Stabilisation de Berge par Génie Végétal
Contexte : Érosion active de la rivière "La Claire" et projet de restauration écologique.
La rivière "La Claire", caractérisée par un régime hydraulique torrentiel saisonnier, subit une Érosion RégressiveProcessus où l'érosion remonte le cours d'eau, creusant le lit et déstabilisant les berges. importante. Sur le tronçon étudié, la berge en rive droite présente une pente de 45° (1/1), constituée d'un sol limono-sableux peu cohésif. Cette configuration entraîne des glissements de terrain récurrents lors des décrues rapides.
L'objectif est de sécuriser durablement cette berge tout en améliorant la biodiversité aquatique. La solution retenue est mixte : un RetalutageModification mécanique de la pente pour atteindre un angle d'équilibre stable. pour adoucir le profil, couplé à la mise en œuvre d'une Fascine de saulesOuvrage de pied de berge constitué de fagots de branches vivantes fixés par des pieux. pour dissiper l'énergie hydraulique en pied de talus.
Remarque Pédagogique : Cet exercice est crucial car il combine la géométrie du terrassement (calculs de volumes) avec les spécificités du vivant (biomécanique des plantes). C'est ce qu'on appelle l'ingénierie écologique.
Objectifs Pédagogiques
- Maîtriser le calcul de cubatures (déblais) pour le remodelage de terrain.
- Dimensionner un ouvrage de protection de pied de berge (fascine).
- Établir un estimatif quantitatif et financier prévisionnel d'un chantier nature.
Données de l'étude
Le profil en travers actuel est instable. Le projet impose de passer d'une pente raide de 1/1 (100%) à une pente douce de 2/1 (50%), considérée comme stable pour ce type de sol et propice à la végétation.
Fiche Technique / Données
| Caractéristique | Valeur |
|---|---|
| Hauteur de berge à traiter (\(H\)) | 2.50 m |
| Longueur du tronçon (\(L_{\text{tot}}\)) | 50.00 m |
| Pente Initiale (Instable) | 1H / 1V (45°) |
| Pente Projet (Stable) | 2H / 1V (~26.5°) |
Coupe Transversale de la Berge (État Initial)
| Nom du Paramètre | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| Hauteur de talus | \(H\) | 2.5 | \(\text{m}\) |
| Espacement des pieux | \(e\) | 0.60 | \(\text{m}\) |
| Densité terre foisonnée | \(\rho\) | 1400 | \(\text{kg/m}^3\) |
Questions à traiter
- Calculer le volume de terre à excaver (déblai) pour adoucir la pente.
- Déterminer le nombre de pieux nécessaires pour la fascine de pied.
- Estimer le coût matériel du chantier (approximatif).
- Calculer le linéaire de fagots de saule nécessaires (avec recouvrement).
Les bases théoriques
Pour réussir ce chantier, il faut maîtriser la géométrie simple des talus, la mécanique des sols et les principes biologiques du génie végétal.
Calcul de volume (Prisme de terrassement)
En terrassement linéaire (route, berge, digue), le volume de terre à déplacer se calcule souvent comme un prisme. C'est le produit de l'aire de la section transversale (le triangle de terre à enlever) par la longueur du tronçon.
Volume
Pente et Fruit
La pente s'exprime par le rapport entre la distance horizontale (H) et la hauteur verticale (V). Une pente de "2 pour 1" (2H/1V) signifie qu'on avance de 2m pour monter de 1m. Plus ce chiffre est élevé, plus la pente est douce et stable.
Relation Pente
Le Génie Végétal (Bio-ingénierie)
C'est l'utilisation de plantes vivantes comme matériaux de construction. Le Saule (Salix sp.) est l'essence reine car il a une capacité exceptionnelle de rhizogenèse (il refait des racines à partir d'une simple branche coupée) et ses racines forment un "tissu" dense qui arme le sol contre l'érosion.
Correction : Stabilisation de Berge par Génie Végétal
Question 1 : Volume de Déblai (Terrassement)
Principe
L'objectif est d'adoucir la pente pour réduire les forces de cisaillement qui font glisser la terre vers la rivière. Techniquement, cela implique de "raboter" le haut du talus pour reculer la crête de berge. On doit calculer le volume de ce "coin" de terre à retirer sur toute la longueur.
