Méthodes de prévention des risques dues aux éboulements des roches dans les mines souterraines

Sujet :

?Méthodes de prévention des risques dues aux éboulements
des roches dans les mines souterraines ?

INTRODUCTION GENERALE

1. PROBLEMATIQUE

L'industrie minière est le secteur économique qui regroupe les activités de prospection et d'exploitation de mines. Elle est une des parties intégrantes de l`économie des nations en terme du capital, des fournitures en matières premières et de la main d`oeuvre ouvrière. Quoiqu'économiquement importantes, les mines sont des lieux de travail dangereux, et la tâche des operateurs y afférant reste pénible. Ils sont exposés à toutes sortes de risques tels que les éboulements, des inondations, explosion du combustible, l`exposition aux poussières, au bruit, à la chaleur et à d'autres facteurs ambiants néfastes, sans compter les risques d'accidents mécaniques ou électriques. La sécurité et la protection de la santé des mineurs font partie intégrante d'une saine pratique minière et constituent une obligation légale dans la plupart des pays.

La connaissance profonde de la nature mécanique du corps rocheux et la compréhension des phénomènes tels que les éboulements et la fracturation des parois de la masse rocheuses est un paramètre si important pour assurer la sécurité dans une mine (souterraines ou à ciel ouvert).

Aujourd'hui beaucoup des vies humaines sont détruites dans les carrières minières tant souterraines qu'à ciel ouvert, tout cela par le manque du respect de lois concernant la stabilisation de parois minières. Le souci de ceux qui exploitent souvent les mines souterraines étant sans nul doute la rentabilité de leur exploitation plutôt que d'en assurer la stabilité à long terme. Sur certains sites par exemple, dans le cas d'exploitation par piliers tournés, les piliers ont été retaillés une seconde fois pour extraire encore un peu de matériau. Les matériaux ayant été extraits jusqu'à la limite de stabilité des cavités, il est raisonnable de prévoir que ces exploitations souterraines évoluent plus ou moins rapidement vers leur ruine. La lente altération des matériaux est en général à l'origine de la dégradation des conditions de stabilité, également le comportement différé des matériaux soumis à des contraintes. Des facteurs extérieurs peuvent également jouer un rôle prépondérant comme les infiltrations d'eau ou les vibrations. Ils peuvent brutalement accélérer un processus de dégradation qui semblait être jusqu'alors plus ou moins stabilisé.

C'est pour cela qu`il nous a été utile, dans le cadre du présent travail, d'étudier les comportements mécaniques des roches et les méthodes de prévention des risques dues aux éboulements rocheux dans les carrières minières, notre attention étant le plus fixé sur les déformations et la stabilisation des parois des mines souterraines.

INTERET ET OBJECTIF DU SUJET

A. Intérêt

Ce travail a pour intérêt de donner les informations possibles sur les méthodes de préventions des risques dues aux éboulements des rocheux dans une mine souterraine en vue de promouvoir la sécurité du personnel et du matériel.

B. Objectif

Comme objectif de ce travail, il est question de faire comprendre les phénomènes de rupture rocheuse, méthodes de soutènement dans les carrières à mine souterraine et de montrer comment placer les soutiens des parois pour éviter les éboulements possibles qui peuvent survenir lors des travaux dans la mine et cela dans le but de diminuer les risques de perte en vie et l`endommagement du matériel.

On comprend pourquoi le présent travail pourra bien s'articuler sur trois chapitres outre l'introduction générale et la conclusion générale :

- le chapitre premier développera la généralité sur la mécanique des roches.

- le chapitre deuxième traitera l'analyse détaillée des éboulements et fracturations des parois d'une mine souterraine.

- le chapitre troisième parlera de la description des méthodes de stabilisation des parois.

2. METHODOLOGIE

Ce travail a utilisé comme méthodologie un recourt aux différents manuels qui nous ont permis de constitué une synthèse bibliographie.

Faisant preuve de l'évolution qui se manifeste au XXIème siècle, l'internet a été aussi l'un de moyen de recherche qui a permis l'élaboration du dit travail.

3. DIFFICULTES RENCONTREES

Plusieurs en sont surtout pour notre pays mais le plus touchant pour la réalisation de ce travail a été le manque de sites pour l'exécution du terrain en fin de bien matérialisé cette étude à la réalité du terrain.

CHAPITRE PREMIER: GENERALITES

Les chutes de terrain dans les mines souterraines sont, encore aujourd'hui, une cause importante d'accidents mortels et d'autres accidents graves. De nos jours, l'homme s'est intéressé de l'étude de ces roches et ces sols en vu de comprendre en quoi il peut être nécessaire de réduire ces accidents. Tout en s'intéressant de cette étude, il s'est donné cette amabilité de comprendre propriétés physiques, chimiques voir même mécaniques des roches et des sols.

I.1 ANALYSE STRUCTURALE ET PROPRIETE MECANIQUE DES ROCHES I.1.1 STRUCTURES DES ROCHES

La structure rocheuse et les contraintes auxquelles la roche est soumise sont des causes importantes d'instabilité des terrains dans les mines. Une masse rocheuse est composée de roches cohérentes, de structures rocheuses ou de discontinuités de structure.

Les principaux types de structures comprennent :

· des plans de stratification (plans séparant les strates individuelles);

· des plis (courbes dans la strate rocheuse);

· des failles (fractures soumises à des mouvements);

· des veines intrusives (intrusions tabulaires de roche ignées) et

· des joints (cassures d'origine géologique le long desquelles il n'y a pas eu de déplacement visible). Le comportement mécanique des masses rocheuses subit l'influence des discontinuités de structure ci-après: orientation, espacement, persistance, rugosité, orifices et présence de matériaux de remplissage.

Dans une exploitation minière, le programme de soutènement doit comporter la collecte d'informations pertinentes en matière de structure par les ingénieurs et les géologues. Il existe maintenant des logiciels perfectionnés qui permettent d'analyser les données relatives à la structure ainsi que la géométrie et la stabilité des coins dans les mines souterraines et les mines de surface. Des essais en laboratoire sur des carottes de sondage peuvent fournir des informations utiles sur la résistance et la déformabilité de la roche en place; chaque type de roche présente un comportement différent, allant de la plasticité du sel à l'élasticité, et la friabilité, de beaucoup de roches dures. La fissuration a de grandes conséquences sur la résistance et la déformabilité de l'ensemble du massif rocheux.

I.1.2 PROPRIETES MECANIQUES DES ROCHES

La réalisation d'études géologiques demeure incontournable pour concevoir la géométrie des
excavations dans le roc et pour étudier la stabilité des falaises rocheuses (éboulements,
glissements, coulées de débris, effondrements karstiques et érosion marine). Les experts sont en

mesure de recommander les méthodes de stabilisation et les parades appropriées pour assurer la sécurité des usagers. Dans le cadre de la réalisation des déblais de 1ère classe, les spécialistes du Laboratoire, par leur expertise en forage et en sautage, sont en mesures de conseiller et de supporter les concepteurs et les surveillants ainsi que d'effectuer l'analyse des réclamations en cas de litige.

Le tableau ci-dessous indique l'ordre de grandeur des résistances à la compression simple Rc, à la traction simple Rt, et du module d'élasticité (module de Young) E, obtenus par changement statistique, des espèces minérales les plus courantes.

	Rc (MPa)			Rt (MPa)			E(GPa)
Craie	de 3	à	12	de 0.2	à	1.5	de 3	à	10
Calcaire	7.5	à	45	0.5	à	4	8	à	30
Calcaire compact	40	à	60	4	à	12	30	à	60
Grès	7.5	à	50	0.6	à	5	7.5	à	50
Schistes	15	à	70	0	à	10	7.5	à	60
Granite	60	à	180	6	à	15	15	à	70
Quartzite	80	à	300	7	à	20	20	à	80

Avec : MPa = Mégapascal, et GPa = Gigapascal.

Ainsi, on voit d'après ce tableau que le mot ? roches? peut recouvrir des choses extrêmement différentes; il est bien clair qu'il n'y a que peu des choses en commun entre un granite et une craie; mais même au sein des grandes catégories :

+ roches sédimentaires (calcaire, marne, gypse, grès, poudingue);

+ roches métamorphiques (schiste, marbre, gneiss, quartzite);

+ roches éruptives (granite, andésite, basalte, lave) on ne trouve pas une unité qui permette une distinction utile des propriétés mécaniques. Un effort de synthèse est donc indispensable pour que l'on puisse parler des roches comme d'un matériau particulier.

