Introduction à l’inclinométrie

Comme son nom l’indique, la méthode Inclinométrique s’appuie sur une analyse des inclinaisons mesurées le long d’un ensemble, par rapport à la verticale. Il existe aussi des techniques similaires permettant de vérifier l’horizontalité, et plus généralement la proximité à un axe donné; les principes mis en œuvre sont les mêmes mais ne seront pas abordés ici.

L’article suivant a pour but de retranscrire les grands principes de fonctionnement de l’inclinométrie, ainsi que certains cas particuliers, en abordant dans un même temps les limites du procédé. Un prochain article tentera par ailleurs de répondre aux questions soulevées ; nous resterons ici très factuels.

1. Mesures

Photo d'une sonde inclinométrique

La mesure inclinométrique est réalisée par le cheminement d'une sonde, également nommée nivelle, dans un tube solidaire d’une structure dont on cherche à connaître le comportement. Ainsi, le tube peut être inclus dans une structure a priori verticale, telle qu’une paroi de soutènement, ou bien directement dans le terrain comme, par exemple, en présence d’un glissement de terrain dont on souhaiterait connaître l’évolution.

La sonde mesure l’angle entre la verticale et le tube à altitudes successives et régulières: les mesures sont réalisées de bas en haut avec un pas de mesure fixe ce qui permet après dépouillement de déterminer un basculement vis-à-vis de la mesure initiale avec une résolution de l’ordre de 10⁻⁴ radians. À titre d'exemple, une déviation d’un tel angle sur une distance de 100 m - équivalente à un terrain de football - représente une déviation d'un centimètre, soit la dimension d’une abeille.

Afin que l’analyse géotechnique soit la plus fidèle possible à la réalité du terrain, les mesures inclinométriques sont réalisées dans deux plans orthogonaux permettant d’obtenir une représentation des mouvements du sous-sol selon deux directions orthogonales. Dans le cas de mesures inclinométriques le long d’une paroi, les directions mesurées sont projetées suivant la normale et la tangentielle à la paroi.

2. Traitement des mesures

Afin connaître l’évolution relative du tube par rapport à la verticale, on trace la déformée, qui traduit l’écart tube/verticale suivant toute la hauteur. Elle est obtenue à partir des mesures brutes des angles n, suivant la formule simplifiée ci-contre:

Nota : un changement de variable permettra d’indiquer un déplacement en fonction de la profondeur.

Schéma d'un tracé de déformée

Le terme tan(alpha(x))*pas représente la déformation ponctuelle mesurée en une hauteur n = x . On comprend ainsi qu’il est nécessaire d’y sommer tous les termes précédents pour obtenir le déplacement réel en x.

Il apparaît ici la problématique du premier point: si le produit tan(0)*pas représente la déformation ponctuelle en 0, comment obtenir la déformation absolue en 0 ? La solution mise en place est de considérer le point 0 comme fixe : sa déformation est donc nulle. Reste à choisir correctement ce point de départ.

3. Précision réelle de la méthode : sources d’erreur

Comme pour l’ensemble du domaine de l’analyse géotechnique, notamment dû à la difficulté d’accès à l’information, les sources d’erreur sont multiples :

• Les outils choisis : la tolérance de l'instrument ainsi que le temps et la rigueur nécessaires au levé inclinométrique laissent souvent la précision de l'instrument impactée par les éléments extérieurs. Par exemple, l'inclinomètre ne peut pas mesurer le tassement de la paroi mais pourra être influencé par celui-ci.

• L’environnement naturel : l’impact plus ou moins important des fluctuations de température sur la sonde utilisée

• L’environnement urbain : la coactivité peut aussi avoir un impact sur la précision de la mesure. Des perturbations vibratoires, BRH à proximité par exemple, peuvent perturber les accéléromètres de la sonde et donc la mesure finale.

• Le chantier lui-même : il existe un risque de perforation du tube lié au forage des tirants ou encore un risque de remplissage de coulis si le tube n'est pas hermétique. Dans ce cas l’instrument peut être inutilisable en tout ou partie et doit être abandonné.