Mini-Cours
Le prisme de terrassement : Imaginez une tranche de gâteau triangulaire très longue. La "face" du triangle est la différence entre l'ancien talus et le nouveau. Le volume total est simplement l'aire de ce triangle multipliée par la longueur de la berge (50m).
Remarque Pédagogique
Visualisez la coupe transversale : vous avez un "gros" triangle (pente douce projetée) qui englobe le "petit" triangle (pente raide actuelle). La partie à excaver est la différence géométrique entre les deux, située en haut de berge.
Normes
Les travaux doivent respecter la norme NF P 11-300 concernant la classification des matériaux pour savoir si la terre excavée est réutilisable en remblai ailleurs (GTR - Guide des Terrassements Routiers).
Formule(s)
Surface de la section à excaver
Aire du triangle (Différence de pentes)
Où \(B\) est la base horizontale du talus (projection au sol) pour une hauteur \(H\). La différence \((B_{\text{final}} - B_{\text{initial}})\) représente le recul de la crête de berge.
Hypothèses
Pour simplifier le calcul, on considère que :
- Le terrain est parfaitement homogène et plat en crête.
- La hauteur de berge est constante (2.5m) sur tout le linéaire.
- Le niveau de l'eau est constant (calcul hors eau).
Donnée(s)
| Paramètre | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| Hauteur de talus | \(H\) | 2.5 | m |
| Longueur du tronçon | \(L\) | 50 | m |
| Ratio Pente Initiale | \(R_{\text{init}}\) | 1 | - |
| Ratio Pente Finale | \(R_{\text{final}}\) | 2 | - |
Astuces
Foisonnement : Attention ! Le volume calculé est "en place". Une fois excavée, la terre se décompacte et prend plus de place (coefficient de foisonnement ~1.3). Si vous évacuez la terre par camion, il faudra compter environ 156 x 1.3 = 203 m³ !
Schéma : Profil Initial (Zoom Coupe)
Calcul(s)
Calcul intermédiaire : Bases Horizontales
On commence par déterminer l'emprise au sol du talus pour chaque configuration. Pour cela, on utilise le ratio de pente : Emprise = Hauteur × Ratio.
Calcul de la base initiale (1H/1V)
La base initiale est donc de 2.5 mètres. Cela signifie que le talus actuel s'étend horizontalement sur 2.5m.
Calcul de la base finale (2H/1V)
La base finale sera de 5.0 mètres. On constate que pour adoucir la pente, il faut reculer le haut de la berge de \(5.0 - 2.5 = 2.5\) mètres vers l'intérieur des terres. C'est cette différence qui va être creusée.
Calcul Principal : Volume
Maintenant que nous avons les deux bases, nous pouvons calculer la surface du triangle de terre à retirer. C'est la différence entre la surface du triangle final et celle du triangle initial.
Calcul de la Surface de la section (Triangle)
Nous avons donc une surface de 3.125 m² à excaver sur chaque coupe transversale.
Enfin, pour obtenir le volume total, on multiplie cette surface par la longueur totale du chantier.
Calcul du Volume Total V
Le volume total de terre à déplacer est donc de 156.25 mètres cubes.
Schéma : Profil Projet (Comparaison)
Réflexions
Le volume de 156 m³ est conséquent. Cela représente environ 15 à 20 camions-bennes standards. Il faudra prévoir une zone de stockage temporaire ou un lieu d'évacuation agréé.
Points de vigilance
Risque sédimentaire : Les travaux de terrassement près de l'eau génèrent des matières en suspension (MES) qui peuvent colmater les frayères à poissons. Il faut installer des barrières à sédiments flottantes pendant les travaux.
Points à Retenir
L'essentiel à mémoriser :
- Volume de terrassement = Surface de la coupe transversale x Longueur du tronçon.
- Adoucir une pente augmente sa stabilité (moins de gravité motrice, plus de friction) mais consomme de l'espace en haut de berge.
Le saviez-vous ?
Une pente de 2/1 est le minimum pour assurer la stabilité mécanique, mais une pente de 3/1 (33%) est souvent préférée en génie écologique car elle permet à une plus grande diversité de plantes de s'installer naturellement.
FAQ
Peut-on réutiliser la terre excavée ?
Oui, absolument. Si la terre végétale est séparée, elle doit être régalée sur le nouveau talus pour favoriser la reprise rapide de la végétation. Les limons profonds peuvent servir à combler des dépressions.
A vous de jouer
Si la longueur de berge était de 100m, quel serait le volume ?
