Attention : L’accès au lieu est dépendant de la hauteur d’eau de la Loire. La majeure partie de l’année son niveau est suffisamment bas pour accéder au duit, mais il arrive que l’ouvrage soit submergé. Si c’est le cas, inutile de prendre des risques !
PRÉSENTATION GÉNÉRALE
Le duit Saint Charles est une digue submersible construite sur la Loire au centre d’Orléans. Orientant le débit d’eau vers la Rive Nord, il crée deux espaces aux caractéristiques très différentes : la Grande Loire au Nord et la Petite Loire au Sud.
Déambuler sur le duit est déjà une expérience en soit, et pour enrichir votre visite je vous propose deux earthcaches qui mettent en exergue des éléments scientifiques
- Dompter le fleuve sauvage !? qui vous amènera à comprendre le fonctionnement du duit en tant qu’ouvrage hydraulique, et envisager son impact sur la Loire de sa création à aujourd’hui.
- Erosion sur le duit ! qui vous fera observer et comprendre certaines manifestations du phénomène d’érosion visibles sur l’ouvrage.
Les deux caches ont été construites pour vous permettre de les parcourir l’une après l’autre, Dompter le fleuve sauvage ?! depuis l’entrée du duit aux piles du Pont Royal, Erosion sur le duit ! au retour.
LE DUIT SAINT-CHARLES
Un duit est une digue située au travers d’un cours d’eau. A Orléans la présence d’un duit est attestée dès 1360. L’objectif est de créer un chenal dont les conditions (hauteur d’eau, courant…) permettront de rendre le fleuve navigable. Cet aménagement est un acte fondateur d’Orléans, puisqu’il initie le développement du commerce ligérien qui façonnera la croissance de la ville.
Le duit sert d’entonnoir pour emmener l’eau dans le chenal situé au Nord, appelé Grande Loire. Le principe mécanique est simple : plus d’eau dans un espace plus retreint augmente naturellement la profondeur et la vitesse de l’eau. Le courant est essentiel dans le maintien de la hauteur d’eau puisqu’il emmène le sable qui se déposerait ici naturellement. Et voilà, le fleuve est navigable !
Entre la fin du Moyen-Âge et le XIXème siècle, le duit est tantôt allongé, tantôt rehaussé, ou alors carrément reconstruit quand il fut estimé qu’il était « ruiné ».
La version actuelle du duit Saint Charles date de 1829-1831. Comprendre sa structure est essentiel pour la résolution de la earthcache :
- Il est construit sur une fondation de pieux en bois, autour desquels un empierrement a été réalisé.
- C’est une digue submersible. Elle retient l’eau jusqu’à un certain niveau, celui nécessaire à l’exploitation de la Grande Loire pour la navigation, mais en situation de crue, le fleuve submerge l’ouvrage et la Loire retrouve son espace naturel. Jusqu’au XIXème siècle, l’ouvrage déversait une grande partie de l’année, mais depuis la Loire s’est abaissée de plus d’un mètre, alors le duit est plus rarement submergé.
LE PHÉNOMENE D’ÉROSION
En géomorphologie, l'érosion est le processus de dégradation et de transformation du relief, et donc des roches, qui est causé par tout agent externe (donc autre que la tectonique). C'est ainsi qu'on distingue par exemple l'érosion hydrique qui est causée par l'eau et l'érosion éolienne causée par le vent.
Pour cette earthcache nous écarterons totalement l’érosion éolienne puisqu’elle n’agit pas de manière significative sur la structure du duit. En revanche l’érosion hydrique prend toute sa place ici, et il vous sera utile d’en comprendre les mécanismes.
Concernant l’action sur des ouvrages hydrauliques, deux grands types d’érosion sont établis :
- L’érosion externe consiste en une altération ou une dégradation des matériaux sous l’action directe de l’eau. Différents facteurs sont alors impliqués dans le phénomène :
* Des facteurs hydrologiques puisque l’impact de l’eau sera très différent en fonction des situations. Temps et fréquence d’exposition, force du courant, ou encore sens d’écoulement déterminent la pression exercée par l’eau et donc l’érosion.
