol, la faible teneur en matière organique, la perte de structure du sol, un mauvais drainage interne, la salinisation et les problèmes d'acidité du sol sont d'autres conditions graves de dégradation du sol qui peuvent accélérer le processus d'érosion du sol.

Cette fiche d'information examine les causes et les effets de l'érosion hydrique, éolienne et du travail du sol sur les terres agricoles.

Figure 1. La force érosive de l'eau provenant du ruissellement concentré des eaux de surface.

Érosion hydrique

L'occurrence généralisée de l'érosion hydrique combinée à la gravité des impacts sur le site et hors site ont fait de l'érosion hydrique le point de mire des efforts de conservation des sols en Ontario.

Le taux et l'ampleur de l'érosion du sol par l'eau sont contrôlés par les facteurs suivants :

Pluie et ruissellement

Plus l'intensité et la durée d'une tempête de pluie sont grandes, plus le potentiel d'érosion est élevé. L'impact des gouttes de pluie sur la surface du sol peut briser les agrégats du sol et disperser les agrégats. Les agrégats plus légers tels que le sable très fin, le limon, l'argile et la matière organique sont facilement éliminés par les éclaboussures de gouttes de pluie et les eaux de ruissellement.

Le mouvement du sol par les précipitations (éclaboussures de gouttes de pluie) est généralement le plus important et le plus perceptible pendant les orages de courte durée et de forte intensité. Bien que l'érosion causée par des tempêtes de longue durée et moins intenses ne soit généralement pas aussi spectaculaire ou perceptible que celle produite pendant les orages, la perte de sol peut être importante, surtout lorsqu'elle s'aggrave au fil du temps.

Figure 2. La force érosive du vent sur un champ ouvert.

Le ruissellement des eaux de surface se produit chaque fois qu'il y a un excès d'eau sur une pente qui ne peut pas être absorbée par le sol ou qui est piégée à la surface. Une infiltration réduite due au compactage du sol, à l'encroûtement ou au gel augmente le ruissellement. Le ruissellement des terres agricoles est le plus important au printemps, lorsque les sols sont généralement saturés, la neige fond et la couverture végétale est minime.

Érodibilité du sol

L'érodabilité du sol est une estimation de la capacité des sols à résister à l'érosion, basée sur les caractéristiques physiques de chaque sol. La texture est la principale caractéristique affectant l'érodabilité, mais la structure, la matière organique et la perméabilité y contribuent également. En général, les sols avec des taux d'infiltration plus rapides, des niveaux plus élevés de matière organique et une structure de sol améliorée ont une plus grande résistance à l'érosion. Le sable, le loam sableux et les sols à texture de loam ont tendance à être moins érodables que le limon, le sable très fin et certains sols à texture argileuse.

Les pratiques de travail du sol et de culture qui réduisent les niveaux de matière organique du sol, provoquent une mauvaise structure du sol ou entraînent un compactage du sol, contribuent à l'augmentation de l'érodabilité du sol. À titre d'exemple, les couches de sol souterraines compactées peuvent diminuer l'infiltration et augmenter le ruissellement. La formation d'une croûte de sol, qui tend à « sceller » la surface, diminue également l'infiltration. Sur certains sites, une croûte de sol peut réduire la quantité de sol perdue par l'impact des gouttes de pluie et les éclaboussures, mais une augmentation correspondante de la quantité d'eau de ruissellement peut contribuer à des problèmes d'érosion plus graves.

L'érosion passée a également un effet sur l'érodabilité d'un sol. De nombreux sols souterrains exposés sur des sites érodés ont tendance à être plus érodables que les sols d'origine en raison de leur structure plus pauvre et de leur plus faible teneur en matière organique. Les niveaux inférieurs de nutriments souvent associés aux sous-sols contribuent à des rendements agricoles plus faibles et à une couverture végétale généralement plus pauvre, ce qui à son tour fournit moins de protection des cultures pour le sol.