En effet, ce que toutes ces roches ont en commun c'est leur aptitude à être différentes tout en portant le même nom, en ayant même composition chimique et parfois même provenance géologique. L'origine des écarts réside dans la fissuration des roches et dans leur structure. Les minéraux naturels sont en effet presque toujours fissurés, les fissures sont visibles au microscope sur des roches imprégnées, en lame mince et même parfois à l'oeil nu; ce sont des vides très plats dont le rapport de l'épaisseur à la longueur est de l'ordre de 0.001 à 0.0001.

La porosité correspondant à ce volume de vide est très faible, inférieure à 1 ou 1/2 %, alors qu'il existe souvent dans les roches une porosité naturelle beaucoup plus importante mais associée à des cavités de forme ramassée. Les fissures se situent entre les cristaux, aux joints de grains ou sont intra cristalline; leur extension est variée, depuis un grain jusqu'à la centaine de grains et même d'avantage.

Quelques applications de la mécanique des roches

La mécanique des roches trouve ses applications dans divers domaines de l'ingénierie et de la recherche :

- Géologie : déformations tectoniques entraînant plissements, diaclases et failles ; - Physique du globe : comportement sous haute pression et température, séismes ; - Mine : stabilité des excavations, des tailles, galeries et puits ;

- Pétrole : extraction des fluides en milieu poreux, stabilité des forages profonds ;

- Stockages souterrains : stabilité, transport des polluants, perméabilité, couplages thermomécaniques ;

- Géothermie : échange de chaleur entre fluides et massif rocheux fracturé, durée de vie d'un pompage

;

- Génie Civil : fondations des grands ouvrages (barrages, centrales électriques, viaducs), terrassements routiers, stabilité des talus et versants, travaux souterrains, concassage et travaux de carrière, utilisation comme matériau (enrochements, pierre de construction, granulats).

Quelques domaines d'application de la mécanique des roches, sur un diagramme bilogarithmique longueur-temps.

I.2 MECANISME DE RUPTURE DES CORPS SOLIDES

I.2.1 RELATION ENTRE CONTRAINTE ET DEFORMATION A. La rhéologie

La rhéologie est l'étude du comportement des matériaux.

Il existe plusieurs modèles rhéologiques idéalisés pour l'étude du comportement des différents matériaux.

> Élasticité

On définie l'élasticité linéaire ou la loi de HOOKE et l'élasticité non linéaire ou formulation de CAUCHY.

a) Matériaux parfaitement linéaire ou matériaux Hookeen

La relation entre la contrainte ó et la déformation Ó pour un matériau parfaitement élastique s'écrit :

ó =E.Ó avec : E module d'élasticité Son modèle mécanique est un ressort.

b) Les matériaux non linéaires de Cauchy

L'élasticité linéaire des matériaux isotropes constitue une vieille et simple théorie pour la modélisation du comportement contrainte déformation du sol sous les conditions des moindres contraintes.

Cependant dans beaucoup de temps la courbe intrinsèque est généralement non linéaire. Les sols à comportement non linéaire doivent se caractériser par des modules variables de contraintes de déformation. La plus simple formulation de ce modèle est de remplacer les contraintes élastiques dans les relations linéaires des contraints-déformation par des modules tangents fonction des invariants de contraintes ou de déformation.

Ces contraintes élastiques sont obtenues expérimentalement sous forme de modules sécantes Ks et Gs exprimés en terme de contrainte ou déformation normales ou octaédriques.

> Matériaux ou matériaux Newtoniens

Un fluide idéal ne peut subir aucune contrainte cisaillant sans se déformer d'une manière permanente.

Le matériau newtonien peut présenter les déformations cisaillantes qui sont proportionnelles à la variation des contraintes cisaillantes.

La relation mathématique qui lie la déformation cisaillante à la contrainte cisaillante est donnée

par : ä=ì.ã

ã=3/2 Ó.t avec ì coefficient de viscosité

D'où ä= 3/2 ì. Ó.t

Ici le modèle mécanique est un amortisseur

La relation entre les contraintes normales et déformation est de la forme :

ó= 3ì. Ó.t

> Matériaux parfaitement plastique

Lorsqu'on soumet un matériau parfaitement plastique à une contrainte inférieure à ó 0 il ne se déforme pas.

Cependant il se déforme d'une manière permanente si la contrainte est égale à ó0.

Le modèle rhéologique est un patin ne pouvant se déplacer qu'avec un fortement solide. Le diagramme contrainte-déformation est une ligne parallèle à l'axe da déformation qui

intercepte l'axe des contraintes au point ó0.

> Matériaux élastoplastiques ou matériaux Saint Venante

C'est un matériau qui a un comportement parfaitement élastique par des contraintes inférieur à

ó0 et un comportement parfaitement plastique lorsque la contrainte est égale à ó0. Le modèle rhéologique est un ressort mis en série avec un patin à fortement solide.

> Matériaux viscoélastique ou matériaux de MAXWELL

La contrainte agit sur le matériau élastique qui à son tours agit sur l'élément visqueux.

Il lui correspond alors une déformation élastique Ó' et une déformation visqueuse Ó'' La déformation totale sera notée : Ó= Ó'+ Ó "

Ó= ó /E + ó/3 ì

Le modèle rhéologique est un ressort mis en série avec un amortisseur. B. Contrainte et déformation des corps solides

Déformation élastique des solides

1°) Exemple des ressorts

Le cas le plus simple de déformation élastique est celui des ressorts.

Trois exemples de ressorts : ressort à spires non-jointives sollicité selon son axe (fig. de gauche), ressort à lame sollicité en flexion (au centre), ressort à lame sollicité en torsion (à droite)

Sur les dessins, nous n'avons pas représenté la réaction du support auquel est accroché le ressort. Mais il faut bien voir que la déformation résulte de l'application de deux actions mécaniques opposées (forces et/ou couples) ; s'il n'y a qu'une seule force, en application du principe fondamental de la dynamique, la force accélère le ressort sans provoquer de déformation, on se ramène à la mécanique du point.

Lorsque les lois de déformation sont linéaires, le coefficient de proportionnalité est appelé raideur du ressort et est noté k :

· F = k1 · Äl pour une traction-compression ;

· F = k2 · è pour une flexion ;

· C = k3 · è pour une torsion.

On remarque que les coefficients k1, k2 et k3 ne sont pas homogènes (ils n'ont pas la même dimension). L'angle è doit être exprimé en radians.

Dans le cas d'un ressort à spires non-jointives, l'énergie de déformation élastique W est le travail de la force :

C'est donc la surface du triangle délimité par la droite dans le graphique (Äl,F), soit W = 1/2 k1 Äl 2 = 1/2 · F · Äl

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Illustration graphique de l'énergie de déformation élastique dans le cas d'un ressort à spires non-jointives

2°) Limite d'élasticité

La déformation élastique intervient pour les faibles sollicitations. Si l'on augmente les sollicitations, on change le mode de déformation :

· rupture (endommagement) pour les matériaux dits « fragiles » :

· déformation plastique (irréversible et non linéaire) puis rupture pour les matériaux dits « ductiles » ;

· éventuellement fluage pour les matériaux ductiles si la vitesse de déformation est lente ou la température élevée.

La contrainte délimitant le domaine élastique des autres domaines est appelée limite d'élasticité (yield strength en anglais).

3°) Contrainte et déformation

On utilise deux modèles de déformation élastique : la traction-compression et le cisaillement. La flexion peut se modéliser selon les cas comme une traction-compression ou comme un cisaillement, la torsion se modélise comme un cisaillement (voir plus bas).

a) Traction-compression uniaxiale

Prenons le cas de la traction ou de la compression d'une pièce cylindrique ou parallélépipédique selon son axe. La traction-compression correspond à des forces s'exerçant perpendiculairement aux sections de ces pièces ; elle est dite uniaxiale car les côtés de la pièce ne sont pas contraints, toutes les forces sont sur un même axe.

> Allongement dans l'axe

En prenant des pièces de différentes dimensions, on remarque que pour une force donnée :

· l'allongement Äl est proportionnel à la longueur initiale l0 du cylindre ;

ceci se conçoit bien : si l'on met deux ressorts identiques bout-à-bout, le premier ressort transmet intégralement la force au second ressort, les deux s'allongent donc de la même quantité ; donc si avec un ressort on a un allongement Äl1, avec deux ressorts l'allongement total est 2Äl1 ;

· l'allongement Äl est inversement proportionnel à la section du cylindre ;

on conçoit également aisément que si l'on met deux ressorts identiques en parallèle,
chaque ressort exercera la moitié de la force de traction, l'allongement final sera donc

Ä1/2 ; si l'on double la section de la pièce, c'est comme si l'on mettait deux pièces côte-àcôte.