* Un facteur minéralogique, puisque la dureté des matériaux est aussi déterminante. Des roches de natures différentes ne présentent pas les mêmes réactions face à l'érosion. Elles sont plus ou moins résistantes en fonction de leur dureté. Ainsi, les roches les plus tendres seront très facilement altérées par l’action mécanique de l’eau, à l’inverse des roches dures résisteront à une forte pression.
Pour faire simple, l’eau entre en contact avec l’ouvrage, et en abîme lentement la surface. Plus la pression exercée par l’eau est grande, plus l’érosion est importante. De même, plus les matériaux sont fragiles, plus la dégradation subie est forte.
- L’érosion interne est moins visible, mais très nocive pour les ouvrages hydrauliques. C’est un processus qui implique des arrachements de particules et leur transport dans le barrage ou sa fondation, et peut conduire à l'instabilité de l'ouvrage. Quatre processus d'érosion interne sont identifiés (érosion régressive, érosion de conduit, suffusion, érosion de contact). Complexes à analyser individuellement, ils reposent tous sur un même fonctionnement général : des particules de la structure entrent en mouvement et se déplacent. Ce déplacement conduit des matières à s’échapper de l’ouvrage, créant une imperméabilité. A partir du moment où l’eau a la possibilité de s’infiltrer, la structure interne de l’ouvrage s’altère jusqu’à la rupture.
L’érosion interne est invisible de l’extérieur de l’ouvrage, sauf lorsque ses conséquences sont suffisantes pour induire des signes discernables en surface. Elle peut donc se développer durant de longues années, sans qu’aucun indice extérieur ne permette de la détecter. Elle peut ensuite s’accélérer, lors d’une crue par exemple, et conduire à la rupture en un temps très court sans possibilité d’intervention.
Pour faire simple, une faille dans la structure de l’ouvrage hydraulique permet à l’eau de s’infiltrer. Elle agit lentement sur les matériaux jusqu’à créer une instabilité. Quand l’érosion a trop endommagé la structure, l’ouvrage cède de manière brutale.
A noter : l’érosion mécanique décrite ci-dessus est souvent la dernière étape visible d’une succession d’autre types d’érosion difficilement observables :
- Action chimique : En fonction de sa concentration en dioxyde de carbone, l’eau agit sur la pierre par des processus d’altération ou de dissolution de minéraux. La composition et la dureté de la pierre ont leur importance, car toutes ne réagissent pas de la même manière.
- Action thermique : un matériau subissant de fortes variations de températures vit une alternance de dilatations/compressions, qui peuvent faire apparaître des fissures. L’humidité présente dans les fissures peut entraîner la dégradation de la roche. Pire, l’action du gel conduit à faire éclater la roche, via l’augmentation du volume de l’eau infiltrée.
- Action biologique : les racines d’arbres peuvent s’infiltrer dans les roches, fragilisant les matériaux. Des microorganismes peuvent aussi s’attaquer à la roche.
Pour faire simple, les actions chimiques, thermiques et parfois biologiques fragilisent la roche, qui cède sous l’action mécanique de l’eau.
LA EARTHCACHE
Il y a de l' Erosion sur le duit, parfait pour lier théorie et pratique!
Pour valider la cache vous devrez répondre aux questions suivantes. Il ne suffira pas de relever des éléments sommairement, il faudra comprendre et expliquer. Rien d’insurmontable rassurez-vous, les réponses attendues nécessitent uniquement de confronter les informations de la fiche aux observations de terrain.
Par ailleurs je vous conseille de consulter toutes les questions avant de commencer afin d’éviter des allers et retours entre les waypoints. Il est notamment important de comprendre que j’ai virtuellement défini des tronçons à observer :
- Secteur A : WP5 à WP6
- Secteur B : WP6 à WP7
1) Au WP1, le duit est bien endommagé côté grande Loire (au Nord). Décrivez ce que vous observez et proposez une explication à ce dégât.
2) Au WP2, observez en contrebas côté Petite Loire (au Sud). Que voyez-vous éparpillé au sol ? Proposez une explication.
