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Un article de notre invité Jürg Ryser sur la géologie et la géotechnique, le sous-sol et la nappe phréatique de la Guisanplatz
Que s’est-il passé au cours des 10 000 dernières années sur le site de l’actuel centre administratif de la Guisanplatz ? Que nous raconte le sous-sol ? Et en quoi est-ce intéressant pour qui que ce soit ?
Comprendre l’histoire du sous-sol de la Guisanplatz a demandé plus de 30 sondages géologiques et points de mesures des eaux souterraines sur le site du centre administratif et dans les environs, qui ont ensuite été évalués avant le début des travaux de la première étape de construction et de la deuxième étape en cours. Il s’agissait d’identifier les strates, d’attribuer les propriétés et de mesurer les niveaux d’eau. Les résultats figurent dans le « Rapport sur les caractéristiques du sol de fondation et des eaux souterraines » (Bericht über die Baugrund- und Grundwasserverhältnisse) de 2010.
L’ensemble du quartier Breitenrain à Berne a été marqué par différentes avancées glaciaires et par leurs sédiments après les glaciations Dans le secteur du centre administratif de la Guisanplatz, la roche est abrasée par les glaciers en plis peu profonds et se situe à environ 10–16 m de profondeur sous le terrain actuel. Après le retrait du dernier glacier, plusieurs mètres de sédiments de sable fin limoneux se sont déposés sur la roche dans des lacs glaciaires peu profonds. Après cette période de sédimentation, une nouvelle phase s’est ouverte au cours de laquelle les bras de l’Aar, très ramifiés à cette époque, ont en partie érodé ces sédiments à grains fins sur de larges surfaces et les ont recouverts de matériaux plus grossiers, sable ou gravillons, appelés cailloutis.
Dans le secteur du centre administratif, cette couche graveleuse a une épaisseur de 3 à 4 m en moyenne. Sous ce cailloutis s’écoule une nappe phréatique de faible épaisseur. Les sables sous-jacents sont donc aussi saturés d’eau souterraine jusqu’à la roche située en dessous.
Comme les nouveaux bâtiments doivent comporter deux sous-sols, le bord inférieur de la dalle de fondation se trouve à environ 8,5 m sous le sol, soit à un peu plus de 4 m sous le niveau de la nappe phréatique dans les sables saturés d’eau. Par ailleurs, la construction du nouveau bâtiment va emporter toute une partie du cailloutis et modifier ainsi le cours actuel de la nappe phréatique. Cette construction ne doit toutefois pas la modifier au point de provoquer des dommages sur les parcelles voisines par accumulation ou affaissement. Le maître d’ouvrage serait responsable de tels dommages sur le plan civil.
Concilier l’histoire géologique du sous-sol et les souhaits de l’homme grâce à la technique, telle est la mission de l’ingénieur géotechnique. Il est l’interface entre le géologue et l’ingénieur civil. Il doit à la fois comprendre l’histoire que raconte le sol et faire les calculs de fouille et de fondations sur lesquels l’ingénieur civil s’appuiera. À l’instar des nouveaux bâtiments de la première étape, le nouveau bâtiment ne sera pas « bâti sur le sable ». Ce terrain est si mouvant que les bâtiments se tasseraient et pencheraient. Les charges du bâtiment s’ancrent dans la molasse grâce aux pieux de fondation et le bâtiment sera « solide comme un roc ».
Afin de mieux évaluer l’équilibre hydrique en sous-sol après les travaux, l’évolution de l’écoulement des eaux souterraines a fait l’objet d’une étude par coloration en 2019–2021. Vers la Rodtmattstrasse au sud, des marqueurs ont été versés dans la nappe phréatique via trois points de mesure existants (forages). Les substances de marquage sont réapparues après un temps variable et à des concentrations différentes dans les échantillons d’eau provenant d’autres forages plus au nord et à l’ouest. Ces données ont permis de conclure que la construction de la deuxième étape au nord-est du site ne posait pas non plus de problème pour la nappe phréatique. La plupart des eaux souterraines s’écoulent vers le nord-est en direction de l’Allmend et d’Ostermundigen et, dans une moindre mesure, depuis la Guisanplatz vers le nord-ouest en direction du Breitfeld.
Dans ce contexte, le concept élaboré pour la nappe phréatique est le suivant : comme tous les bâtiments de la première étape, le bâtiment D de la deuxième étape dispose également d’un « tapis d’infiltration » bien perméable sous la dalle de fondation. Ainsi, l’eau souterraine peut désormais s’écouler à travers ce passage nouvellement créé au lieu de traverser les cailloutis comme auparavant. Les remblais latéraux du bâtiment sont également perméables. Dans les parois de pieux forés de la deuxième étape, il est prévu de percer des trous pour éviter que le niveau d’eau ne s’élève trop à l’intérieur de la fouille une fois étayée, et pour offrir un chemin suffisamment perméable à l’eau souterraine. Ainsi, le risque d’accumulation ou d’affaissement dans les environs est calculé et maintenu à un niveau faible. Une fois les travaux terminés, le parcours hydrique sera contrôlable en trois endroits. En cas d’urgence, ces points de contrôle permettront aussi de pomper l’eau des remblais pour l’évacuer hors du système.
Voilà pour l’histoire. Nous nous trouvons maintenant au beau milieu de la dernière phase et voyons enfin le résultat : le vieil adage – ce n’est qu’au premier coup de pelle que le sol se révèle – s’applique bien entendu aussi à ce projet. Jusqu’à présent, les spécialistes du génie civil ont travaillé avec beaucoup de soin et les concepts choisis semblent fonctionner comme prévu. Toute l’équipe est persuadée que l’on atteindra le fond de la fouille sans problème et que cette dernière, équipée des pieux de fondation, sera remise « clés en main » au maître d’ouvrage du bâtiment en avril 2022.
Jürg Ryser est ingénieur civil EPF chez B+S AG. Responsable de la planification de la fouille, de la rétention des eaux et des fondations sur pieux de la deuxième phase, il a réalisé l’étude géotechnique du terrain en 2010.