📝 Mémo
Toujours vérifier l'unité de la pente (degrés, %, ou ratio H/V) avant de lancer vos calculs trigonométriques ou géométriques.
Question 2 : Dimensionnement de la Fascine
Principe
La fascine de saules est un ouvrage longitudinal placé au pied de la berge, à la limite eau/terre. Elle a deux fonctions : dissiper l'énergie des vaguelettes (batillage) pour empêcher le creusement du pied, et maintenir la terre du talus au-dessus. Elle est constituée de deux rangées de pieux parallèles entre lesquelles on compresse des fagots de branches.
Mini-Cours
Anatomie d'une fascine :
1. Pieux : En bois (châtaignier écorcé ou saule vivant), diam. 8-12cm, enfoncés profondément.
2. Fagots : Branches de saules (diam. 2-4cm) liées, qui vont s'enraciner.
3. Fil de fer : Pour ligaturer les pieux et maintenir la compression.
Remarque Pédagogique
Le choix de l'essence est capital : on utilise le Saule (Salix) car c'est une des rares espèces européennes capable de vivre "les pieds dans l'eau" et de développer des racines adventives très rapidement.
Normes
On se réfère aux guides techniques de l'OFB (Office Français de la Biodiversité) et aux protocoles "Génie Végétal" des Agences de l'Eau. Il n'y a pas de norme AFNOR stricte, mais des "règles de l'art".
Formule(s)
Nombre de pieux par rangée
Calcul linéaire (Intervalles + 1)
Hypothèses
Pour garantir la solidité hydraulique, on choisit une configuration robuste :
- Fascine à double rangée de pieux.
- Espacement entre pieux : 60 cm (standard pour une bonne tenue).
- Longueur totale à protéger : 50 m.
Donnée(s)
| Paramètre | Valeur |
|---|---|
| Longueur Fascine | 50 m |
| Espacement Pieux | 0.60 m |
| Nombre de rangées | 2 |
Astuces
Sur le chantier, prévoyez toujours 10% de marge ! Certains pieux cassent lorsqu'on les enfonce à la masse ou à la pelle mécanique si le fond est caillouteux.
Schéma : Vue de dessus (Détail Fascine)
Calcul(s)
Calcul intermédiaire : Nombre d'intervalles
On divise la longueur totale par l'espacement pour savoir combien d'espaces de 60cm on a.
Nombre d'intervalles
Comme on ne peut pas avoir une fraction d'intervalle (un trou dans la fascine !), on arrondit toujours à l'entier supérieur pour couvrir toute la longueur : 84 intervalles.
Calcul Principal : Nombre de pieux
Pour \(n\) intervalles, il faut \(n+1\) poteaux (principe des piquets de clôture : il faut un poteau au début et un à la fin).
Nombre de pieux par rangée
Nous avons donc 85 pieux pour une seule ligne.
La fascine étant constituée de deux rangées parallèles pour enserrer les fagots, il faut doubler ce nombre.
Nombre Total de Pieux (2 rangées)
Au total, il faudra commander 170 pieux.
Schéma : Résultat Commande (Pieux)
Réflexions
C'est un nombre conséquent. Si les pieux font 2m de long, cela représente 340 mètres linéaires de bois. La logistique d'approvisionnement doit être prévue (accès camion, stockage).
Points de vigilance
Enfoncement : Les pieux doivent être enfoncés d'au moins 50% à 70% de leur longueur dans le substrat pour résister à la poussée des eaux et des terres. Si le sol est trop dur, il faut un avant-trou à la barre à mine.
Points à Retenir
L'essentiel à mémoriser :
- La fascine double rangée est la norme pour les pieds de berge exposés.
- Le bois doit être imputrescible (Châtaignier, Acacia) ou vivant (Saule) pour durer dans l'eau.
Le saviez-vous ?
La fascine a une durée de vie mécanique limitée (5-10 ans). Le but est que les racines des saules prennent le relais pour stabiliser la berge avant que le bois mort ne pourrisse.
FAQ
Peut-on faire cela en été ?
Non ! Le génie végétal se pratique impérativement en repos végétatif (novembre à mars) pour assurer la reprise des boutures. En été, les plantes mourraient de soif.
A vous de jouer
Si on espaçait les pieux de 1m, combien en faudrait-il au total ?
📝 Mémo
Formule Piquets = (Longueur / Espacement + 1) * Nombre de rangées.
