Argile rapide

L'argile vive , également connue sous le nom d'argile de Leda et d'argile de la mer de Champlain au Canada , est l'une des nombreuses argiles glaciomarines particulièrement sensibles que l'on trouve au Canada, en Norvège, en Russie, en Suède, en Finlande, aux États-Unis et dans d'autres endroits du monde. L'argile est si instable que lorsqu'une masse d'argile vive est soumise à une contrainte suffisante, le comportement du matériau peut changer radicalement de celui d'un matériau particulaire à celui d'un fluide aqueux. Les glissements de terrain se produisent en raison de la liquéfaction soudaine du sol causée par des sollicitations externes telles que des vibrations induites par un tremblement de terre ou des pluies massives .

L'argile vive ne se trouve que dans les pays proches du pôle Nord , comme la Russie , le Canada , la Norvège , la Suède et la Finlande , ainsi qu'en Alaska ( États-Unis ), car ces pays ont été englacés pendant l' époque du Pléistocène . Au Canada, l'argile est principalement associée à la mer de Champlain de l'époque du Pléistocène , dans les régions actuelles de la vallée de l'Outaouais , de la vallée du Saint-Laurent et de la rivière Saguenay .

L'argile mobile est la cause sous-jacente de nombreux glissements de terrain mortels . Au Canada seulement, elle a été associée à plus de 250 glissements de terrain cartographiés. Certains d'entre eux sont anciens et pourraient avoir été déclenchés par des tremblements de terre.

L'argile vive a une résistance au remoulage bien inférieure à sa résistance lors de la charge initiale. Cela est dû à la structure très instable des particules d'argile.

L'argile vive est initialement déposée dans un environnement marin. Les particules minérales argileuses sont toujours chargées négativement en raison de la présence de charges négatives permanentes et de charges dépendantes du pH à leur surface. En raison de la nécessité de respecter l'électro-neutralité et un bilan de charge électrique net nul , ces charges électriques négatives sont toujours compensées par les charges positives portées par les cations (tels que Na ⁺ ) adsorbés à la surface de l'argile, ou présents dans l'eau interstitielle de l'argile. Les cations échangeables sont présents dans les intercalaires des minéraux argileux et sur les plans basaux externes des plaquettes d'argile. Les cations compensent également les charges négatives sur les bords des particules d'argile causées par la protolyse des groupes silanol et aluminol ( charges dépendantes du pH ). Ainsi, les plaquettes d'argile sont toujours entourées d'une double couche électrique (EDL), ou double couche diffuse (DDL). L'épaisseur de l'EDL dépend de la salinité de l'eau. Dans des conditions salées (à force ionique élevée ), l'EDL est comprimée (ou dite effondrée). Elle facilite l'agrégation des plaquettes d'argile qui floculent et se collent dans une structure d'agrégats plus stable. Une fois que le dépôt d'argile marine est soulevé et n'est plus exposé aux conditions d'eau salée, l'eau de pluie peut lentement s'infiltrer dans la couche d'argile mal compactée et l'excès de NaCl présent dans l'eau de mer peut également diffuser hors de l'argile. En conséquence, l'EDL est moins comprimée et peut se dilater. Il en résulte une répulsion électrostatique plus forte entre les plaquettes d'argile chargées négativement qui peuvent plus facilement se disperser et former des suspensions stables dans l'eau ( phénomène de peptisation ). Cet effet conduit à une déstabilisation de la structure des agrégats d'argile.

En cas de compaction mécanique insuffisante de la couche argileuse, et sous contrainte de cisaillement , la compression plus faible de l'EDL par les sels de l'argile vive entraîne une répulsion des particules d'argile et conduit à leur réalignement dans une structure plus fragile et instable. L'argile vive retrouve rapidement sa résistance lorsqu'on y ajoute à nouveau du sel (compression de l'EDL), ce qui permet aux particules d'argile de retrouver leur cohésion entre elles.