Si l'on veut caractériser le matériau en faisant abstraction de la forme de la pièce et de ses dimensions, on définit donc :

· l'allongement relatif ou déformation (strain en anglais), noté å

å est sans dimension, on l'exprime parfois en % (100×Äl/l0)

· la contrainte (stress en anglais), notée ó

ó est homogène à une pression ; du fait des valeurs énormes mises en jeu, on l'exprime généralement en mégapascal (MPa).

La loi élastique s'écrit alors : ó = E å

c'est la loi de Hooke ; E est le module de Young (Young's modulus en anglais), qui est une caractéristique du matériau. E est également homogène à une pression, du fait des valeurs très élevées qu'il prend, il est généralement exprimé en gigapascal (GPa).

On voit aisément que la densité d'énergie de déformation w, c'est-à-dire l'énergie élastique divisée par le volume de la pièce, vaut :

w = 1/2 · ó · å = 1/2 · E å²

> Élargissement

Lorsque l'on exerce une traction ou une compression, on constate que la largeur de la pièce varie également, à l'inverse de l'allongement. La variation relative de dimension est proportionnelle à l'allongement relatif å, le coefficient de proportionnalité s'appelle le coefficient de Poisson ou rapport de Poisson (Poisson's ratio en anglais) en hommage au mathématicien français Siméon Denis Poisson. Il est noté í et est sans unité :

· pour un cylindre :

· pour un parallélépipède rectangle :

Considérons le volume de la pièce. Pour une pièce cylindrique, on a : V = l × ð r 2

Pour des petites variations, on a donc :

ÄV/V0 = Äl/l0 + 2·Är/r0

(Développement limité au premier ordre), soit :

ÄV/V0 = (1 - 2í) · å

De même pour une pièce parallélépipédique, on a :

V = l × a × b

ÄV/V0 = Äl/l0 + Äa/a0 + Äb/b0

donc de même :

ÄV/V0 = (1 - 2í) · å

On voit donc que :

si í > 0,5 le volume diminue en traction et augmente en compression (cas exceptionnel) ; si í < 0,5 le volume augmente en traction et diminue en compression (comportement le plus général).

Pour un acier, í vaut environ 0,3, on est donc dans le second cas.

Si maintenant on maintient la largeur constante -- par exemple on effectue une compression mais la pièce est dans une gaine ultra-rigide et ne peut pas s'étendre --, alors, la déformation n'est plus uniaxiale, la gaine exerce une pression (une contrainte) sur les côtés de la pièce. Il faut alors utiliser un autre coefficient élastique, noté _C11, différent de E :

ó = C11 · å

b) Cisaillement

Si l'on considère un parallélépipède rectangle, le cisaillement est une variation de l'angle, qui n'est plus droit. Cela correspond à des forces s'exerçant parallèlement à la face.

On définit de même la contrainte comme étant la force divisée par la surface sur laquelle elle s'exerce ; cette contrainte est appelée cission (toujours exprimée en MPa) et est notée ô.

La déformation est l'écart à l'angle droit ã, appelé cisaillement, exprimé en radian.

On a toujours une loi linéaire : ô = G · ã

où G est le module de cisaillement ou module de Coulomb, généralement exprimé en GPa. Dans le cas d'un milieu isotrope, le module de cisaillement est lié au module d'Young et au coefficient de Poisson par la relation suivante :

c) Compression isostatique

Une compression isostatique est l'exercice d'une pression isotrope, c'est-à-dire qui a la même valeur dans toutes les directions. Si l'on désigne par V le volume de l'objet, la variation de volume relative est proportionnelle à la variation de la pression P :

où K est le module d'élasticité à la compression isostatique¹ (bulk modulus en anglais). On remarque que K est l'inverse du coefficient de compressibilité isotherme ÷T défini en thermodynamique par :

K est aussi homogène à une pression et est généralement exprimé en gigapascal (GPa). On a :

matériau		K	acier
160 GPa		eau
2,2 GPa		air
0,000 1 GPa^2

Dans le cas d'un milieu isotrope, le module d'élasticité isostatique K, le module de Young E et le module de cisaillement G sont liés par la relation suivante :

d) Cas des grandes déformations

La définition que l'on a prise de å dépend du trajet suivi. Considérons une déformation finale de å1 + å2. Si l'on fait la déformation en une étape, la longueur finale est

l = l0(1 + å1 + å2)

Si par contre on déforme d'abord de å1, on a une première longueur

l = l0(1 + å1)

qui devient la longueur initiale pour l'étape suivante, donc lorsque l'on rajoute une déformation å2, on obtient

l = l0(1 + å1)(1 + å2)

En développant cette dernière formule, on voit que les deux sont équivalentes si

å1 · å2 << å1 et å1 · å2 << å2

soit, de manière synthétique, si

å² << å, soit å << 1 ;

C'est l'hypothèse des petites déformations.

Pour les grandes déformations, on peut utiliser une autre définition de å :

On voit que si l et l0 sont proches, le développement limité de cette formule redonne la définition de å des petites déformations

Ainsi sous l'effet du poids propre des terres qui surmontent un souterrain peut être stable ou au contraire s'effondrer et s'ébouler. Comme le poids des terres est donné par la profondeur, la mise en charge est immédiate au moment de la perforation.

La notion de relation linéaire entre les contraintes et les déformations pour définir l'élasticité devient ainsi difficile à saisir puisque les contraintes sont immédiatement constantes.

La notion de domaine élastique n'en demeure pas moins essentielle et on peut la rétablir aisément en imaginant une situation initiale où la densité des terres est nulle et la perforation faite, puis en faisant croître la densité de zéros à sa valeur réelle et en suivant la progression des désordres au sein du massif.

Remarquons d'ailleurs que la force verticale du poids des terres n'est pas la seule sollicitation; il existe le plus souvent une réaction horizontale, poussée de repos pour les sols, contrainte orogénique dans le massif rocheux.

Un autre aspect paradoxal de l'équilibre des souterrains réside dans le fait que, sauf mode d'exécution tout à fait spécial, on peut dire qu'une galerie a toujours tenu sans aucun soutènement pendant un certain intervalle de temps; c'est par exemple les quelques mois qui séparent la perforation du bétonnage; c'est peut être les quelques minutes qui séparent la mise en place des premiers cintres, des derniers terrassements.

Les pressions qu'on voit apparaître ensuite derrières les revêtements sont donc dues à des déformations différées, c'est-à-dire au comportement rhéologique de la matière.

Dans les sols ces accommodations peuvent prendre plusieurs mois et dans les roches plusieurs années.

L'ampleur que les contraintes peuvent atteindre dans ce derniers cas montre l'importance de la viscoplasticité des roches, ce qui ne paraît pas évident à priori.

Les contraintes normales exercées par le massif rocheux sur le revêtement de maçonnerie sont de l'ordre des quelques dixième de MPa (mégapascal), ce qui d'une part est loin d'être négligeable pour une voûte mince d'une dizaine de mètres de portée, mais qui d`autre part est sans relation aucune avec l'épaisseur du recouvrement.

Il est évident que des telles contraintes n'existaient pas lors de la mise en place de ces revêtements, et qu'il a fallu un fluage du rocher pendant de nombreuses années avant d'arriver à l'équilibre actuel.

Cela conduit à dire que les contraintes qui s'exercent sur un revêtement sont beaucoup plus fonction de la forme de la galerie, du procédé d'exécution et du comportement rhéologique du sol que de l'épaisseur du recouvrement.

Différents modes de rupture pour un talus rocheux

I.2.2 GLISSEMENT ET EBOULEMENT

Jean-Louis Durville, du Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, définit ainsi les mouvements de terrain :

"Le terme de Mouvement de Terrain regroupe des phénomènes très variés, par leur nature (affaissements et effondrements dus aux cavités souterraines ; instabilités de versants : glissements, écroulements, coulées, ...) et par leur dimension (phénomènes significatifs à partir de quelques m3, et pouvant atteindre quelques centaines de millions de m3, voire plus). On inclut parfois également les déformations des sols dues à la sécheresse : retrait-gonflement.

D'après tout la différence entre un glissement et un éboulement de terrain, c'est ce qui glisse :

· glissement de terrain : terre, boue

· éboulement : grosses roches et rochers

1°) Glissement

Le glissement est un déplacement généralement lent (quelques millimètres par jour à quelques mètres par an) sur une pente, le long d'une surface de rupture (surface de cisaillement) identifiable, d'une masse de terrain cohérente, de volume et d'épaisseur variables. Cette surface est généralement courbe (glissement circulaire), mais elle peut aussi se développer à la faveur d'une discontinuité préexistante telle qu'un joint de stratification (glissement plan). Les profondeurs des surfaces de glissement sont très variables : de quelques mètres à plusieurs dizaines de mètres, voire la centaine de mètres pour certains glissements de versant.

