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GEOLOGIE APPLIQUEE AU GENIE CIVIL

estp enseignement

La géologie de Paris à travers la composition de géologie 2012 et l'application n°1 2013

1 Novembre 2013 , Rédigé par Almandin Publié dans #ESTP Enseignement

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

Plates-Formes web

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.

 

 Diapositive18

 

 

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

LOG0001 compo web 

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. 

 Montmartre Basilique    

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.

19

 

 

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

Atlas Panthéon N&B hor 

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

 Diapositive33

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 .

 

coupe géol simplifiée 2012 Web

 

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)

Diapositive1 

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.

 coupe géol simplifiée 2012 Web

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.

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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.

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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....!.  

Diapositive4

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.

 

 

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Les carrières souterraines en région parisienne

18 Décembre 2012 , Rédigé par Almandin Publié dans #ESTP Enseignement

La région parisienne et Paris en particulier, à cause d'une géologie sédimentaire intéressante et variée, a été le siège au cours de son histoire de nombreuses exploitation de matériaux d'abord à ciel ouvert et ensuite en carrières souterraines.

 

Trois niveaux géologiques ont été exploités en carrières souterraines en région parisienne : la craie, le calcaire grossier et le gypse.

 

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 Coupe géologique schématique de la colline de Meudon à gauche et de la Butte Montmartre à droite permettant de localiser les trois niveaux d'exploitation en carrières souterraines. Attention seul le gypse a été exploité sur la butte Montmartre tandis que le calcaire grossier a été exploité surtout à Paris Rive Gauche et la craie à Issy-les-Moulineaux-Meudon où son niveau remonte à cause de l'anticlinal de Meudon.

 

Deux méthodes d'esploitation ont été utilisées :

 

1)  La méthode dite du "Pilier Tourné" (craie, gypse et parfois calcaire grossier)

 

Dans cette méthode on laisse une partie du matériau en place sous forme de pilier pour assurer la sécurité des galeries souterraine.

 Dans le cas où le matériau possède une épaisseur importante (gypse, craie), on descend par tranche depuis la partie supérieure jusqu'à la partie inférieure en amenuisant progrssivement le pilier vers sa base en tournant autour (pilier tourné). La base et la répartition  des piliers sont calculées pour résister à la charge des terrains sus-jacents à l'exploitation souterraine.

 

23 

En moyenne, cette méthode laisse entre 40 et 60% de matériau en place pour assurer la sécurité de la galerie.

Aujourd'hui, avec la pénurie du gypse, d'anciennes carrières souterraines sont exploitées à ciel ouvert pour récupérer le gypse laissé en place (piliers tournés).


        30

Extrait de la carte des carrières de l'IGC pour les carrières de craie de Meudon-Issy-les-Moulineaux 

 

 

2) La méthode dite des "hagues et bourrages" (calcaire grossier uniquement)

Dans cette méthode on récupère intégralement un ou plusieurs  bancs de calcaire de bonne qualité pour le débiter en moellons de construction.Pour maintenir la sécurité de la galerie, les carriers mettent en place des piliers à bras (superposition de gros blocs calcaires en pierre sèche.

Les bancs exploités n'excèdent pas plus de 1m d'épaisseur, cependant les galeries d'exploitation mesurent en général 1m60 à 2m pour faciliter la circulation des blocs et le travail des carriers, donc une partie des terrains déblayés de mauvaise qualité (en général de nature marneuse et appelé bourrage) est utilisée pour remblayer les galeries souterraines au fur et à mesure de l'avancement de l'exploitation. On conserve uniquement les galeries nécessaires à l'exploitation.20

    Exploitation du calcaire grossier en région parisienne par la méthode des hagues et bourrages

                              

                                Carte de l'IGC pour le campus de CachanDiapositive87-copie-1

22

A Paris, le calcaire grossier a été exploité intensivement sur la rive gauche (5°,6°,13°, 14°) et sur la rive droite dans le quartier du Trocadéro.

 

Au dessus des carrières, les constructions nécessitent des mesures de traitement particulières du sous-sol  et des vides de carrières. Trois méthodes sont utilisées principalement selon le type de construction et de la charge qu'elle représente.

 

Dans les galeries : pilier en maçonnerie appuyés sur des dalles calcaires de bonne qualité

On peut aussi combler les galeries avec des sablons (sable de Fontainebleau) mais il subsiste des vides résiduels.

La méthode la plus sûre mais aussi la plus coûteuse est celle des fondations profondes allant s'appuyer en dessous des vides sur un niveau résistant. En général celle-ci se fait après une injection préalable des vides.

 

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 Exemple de traitement du sous-sol et des vides pour des carrières de craie par comblement, injection et pieux.

 

Support-carriere068.jpg  Pour le bâtiment Nexity des piliers maçonnés ont été réalisés dans les carrières; pour le bâtiment Vauban on a procédé à une campagne d'injection après avoir ceinturé le périmètre des galeries et réalisés ensuite des pieux traversant l'injection et reposant en dessous du sol des carrières.

 

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 le niveau de calcaire grossier exploité en galerie et les argiles plastiques et sans interrompre le traffic d'une ligne de métro (ligne 12) durant les travaux.