Question 3 : Estimation Simplifiée du Coût
Principe
Pour établir un devis, on sépare les différents postes de travaux. Le coût se calcule généralement en multipliant la quantité (Volume, Surface ou Longueur) par un Prix Unitaire (PU) issu de l'expérience ou de bordereaux de référence.
Mini-Cours
L'estimation prévisionnelle : Elle se base sur le BPU (Bordereau de Prix Unitaires). C'est un document contractuel dans les marchés publics où chaque tâche (ex: m³ de terre bougé, ml de fascine posée) a un prix fixe.
Remarque Pédagogique
Contrairement au génie civil (béton, enrochement) où le matériau coûte cher, en génie végétal, c'est la main d'œuvre qui représente la part principale du coût (70% à 80%), car la mise en œuvre est manuelle et soignée.
Normes
Les prix varient selon les régions, mais on se réfère souvent aux bases de données des syndicats de rivière ou des fédérations de travaux publics (FNTP).
Formule(s)
Coût total
Somme des postes
Hypothèses
On considère des coûts moyens HT (Hors Taxes) incluant fourniture et pose :
- Le chantier est accessible aux pelles mécaniques (pas d'héliportage nécessaire).
- Les végétaux sont fournis (fagots, pieux).
Données Hypothétiques (Prix de marché moyens)
| Poste | Prix Unitaire |
|---|---|
| Fascine (fournie/posée) | 120 € / ml |
| Terrassement (déblai/régalage) | 15 € / m³ |
Astuces
Dans un vrai devis, n'oubliez pas d'ajouter les frais d'installation de chantier (amenée du matériel, cabane de chantier, protection de l'eau), qui sont souvent un forfait global (1500 à 3000€).
Schéma : Répartition visuelle des coûts
Calcul(s)
Calcul intermédiaire : Coût par poste
On calcule d'abord le coût de la fascine en multipliant la longueur du chantier par le prix au mètre linéaire.
Coût Total Fascine
Ensuite, on calcule le coût du terrassement en multipliant le volume de terre à bouger par le prix au mètre cube.
Coût Total Terrassement
Calcul Principal : Total Général
Le coût total du chantier est la somme de ces deux postes principaux.
Coût Total Chantier
Le budget prévisionnel s'élève donc à environ 8344 € HT.
Schéma : Budget Final Estimé
Réflexions
On constate que le génie végétal (la fascine) représente la majorité du budget. C'est normal : c'est un travail de précision, manuel et spécialisé. Le terrassement, bien que volumineux, est mécanisé et donc moins cher au m³.
Points de vigilance
Volatilité des prix : Le coût des végétaux dépend de la saison et de la disponibilité en pépinière. La récolte sur site (si des saulaies existent à proximité) peut réduire drastiquement le coût fournitures.
Points à Retenir
L'essentiel à mémoriser :
- Le mètre linéaire (ml) de berge traitée est l'indicateur clé.
- Le génie végétal est compétitif par rapport à l'enrochement (souvent > 200€/ml) tout en apportant une plus-value écologique.
Le saviez-vous ?
Investir dans le génie végétal permet souvent d'économiser sur l'entretien futur : une berge bétonnée qui casse coûte très cher à réparer, alors qu'une berge végétale a tendance à se renforcer avec le temps grâce aux racines.
FAQ
La TVA est-elle de 20% ?
Généralement oui pour les travaux publics. Certaines agences de l'eau subventionnent ces travaux jusqu'à 50-80% car ils restaurent la nature.
A vous de jouer
Si le coût de la fascine baisse à 100€/ml grâce à une récolte locale, quel est le nouveau total ?
📝 Mémo
Coût = Quantité x Prix Unitaire. N'oubliez jamais les frais annexes (installation, repli).
Question 4 : Quantité de Fagots de Saule (Branchages)
Principe
Pour que la fascine soit efficace, elle doit être dense. On remplit l'espace entre les deux rangées de pieux avec des fagots de branches vivantes. Il faut calculer la longueur totale de fagots à commander ou à récolter, en tenant compte du fait qu'ils se chevauchent pour éviter les "trous".
Mini-Cours
Le Fagot (ou Fascine morte) : C'est un assemblage de branches (généralement 20 à 30 cm de diamètre et 2 à 3 m de long) ligotées ensemble. Pour assurer la continuité biologique et mécanique, on les pose en les faisant se chevaucher (recouvrement).
