QUESTION 1 : cadre géologique de Paris (4 pts)

1-1   - Calculez l’échelle numérique  du document présenté sur le schéma 1 (p2) et la distance entre la place du Panthéon et le Parc des Buttes-Chaumont matérialisée par une double flèche et notée d.

Réponse 3,2 cm = 10km soit 3,2 cm pour 1000000 cm soit une échelle de 1/312500°

distance d :2,1 x 312500 = 6km562 (il fallait expliquer les résultats) 

en fait cette distance est erronée à cause de l'imprécision de la carte distribuée pour la composition.

Pour l'Application 1 en 2013, la distance a été recalculée sur une carte plus précise; elle est égale à 4256m

  Schéma 1 : Représentation des plates-formes structurales de la région parisienne

Schéma structural extrait de la notice géologique de Paris au 1/25000° (BRGM)

Légende : 1) Calcaire Grossier, 2) Calcaire de Saint Ouen, 3) Calcaire ou meulière de Brie, 4) Calcaire ou Meulière de Beauce.

Principales buttes-témoins : Montmartre, Buttes-Chaumont et Romainville, Belleville, Etoile, Passy-Trocadéro, Panthéon, Butte aux Cailles, Mont Valérien, Cormeilles -en –Parisis.

Axes des plis de Meudon et de la Seine (Saint Denis) 

1-2   - Expliquez la formation  des quatre  plates-formes structurales présentes dans la région parisienne et celle des différentes buttes-témoins ; vous pourrez vous aider également du tableau 1 

Réponse : Les quatre plates formes structurales correspondent aux couche de terrain les plus résistantes à l'érosion (calcaires, meulières).

Au cours du Quaternaire, les différentes formations géologiques tertiaires se sont empilées les unes au dessus des autres depuis le calcaire grossier la plus ancienne jusqu'au calcaire de Beauce (meulière de Montmorency) la plus récente.

Dès leur émersion (surrection tectonique, basculement NE-SW et plissement (Meudon et Seine), elles sont  progressivement érodées par les cours d'eau; en particulier au cours du Quaternaire par la Seine et la Marne et leurs affluents.

Les couches les plus résistantes (calcaires, meulières) résistent mieux à l'érosion et forment des plates formes. Sur le flanc des plis subsistent quelques buttes témoins (Montmartre, Romainville....) témoignant du dépôt des terrains avant érosion.

La plate-forme de Beauce la plus récente et la plus élevée subsiste au Sud  à l'altitude de 165 NGF (Meudon et Beauce) et ce, malgré la présence de l'anticlinal de Meudon,.

La plate-forme de Brie est présente à l'Est et à Romainville à l'altitude 100 NGF , la plate-forme du calcaire de Saint Ouen est présente au Nord (Roissy) celle du calcaire grossier à Paris au voisinage de la Seine à l'altitude 26 NGF. La craie apparaît au niveau de la Seine et de l'anticlinal de Meudon où l'érosion a été la plus forte. 

1-3   - A quoi correspondent  les plis de Meudon et de Saint Denis (schéma  légendé obligatoire)?

Réponse : le pli de Meudon est un anticlinal en dôme qui fait remonter les terrains (craie de Meudon) et le pli de la Seine est un synclinal en cuvette responsable de l'enfoncement des couches de terrain.

Question 2 : Réalisation d’un log de sondage Montmartre-Buttes-Chaumont (8 points)

2-1 -  A partir des données de forages présentées dans le tableau 2 (p7) extrait de la notice géologique de Paris au 1/25000°, vous dessinerez sur l’annexe 1 un log de forage complet en réunissant sur un même log les sondages 3-C-570 (Montmartre) et 3-D-100 (Place Armand Carrel -Buttes-Chaumont).

2-1-1 -  Calculez l’échelle des hauteurs (cote NGF) de l’annexe 1 

Réponse : échelle 1/1000° 

2-1-2 -  Pour dessiner le log de sondage, suivez les instructions ci- dessous :

Vous utiliserez le premier sondage 3-C-57 jusqu’au toit du calcaire de Saint Ouen (SO, cote +45) puis le second sondage 3-D-100 à partir du toit du calcaire de Saint Ouen (SO, cote +39).