Certaines erreurs sont directement issues de l’application de la méthode :

Illustration de la répercussion d'erreur

• Par le principe de sommation utilisé pour le tracé de la déformée, toute mesure erronée tend à invalider la précision des mesures qui la supplantent.

• Le choix du pas normatif - souvent pris égal à 0.5 m - peut largement impacter les résultats obtenus. Si une fluctuation intervient entre deux points de mesures, cette dernière ne sera pas transcrite sur la déformée: un glissement de terrain pourrait par exemple passer inaperçu si le pas de mesure choisi était trop grand.

Illustration de l'écart déformée théorique / défromée réelle dû à un trop grand pas

• De même, le choix du point supposé fixe (le pied de l’inclinomètre dans notre cas) peut impacter le résultat final. Il arrive que celui-ci ne soit pas réellement fixe, pour des raisons liées :

- à la pose (mauvaise fixation)

- au mouvement du sol : si le pied n’est pas suffisamment profond vis à vis de la diffusion des mouvements (hors zone d’influence)

Cette liste n’est pas exhaustive et mériterait un article à part entière, elle a pour but d’illustrer les différentes catégories. L’on retiendra que les sources d’erreur sont multiples :

• matériel choisi,

• environnement du chantier en général,

• mode de traitement

Ainsi, il est essentiel que la profondeur de l’inclinomètre soit basée sur les calculs géotechniques menés dans le cadre de l’étude liée au chantier concerné. Les calculs Plaxis indiqueront une profondeur à partir de laquelle les mouvements du sous-sol seront négligeables, à cette profondeur pourra être ajoutée une marge de sécurité.

De même, la mesure inclinométrique devra toujours être interprétée dans une optique relativiste par la remise en question systématique du caractère immobile du pied.

4. Critère de réception

Afin de garantir la représentativité des mesures inclinométriques, il est essentiel que le tube inclinométrique ait été réalisé en respectant certains critères définis en amont. L’on retiendra la liste non-exhaustive de ceux-ci :

• Le tube doit être suffisamment peu incliné pour rentrer dans les plages de mesures de la sonde (ex +/-30°), et/ou ne pas sortir de la paroi (à vérifier notamment dans le cadre d’un tube non réservé foré dans une paroi moulée)

• L’étanchéité du tube doit être assurée

• Le tube ne doit pas présenter de rotation selon l’axe vertical afin d’assurer la représentativité des projections selon les axes normaux et tangentiels

• La mesure zéro doit être de bonne qualité car celle-ci sera a priori comparée à l’ensemble des mesures réalisées

5. Présentation de la notion de correction : la détection

Compte tenu de la précision et des exigences énoncées précédemment, il apparaît nécessaire de trouver des moyens assurant de la validité des mesures réalisées. La méthode mise en œuvre consiste en la réalisation d’une double mesure, sens A0 et A180 (respectivement 0 et 180 degrés). Ces deux mesures sont théoriquement égales, au signe près: un écart important en valeur absolue témoigne alors d’une potentielle erreur.

Dans cette optique, la norme décrit comment d’éventuelles mesures erronées peuvent être détectées mais aucune correction n’y est décrite, compte tenu des nombreux biais et risques potentiellement engendrés. Un prochain article sera dédié, au travers d’exemples théoriques et pratiques, aux différentes méthodes de détection et de correction qui peuvent être opérées.

En première approche, l’on retiendra que l’inclinométrie permet d’indiquer l’allure des déplacements sous la surface du sol. Cette méthode requiert beaucoup d’attention dans la réalisation de la mesure et dans l’analyse, tant la véracité peut facilement être altérée. Des corrections peuvent toutefois être appliquées afin de pallier ces aléas; un article y sera prochainement consacré. Celles-ci s’appuient sur des théories générales et il convient à l’utilisateur de faire preuve de pragmatisme en consultant systématiquement les mesures non corrigées : une correction doit être systématiquement mentionnée.