Au plus fort de la dernière glaciation (il y a environ 20 000 ans), la terre a été « poussée » vers le bas par le poids de la glace ( dépression isostatique ). Toutes les roches broyées se sont déposées dans l'océan environnant, qui avait pénétré considérablement à l'intérieur des terres. Le dépôt lâche des particules de limon et d'argile dans le milieu marin a permis une floculation inhabituelle . Cela a essentiellement formé un squelette de sol fortement lié, qui a été « collé » par des ions de sel marin très mobiles.

À cette époque, il n'y avait que la formation d' argile marine très résistante , que l'on trouve partout dans le monde et qui est très stable, mais qui présente des problèmes géotechniques particuliers. Lorsque les glaciers se sont retirés, la masse terrestre s'est soulevée ( rebond post-glaciaire ), l'argile a été exposée et a formé la masse du sol pour une nouvelle végétation. L'eau de pluie dans ces pays du nord était assez agressive pour ces argiles, peut-être parce qu'elle était plus molle (contenant moins de calcium), ou que la teneur plus élevée en limon permettait à plus d'eau de pluie et de fonte des neiges de pénétrer. Le résultat final était que la « colle » ionique de l'argile était affaiblie, pour donner un squelette de sol faible et meuble, enfermant des quantités importantes d'eau (sensibilité élevée avec une teneur en humidité élevée).

Les dépôts d'argile vive sont rarement situés directement à la surface du sol, mais sont généralement recouverts d'une couche de terre végétale normale. Bien que cette couche puisse absorber la plupart des contraintes normales, telles que des précipitations normales ou un tremblement de terre modeste, un choc qui dépasse la capacité de la couche de terre végétale (comme un tremblement de terre plus important, une masse importante ajoutée près d'une pente ou une pluie anormale qui laisse la couche de terre végétale complètement saturée de sorte que l'eau supplémentaire n'a aucun endroit où s'infiltrer, sauf dans l'argile) peut perturber l'argile et déclencher le processus de liquéfaction.

Comme la couche d'argile est généralement recouverte de terre végétale, un endroit vulnérable à un glissement de terrain rapide n'est généralement identifiable que par des analyses de sol et est rarement évident pour un observateur occasionnel. Ainsi, les établissements humains et les voies de transport ont souvent été construits sur ou à proximité de dépôts d'argile, ce qui a entraîné un certain nombre de catastrophes notables :

