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Documents III) Définitions et analyses des impacts Volet vibration

Volet vibration

Rappel : les vibrations résultent de la propagation d’ondes mécaniques dans le sol suite à des chocs provenant de diverses origines. L’analyse repose sur le triptyque source-vecteur-cible.

Réglementation
La réglementation relative aux vibrations mécaniques est parcellaire et principalement orientée sur la santé au travail.
La réglementation française s’appuie sur la Directive 2002/44/CE concernant les prescriptions minimales de sécurité et de santé relatives à l’exposition des travailleurs aux risques dus aux agents physiques (vibrations). Cette directive a été retranscrite en droit français dans le Code du Travail (articles R231-117 à 124).
La réglementation relative aux ICPE prend en compte l’aspect vibrations dans le sens où les installations ne doivent pas produire de vibrations à l’extérieur de l’enceinte où elles sont situées. En cas de production de vibrations, des mesures compensatoires doivent être prévues dans l’étude d’impact.

Il n’existe pas de réglementation formalisée pour les vibrations produites par les infrastructures de transport, en phase chantier et en phase exploitation. Néanmoins, c’est une problématique qui est prise en compte dans les projets récents en réponse à une demande grandissante du corps social.

Les outils de mesure des vibrations se sont développés et différents seuils ont été définis pour la santé au travail. Ces seuils ne sont pas applicables dans la problématique qui nous concerne car ils concernent les personnels en contact direct avec les éléments vibrants, en particulier les conducteurs d’engins de chantier. De plus, les mesures récentes effectuées sur des infrastructures en service montrent que les niveaux vibratoires atteints sont largement en dessous de ces seuils.

Définition des types d’impacts potentiels du projet
- Passage en aérien (sol et surélevé) en phase travaux
Les contacts entre l’infrastructure et le sol reposent sur les ancrages des ouvrages supportant les voies. Les zones de contacts sont plus importantes en passage au sol qu’en passage en aérien, mais la problématique est la même.

C’est au cours de la construction du projet que les émissions de vibrations sont les plus fortes. Il s’agit à la fois de créer l’espace devant recevoir l’infrastructure et de mettre en place cette dernière.
La création de l’espace d’implantation de l’infrastructure résulte de travaux de terrassement qui sont plus importants en passage au sol qu’en passage surélevé.

Ces travaux consistent :
- à déblayer les terrains en place pour positionner la future infrastructure,
- à mettre en place les ouvrages d’ancrage (aérien) et de fondation (au sol),
- à mettre en place les ouvrages de l’infrastructure.

- Les sources
Ces travaux nécessitent de creuser le sol sur une profondeur variable pouvant atteindre 10 à 15 m pour les ouvrages les plus profond. Cette opération de creusement est la source principale de vibrations. Cette source est d’autant plus importante que la roche à terrasser est dure : il est de bon sens qu’un terrassement dans du sable à la pelle mécanique crée beaucoup moins de vibrations qu’un terrassement au brise-roche et/ou à l’explosif dans du calcaire dur. La circulation des engins sur le chantier est une autre source de vibrations importante.

- Les vecteurs
Les vecteurs de vibrations sont les terrains en place. Plus la distance entre la source et la cible est importante, moins les vibrations perceptibles au niveau de la cible sont importantes. Il existe, en effet, une atténuation de l’amplitude du phénomène vibratoire en fonction de la distance parcourue par ce phénomène. Par ailleurs, ce vecteur « terrains en place », aussi important, peut se traduire par la nature (structure, texture, porosité et degré d’hétérogénéité) des sols et des roches. Ainsi, en fonction de la nature des formations, les amplitudes de vibration sont très variables. Les caractéristiques mécaniques (densité, rigidité, compressibilité), la géométrie des formations (empilement, remplissage de fond de vallée, …) peuvent aggraver les effets des mouvements vibratoires.

- Les cibles
C’est sur les cibles que se définissent les impacts potentiels des vibrations. Elles sont nombreuses et peuvent être classées dans les catégories suivantes :
- les bâtiments et ouvrages : les vibrations sont transmises par le sol aux fondations ou aux ancrages qui les répercutent dans la superstructure. Elles peuvent alors déstructurer les ouvrages en place et provoquer des instabilités jusqu’à l’effondrement,
- les personnes : la perception est faite soit, directement par le sol, soit, indirectement par l’intermédiaire d’un ouvrage ou d’un bâtiment.

Les impacts potentiels vont donc de la fragilisation des ouvrages à leur destruction totale. Pour les personnes, ils consistent en des effets plus ou moins importants sur la santé : troubles du sommeil, troubles neurologiques.
Plus la densité des cibles est forte, en pratique plus la zone est fortement urbanisée, plus l’incidence potentielle du projet est forte.

- Passage en aérien (sol et surélevé) en phase exploitation
La circulation des rames est la seule source de vibrations potentielle en cours d’exploitation. Les autres éléments mobiles de l’infrastructure (ascenseurs, porte mobiles) sont trop petits, en volume, par rapport aux superstructures pour engendrer des vibrations perceptibles.