Dégradé et longueur de la pente

Plus la pente d'un champ est raide et longue, plus le risque d'érosion est élevé. L'érosion du sol par l'eau augmente à mesure que la longueur de la pente augmente en raison de la plus grande accumulation de ruissellement. La consolidation de petits champs en champs plus grands entraîne souvent des longueurs de pente plus longues avec un potentiel d'érosion accru, en raison de la vitesse accrue de l'eau, ce qui permet un plus grand degré d'affouillement (capacité de charge pour les sédiments).

Culture et végétation

Le potentiel d'érosion du sol augmente si le sol n'a pas ou très peu de couverture végétale de plantes et/ou de résidus de culture. La couverture végétale et les résidus protègent le sol de l'impact des gouttes de pluie et des éclaboussures, ont tendance à ralentir le mouvement des eaux de ruissellement et permettent à l'excès d'eau de surface de s'infiltrer.

L'efficacité de réduction de l'érosion des résidus de plantes et/ou de cultures dépend du type, de l'étendue et de la quantité de couverture. Les combinaisons de végétation et de résidus qui recouvrent complètement le sol et interceptent toutes les gouttes de pluie tombant à la surface et près de la surface sont les plus efficaces pour contrôler l'érosion du sol (par exemple, les forêts, les graminées permanentes). Les résidus partiellement incorporés et les racines résiduelles sont également importants car ils fournissent des canaux qui permettent à l'eau de surface de se déplacer dans le sol.

L'efficacité de toute couverture protectrice dépend également de la quantité de protection disponible à différentes périodes de l'année, par rapport à la quantité de pluie érosive qui tombe pendant ces périodes. Les cultures qui fournissent une couverture protectrice complète pendant une grande partie de l'année (par exemple, la luzerne ou les cultures de couverture d'hiver) peuvent réduire l'érosion beaucoup plus que les cultures qui laissent le sol nu pendant une plus longue période (par exemple, les cultures en rangs), en particulier pendant les périodes de précipitations très érosives comme le printemps et l'été. Les systèmes de gestion des cultures qui favorisent l'agriculture en courbes de niveau et les techniques de culture en bandes peuvent réduire davantage l'ampleur de l'érosion. Pour réduire la majeure partie de l'érosion sur les terres cultivées en rangées annuelles, laissez une couverture de résidus supérieure à 30 % après la récolte et pendant les mois d'hiver, ou semez une culture de couverture (par exemple, le trèfle rouge dans le blé, l'avoine après le maïs d'ensilage).

Pratiques de travail du sol

Le potentiel d'érosion du sol par l'eau est affecté par les opérations de travail du sol, selon la profondeur, la direction et le moment du labour, le type d'équipement de travail du sol et le nombre de passages. En général, moins la végétation ou la couverture de résidus est perturbée à la surface ou près de la surface, plus la pratique du travail du sol est efficace pour réduire l'érosion hydrique. Les pratiques de labour minimum ou de non-labour sont efficaces pour réduire l'érosion du sol par l'eau.

Le travail du sol et d'autres pratiques pratiquées le long des pentes des champs créent des voies pour le ruissellement des eaux de surface et peuvent accélérer le processus d'érosion des sols. Les techniques de culture en contre-pente et en courbes de niveau découragent la concentration des eaux de ruissellement de surface et limitent le mouvement du sol.

Formes d'érosion hydrique

Erosion de la feuille

L'érosion en nappe est le mouvement du sol à partir des éclaboussures de gouttes de pluie et des eaux de ruissellement. Il se produit généralement uniformément sur une pente uniforme et passe inaperçu jusqu'à ce que la majeure partie de la couche arable productive ait été perdue. Le dépôt du sol érodé se produit au bas de la pente (figure 3) ou dans les zones basses. Les sols de couleur plus claire sur les collines, les changements dans l'épaisseur de l'horizon du sol et les faibles rendements des cultures sur les pentes des accotements et les collines sont d'autres indicateurs.