• En 1702, un glissement de terrain détruisit presque toutes les traces de la ville médiévale de Sarpsborg, dans ce qui est aujourd'hui le comté d'Østfold en Norvège . 15 personnes et 200 animaux furent tués.
• Le 19 mai 1893, un glissement de terrain survenu dans la commune de Verdal , en Norvège, a tué 116 personnes et détruit 105 fermes. Il a laissé un cratère de plusieurs kilomètres de diamètre.
• Le glissement de terrain le plus désastreux à avoir touché l'Amérique du Nord s'est produit en 1908, lorsqu'un glissement de terrain dans la rivière Du Lièvre gelée a propulsé une vague d'eau remplie de glace dans Notre-Dame-de-la-Salette , au Québec , causant la perte de 33 vies et la destruction de 12 maisons.
• En 1955, un glissement de terrain a touché une partie du centre-ville de Nicolet , au Québec, causant 10 millions de dollars de dommages.
• En 1957, un important glissement de terrain s'est produit à Lilla Edet , près de la rivière Göta , dans le sud-ouest de la Suède . Une grande partie d'une usine a glissé dans la rivière, provoquant une réduction de trente mètres de la largeur de la rivière. La masse de terre qui s'est déversée dans la rivière a produit une vague d'environ six mètres de haut.
• Le 27 mars 1964, des parties d'Anchorage, en Alaska, construites sur des falaises sablonneuses recouvrant « l'argile de Bootlegger Cove » près de Cook Inlet , notamment le quartier de Turnagain, ont subi des dégâts causés par un glissement de terrain lors du tremblement de terre de 1964 en Alaska . Le quartier a perdu 75 maisons dans le glissement de terrain et la zone détruite a depuis été transformée en parc du tremblement de terre.
• Le 4 mai 1971, 31 personnes ont perdu la vie lorsque 40 maisons ont été englouties par un glissement de terrain rétrograde à Saint-Jean-Vianney, au Québec [ ce qui a entraîné le déplacement de toute la ville lorsque le gouvernement a déclaré la zone inhabitable en raison de la présence d'argile à Leda. L'événement de Saint-Jean-Vianney a contribué à l'abandon de la ville de Lemieux, en Ontario , en 1991, après qu'une étude de 1989 a montré qu'elle était également située sur le même type d'argile le long de la rivière Nation Sud . En 1993, ces conclusions ont été confirmées lorsque la rue principale abandonnée de la ville a été engloutie par un glissement de terrain massif de 17 hectares .
• Le 30 novembre 1977, le glissement de terrain de Tuve, dans l'ouest de la Suède, a tué 9 personnes et détruit 67 maisons.
• Une autre coulée d'argile vive célèbre dans la municipalité de Rissa , en Norvège , en 1978, a provoqué la liquéfaction d'environ 33 hectares (82 acres) de terres agricoles et leur déversement dans le lac Botn en quelques heures, entraînant la perte d'une vie. Le glissement de terrain de Rissa a été bien documenté par les citoyens locaux et un film documentaire a été réalisé à ce sujet en 1981.
• Le 11 mai 2010, une famille de Saint-Jude , au Québec , a perdu la vie lorsque le terrain sur lequel leur maison était construite s'est soudainement effondré en direction de la rivière Salvail. Le glissement de terrain a été si soudain que les membres de la famille sont morts là où ils étaient assis, alors qu'ils regardaient un match de hockey sur glace à la télévision. Le glissement a emporté une partie de la route rurale, dont la remise en état a pris un an.
• Le 2 février 2015, un glissement de terrain a provoqué l'effondrement d'un pilier du pont de Skjeggestad, dans le sud-est de la Norvège . Le glissement de terrain a été provoqué par des travaux de terrassement à proximité .
• Le 3 juin 2020, huit bâtiments ont été emportés par la mer à Kråkneset, dans la municipalité d'Alta, en Norvège . Le glissement de terrain a été filmé par un habitant. Il n'y a pas eu de victimes et un chien a été sauvé de la mer.
• Le 30 décembre 2020, une partie d'une zone résidentielle a été emportée par un glissement de terrain dans le village d' Ask , dans la municipalité de Gjerdrum en Norvège , à environ 25 kilomètres au nord-est de la capitale Oslo . Le glissement de terrain d'argile rapide de 300 mètres sur 700 mètres a détruit plusieurs maisons et tué 10 personnes.
• Le 23 septembre 2023, près de la ville de Stenungsund , en Suède, une zone d' environ 15 hectares (37 acres) a été touchée par un glissement de terrain argileux rapide, qui a notamment endommagé l'autoroute E6 entre Göteborg et Oslo .

Ces glissements de terrain sont rétrogrades , ce qui signifie qu'ils commencent généralement au niveau de l'eau et progressent vers le haut à une vitesse de marche lente, bien que les couches d'argile vive particulièrement profondes dans les régions en pente puissent s'effondrer beaucoup plus rapidement, ou en très gros morceaux qui peuvent glisser à grande vitesse en raison de la nature liquide de l'argile perturbée. On sait qu'ils peuvent pénétrer des kilomètres à l'intérieur des terres et tout consumer sur leur passage.

De nos jours, les zones connues pour abriter des dépôts d'argiles vives sont généralement testées avant tout développement humain majeur. Il n'est pas toujours possible d'éviter complètement de construire sur un site d'argiles vives, bien que les techniques d'ingénierie modernes aient permis de trouver des précautions techniques qui peuvent être prises pour atténuer le risque de catastrophe. Par exemple, lorsque l'autoroute 416 de l'Ontario a dû traverser un dépôt d'argiles vives près de Nepean , des matériaux de remplissage plus légers comme le polystyrène ont été utilisés pour la plate-forme de la route, des drains verticaux ont été insérés le long du tracé et des murs de coupure des eaux souterraines ont été construits sous l'autoroute pour limiter l'infiltration d'eau dans l'argile.