Des indices caractéristiques peuvent être observés dans les glissements de terrain actifs : niches d'arrachement, fissures, bourrelets, arbres basculés, zones de rétention d'eau, etc.

Les glissements de terrain sont des mouvements de sol et de petites roches. Ils arrivent plus souvent dans les régions où l'on trouve un sol mou, comme l'argile. Ils sont généralement produits par un excès d'eau dans le sol. L'eau ramollit la terre et elle glisse rapidement vers le bas de la pente.

Cinématique des glissements

S'il est exceptionnel qu'une rupture se produise au sein de la roche, cela veut dire que la ruine d'un massif se produit par rotation et basculement des blocs (éboulement, par exemple sous l'effet des pressions hydrauliques qui s'exercent dans les fissures) ou par translation. C'est-à-dire par glissement sur les joints : c'est ce deuxième mécanisme qui est le plus important, et le calcul de stabilité se fait principalement en étudiant l'équilibre d'un bloc pouvant glisser sur chacune de ses faces d'appui ou sur deux d'entre elles.

Il faut insister sur l'aspect cinématique et sur l'examen de la possibilité de chaque mouvement.

2°) Éboulements

Ce sont des phénomènes rapides et brutaux qui mobilisent des blocs de roches plus ou moins homogènes. Ils consistent en la chute libre ou le roulement au départ, après rupture, de blocs formés par fragmentation, le mouvement pouvant ensuite se poursuivre par une série de rebonds de hauteur décroissante (dans le cas d'une pente régulière). L'ampleur du phénomène est liée à la quantité et au volume de blocs mobilisables et à la surface et la topographie de l'aire de réception des blocs éboulés.

Ces phénomènes affectent des roches rigides et fracturées tels que calcaire, grès, roches cristallines etc. Dans le cas des roches sédimentaires, la stratification accroît le découpage de la roche et donc les prédispositions à l'instabilité (présence d'une formation sous-jacente plus meuble, déformable ou érodable).

Un éboulement est défini comme étant une chute de terre, des rochers.

· Il y a un éboulement lorsque des rochers se détachent d'une montagne et glissent,
déboulent le long de la pente. Les rochers roulent vers le bas à une très grande vitesse.

· Les éboulements peuvent dévaler les montagnes très rapidement : jusqu'à 360 km/h, soit à peu près la vitesse d'une voiture en une très grande vitesse.

Les différentes manifestations du phénomène

Le volume total éboulé permet de distinguer les différents phénomènes entre eux : on parle de chutes de pierres et de blocs lorsque ce volume est inférieur à la centaine de m³, d'éboulement lorsqu'il est compris entre quelques centaines de m³ et quelques centaines de milliers de m³, et d'éboulement en grande masse (ou écroulement) lorsqu'il est supérieur au million de m³.

Une question se pose : Que faire pour réduire le risque des éboulements?

Bien sûr, ne pas habiter dans une zone d'éboulement permet de diminuer les risques d'accident. Pour réduire les risques d'éboulement, on peut installer des barrières de protection, comme pour les avalanches.

Une autre façon de réduire le danger est de provoquer des éboulements contrôlés, ce qui veut dire faire tomber les roches les moins solides en faisant bien attention que personne ne se blesse et qu'aucune maison ne soit abîmée.

Effets et conséquences des éboulements

Du fait des fissures, des déformations et des déplacements en masse, les glissements peuvent entraîner des dégâts importants aux constructions. Dans certains cas, ils peuvent provoquer leur ruine complète (formation d'une niche d'arrachement d'ampleur plurimétrique, poussée des terres incompatible avec la résistance mécanique de la structure). L'expérience montre que les accidents de personnes dus aux glissements et coulées sont peu fréquents, mais possibles (cas d'un phénomène relativement rapide et ou survenant de nuit, comme par exemple à la Salle en Beaumont en Isère en Janvier 1994 : 4 morts)

Exemple d'un glissement de terrain qui a provoqué une destruction de la route

I.3 NOTION SUR LES MINES ET LES CARRIERES.

Certains se sont souvent posé la question ! Et d'autres emploient ces mots indifféremment et parfois à tort : Mine ou carrière ? Carrière ou mine ?

Vue d'ensemble sur mine et carrière

La langue française étant riche, elle comprend plusieurs mots exprimant la même chose, mais comportant quelques différences au niveau du sens. D'où Il faut savoir que la distinction entre mine et carrière n'a aucun lien avec le fait que l'exploitation soit souterraine ou à ciel ouvert. Il existe des carrières souterraines et à ciel ouvert ; il existe des mines souterraines et à ciel ouvert.

Les notions de MINE et de CARRIÈRE sont des notions juridiques définies par le CODE MINIER. Ce qui fait la différence (selon ce code) c'est la substance extraite.

I.3.1 Les mines

Il s'agit d'une mine si les roches extraites contiennent :

· Des combustibles fossiles (houille, anthracite, lignite, hydrocarbures liquides ou gazeux...).

· Des sels de sodium (sel gemme ou halite) ou de potassium (sylvite).

· Des métaux (fer, plomb, zinc, étain, cobalt, cuivre, argent, or...).

· Des éléments radioactifs (uranium...).

· Du soufre, sélénium, tellure, arsenic, antimoine, bismuth...

· Du gaz carbonique.

Toute technique d'exploitation minière est dictée par la nature et le caractéristique du gisement, la situation géographique, les conditions géologiques ainsi que par des considérations d'ordre économique telles que les marchées.

En se basant sur la géométrie des gisements il existe :

· Gisements stratiformes

· Gisements de disséminations

· Gisements filoniens.

Du point de vu économique le taux de récupération influe sur les méthodes d'exploitations. En effet, tout gisement contenant une minéralisation exploitable dès la surface jusqu'à des grandes profondeurs (<500) est l'objet d'une exploitation à ciel ouvert; ici il faut que le coût d'extraction soit inférieur au coût du revenu. D'où le choix de la méthode d'exploitation à ciel ouvert.

Lorsque la minéralisation est enfuit en profondeur, le gisement fait l'objet d'une exploitation souterraine; dans ce cas le coût d'extraction à partir de la surface est supérieur au coût de revient.

1 O) La mine à ciel ouvert

Une mine à ciel ouvert est celle mettant en évidence le gisement à exploiter en découpant les terrains de couverture (voir les excavations des terrains).

Elle présente du point de vue sécuritaire des avantages sur l'exploitation souterraine.

La mine de cuivre de Palabora n'est pas seulement la plus grande mine à ciel ouvert du monde. Située à 360 kilomètres au Nord-Est de Pretoria, en Afrique du Sud, elle est la plus grande excavation de la planète creusée par l'Homme. Ses dimensions : 2.000 mètres de diamètre et 762 mètres de profondeur

2 O) La mine souterraine

Une mine souterraine est en quelque sorte une usine aménagée au sein de la terre en vue d'extraire de la roche en place les minéraux utiles qu'elle renferme. Elle ressemble à une fourmilière. L'accès au gisement et l'abattage du minerai, c'est-à-dire de la roche qui renferme un mélange de minéraux dont au moins un peut être traité pour obtenir un produit commercialisable, s'effectuent par forage et tir à l'explosif. Le minerai est remonté à la surface, où il est traité pour obtenir un concentré riche en valeur marchande.

À l'intérieur d'une mine souterraine on retrouve :

v' Travers bancs : c'est une galerie qui recoupe les couches des roches jusqu'au contact de la zone minéralisée.

v' Traçage : c'est une galerie tracée dans la zone minéralisée suivant son arrangement. v' Chassage : c'est un traçage qui suit la base de la minéralisation.

v' Recoupes : galeries creusés de part et d'autre de chassage pour préciser la puissance de la minéralisation.

v' Une rompe d'accès : c'est un large tunnel en spiral qui communique avec tous les niveaux de la mine.

v' Puits d'accès : c'est un puits creuser pour faire descendre les équipements, les personnels et monter les matériaux.

v' Puits d'aération : ce sont des puits qui servent d'aérage pour garantir les ventilations, du contrôle de la température et de gravité de l'air dans les galeries.

v' Front de taille : correspond à la zone d'attaque, victime de la sollicitation normale des mineurs.

v' Parement ou parois : surface latérale d'une galerie

v' Couronne : c'est le plafond de la galerie

v' Sole ou daine : c'est la partie basse d'une galerie.