Figure 3. L'accumulation de sol et de débris de culture à l'extrémité inférieure de ce champ est un indicateur d'érosion en nappe.

Érosion des rigoles

L'érosion en rigoles se produit lorsque les eaux de ruissellement se concentrent, formant de petits canaux bien définis (figure 4). Ces canaux distincts où le sol a été emporté sont appelés rigoles lorsqu'ils sont suffisamment petits pour ne pas gêner le fonctionnement des machines agricoles. Dans de nombreux cas, les rigoles sont comblées chaque année dans le cadre des opérations de travail du sol.

Figure 4. Le chemin distinct où le sol a été emporté par le ruissellement des eaux de surface est un indicateur de l'érosion en rigoles.

Érosion des ravines

L'érosion en ravines est un stade avancé de l'érosion en rigoles où les canaux de surface sont érodés au point de devenir un facteur de nuisance dans les opérations normales de travail du sol (figure 5). Il y a des fermes en Ontario qui perdent de grandes quantités de terre végétale et de sous-sol chaque année en raison de l'érosion des ravines. Le ruissellement des eaux de surface, provoquant la formation de ravines ou l'élargissement de ravines existantes, est généralement le résultat d'une conception inappropriée des sorties pour les systèmes de drainage de surface et souterrains locaux. L'instabilité du sol des berges des ravines, généralement associée à l'infiltration des eaux souterraines, conduit à la desquamation et à l'affaissement (effondrement) des talus des berges. De telles défaillances se produisent généralement pendant les mois de printemps, lorsque les conditions d'eau du sol sont les plus propices au problème.

Les formations de ravines sont difficiles à contrôler si des mesures correctives ne sont pas conçues et correctement construites. Les mesures de contrôle doivent tenir compte de la cause de l'augmentation du débit d'eau à travers le paysage et être capables de diriger le ruissellement vers un exutoire approprié. L'érosion en ravine entraîne le retrait d'importantes quantités de terres de la production et crée des conditions dangereuses pour les opérateurs de machines agricoles.

Figure 5. L'érosion en ravines peut se développer dans des endroits où l'érosion en rigoles n'a pas été gérée.

Érosion des banques

Les cours d'eau naturels et les canaux de drainage construits agissent comme des exutoires pour les systèmes de ruissellement des eaux de surface et de drainage souterrain. L'érosion des berges correspond au sapement, à l'affouillement et à l'affaissement progressifs de ces voies de drainage (figure 6). De mauvaises pratiques de construction, un entretien inadéquat, un accès incontrôlé du bétail et des cultures trop proches peuvent tous entraîner des problèmes d'érosion des berges.

Figure 6. L'érosion des berges implique le creusement et l'affouillement des berges naturelles des cours d'eau et des canaux de drainage.

Des sorties de tuiles mal construites contribuent également à l'érosion des berges. Certains ne fonctionnent pas correctement parce qu'ils n'ont pas de tuyau de sortie rigide, n'ont pas de protection anti-éclaboussures inadéquate ou n'ont pas de protection anti-éclaboussures du tout, ou ont des tuyaux de sortie qui ont été endommagés par l'érosion, la machinerie ou l'effondrement des berges.

Les dommages directs de l'érosion des berges comprennent la perte de terres agricoles productives, l'affaiblissement des structures telles que les ponts, le besoin accru de nettoyer et d'entretenir les canaux de drainage et le lavage des voies, des routes et des rangées de clôtures.

Effets de l'érosion hydrique

Sur site

Les implications de l'érosion du sol par l'eau s'étendent au-delà de l'élimination de la couche arable précieuse. La levée, la croissance et le rendement des cultures sont directement affectés par la perte de nutriments naturels et d'engrais appliqués. Les graines et les plantes peuvent être perturbées ou complètement éliminées par l'érosion. La matière organique du sol, des résidus et de tout fumier appliqué est relativement légère et peut être facilement transportée hors du champ, en particulier pendant les conditions de dégel printanier. Les pesticides peuvent également être emportés hors du site avec le sol érodé.