Remarque Pédagogique
La densité est la clé : une fascine trop lâche laissera passer les sédiments fins et finira par se vider, déstabilisant la berge. On doit "tasser" les fagots.
Normes
Les branches utilisées doivent être fraîches (récoltées depuis moins de 15 jours) pour garantir la capacité de reprise végétative (bouturage).
Formule(s)
Linéaire total nécessaire
Calcul avec recouvrement
Hypothèses
- Fascine simple couche (on pose une ligne de fagots).
- Recouvrement nécessaire entre fagots : 20% pour assurer la continuité.
Donnée(s)
| Paramètre | Valeur |
|---|---|
| Longueur Chantier | 50 m |
| Taux de recouvrement | 20% (0.20) |
Astuces
Si vous récoltez vous-même : comptez environ 1 heure de travail à 2 personnes pour confectionner 5 à 10 mètres de fagots, selon la densité de la saulaie.
Schéma : Principe du Recouvrement
Calcul(s)
Calcul Principal
On applique un coefficient majorateur de 20% à la longueur totale du chantier pour compenser le chevauchement des fagots.
Linéaire de fagots à commander
Il faut donc prévoir 60 mètres de fagots pour réaliser proprement 50 mètres de berge. Ce surplus garantit qu'il n'y aura aucun espace vide entre les fagots.
Schéma : Quantité Totale (Fagots)
Réflexions
Ce surplus de 20% est indispensable. S'il manque 2 mètres à la fin du chantier, c'est toute la stabilité de l'ouvrage qui est compromise (point de faiblesse).
Points de vigilance
Stockage : Si les fagots ne sont pas posés tout de suite, ils doivent être stockés à l'ombre et si possible les pieds dans l'eau pour ne pas se dessécher.
Points à Retenir
L'essentiel à mémoriser :
- La continuité végétale est primordiale.
- Le bois mort (sec) ne reprend pas : exigez du bois frais.
Le saviez-vous ?
L'écorce de saule contient de l'acide salicylique, l'ancêtre de l'aspirine. C'est aussi une hormone d'enracinement naturelle qui aide la plante à repousser.
FAQ
Peut-on utiliser du noisetier ?
Le noisetier est excellent pour le tressage (plessis) car il est souple, mais il ne bouture pas bien. Pour une fascine vivante, le saule est irremplaçable.
A vous de jouer
Si on applique un taux de sécurité de 30%, combien faut-il de fagots ?
📝 Mémo
Mieux vaut trop de matière végétale que pas assez. Le surplus peut servir à combler des trous ou renforcer les extrémités.
Schéma Bilan : Berge Restaurée
Le profil final assure la stabilité par deux moyens complémentaires : l'adoucissement de la pente (gravité) et la protection mécanique du pied (fascine).
📝 Grand Mémo : Génie Végétal
Voici la synthèse des points clés méthodologiques et techniques abordés dans cet exercice :
-
📐
Point Clé 1 : La Pente
Le retalutage (adoucissement de la pente) est la première étape obligatoire. On ne végétalise pas une falaise instable ! -
🌿
Point Clé 2 : Le Végétal
Le saule est le matériau de construction vivant par excellence. La fascine protège le pied de berge, zone la plus critique. -
❄️
Point Clé 3 : La Saisonnalité
Ces travaux se réalisent impérativement en période de repos végétatif (Hiver) pour garantir la reprise. -
💰
Point Clé 4 : L'Économie
Bien que gourmand en main d'œuvre, le génie végétal reste compétitif et offre des services écologiques inestimables (filtrage, habitat).
🎛️ Simulateur de Coût (Linéaire)
Estimez le budget en fonction de la longueur de berge à traiter.
Paramètres du Chantier
📝 Quiz final : Validation des acquis
1. Quel est le rôle principal d'une fascine de pied ?
2. Pourquoi privilégie-t-on le saule en génie végétal ?
📚 Glossaire
- Fascine
- Fagot de branches (saules) ligoté et fixé par des pieux, utilisé pour stabiliser le pied de berge.
- Bouture
- Fragment de végétal (tige) capable de redonner une plante entière en s'enracinant.
- Déblai
- Action d'enlever des terres pour abaisser le niveau du sol.
- Talus
- Surface inclinée qui limite un terrain (berge, remblai).
- Rhizome
- Tige souterraine de certaines plantes vivaces (ex: Roseaux) qui aide à fixer le sol.
Le Saviez-vous ?
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