Pour simplifier le log on réunira en une même couche : les 2 couches  e7c, les 5 couches  e7b, les 2 couches  e7a et les 3 couches  e3-4 ; on distinguera en deux couches e6b2 et e6b1.

Les différences des cotes au toit du calcaire de Saint Ouen (SO) +45 et +39 seront positionnées sur le log par un niveau non référencé noté par une étoile *. On privilégiera les cotes au toit par rapport aux épaisseurs lorsqu’elles  sont indiquées  sur le sondage (ex. SO).

Les couches seront nommées  successivement sur le log : g2b, g2a, g1b, g1a, e7c, e7b, e7a, e6b2, e6b1, e6a,  e5c, e5a-b,  e3-4, e1, c6. Pour chacune vous positionnerez à côté du log à gauche la cote NGF du toit et à droite l’épaisseur  e  de la couche en mètre. 

Il était important de relier le toit du calcaire grossier entre les différents logs pour faire apparaître le pendage des terrains du SW vers le NE

2-2 -  A partir du sondage, vous donnerez la cote NGF du toit des trois plates-formes visibles : CG calcaire grossier, SO calcaire de Saint Ouen, TB calcaire et travertin de Brie. Pour évaluer le toit du calcaire grossier vous lui attribuerez une épaisseur moyenne de 20 m.

Réponses

Cote NGF au toit du Calcaire Grossier CG : -10m

Cote au toit du calcaire de Saint Ouen SO :  +30m

Cote au toit du calcaire de Brie TB : +103,7m

2-3 - Vous indiquerez ensuite le matériau  géologique susceptible d’avoir été exploité  au niveau des Buttes-Chaumont et de la butte Montmartre en précisant la méthode d’exploitation et l’utilisation du matériau (schémas obligatoires)

Seul le gypse (gypse de Montmartre) a été exploité sur ces buttes témoins, les autres formations géologiques étant situées trop profondément à cause du synclinal de la Seine.

Le gypse a été exploité par la méthode dite du "Pilier Tourné" (cf. Poly Applications) 

Le gypse est utilisé pour la fabrication du plâtre et comme retardateur de prise dans la fabrication de certains ciments.

2-4 – Vous donnerez les caractéristiques de ce matériau (composition chimique, mode de formation, divers problèmes présentés par ce matériau en BTP).

Le gypse est une roche sédimentaire sulfatées (SO4Ca,2H2O) qui s'est formée par évaporation dans une lagune sursalée......

2-5 - Vous rappellerez les caractéristiques des fondations de la Basilique Montmartre (type, profondeur, terrain d’appui). Expliquez ce choix (schéma).

Les fondations de la basilique Montmartre reposent sur la Haute Masse de gypse non exploitée à une quarantaine de mètres de profondeur. Ce sont des puits maçonnés réalisés en 1872. 

2-6 -Les accidents et instabilités sont nombreux au-dessus des anciennes carrières de gypse ; expliquez pourquoi ? Faire un schéma à deux stades d’évolution d’un accident arrivant sous un bâtiment en faisant figurer toutes  les formations géologiques situées au-dessus de la Haute Masse de gypse exploitée (G1 sur le log) d’une épaisseur de 16,2m.

Réponse : les terrains situés au-dessus de la Haute Masse de gypse correspondent aux marnes supragypseuses très épaisses surmontées par le calcaire de Brie et les sables de Fontainebleau.

QUESTION 3 : Colline Sainte Geneviève-Place du Panthéon (4 points)

Schéma 2 : Extrait de l’Atlas de l’Inspection Générale des Carrrières au 1/5000° du V° Arr. de Paris.

Sur cet Atlas sont représentées les courbes de niveaux avec une équidistance d’un mètre et les formations géologiques à l’affleurement ainsi qu’un grand nombre de sondages par des lettres symboliques et des cotes NGF.