Opération d'exploitation dans une mine souterraine.

mine

I.3.2 Les carrières

Une carrière est une grande cavité creusée dans le sol ou sur la pente d'une montagne; dans laquelle on casse des roches utilisables. Dans certaines carrières on casse du granite, dans d'autres du calcaire, du grès ou du marbre. Il existe seulement des carrières là ou il y a de grosses quantités de roches dures.

Tous les autres gisements excepté ceux cités pour les mines constituent des carrières :

· L'ocre

· Les sables

· L'argile

· La pierre de taille

· L'ardoise

· Le calcaire

· Le gypse

· La barytine ... (Un cas particulier : la barytine - ou le baryum - ne sont pas des matières concessibles au sens strict du terme, néanmoins dans l'usage courant on nomme "mines de barytine" les exploitations, alors que selon la législation ce sont des carrières...)

En somme, pour simplifier, on considère que :

· si les matériaux (roches) extraits servent aux constructions : = carrière (pierre, sable, ardoise...)

· et si les matériaux (minerais, minéraux) ont un intérêt industriel : = mine (métaux, combustibles...).

Parmi les carrières actuelles, celles du ciel ouvert sont un peu plus rependues que les autres (souterraines).

Exemples d'une carrière :

Exemple d'une carrière à ciel ouvert dans laquelle on extrait de la roche (rhyolite) pour
granulats

CHAPITRE II. ANALYSE DETAILLEE DES EBOULEMENTS ET
FRACTURATIONS DES PAROIS D'UNE MINE SOUTERRAINE.

Comme le chapitre premier vient juste d'expliciter quelques points concernant les éboulements, ce présent chapitre en donnera beaucoup plus des détails et montrera une analyse un peu détaillée des fracturations des parois d'une mine souterraine.

Pour que l'homme parvienne à exploiter des minerais, certaines conditions doivent être réunies : un environnement géologique favorable, une certaine accessibilité des gisements et, enfin, des besoins bien identifiés en fonction des compétences technologiques de l'époque.

C'est pourquoi, si l'introduction du métal dans les activités humaines (artisanat, agriculture, construction, armement, etc.) constitue une des étapes majeures d'évolution de l'humanité, elle s'est faite selon des rythmes différents suivant les civilisations. Les premières extractions minières concernent le cuivre (VII^e millénaire), mais l'abattage du minerai est essentiellement réalisé dans des carrières à ciel ouvert, à l'aide d'outils de pierre, les maillets à rainure.

Dans la province canadienne de l'Ontario, près du tiers de tous les accidents mortels qui surviennent dans les mines souterraines hautement mécanisées sont le résultat d'éboulements et de coups de terrain; pour la période comprise entre 1986 et 1995, le taux de fréquence de ces accidents était de 0,014 par 200 000 heures de travail au fond. On peut s'attendre à des taux considérablement plus élevés de lésions et d'accidents mortels causés par les éboulements et les coups de terrain dans les mines souterraines moins mécanisées ou dans lesquelles la mise en place d'un soutènement n'est pas généralisée. Ceci prouve autant des fois que les mines exploitées à ciel ouvert et les carrières offrent, en matière de soutènement, davantage de sécurité que les mines souterraines.

Bien dit, les mouvements de terrain sont les manifestations du déplacement gravitaire des masses de terrain déstabilisées sous l'effet de sollicitations naturelles (fonte des neiges, pluviométrie anormalement forte, séisme, etc.) ou anthropiques (terrassement, vibration, déboisement, exploitation de matériaux ou de nappes aquifères, etc.). Ils recouvrent des formes très diverses qui résultent de la multiplicité des mécanismes initiateurs (érosion, dissolution, déformation et rupture sous charge statique ou dynamique), eux-mêmes liés à la complexité des comportements géotechniques des matériaux sollicités et des conditions de gisement (structure géologique, géométrie des réseaux de fractures, caractéristiques des nappes aquifères, etc.).

II. 1 ANALYSE DES EBOULEMENTS

II.1.1 Les différents types de mouvements de terrains

Selon la vitesse de déplacement, deux ensembles de mouvements de terrain peuvent être distingués :

v' les affaissements consécutifs à l'évolution de cavités souterraines naturelles ou artificielles (carrières ou mines), évolution amortie par le comportement souple des terrains superficiels ;

v' les tassements par retrait de sols argileux et par consolidation de certains terrains compressibles (vases, tourbes) ;

v' le fluage de matériaux plastiques sur faible pente ;

v' les glissements, qui correspondent au déplacement en masse, le long d'une surface de rupture plane, courbe ou complexe, de sols cohérents (marnes et argiles) ;

v' le retrait ou le gonflement de certains matériaux argileux en fonction de leur teneur en eau.

· Les mouvements rapides : qui peuvent être scindés en deux groupes, selon le mode de propagation des matériaux, en masse, ou à l'état remanié.

Le premier groupe (propagation en masse) comprend :

Les effondrements, qui résultent de la rupture brutale de voûtes de cavités souterraines naturelles ou artificielles, sans atténuation par les terrains de surface ; Les chutes de pierres ou de blocs provenant de l'évolution mécanique de falaises ou d'escarpements rocheux très fracturés ; Les éboulements ou écroulements de pans de falaises ou d'escarpements rocheux selon les plans de discontinuité préexistants ; certains glissements rocheux.

Le second groupe (propagation en état remanié) comprend :

Les laves torrentielles, résultent du transport de matériaux en coulées visqueuses ou fluides dans le lit de torrents de montagne ;

Les coulées boueuses, proviennent généralement de l'évolution du front des glissements.

II.1.2 Les éboulements, les chutes de blocs et de pierres

1°) Définition

Les chutes de masses rocheuses sont des mouvements rapides, discontinus et brutaux résultant de l'action de la pesanteur et affectant des matériaux rigides et fracturés tels que calcaires, grès, roches cristallines,... Ces chutes se produisent par basculement, rupture de pied, glissement banc sur banc, à partir de falaises, escarpements rocheux, formations meubles à blocs (moraines par exemple), blocs provisoirement immobilisés dans une pente.

Les blocs peuvent rouler et rebondir, puis se stabiliser dans une zone dite d'épandage. La trajectoire la plus fréquente suit en général la ligne de plus grande pente, mais on peut observer des trajectoires très obliques résultant notamment de la forme géométrique de certains blocs (plaque roulant sur la tranche) et de petites irrégularités du versant. Les distances parcourues sont fonction de la taille, de la forme et du volume des blocs éboulés, de la pente du versant, de la nature du sol, et de la densité de la végétation.

En ce qui concerne les éléments éboulés, on distingue (ces définitions correspondent approximativement à celles retenues par la norme NF P 95-307) :

> les pierres, d'un volume inférieur à 1 dm3,

> les blocs, d'un volume compris entre 1 dm3 et 1 m3, > les gros blocs, d'un volume supérieur à 1 m3.

Suivant le volume total éboulé, on distingue (ces définitions correspondent approximativement à celles retenues par la norme NF P 95-307) :

> les chutes de pierres ou de blocs, d'un volume total inférieur à la centaine de m3,

> les éboulements en masse, d'un volume allant de quelques centaines à quelques centaines de milliers de m3,

> les éboulements (ou écroulements) en grande masse, d'un volume supérieur au million de m3.

Certains éboulements de grande ampleur peuvent mobiliser des volumes de matériaux atteignant plusieurs dizaines de millions de m3 et semblent obéir à des lois de propagation faisant intervenir des mécanismes complexes. Ces instabilités qui affectent une partie importante du versant peuvent bouleverser le relief de façon notable. Leurs conséquences socio-économiques sont au moins régionales.

2°) Conditions d'apparition

La densité, l'orientation des discontinuités, fracturation et stratification, la structure du massif rocheux et la présence de cavités constituent des facteurs de prédisposition à l'instabilité. La phase de préparation, caractérisée par l'altération et l'endommagement progressifs du matériau, et accompagnée de petites fractures difficiles à déceler, peut être longue. Les principaux facteurs naturels déclenchant sont les pressions hydrostatiques dues à la pluviométrie et à la fonte des neiges, l'alternance gel/dégel, la croissance de la végétation, les secousses sismiques, l'affouillement ou le sapement du pied de la falaise.

3°) Effets et conséquences

Étant donné la rapidité, la soudaineté et le caractère souvent imprévisible de ces phénomènes, les instabilités rocheuses constituent des dangers pour les vies humaines, même pour de faibles volumes (chutes de pierres). Les chutes de blocs, et a fortiori les éboulements, peuvent causer des dommages importants aux structures pouvant aller jusqu'à leur ruine complète, d'autant plus que l'énergie (fonction de la masse et de la vitesse) des blocs est grande. C'est ainsi que dans les mines souterraines on dispose beaucoup des dégâts suite à ces instabilités des roches qui entraînent les pertes des vies humaines.