3) Au WP3 (et par extension sur l’ensemble de la partie haute du secteur A), l’érosion est singulière. Décrivez l'état des pierres de la partie haute du duit. Quel type d’érosion est-ce : interne ou externe ? Quel facteur minéralogique cité dans la fiche a une incidence ici ?
4) La photo ci-dessous a été prise au WP4 en 2015. Quel type d’érosion a entraîné ce dégât : interne ou externe ? Comment le duit a t il été réparé ? Observez-vous des signes précurseurs d’une nouvelle dégradation de ce type aux alentours?
5) Observez l’érosion globale des secteurs A (WP5 à WP6) et B (WP6 à WP7). Dans quel secteur l’érosion est-elle la plus marquée ? Quel élément lié à la morphologie du duit, et observable au WP6, a une incidence sur la différence d’érosion ? Expliquez pourquoi.
6) Une plaque de sécurité est implantée au WP7. Quelle mention liée à l’état du duit y est inscrite ? Lequel des trois pictogrammes a un lien direct avec l’érosion du duit ?
Optionnel, mais apprécié : Joindre au log une photo de vous sur les lieux de la cache, ou d’un élément qui vous a plu en vous promenant sur le duit.
Loguez cette cache "Found it" et envoyez-moi vos propositions de réponses soit via mon profil, soit via la messagerie geocaching.com (Message Center). Vous aurez un petit retour de ma part pour confirmer ou infirmer vos réponses, et des informations complémentaires.
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Merci de ne pas indiquer de réponse(s) dans votre log et de ne pas joindre de photo(s) spoilante(s).
Sources :
GENERAL PRESENTATION
The duit Saint Charles is a submarine dike built on the Loire in the center of Orleans. Orienting the flow of water to the North Shore, it creates two spaces with very different characteristics: the Grande Loire in the North and the Petite Loire in the South.
Strolling on the duit is already an experience in itself, and to enrich your visit I propose you two earthcaches that highlight scientific elements
- Dump the wild river! which will lead you to understand the functioning of the duit as a hydraulic work, and consider its impact on the Loire from its creation to today.
- Erosion on the duit! who will make you observe and understand certain manifestations of the phenomenon of erosion visible on the structure.
The two caches were built to allow you to browse them one after the other, Dump the Wild River ?! from the entrance of the duit to the piles of the Pont Royal, erosion on the duit! on the return.
THE DUIT SAINT-CHARLES
A duit is a dyke located across a stream. In Orleans the presence of a duit is attested from 1360. The objective is to create a channel whose conditions (height of water, current ...) will make the river navigable. This development is a founding act of Orleans, since it initiates the development of the Loire trade that will shape the growth of the city.
The duit serves as a funnel to carry water in the channel located north, called Grande Loire. The mechanical principle is simple: more water in a smaller space naturally increases the depth and speed of the water. The current is essential in maintaining the height of water because it takes the sand that would be deposited here naturally. And now, the river is navigable!
Between the end of the Middle Ages and the nineteenth century, the duit was sometimes lengthened, sometimes enhanced, or rebuilt altogether when it was estimated that it was "ruined".
The current version of the duit Saint Charles dates from 1829-1831. Understanding its structure is essential for solving the earthcache:
- It is built on a foundation of wooden piles, around which a stone was made.
- It's a submarine dike. It retains water up to a certain level, that necessary for the exploitation of the Loire River for navigation, but in flood situation, the river submerges the work and the Loire returns to its natural space. Until the nineteenth century, the structure poured much of the year, but since the Loire has dropped more than a meter, then the duit is rarely submerged.
EROSION
In geomorphology, erosion is the process of degradation and transformation of relief, and therefore rocks, which is caused by any external agent (hence other than tectonics). For example, water erosion is caused by water and wind erosion caused by wind.
For this earthcache we will totally eliminate wind erosion since it does not significantly affect the structure of the duit. On the other hand water erosion takes its place here, and it will be useful for you to understand its mechanisms.