Légende : R : remblais ; Aa : alluvions anciennes ;  SO : calcaire de Saint Ouen ; SB : sables de Beauchamp ; M et C : Marnes et Caillasses, CGs : Calcaire Grossier supérieur ;

Aa/SO ou SB : alluvions anciennes sur SO ou SB

3-1-  Vous établirez le log du sondage encadré sur la feuille annexe 1 en utilisant les lettres symboles comme R, Aa, SB…..

Légende du sondage utilisé : R 57,70 ; Aa 52,70 ; SB 51,20 ; M et C 45,10 ; CGs 29,80

3-2 -  Vous comparerez ce deuxième log de sondage très partiel au précédent et relierez les cotes au toit du calcaire grossier.  Les cotes obtenues sont très différentes. Expliquez pourquoi ? Réponse :  29,80 à -10 soit 39,80m .

La colline Sainte Geneviève est située plus près de l'axe de l'anticlinal de Meudon et Montmartre plus près du synclinal de Saint Denis; les terrains présentent donc un pendage vers le NNE .

3-3–  Expliquez la présence des alluvions anciennes de la Seine à cette altitude et la faible épaisseur des M et C.

Les alluvions anciennes de la Seine  au niveau de la colline Sainte Geneviève témoignent de l'enfoncement progressif de la Seine au cours du Quaternaire depuis le sommet de la plate-forme de Beauce  dans les différents terrains tertiaires jusqu'au calcaire grossier (Ile de la Cité) .

La faible épaisseur des Marnes et Caillasses résultent de l'érosion d'une grande partie de celles-ci. 

3 -4- Connaissant la distance entre le Panthéon et la place Armand-Carrel-Buttes-Chaumont (calculée à partir du schéma 1),  évaluez la pente en % du calcaire grossier et calculez son pendage en degré en précisant la direction du pendage.

Réponse : distance entre Panthéon et Buttes-Chaumont : 2.1 cm sur le document soit à l'échelle 2,1 x 312500 = 6km562

La différence de cote du CG est 39,80 entre les deux points d'où la pente de 0,60%

et en degré un pendage de 0,35° vers le N-NE (schéma indispensable)

Attention la distance Panthéon-Place Armand Carrel a été rectifiée dans l'Application 1 (2013) et le pendage est d'environ 0,5° vers le NNE

d = 4256m ;  h=39,80

pente de 0,9% et pendage en degré de 0,53° vers le NNE

QUESTION 4 : Le Trocadéro (6 points)

Schéma 3 : Extrait de l’Atlas de l’Inspection Générale des Carrrières au 1/5000° du XVI° Arrondissement de Paris, secteur Jardins du Trocadéro.  

R : Remblais ; Am : Alluvions modernes de la Seine ;  SB : Sables de Beauchamp ;  M et C : Marnes et Caillasses ; CG : Calcaire Grossier ; SS+FG+SA : Sables d’Auteuil  (SA) ; AP : Argile Plastique ; MM : Marnes de Meudon ; C : Craie de Meudon (non visible).

Sondage : R 59,40 ; Met C 57,40 ; CG 49 ,90 ; SA (SS+FG+SA)34,40 ; AP 30,80 ; MM 5,55

4-1 -  Vous effectuerez le log du sondage encadré sur la feuille annexe en utilisant les lettres symboles comme CG et  en précisant les cotes NGF et les épaisseurs des niveaux.  Vous rassemblerez les couches SS+FG+SA en une seule couche nommée SA (Sables d’Auteuil).

4-2 -  Vous comparerez les résultats obtenus avec ceux du sondage précédent, en particulier la cote au toit du calcaire grossier. Expliquez cette différence.

Réponse : le Trocadéro est plus proche de l'anticlinal de Meudon 

4-3 -  Expliquez l’origine des Jardins  en amphithéâtre du Trocadéro (schéma). Anciennes carrières de calcaire grossier à ciel ouvert en gradins prolongées par des carrières souterraines (Aquarium) sous la colline du Trocadéro.  

4- 4 - L’aquarium souterrain du Trocadéro a été installé dans d’anciennes carrières  souterraines. Expliquez la méthode d’exploitation utilisée en carrière souterraine pour ce matériau dans Paris et à Cachan (schéma obligatoire) cf Poly Application :

Réponse : méthode des hagues et bourrages avec piliers à bras.