II.1.3 Les effondrements et affaissements 1°) Définition

Ce sont des mouvements gravitaires particuliers, sans composante horizontale. Ils résultent soit d'un fléchissement de la surface, sans rupture visible, soit de la rupture brutale du toit d'une cavité souterraine ancienne ou en cours de développement localisée dans une roche ou dans un sol.

En surface, la descente du sol en direction du vide sous-jacent peut donc être brutale ou non. Le mouvement commence fréquemment par un fléchissement déterminant une dépression topographique à grand rayon de courbure, puis suivant l'importance de la cavité sous-jacente, il peut y avoir rupture et apparition d'une ouverture béante soit unique, on parle alors de fontis, soit généralisée.

2°) Conditions d'apparitions

Hormis le cas de cavités d'origine strictement minière, deux causes naturelles peuvent être à l'origine des vides et des mouvements qui en résultent. Il s'agit de disparition de matière soit par dissolution dans les calcaires et dans les gypses, c'est le phénomène de karstification (ouverture d'avens...), soit par érosion mécanique dans les sols hétérogènes à granularité étendue comme les alluvions, c'est le phénomène de suffosion.

3°) Effets et conséquences

Les effondrements brutaux peuvent entraîner la ruine des constructions des murs de soutènement dans les carrières minières plus précisément dans les mines souterraines et causer des victimes. En revanche, les affaissements à grand rayon de courbure, qui affectent les constructions et les ouvrages (fissuration), présentent rarement un danger pour l'homme. Il ne faut pas négliger les désordres provoqués par ces phénomènes sur les canalisations enterrées (une fuite d'eau induit en outre une accélération du processus).

Dans le cas de vides peu profonds, il est impératif de bien maîtriser toutes les infiltrations d'eau (eaux usées, eaux pluviales, eaux de drainage), qui peuvent accélérer la dissolution ou affaiblir la résistance mécanique des matériaux.

II. 2 LA FRACTURATION DES PAROIS D'UNE MINE SOUTERRAINE

A l'état naturel, le massif rocheux n'est pas homogène et contient un bon nombre d'imperfections: fissures, diaclases, plans de faiblesse, failles etc. La résistance du massif rocheux dépend alors de la nature de la roche ainsi que des imperfections présentes. L'action de fragmenter la roche à l'aide d'explosifs peut créer de nouveaux dommages au massif rocheux, réduisant ainsi sa résistance. Il en est de même pour les parois d'une mine souterraine qui une

fois soumise à une charge ils se cassent et se fragmentent en perdant leur aspect antérieur. D'oüil est important de recourir aux techniques de soutènement des ces parois

Les mouvements de terrain ne se produisent que dans les secteurs où plusieurs facteurs (géologique, topographique, météorologique, anthropique...) se conjuguent. Il est donc possible par une étude secteur par secteur de ces paramètres, de tracer des cartes des zones où ces phénomènes sont susceptibles de se produire et d'en prévoir des techniques de soutènements.

Mais du fait de la variété des mécanismes (glissement, éboulements) générateurs eux même liés à la complexité de comportements géotechnique des matériaux mobilisés, à la nature géologique de formations et à la géométrie des fractures, l'expert est démuni devant les nombreux facteurs spécifiques. Plutôt que de parler d'intensité et de probabilité de survenance comme pour les inondations par exemple, et qui ne peuvent être évaluées quantitativement pour les mouvements de terrain. On préfère utiliser la notion de prédisposition du site à produire un événement donné et si possible dans un délai retenu. C'est l'importance des différents facteurs de prédisposition qui permet de déterminer la carte des aléas chute de blocs, glissements, etc. dans les mines souterraines.

II.2.1 considération théorique de l'endommagement des roches et des massifs rocheux

L'endommagement des matériaux fragiles peu poreux peut être défini comme le processus physique progressif par lequel ils sont amenés à la rupture. Le concept d'endommagement doit être perçu comme une dégradation dans les propriétés mécaniques, et particulièrement de la résistance du matériau. Le comportement mécanique des roches, tout comme celui d'autres matériaux fragiles, est étroitement lié à la présence d'imperfections telles que les impuretés, les frontières cristallines, les inclusions, les pores et les microfissures. Ces imperfections constituent des hétérogénéités structurales qui sont souvent à l'origine de la dégradation des propriétés du matériau lorsque celui-ci est soumis à des contraintes externes. À mesure que ces imperfections (ou défauts) progressent, elles peuvent former des fissures et provoquer la rupture du matériau pour causer des dégâts.

Au niveau microscopique, l'endommagement se crée à proximité des imperfections et par le bris des liens moléculaires. À une échelle macroscopique, soit celle d'un élément de volume représentatif EVR (Representative Volume Element, RVE), l'endommagement se situe dans la progression et la coalescence de microfissures ou de microvides qui, ensembles, initient une fissure (Lemaitre, 1996). Le processus de destruction des liens lors de la déformation est parfois appelé perte de cohésion du matériel. La dégradation des propriétés mécaniques, qui se manifeste par une variation graduelle des modules de cisaillement (G) et de rigidité (K) est souvent associée à l'endommagement qui se produit tant au niveau du EVR que du massif rocheux.

Il est difficile de parler d'endommagement des matériaux fragiles peu poreux sans parler d'élasticité et de plasticité. Tous les matériaux sont composés d'atomes, qui sont reliés entre eux par des liens résultant des champs électromagnétiques. L'élasticité est directement liée au mouvement relatif des atomes. On peut définir l'élasticité comme étant la propriété des corps qui tendent à reprendre leur forme initiale après avoir été déformés. Ainsi, un comportement parfaitement élastique suppose qu'aucun dommage n'a été subi. Par ailleurs, la plasticité peut être définie comme l'aptitude d'un matériau à prendre différentes formes, ce qui présuppose des déformations irréversibles. La plasticité des matériaux fragiles est liée au phénomène de

glissement. Ces glissements sont réalisés par des mouvements de dislocation qui peuvent être causés par différents mécanismes tels que:

- réarrangement des molécules;

- microfissures;

- glissements le long de surfaces prédéfinies.

Le processus d'endommagement débute lorsque des liens sont brisés et que des déformations irréversibles apparaissent. L'échelle à laquelle les différents phénomènes se produisent est la suivante:

- L'élasticité se situe à l'échelle des atomes;

- La plasticité est gouvernée par les glissements à l'échelle des cristaux ou molécules;

- L'endommagement est le désenchevêtrement (ou rupture de liens), de l'échelle des atomes jusqu'à l'échelle de la formation de fissures.

II.2.2 L'endommagement des massifs rocheux

S'il est difficile de déterminer le seuil exact d'endommagement de la roche intacte, cela est d'autant plus vrai à l'échelle du massif rocheux. Le massif rocheux présente de façon inhérente une grande quantité d'imperfections qui peuvent être considérées comme de l'endommagement. Ainsi, les familles de diaclases, les diaclases aléatoires, les hétérogénéités du massif affectent de manière importante son comportement mécanique et sa résistance. L'importance de ces imperfections relègue généralement au second plan l'influence des imperfections microscopiques quantifiables à petite échelle lors des essais courants en laboratoire. Pour déterminer l'influence de ces imperfections mégascopiques, plusieurs approches peuvent être utilisées.

Les propriétés mécaniques du massif rocheux (telles que le module de déformation et la résistance en compression uniaxiale) sont alors réduites selon la valeur de la cote de la classification géomécanique. Plusieurs auteurs ont proposé différentes relations exprimant la réduction du module de déformation et de la résistance.

Pour le module de déformation, mentionnons la relation définie par Nicholson et Bieniawski (1990):

où Em est le module de déformation à l'échelle du massif (<<endommagé»), E est le module de déformation obtenu en laboratoire (<<non endommagé»).

Pour la résistance, mentionnons la relation proposée par Hoek et Brown (1988):

où ócm est la résistance en compression uniaxiale du massif rocheux (<<endommagé>>) et óc est la résistance en compression uniaxiale obtenue en laboratoire (<<non endommagé>>).

1°) Initiation de l'endommagement.

Les roches sont usuellement faites de minéraux différents dont les cristaux sont cimentés ensembles pour former la matrice. Parce que chaque minéral a un comportement mécanique différent et une résistance différente, il peut être difficile de définir précisément un niveau de chargement spécifique où la fissuration débute réellement dans un échantillon de roche. On peut alors se poser la question de savoir si l'on peut considérer cette activité limitée comme un signe d'endommagement.