Concerning the action on hydraulic structures, two main types of erosion are established:
- External erosion is the alteration or degradation of materials under the direct action of water. Different factors are then involved in the phenomenon:
* Hydrological factors since the impact of water will be very different depending on the situation. Time and frequency of exposure, force of the current, or direction of flow determine the pressure exerted by the water and thus the erosion.
* A mineralogical factor, since the hardness of materials is also decisive. Rocks of different natures do not have the same reactions to erosion. They are more or less resistant according to their hardness. Thus, the softer rocks will be very easily altered by the mechanical action of water, unlike hard rocks will withstand high pressure.
To put it simply, the water comes into contact with the work and slowly breaks the surface. The greater the pressure exerted by the water, the greater the erosion. Similarly, the more fragile the materials, the greater the degradation suffered.
- Internal erosion is less visible, but very harmful for hydraulic structures. It is a process that involves tearing particles and transporting them into the dam or foundation, and can lead to instability of the structure. Four processes of internal erosion are identified (regressive erosion, duct erosion, suffusion, contact erosion). Complex to analyze individually, they all rest on the same general operation: particles of the structure move and move. This movement causes materials to escape from the structure, creating impermeability. From the moment when the water has the possibility to infiltrate, the internal structure of the structure is deteriorated until the rupture.
Internal erosion is invisible from the outside of the structure, except when its consequences are sufficient to induce discernable signs on the surface. It can therefore develop for many years, without any external evidence to detect it. It can then accelerate, during a flood for example, and lead to failure in a very short time without the possibility of intervention.
To put it simply, a fault in the structure of the hydraulic structure allows the water to infiltrate. It works slowly on the materials until it creates instability. When erosion has damaged the structure too much, the structure gives way abruptly.
Note: the mechanical erosion described above is often the last visible stage of a succession of other types of erosion that are difficult to observe:
- Chemical action: Depending on its concentration of carbon dioxide, water acts on the stone by processes of weathering or dissolution of minerals. The composition and the hardness of the stone are important because not all react in the same way.
- Thermal action: a material undergoing large temperature variations experiences an alternation of dilations / compressions, which can cause cracks to appear. Moisture in cracks can cause rock degradation. Worse, the action of the gel leads to bursting the rock, via the increase of the volume of the infiltrated water.
- Biological action: tree roots can infiltrate rocks, weakening materials. Microorganisms can also attack the rock.
Simply put, chemical, thermal and sometimes biological actions weaken the rock, which gives way under the mechanical action of water.
THE EARTHCACHE
To validate the cache you will have to answer the following questions. It will not be sufficient to identify elements summarily, it will be necessary to understand and explain. Nothing insurmountable reassure you, the expected answers require only to confront the information of the card to the observations of ground.
In addition, I advise you to consult all the questions before starting to avoid back and forth between the waypoints. It is important to understand that I have virtually defined sections to observe:
- Sector A: WP5 to WP6
- Sector B: WP6 to WP7
1) At WP1, the duit is well damaged in the Loire (north). Describe what you observe and offer an explanation for this damage.
2) At WP2, look below Petite Loire (south). What do you see scattered on the ground? Submit an explanation.
3) At WP3 (and by extension throughout the upper part of sector A), erosion is singular. Describe the condition of the stones in the upper part of the duit. What type of erosion is this : internal or external? Which mineralogical factor cited in the listing has an impact here?
4) The photo below was taken at WP4 in 2015. What type of erosion caused this damage : internal or external? How was the duit repaired? Do you observe any warning signs of a new degradation of this type around?
5) Observe the global erosion of sectors A (WP5 to WP6) and B (WP6 to WP7). In which sector is erosion most marked? What element related to the morphology of the duit, and observable at WP6, affects the difference of erosion? Explain why.
6) A safety plate is installed in WP7. What mention related to the state of the duit is inscribed there? Which of the three pictograms is directly related to the erosion of the duit?
Optional, but appreciated: Join the log a photo of you on the scene of the cache, or something that you liked by walking on the duit.
Log this cache "Found it" and send me your proposed answers either through my profile or via the message geocaching.com (Message Center). You will have a little feedback from me to confirm or deny your answers, and additional information.
Logs that are not accompanied by this private message will be automatically deleted.
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