4-5 -  Les carrières de calcaire grossier sont très abondantes dans Paris Rive Gauche et jusqu’à Cachan. Expliquez les différentes méthodes de confortation et de traitement utilisées dans ces carrières souterraines pour permettre la construction de bâtiments légers et lourds. On prendra l’exemple des bâtiments du campus de Cachan avec une profondeur des vides d’exploitation du CGs à 20m de profondeur et des vides d’une hauteur de 2m (schémas obligatoires pour illustrer ces différents modes).

Réponse : piliers de maçonnerie (Nexity, Recherche, Laplace), injection de coulis après ceinturage des galeries (Recherche, Vauban), pieux reposant en dessous du plancher des carrières (Vauban).  (Schémas).

4-6 -  La Seine coule à l’altitude de 26m, sa profondeur est de 4m et les alluvions ont une épaisseur de 5m. Quel type de terrain trouvera-t-on  sous les alluvions Am ?

Réponse AP (Argiles Plastiques)

4-7 -  Donnez les propriétés de ce matériau géologique, son mode de formation, ses problèmes en BTP et ses différentes utilisations.

cf. poly de cours 

4-8 - Ce terrain affleure dans une grande partie du XV° arrondissement où il a été autrefois exploité. Lors des constructions des tours du quartier Beaugrenelle, il a posé problème pour les fondations.  En conséquence,  quel terrain a-t-il été choisi pour les fondations profondes de ces tours?

La craie située sous les AP et Marnes de Meudon. 

4-9 – Vous rappellerez les caractéristiques des fondations de la Tour Montparnasse (schéma).

Réponse : pieux à 70m de profondeur à travers ligne de métro et carrières de calcaire grossier  dans la craie.

La Tour Montparnasse est un exemple remarquable d'utilisation de fondations profondes par pieux (piliers) de 70 m de profondeur dans la craie après avoir traversé depuis la surface les sables de Beauchamp, les marnes et caillasses et le calcaire grossier exploité en galeries souterraines par la méthode des hagues et bourrages et enfin les argiles plastiques. Les pieux ont été réalisés de part et d'autre de la ligne de métro (ligne 12) sans en interrompre le traffic, une prouesse....!.  

Tableau 1 : échelle stratigraphique de la région parisienne avec l'emplacement des différentes plates-formes structurales (extrait notice géologique feuille Paris au 1/25000° BRGM)

        Tableau 2 des différents sondages extrait de la notice géologique de Paris au 1/25000°. Pour la correspondance des symboles avec les formations géologiques vous pouvez également vous aider du tableau 1.

cf. poly application.

Le site géologique de Paris

Paris est situé dans la partie centrale du Bassin Parisien.

Les formations géologiques s'échelonnent depuis le Crétacé (craie, 65 millions d'années) jusqu'au Tertiaire avec une succession de terrains subhorizontaux empilés sur environ 250m d'épaisseur.

Carte géologique de Paris sans les remblais et alluvions réalisée par G. Mesnier à partir de la carte géologique de Paris au 1/25000° du BRGM. 

On remarque la localisation de la craie en vert (c6), des argiles plastiques en violet (e3-4), du calcaire grossier en beige (e5), du calcaire de Saint Ouen en bleu et des Masses et Marnes du gypse en jaune (e7).  La zone rayurée indique la zone des alluvions de la Seine et de la Marne.

On distingue sur cette carte l'emplacement de l'axe du pli anticlinal de Meudon au sud et  au nord de l'axe du synclinal de Saint-Denis. 

Ces terrains sédimentaires sont de nature variée (calcaires, marnes, argiles, sables, gypse, meulière) corespondant à différents étages géologiques définis en région parisienne (Sparnacien, Lutétien, Ludien, Stampien).

La dernière formation géologique qui a recouvert le bassin de Paris est représentée par le calcaire de Beauce déposé dans un vaste lac en climat chaud. Le dernier dépôt marin correspond aux Sables de Fontainebleau.