D'un point de vue de l'ingénieur en mécanique des roches, le niveau de chargement associé à l'initiation de l'endommagement doit présenter une incidence significative sur le comportement mécanique du matériau.

Pour répondre partiellement à cette question, il faut rappeler en premier lieu que la plupart des

roches ont des propriétés mécaniques qui sont dépendantes du taux de chargement. Ceci est ^düau fait qu'une fois initiées, les fissures ont tendance à se propager à une vélocité critique, et que

cela peut jouer un rôle important dans la rupture du matériau. C'est pourquoi il a été observé que la résistance ultime diminue avec le temps, ou diminue à des taux de déformation inférieurs.

2°) Sources d'endommagement

Pour les massifs rocheux, il est possible de distinguer essentiellement trois grandes sources d'endommagement, soit l'endommagement lié à la formation du massif, celui causé par les contraintes générées par la création d'ouverture et celui causé par la méthode de percement.

a. Endommagement inhérent

Avec les géomatériaux, il est important de faire la distinction entre les imperfections inhérentes et l'endommagement. Les roches (et par extension les massifs rocheux) sont issues, lors de la formation de la Terre, d'un processus <<chaotique>>, c'est à dire sans contrôle de qualité. Elles diffèrent donc des autres matériaux utilisés en ingénierie en ce sens qu'elles peuvent présenter une grande quantité d'imperfections dont l'origine peu remonter à sa formation ou à des transformations au cours des ères géologiques. De plus, ces imperfections ne sont pas constantes et peuvent varier de façon importante sur de faibles distances. Si ce phénomène est vrai à l'échelle de la roche, il est d'autant plus important à l'échelle du massif rocheux.

Ces imperfections liées à la formation de la roche peuvent être toutefois considérées comme de l'endommagement, bien qu'elles ne résultent pas d'un changement de conditions ou d'efforts (chargement) imposés subséquemment à la roche. Par ailleurs, au cours des ères géologiques, plusieurs phénomènes géologiques auront également contribués à créer de l'endommagement aux roches et aux massifs rocheux. Parmi ces phénomènes, mentionnons la force de gravité qui agit sur le massif, les forces tectoniques liées aux mouvements des plaques continentales, et les activités volcaniques et tremblements de terre. Il semble impossible de distinguer les imperfections qui proviennent de la formation du massif, de l'endommagement qui s'est produit depuis sa formation. Ainsi, dans ce document, le terme <<endommagement inhérent>> sera utilisé

pour parler de l'endommagement du massif rocheux subi avant que les activités d'excavation n'aient débutées. On intègrera également dans l'endommagement inhérent l'influence possible des excavations à proximité.

b. Endommagement causé par la concentration de contraintes

A l'état naturel, un massif rocheux est soumis à un niveau de contraintes qui est le résultat des forces gravitationnelles et tectoniques. La force gravitationnelle qui est appliquée à un volume de roche à une profondeur donnée est causée par le poids des terres (sol et masse rocheuse) au-dessus de ce volume (voir mine souterraines).

Lorsqu'une excavation souterraine est créée, l'équilibre des forces en place est modifié en enlevant un volume de roche qui supportait la charge initiale. Suite à l'excavation, le massif rocheux à proximité de l'excavation subit un accroissement de charge qui est fonction essentiellement de la géométrie de l'ouverture et du comportement mécanique des matériaux composant le massif rocheux. Cet accroissement de charge (ou de contrainte) peut amener le massif rocheux à un état de contraintes qui dépasse son seuil d'endommagement ou même amener le massif à la rupture. Il peut donc en résulter un endommagement lié à ce surplus de charge à supporter.

L'accroissement de charge est usuellement maximum à la périphérie de l'excavation et décroît de manière exponentielle en s'éloignant de l'excavation. Pour un massif rocheux ayant un comportement mécanique élastique linéaire isotrope et homogène, la zone qui subit un accroissement de charge est limitée à une distance d'environ 3 à 5 fois le diamètre de l'excavation.

c. Endommagement causé par la méthode d'excavation.

Plusieurs techniques peuvent être utilisées pour excaver le massif rocheux. Le choix d'une technique dépend de plusieurs facteurs tels que le type de roche à excaver, les coûts engendrés et l'utilisation future de l'excavation. Dans les mines en roches dures, la technique usuellement employée est l'excavation à l'aide d'explosifs.

La pression développée dans les trous de forages lors de la détonation peut dépasser 10 Gpa, soit de 30 à 500 fois la résistance de la roche. Cette pression génère alors une onde qui voyage à une vitesse de l'ordre de 3 à 5 km/s. Lorsque le front de l'onde frappe une surface libre, une contrainte en tension se développe et provoque la fragmentation. La pression des gaz générés aide également à ouvrir les fissures créées ainsi que celles déjà existantes. Les dommages aux parois occasionnés par le sautage peuvent être dus à des pressions excessives lors de la détonation, un fardeau trop grand, une séquence de sautage inadéquate ou une orientation défavorable du sautage par rapport aux discontinuités initiales.

En théorie, lorsque les trous adjacents à la paroi sont détonés en même temps (comme c'est usuellement le cas), la distance d'endommagement sera approximativement égale à la moitié de la distance de l'espacement.

La surface libre peut être le résultat d'un sautage précédent ou être le résultat d'une détonation avant t0. A t1 > t0 des ondes de compression générées par la détonation des trous traversent le massif rocheux. A t2 > t1 les ondes de compression ont rencontré des surfaces libres (la face libre et la face des trous) et des ondes de tension sont émises par la réflexion sur les faces libres. Ces ondes de tension brisent la roche dont la résistance en tension est beaucoup plus faible que celle en compression. A t3 > t2 la portion inférieure du massif traversée par les ondes de tension est brisée et éjectée, alors que la portion supérieure n'est que fracturée par ces ondes. Lorsque les ondes se rencontrent, la portion supérieure sera également éjectée .Les zones endommagées au dessus des trous peuvent soit être maintenues en place à cause des contraintes tangentielles qui s'exercent à la nouvelle paroi, ou soit s'effondrer également causant un bris hors profil.

CHAPITRE TROISIEME: DESCRIPTION DES METHODES DE
PREVENTION DES RISQUES DANS UNE MINE
SOUTERRAINE

III.1 INTRODUCTION

Le rôle principal du soutènement est d'assurer la sécurité des excavations pratiquées dans les roches et dans le sol (la consolidation des strates et la stabilisation des talus s'appliquent autant aux mines souterraines qu'aux mines à ciel ouvert). Les travaux de génie civil, comme la réalisation de galeries, de centrales hydroélectriques et l'aménagement de dépôts de déchets radioactifs, font également appel aux techniques de soutènement, que l'on peut définir comme étant l'application pratique de la mécanique des roches aux opérations courantes d'exploitation minière.

A maints égards, le soutènement tient plus de l'art que de la science. Il suppose une connaissance de la géologie structurale, des propriétés des roches, des eaux souterraines et des régimes de contrainte des terrains ainsi que de l'interaction de ces paramètres les uns sur les autres. Divers outils et méthodes sont nécessaires, notamment la reconnaissance des sols et l'analyse des propriétés des roches, les mesures destinées à réduire les dommages causés à la masse rocheuse par le tir de mines, sans oublier les techniques de conception, de suivi et d'appui au sol au stade de la mise en oeuvre.

Les dernières années ont connu une évolution importante dans le domaine de la mécanique des sols et du soutènement: élaboration de techniques empiriques de conception et d'analyse informatisée pour les exploitations minières, utilisation de plus en plus répandue d'une grande diversité d'instruments de surveillance du sol et développement de techniques et d'outils spécialisés en matière de soutènement. De nombreuses entreprises d'exploitation minière ont mis en place une section spéciale composée d'ingénieurs et de techniciens spécialisés dans les méthodes de soutènement.

Comme les excavations souterraines sont plus difficiles à réaliser et à entretenir que les talus de surface, les exploitants de mines souterraines doivent généralement consacrer davantage de ressources et d'activités de conception au soutènement que dans le cas des mines à ciel ouvert et des carrières. Avec les méthodes traditionnelles d'exploitation souterraine, par exemple, la méthode par chambres-magasins et la méthode par tranches montantes remblayées, les mineurs sont directement exposés à des terrains potentiellement instables au voisinage des fronts de taille. Avec les méthodes d'extraction en masse, notamment l'abattage aux explosifs, les mineurs ne pénètrent pas dans le massif de minerai.