La qualité, la structure, la stabilité et la texture du sol peuvent être affectées par la perte de sol. La décomposition des agrégats et l'élimination de particules plus petites ou de couches entières de sol ou de matière organique peuvent affaiblir la structure et même modifier la texture.Les changements de texture peuvent à leur tour affecter la capacité de rétention d'eau du sol, le rendant plus sensible aux conditions extrêmes telles que la sécheresse.

Hors site

Les impacts hors site de l'érosion des sols par l'eau ne sont pas toujours aussi apparents que les effets sur site. Le sol érodé, déposé en aval de la pente, inhibe ou retarde l'émergence des graines, enfouit les petits semis et nécessite une replantation dans les zones touchées. De plus, les sédiments peuvent s'accumuler sur les propriétés en aval et contribuer à endommager les routes.

Les sédiments qui atteignent les ruisseaux ou les cours d'eau peuvent accélérer l'érosion des berges, obstruer les ruisseaux et les canaux de drainage, remplir les réservoirs, endommager l'habitat du poisson et dégrader la qualité de l'eau en aval. Les pesticides et les engrais, fréquemment transportés avec le sol en érosion, contaminent ou polluent les sources d'eau en aval, les zones humides et les lacs. En raison de la gravité potentielle de certains des impacts hors site, le contrôle de la pollution « diffuse » des terres agricoles est une considération importante.

L'érosion du vent

L'érosion éolienne se produit dans les zones sensibles de l'Ontario, mais représente un petit pourcentage des terres et principalement des sols sableux et organiques ou des terres noires. Dans de bonnes conditions, il peut causer des pertes importantes de sol et de propriété (Figure 7).

Figure 7. L'érosion éolienne peut être sévère sur des surfaces de sol longues, lisses et non abritées.

Les particules du sol se déplacent de trois manières, en fonction de la taille des particules du sol et de la force du vent et de la suspension, de la saltation et du fluage de surface.

Le taux et l'ampleur de l'érosion du sol par le vent sont contrôlés par les facteurs suivants :

Érodibilité du sol

Les particules de sol très fines sont transportées haut dans l'air par le vent et transportées sur de grandes distances (suspension). Les particules de sol de taille fine à moyenne sont soulevées sur une courte distance dans l'air et retombent à la surface du sol, endommageant les cultures et délogeant davantage de sol (saltation). Les particules de sol de plus grande taille qui sont trop grosses pour être soulevées du sol sont délogées par le vent et roulent à la surface du sol (fluage superficiel). L'abrasion qui résulte des particules soufflées par le vent décompose les agrégats de surface stables et augmente encore l'érodabilité du sol.

Rugosité de la surface du sol

Les surfaces de sol qui ne sont pas rugueuses offrent peu de résistance au vent. Cependant, les crêtes laissées par le travail du sol peuvent s'assécher plus rapidement en cas de vent, ce qui donne un sol plus meuble et sec disponible pour souffler. Au fil du temps, les surfaces du sol se remplissent et la rugosité est brisée par l'abrasion. Il en résulte une surface plus lisse sensible au vent. Un travail excessif du sol peut contribuer à la dégradation de la structure du sol et à l'augmentation de l'érosion.

Climat

La vitesse et la durée du vent ont une relation directe avec l'étendue de l'érosion du sol. Les taux d'humidité des sols sont très faibles à la surface des sols trop drainés ou en période de sécheresse, libérant ainsi les particules pour le transport par le vent. Cet effet se produit également lors de la lyophilisation de la surface du sol pendant les mois d'hiver. L'accumulation de sol du côté sous le vent des barrières telles que les rangées de clôtures, les arbres ou les bâtiments, ou la couverture neigeuse qui a une couleur brune pendant l'hiver sont des indicateurs de l'érosion éolienne.