La circulation en ligne droite n’engendre quasiment pas de vibrations. Seules les discontinuités de la voie, les jonctions entre rails en particulier, sont susceptibles d’engendrer des vibrations. Un métro sur rails en métal (fer ou autre) et roues métalliques engendre plus de vibrations de ce fait qu’un métro sur pneumatiques. Les chocs dus aux discontinuités de la voie sont amortis fortement par les pneumatiques et rares sont les vibrations perçues pour un métro sur pneus.

C’est dans les virages et les singularités de la voie (connexions avec d’autres voies, aiguillages) que résident les principales sources potentielles de vibrations. En effet, le passage de la rame engendre des contraintes mécaniques fortes sur la voie et ses ancrages qui peuvent se répercuter au-delà au niveau des terrains en place.

- Passage en souterrain en phase travaux
L’analyse est la même que celle décrite ci-dessus. Cependant, les sources potentielles de vibrations sont beaucoup plus importantes. En effet, le creusement d’un tunnel et de ses annexes (gares, galeries de service et d’aération) engendre des atteintes beaucoup plus importantes à la structure géologique en place que les ancrages superficiels, et donc des vibrations potentiellement plus importantes.

- Passage en souterrain en phase exploitation
L’analyse est la même que celle décrite ci-dessus. La seule différence est que la superstructure du tunnel et des ouvrages annexes constituent des amortisseurs de vibrations. En effet, le tunnel et la voie sont inclus dans un cylindre en béton qui intercepte et disperse une partie des vibrations avant de les transmettre aux terrains géologiques en place, de sorte que les vibrations émises par la circulation du métro sont fortement atténuées.

Analyse des impacts du projet
L’analyse sera menée par tronçon sur la base des tronçons définis en phase 1. Les cibles principales étant les personnes et les bâtiments, l’analyse des impacts sera menée en raisonnant sur la densité du bâti superficiel et sur la nature de celui-ci. Il n’y aura pas de distinction de type bureaux / logements, cette distinction étant difficile à faire à ce stade et à l’échelle du projet. En revanche, les bâtiments remarquables pour diverses raisons seront distingués.

D’une manière générale, les zones densément urbanisées sont des zones sensibles aux vibrations, tant du point de vue de la structure des bâtiments que des nuisances aux personnes.

Les vibrations sont des éléments temporaires car les sources sont toujours temporaires. Les dégâts produits aux bâtiments sont en revanche pérennes. Les nuisances engendrées par les vibrations sont elles aussi temporaires mais peuvent provoquer des troubles de santé de longue durée.
Les vibrations de la phase travaux sont liées à l’existence du chantier, par définition limitée dans le temps.
Les vibrations de la phase exploitation sont liées au passage des rames : elles existent sur une courte durée (moins d’une minute) répétée plusieurs fois dans une journée. Elles ne sont interrompues que par l’arrêt de l’exploitation.

- Passage aérien (sol et surélevé) en phase travaux
- Saclay – La Défense
Sur ce tronçon, la densité du bâti superficiel est extrêmement variable. Elle est très dense dans l’agglomération de Versailles et au Nord de Saint-Cloud – Rueil-Malmaison. Elle est faible, voire très faible, sur le plateau de Saclay, à l’Ouest de Versailles et au niveau de la Forêt de Fausses-Reposes.
Les bâtiments particulièrement sensibles sont :
- le Château de Versailles et ses dépendances pour son aspect patrimonial,
- les installations militaires de Satory,
- le synchrotron Soleil, inauguré en 2006, dont certaines expériences pourraient être perturbées par les vibrations (la sensibilité réelle sera à apprécier lors d’études d’impact du projet ultérieures),
- les écoles et leurs laboratoires, dont certaines expériences pourraient être perturbées par les vibrations : Ecole Polytechnique et Institut d’Optique (Palaiseau), SUPELEC (Gif-sur-Yvette).

- La Défense – Pleyel, Pleyel – Le Bourget, Pleyel – Villejuif, Villejuif – Boulogne Billancourt, Descartes/Noisy – Villejuif, Villejuif – Orly - Saclay
Ces tronçons sont très densément urbanisés. Les territoires sont donc très sensibles aux vibrations, en particulier pendant la phase chantier. Les risques d’atteintes aux bâtiments (principalement fissuration, écroulement à l’extrême) sont potentiellement importants. Tous les travaux d’ancrage ou de mise en place de l’infrastructure sont susceptibles d’émettre des vibrations. Le périmètre de perception des vibrations autour de la source dépend fortement du terrain en place et de la nature des travaux :
- dans des matériaux peu cohérents (sables, marnes, argiles), l’amplitude des vibrations est sensiblement atténuée par la nature des matériaux. Le périmètre de perception sera réduit à quelques mètres, quelques dizaines de mètres au maximum,
- dans les matériaux cohérents (calcaires), l’atténuation est réduite, voire nulle. Les effets des vibrations sont donc plus importants. Le périmètre de perception sera plus grand, de quelques dizaines de mètres à quelques centaines de mètres,
- la manipulation de matériaux à la pelle mécanique ou au bulldozer crée peu de vibration car les organes de la machine ne frappent pas le sol en place. En revanche, l’intervention d’un brise roche hydraulique (BRH) crée beaucoup de vibrations : la progression du brise roche résulte de la fracturation du terrain en place suite à des coups portés par la pointe de l’outil,
- les opérations de tassement sont aussi productrices de vibrations. Les machines tassent, soit uniquement par pression, soit par pression accompagnée de vibrations. Dans le second cas, la production de vibrations peut être importante.