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Documents photographiques, topographiques et géologiques en ligne sur le web

25 Mars 2007 , Rédigé par Cabanis Bruno Publié dans #ESTP Enseignement

Rappel

Les cartes topographiques et les photos aériennes de la France sont réalisées par l'IGN (cf. site web IGN)

 

Depuis la mise en place de Google Earth , véritable révolution dans la mise à disposition des données photos satellites et photos aériennes du monde entier à destination du public, de nouveaux sites concernant la connaissance du territoire français (photos aériennes, cartes topographiques, cartes géologiques, banque de données du sous-sol) sont ouverts au public et accessibles en ligne.

Le site de l'IGN tout d'abord    

 
 http://www.geoportail.fr/

Il permet d'accéder pour la France aux cartes topographiques aux différentes échelles et aux photos aériennes correspondant aux deux missions les plus récentes.

 

 

9-copie-1

 

Géoportail permet aujourd'hui pour le territoire français d'accéder aux photos aériennes récentes de l'IGN en 2D et 3D (missions 2001 à 2003 et missions 2004 à 2006  superposables) et de les superposer aux cartes topographiques aux différentes échelles.

 La superposition des cartes et photos aériennes est possible ainsi que la couverture géologique.

 

 

 

Exemple d'un cône de déjection dans la vallée des Lanches en Vanoise sur deux photos successives de 2002 et de 2006. Entre ces deux dates, on remarque une érosion accentuée des thalwegs, en particulier à la suite des laves torrentielles de l'été 2003 (orage après canicule et sécheresse)

Culaz geoportail 2002 et 2006

 

 Depuis 2010, les photos aériennes de l'IGN pour la plupart des régions de France ont été achetées par Google (dernière mission photo de 2004 à 2006 et non pas 2010 date de l'achat)

 

Exemple en Vanoise : vallée des Lanches entre les stations des Arcs et de La Plagne respectivement sur Géoportail et sur Google Earth 

Lanches Geoportail

Lanches Google 

       

Cartes géologiques 

Les cartes géologiques sont réalisées par le BRGM (cf. site web BRGM). Une carte géologique avec notice coûte 35 euros.

Aujourd'hui, il est  facile d'accéder aux cartes géologiques de la France au 1/50000°  en ligne.

 

Depuis 2007, le BRGM met en ligne un site permettant l'accès direct et gratuit aux cartes topographiques et géologiques et à la plupart des données du sous-sol :  site InfoTerre 

 

http://infoterre.brgm.fr/ 

 

 


Les cartes géologiques au 1/50000° sont accessibles à différentes échelles dont le 1/25000° et la notice géologique correspondante peut être téléchargée en fichier Adobe Acrobat.
Depuis 2008 une légende géologique apparaît en même temps que la carte géologique en menu déroulant malheureusement sans les symboles et avec des couleurs approximatives, donc d'un usage délicat pour le non spécialiste!


Diapositive14.JPG  

Extrait géologique de la butte-témoin de Cormeilles-en-Parisis (feuille géologique au 1/50000° de l'Isle-Adam) 

Les cartes géologiques sont également accessibles avec Google Earth. Pour accéder aux cartes géologiques, il faut préalablement avoir chargé Google Earth.

Ensuite sur le site du BRGM vous devez dans l'ordre cliquer sur:

1) Données numériques

2) Cartes géologiques

3) Image raster de la carte géologique au 1/50000°

4) choisir Google Earth et non InfoTerre

La carte géologique correspondante à la photo aérienne peut se faire à toutes les échelles avec une résolution variable....

 

Photo aérienne GOOGLE EARTH de la région de Lagny-Meaux et carte géologique correspondante sans légende accessible

10

Carte géologique de Meaux au 1/50000° obtenue depuis le site Infoterre et téléchargement de la Notice

Diapositive39.JPG

 Carte géologique de Meaux au 1/50000° scannée (BRGM)

 

  11

 

Autres données du site INFOTERRE

 

Avec le site Infoterre, on peur accéder à la banque de données du sous-sol et aux sondages référencés au BRGM.

On prendra l'exemple de la commune de Cachan située à la limite de deux feuilles au 1/50000° de Paris et Corbeil-Essonnes au sud (zone de discontinuité dans les couleurs)

Diapositive40.JPG

Diapositive41.JPG

Différents extraits de la carte géologique de Cachan depuis le site Infoterre. Les notices géologiques de Paris ou de Corbeil peuvent être téléchargées.

Diapositive2.JPG

Ensuite on peut visualiser l'emplacement des sondages référencés et en choisir un pour obtenir les informations complètes et même le log dans certains cas (exemple d'un sondage réalisé sur le campus de Cachan)

Diapositive45.JPG

sondage-Cachan.jpg

Enfin on peut ouvrir la banque de données "Mouvement de terrain" pour les différents risques liés au sol et au sous-sol.

Exemple d'effondrements localisés au dessus d'anciennes carrières

Diapositive48.JPG

Exemple du "gonflement retrait" des argiles sur la commune de Cachan, la zone rouge est fortement exposée.

Diapositive47.JPG

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