Dans l'empilement des couches géologiques, ils existent des couches dures (calcaires, meulières) plus résistantes à l'érosion et qui vont donner naissance à des surfaces planes appelées plate-formes, on distingue de bas en haut : plate-forme du calcaire grossier (Valois, Soissonnais), plate-forme du calcaire de Saint Ouen (Parisis), plate-forme du calcaire et de la meulière de Brie, plate-forme du calcaire et de la meulière de Beauce.

Extrait Guides Géologiques Régionaux Paris et Région Parisienne (Masson ed.)

Les plates-formes vont du haut vers le bas (de la  plus récente à la plus ancienne) : Beauce (calcaire et meulière), Brie (calcaire et meulière), Parisis (calcaire de Saint Ouen), Valois et Soissonnais (calcaire grossier).

Tableau stratigraphique de Paris indiquant la succession des dépôts et l'emplacement des différentes plates-formes structurales (plf). La colonne "notations" se réfèrent aux signes conventionnels utilisés par les cartes géologiques au 1/50000° du BRGM et accessibles sur le site Infoterre.

Le bassin de Paris au cours du Miocène a subi une élévation d'environ 100m avec un léger basculement du NE vers le SW. L'érosion des rivières a donc dégagé des plates-formes structurales légèrement inclinées et en marche d'escalier depuis le NE vers le SW. Il subsiste sur les plates-formes des collines résiduelles appelées "butte-témoin" parcequ'elles témoignent des terrains qui existaient avant l'érosion des rivières.

La butte témoin de Villers-Cotteret à 70km au Nord de Paris montre à son sommet un vestige de la plate-forme de Beauce située à 270m d'altitude, soit 100m plus haut que la plate-forme de Beauce à Meudon.

A Paris la colline de Belleville (128m) et la butte Montmartre (127m) sont des buttes témoins de la plate-forme de Beauce. La montagne Sainte Geneviève et la place de l'Etoile sont des témoins de la plate-forme du calcaire de St Ouen.

Sur cette coupe SSO-NNE dont l’échelle des hauteurs a été multipliée par 30, on observe le pendage des couches de terrain depuis l’anticlinal de Meudon (pli en bombement) jusqu’à la butte témoin de Montmartre situé non loin du cœur du synclinal (pli en cuvette) de Saint-Denis. Ces plis anticlinaux et synclinaux d'axe orienté N120° (anticlinal de Meudon, synclinal de la Saint-Denis) entraînent des variations importantes de l'altitude des terrains. Le pendage des couches de terrain demeure faible et toujours inférieur au degré.

La diversité des matériaux géologiques en région parisienne a favorisé le développement de Paris et entraîné aux différentes époques l’existence de multiples exploitations

. Matériaux du sous- sol et leur utilisation :

◊ alluvions (sables, graviers, cailloux) : granulats pour béton

◊ meulière de Beauce : pierre à bâtir, meules

◊ sables de Fontainebleau : verrerie, mortier d’injection

◊ gypse : plâtre, ciment

◊ calcaire grossier : pierre à bâtir

◊ argile plastique : briques, tuiles, poteries 

◊ craie : ciment, blanc de Meudon, amendement.

Il s'ensuit l'existence d'anciennes carrières à ciel ouvert et pour les matériaux les plus recherchés (calcaire grossier, gypse, craie) de nombreuses carrières souterraines localisées à Paris et en banlieue.

Par exemple le calcaire grossier anciennement exploité à Paris Rive Gauche (5°,6°,13°, 14°) a continué à l'être en continu jusqu'à Cachan. Il a été aussi exploité sur la rive droite dans le 16° (Jardins du Trocadéro)

Le gypse a été exploité sur la butte Montmartre et la butte de Romainville. Le Parc des Buttes-Chaumont a été aménagé sur d"anciennes carrières souterraines de gypse. Le gypse est toujours activement exploité au niveau des buttes témoins situées autour de Paris (Cormeilles, Montmorency, Vaujours).

Les argiles plastiques de Vaugirard ont été exploitées dans le 15° (Parc André Citroen) mais les carrières ne sont plus visibles.

La craie a été exploitée en carrières souterraines sur la rive concave du méandre de la Seine au niveau d'Issy-les-Moulineaux-Meudon-Clamart.