Distance sans abri

L'absence de brise-vent (arbres, arbustes, résidus de culture, etc.) permet au vent de mettre en mouvement les particules de sol sur de plus grandes distances, augmentant ainsi l'abrasion et l'érosion des sols. Les collines et les sommets des collines sont généralement exposés et souffrent le plus.

Couverture végétative

L'absence de couvert végétal permanent à certains endroits entraîne une érosion éolienne importante. Les sols meubles, secs et nus sont les plus sensibles, cependant, les cultures qui produisent de faibles niveaux de résidus (par exemple, le soja et de nombreuses cultures maraîchères) peuvent ne pas offrir une résistance suffisante. Dans les cas graves, même les cultures qui produisent beaucoup de résidus peuvent ne pas protéger le sol.

La couverture végétale protectrice la plus efficace consiste en une culture de couverture avec un réseau adéquat de brise-vent vivants en combinaison avec un bon travail du sol, une gestion des résidus et une sélection des cultures.

Effets de l'érosion éolienne

L'érosion éolienne endommage les cultures par le sablage des jeunes plants ou des plants repiqués, l'enfouissement des plantes ou des graines et l'exposition des graines. Les récoltes sont ruinées, ce qui entraîne des retards coûteux et rend le réensemencement nécessaire. Les plantes endommagées par le sablage sont vulnérables à l'entrée de maladies, ce qui entraîne une diminution du rendement, une perte de qualité et de valeur marchande. De plus, l'érosion éolienne peut créer des conditions d'exploitation défavorables, empêchant les activités sur le terrain en temps opportun.

La dérive du sol est un processus d'épuisement de la fertilité qui peut entraîner une mauvaise croissance des cultures et des réductions de rendement dans les zones de champs où l'érosion éolienne est un problème récurrent. La dérive continue d'une zone provoque progressivement un changement de texture dans le sol. La perte de sable fin, de limon, d'argile et de particules organiques des sols sableux réduit la capacité de rétention d'humidité du sol. Cela augmente l'érodabilité du sol et aggrave le problème.

L'enlèvement des sols soufflés par le vent des rangées de clôtures, des canaux de drainage construits et des routes, et autour des bâtiments est un processus coûteux. De plus, les éléments nutritifs du sol et les produits chimiques appliqués en surface peuvent être transportés avec les particules du sol, ce qui contribue aux impacts hors site. De plus, le soufflage de poussière peut affecter la santé humaine et créer des risques pour la sécurité publique.

Érosion du travail du sol

L'érosion due au travail du sol est la redistribution du sol par l'action du travail du sol et de la gravité (figure 8). Il en résulte un mouvement progressif du sol vers le bas, provoquant une grave perte de sol sur les pentes supérieures et une accumulation sur les pentes inférieures. Cette forme d'érosion est un mécanisme majeur de transmission de l'érosion hydrique. L'action du travail du sol déplace le sol vers les zones convergentes d'un champ où les eaux de ruissellement se concentrent. De plus, le sous-sol exposé est fortement érodable par les forces de l'eau et du vent. L'érosion due au travail du sol a le plus grand potentiel pour le mouvement « sur place » du sol et, dans de nombreux cas, peut causer plus d'érosion que l'eau ou le vent.

Figure 8. L'érosion due au travail du sol implique le mouvement progressif du sol vers le bas.

Le taux et l'ampleur de l'érosion du sol par le travail du sol sont contrôlés par les facteurs suivants :

Type d'équipement de travail du sol

L'équipement de travail du sol qui soulève et transporte aura tendance à déplacer plus de terre. Par exemple, une charrue à ciseaux laisse beaucoup plus de résidus de récolte à la surface du sol qu'une charrue à versoir conventionnelle, mais elle peut déplacer autant de sol que la charrue à versoir et le déplacer sur une plus grande distance. L'utilisation d'outils qui ne déplacent pas beaucoup le sol aidera à minimiser les effets de l'érosion due au travail du sol.