Les installations du port de Gennevilliers constituent la principale zone sensible de ce secteur. En effet, le port pétrolier comporte des installations classées SEVESO à risque d’explosion. Les vibrations sont susceptibles de produire des fuites de produits inflammables. Les silos des Grands Moulins de Paris sont aussi des installations sensibles aux vibrations.

- Le Bourget – Roissy CDG
Ce tronçon présente des zones faiblement urbanisées, en particulier au Nord de l’autoroute A1. Il comprend cependant l’intégralité des installations de l’aéroport du Bourget et une partie de celles de Roissy-CDG qui sont sensibles du point de vue des vibrations.

La partie Sud de ce tronçon est très densément urbanisée. Les éléments ci-dessus sont valables pour ce tronçon.


- Le Bourget – Descartes/Noisy
Ce tronçon est une zone mixte entre des zones très densément urbanisées, situées en particulier sur la frange Est et Sud du fuseau et des zones moyennement urbanisées constituant le reste du fuseau.

Phase exploitation
Les éléments précisés pour la phase travaux sont valables pour la phase exploitation. Les différences portent :
- sur l’intensité et l’amplitude des vibrations. Elle est nettement plus faible qu’en phase travaux, les chocs sur les terrains en place n’ayant pas pour vocation de les détruire,
- les modalités de production des vibrations :
• un chantier est susceptible de produire beaucoup de vibrations dans une période données, mais très faiblement, voire aucune après,
• l’exploitation est susceptible d’en produire à petite dose sur une grande partie de la journée, pendant tous les jours de l’exploitation.

L’incidence du projet est donc réduite de ce point de vue.

- Passage souterrain
Les incidences du projet sont identiques à celles décrites pour le passage aérien. Cependant, le creusement d’un tunnel engendre des vibrations plus importantes que celles engendrées par le passage aérien. Le passage du tunnelier est susceptible d’affecter directement les fondations et les ancrages souterrains des ouvrages et bâtiments en place. L’impact du projet en termes de vibrations est donc plus important.

Propositions de mesures d’évitement et de réduction
Les mesures à prendre pour limiter la production de vibrations et en limiter les effets se définissent de façon précise une fois le tracé de l’infrastructure et de ses ouvrages annexes connu.

Cependant, d’une manière générale, les dispositions suivantes peuvent être prises :
- Eviter dans la mesure du possible les zones les plus densément urbanisées : cela permet d’éloigner l’infrastructure des bâtiments et des personnes, donc la source des cibles. Cette mesure est applicable pour les tronçons suivants : Saclay – La Défense, Le Bourget – Roissy CDG,
- Privilégier les techniques de travaux peu ou non productrices de vibrations : on cherchera à éviter l’emploi d’explosifs, gros producteurs de vibrations (l’explosif crée une onde de choc suffisamment puissante pour provoquer la rupture mécanique des éléments qui la subissent),
- Organiser le chantier en recherchant la production minimale de vibrations : positionner les voies de circulation, entretenir la couche de roulement de ces voies (des études ont montré que une voie de chantier bien lisse permet de réduire de 50 % les vibrations par rapport à une voie non entretenue) ;
- Utiliser des matériels permettant de limiter la production de vibrations : certains matériels sont plus performants que d’autres dans ce domaine : on cherchera à limiter au maximum l’emploi de matériels fonctionnant par chocs et on privilégiera les matériels fonctionnant par mouvement continu sans à coup,
- Faire réaliser des études vibratoires complètes comprenant au moins les étapes suivantes :
• Caractérisation de l’état vibratoire préexistant
• Etude des probabilités de dommages aux structures
• Analyse de l’exposition vibro-acoustique des individus
• Etude des risques de perturbations des matériels sensibles
• Définition des systèmes d’isolation actifs et passifs
- Faire réaliser des études géotechniques suffisantes lors de la définition du projet. Il s’agit en particulier de définir le rayon d’action des vibrations émises en fonction de la nature des terrains traversés, des caractéristiques à la source et, ainsi d’identifier les cibles potentielles.

Impacts résiduels après la mise en place de mesures
Les précautions prises lors de la conception des ouvrages et de l’organisation des chantiers doivent permettre de réduire significativement les impacts liés aux vibrations.

Cependant, le risque zéro n’existe pas en la matière car les vibrations révèlent les faiblesses cachées des bâtiments cibles en provoquant des fissures. A ce titre, les mesures ne permettront vraisemblablement pas un évitement et une réduction totale.

STRATEC - BURGEAP - BIOTOPE - ATELIER SERAJI