Direction

Les outils de travail du sol comme une charrue ou un disque jettent le sol en pente ascendante ou descendante, selon la direction du travail du sol. En règle générale, plus de sol est déplacé lors du labourage dans le sens descendant que lors du labourage dans le sens ascendant.

Vitesse et profondeur

La vitesse et la profondeur des opérations de labour influenceront la quantité de terre déplacée. Le travail du sol en profondeur perturbe davantage le sol, tandis qu'une vitesse accrue déplace le sol plus loin.

Nombre de passes

La réduction du nombre de passages de l'équipement de travail du sol réduit le mouvement du sol. Il laisse également plus de résidus de récolte à la surface du sol et réduit la pulvérisation des agrégats du sol, qui peuvent tous deux aider à résister à l'érosion hydrique et éolienne.

Effets de l'érosion due au travail du sol

L'érosion due au travail du sol a un impact sur le développement et le rendement des cultures. La croissance des cultures sur les accotements et les buttes est lente et rabougrie en raison de la mauvaise structure du sol et de la perte de matière organique et est plus sensible au stress dans des conditions défavorables. Les changements dans la structure et la texture du sol peuvent augmenter l'érodabilité du sol et exposer le sol à une érosion supplémentaire par les forces de l'eau et du vent.

Dans les cas extrêmes, l'érosion due au travail du sol comprend le mouvement du sol souterrain. Le sous-sol qui a été déplacé des pentes supérieures vers les pentes inférieures peut enfouir la couche arable productive dans les zones de pente inférieure, ce qui a un impact supplémentaire sur le développement et le rendement des cultures. La recherche liée aux champs érodés par le travail du sol a montré une perte de sol allant jusqu'à 2 m de profondeur sur les pentes supérieures et des baisses de rendement allant jusqu'à 40 % pour le maïs. La remédiation pour les cas extrêmes implique la relocalisation des sols déplacés vers les positions supérieures de la pente.

Mesures de conservation

L'adoption de diverses mesures de conservation des sols réduit l'érosion des sols par l'eau, le vent et le travail du sol. Les pratiques de travail du sol et de culture, ainsi que les pratiques de gestion des terres, affectent directement le problème global de l'érosion des sols et les solutions sur une ferme. Lorsque les rotations des cultures ou la modification des pratiques de travail du sol ne suffisent pas à contrôler l'érosion sur un champ, une combinaison d'approches ou de mesures plus extrêmes peut être nécessaire. Par exemple, le labour en courbe de niveau, la culture en bandes ou le terrassement peuvent être envisagés. Dans les cas plus graves où un ruissellement concentré se produit, il est nécessaire d'inclure des contrôles structurels dans le cadre de la solution globale et des voies d'eau gazonnées, des tuyaux de descente et des structures de contrôle du niveau, des chutes de roche et des bassins de contrôle de l'eau et des sédiments.

On trouvera plus de détails sur ces pratiques de gestion exemplaires et d'autres dans la publication BMP 26 du MAAARO, Contrôle de l'érosion des sols à la ferme.

Résumé

L'érosion des sols demeure un défi majeur pour l'agriculture ontarienne. De nombreux agriculteurs ont déjà fait des progrès significatifs dans la gestion des problèmes d'érosion des sols sur leurs exploitations. Cependant, en raison des progrès continus de la gestion des sols et des technologies de production agricole qui ont maintenu ou augmenté les rendements malgré l'érosion des sols, d'autres ne sont pas conscients du problème croissant sur les terres agricoles. La prise de conscience ne se produit généralement que lorsque la propriété est endommagée et que des zones productives du sol sont perdues.

L'augmentation des événements météorologiques extrêmes prévue avec le changement climatique amplifiera les situations d'érosion hydrique et éolienne existantes et créera de nouveaux domaines de préoccupation. Les terres agricoles doivent être protégées autant que possible, avec une attention particulière aux situations à plus haut risque qui laissent le sol vulnérable à l'érosion.