C'est pour cela que dans une mine souterraine il a été important de définir les techniques ou les méthodes de stabilisations en vue de stabiliser les parois de celle-ci et cela dans le but de rendre la vie sauve.

Stabilisations des glissements de terrains.

Souvent, un accident de terrain est dû à une modification du régime d'écoulement de la nappe; en conséquence, en présence d'un glissement naturel il y a lieux de reconnaître le plus complètement possible le mode d'écoulement des infiltrations.

Les procédés de stabilisation des glissements des terrains sont peu nombreux, mais on doit toujours envisager les moyens suivants, par ordre d'importance :

- Le drainage :

· tranchées superficielles suivant la ligne de plus grande pente

· drainage profond,

· a long terme : plantation des végétations (notamment acacias);

-les terrassements :

· chargement du pied,

· déchargement de la tête; -les murs des soutènements; -les encrages.

Signalons en passant que le rôle de l'eau est la plupart du temps capital dans les effondrements de mur, et les glissements de terrain.

Pour stabiliser les parois d'une mine souterraine il existe beaucoup des techniques qu'utilisent les ingénieurs de celles-ci. Ces techniques seront bien décrites dans ce présent chapitre.

III. 2 CARTOGRAPHIE DES ZONES A RISQUES

Près de la moitié des décès et plus de 12 % des accidents dans les mines souterraines sont causés par des chutes de blocs rocheux. Ces chutes sont généralement précédées par des déplacements très difficiles sinon impossibles à déceler visuellement. Il est parfois proposer lors de l'étude des zones à risque d'utiliser l'imagerie numérique comme méthode de détection des mouvements des parois rocheuses.

Il s'agit de combiner des technologies existantes (photographie numérique à haute résolution et logiciels de traitement d'images) pour mettre au point un système abordable permettant de comparer, par traitement informatique, des images des parois des galeries de mines, prises à des moments différents. Une telle détection permettrait d'identifier les zones à risque et de prendre les mesures préventives qui s'imposent.

La cartographie des risques permet d'analyser et interroger les risques dans leurs caractéristiques spatiales.

Elle intervient à plusieurs échelles et peut représenter soit la répartition spatiale des aléas, soit celle des enjeux (ce qui est susceptible d'être endommagé), soit celle des vulnérabilités, soit une combinaison des trois facteurs.

Exemples d'utilisation :

· répartition spatiale des différents niveaux de dangerosité en fonction du ou des risques pris en compte

· mise en place de mesures pour la prévention et la gestion des risques

· restriction des droits d'usage des terrains par une servitude d'utilité publique Plan de prévention des risques(PPR)...

Logiciels pour cartographier les risques

· L'éditeur français SERDA et autres comme MarketVisual.com proposent des logiciels de
Cartographie d'information dédiés à l'intelligence économique et à la gestion du risque.

· Le logiciel StatCart APR permet de réaliser l'Analyse Préliminaire des Risques aboutissant à la cartographie des risques (Kiviat, Farmer) dans une démarche d'analyse globale des risques système

· L'application en ligne Zrisks permet de gérer le catalogue des risques sur la durée et d'affecter des contrôles.

a) Comprendre le phénomène

) Qu'est-ce qu'un risque minier ?

Une mine est un gisement de matériaux (or, charbon, sel, uranium...).

De nombreuses concessions minières ont été octroyées au cours des siècles ; il en résulte la présence de nombreuses cavités souterraines artificielles plus ou moins profondes présentant des risques d'effondrement.

) Comment se produisent les mouvements de terrain dans les mines ?

A l'arrêt de l'exploitation des mines souterraines, et en dépit des travaux de mise en sécurité, il peut se produire, à l'aplomb de certaines mines, trois catégories de mouvements résiduels de terrains :

· Les effondrements localisés. Ils résultent de l'éboulement de cavités proches de la surface se traduisant par la création d'un entonnoir de faible surface ;

· Les effondrements généralisés. Ils se produisent quand les terrains cèdent brutalement sans signes précurseurs ;

· Les affaissements. Ils se produisent généralement lorsque les travaux sont à plus grande profondeur.

Pour tous ces phénomènes, les dommages peuvent être importants et affecter les bâtiments, la voirie ainsi que les réseaux notamment de gaz et d'eau. Selon leur nature, les anciennes exploitations minières peuvent générer d'autres risques : pollution de l'eau, inondation par remontée des eaux en zone affaissées, explosions gazeuses (grisou), émissions de gaz asphyxiants, toxiques ou de radioactivité (uranium ou radon).

) Exemples historiques de mouvements de terrain

Le 11 mai 1950, 38 mineurs périssent, lors de la terrible catastrophe de Mariemont-Bascoup, près de Charleroi (Belgique).

Le 10 mars 1906 marque la plus importante catastrophe minière d'Europe. La catastrophe, dite de Courrières, du nom de la compagnie minière qui exploitait alors le gisement de charbon du Pas-de-Calais aux alentours de Courrières à côté de Lens, provoque officiellement la mort de 1099 mineurs.

b) Protection contre les risques.

) Se protéger avant

Avant l'acquisition d'un terrain proche d'une mine :

· Se renseigner auprès de la mairie sur l'existence d'anciens travaux miniers et de restrictions éventuelles à l'occupation des sols ;

· Ne jamais pénétrer dans les anciens travaux miniers souterrains, ni même arpenter les installations de surface.

) Se protéger pendant

· Les désordres miniers qui apparaissent en surface ne présentent qu'un risque faible pour la sécurité des personnes ;

· En revanche, les bâtiments peuvent être affectés et les fissures provoquées peuvent aller jusqu'à provoquer la ruine de l'édifice. C'est pourquoi, cette insécurité peut nécessiter une évacuation immédiate ou à terme des lieux. Dans tous les cas, il convient de prévenir les autorités ;

· Éviter de téléphoner pour laisser les secours disposer au mieux des réseaux.

) Se protéger après

· Ne pas retourner dans les bâtiments sans l'accord des autorités ;

· S'il y a des dommages de biens, les faire reconnaître par les autorités qui peuvent déclarer un sinistre minier, ce qui ouvre le droit à l'obtention d'indemnisations. Il se peut qu'une expropriation soit nécessaire si le coût de la remise en état s'avère supérieur à la valeur du bien.

III.3 TECHNIQUES DE PREVENTION ACTIVES

Elles consistent à intervenir au niveau des cavités pour éviter leur effondrement.

Ces deux images montrent les deux sortes de soutènement souvent les plus appliqués dans les mines et carrières souterraines :

Soutènement métallique et celui en bois.

III.3.1 Consolidation de la cavité

1) Renforcement des piliers existants

Le renforcement des piliers est une technique surtout utilisée lorsque l'on souhaite conserver l'usage d'une cavité.

On utilise en général la combinaison du béton projeté et du boulonnage. Le frettage des piliers par des câbles ou des barres métalliques est quelquefois employé.

La réparation des piliers fortement endommagés (en post-rupture) est délicate. On pourra utiliser dans ce cas un chemisage en béton armé ou une virole métallique remplie depuis la surface par un coulis fluide.

2) Construction de piliers en maçonnerie

Le principe est de transmettre le poids des terrains sous-jacents et des surcharges éventuelles au plancher de la carrière.

La surface totale de piliers est fonction de la charge qu'ils ont à supporter. Les piliers de renforcement doivent représenter au minimum 20% de la surface de la construction projetée, de laquelle on peut déduire les piliers tournés existants.

Pour être efficace, un pilier de renforcement doit avoir une déformabilité voisine de celle des piliers en matériau naturel laissés par l'exploitation. Les matériaux utilisés en général sont les moellons ou les parpaings pleins liés au mortier de ciment. L'IGC de Paris exige une résistance à l'écrasement d'au moins 6 MPa.

Les dimensions demandées pour les carrières de Calcaire grossier en région parisienne sont les suivantes :

· Piliers parallélipédiques : largeur supérieure au 1/3 de la hauteur, sans être inférieure à 1,20 m.

· Murs : épaisseur supérieure au 1/3 de la hauteur, sans être inférieure à 0,50 m.

Une attention doit être portée au sol support (ce doit être le terrain en place, non remanié) et au
matage sous le ciel (clavage au mortier, après durcissement du mortier d'assemblage du pilier).

La carrière doit évidemment être accessible, ou rendue telle avec des conditions minimales de sécurité.

Le coût est élevé en général (beaucoup de main d'oeuvre) : entre 1000 et 1600$ le m3 de pilier maçonné suivant les conditions d'accès. Ramené au m2 de construction en surface le coût peut varier entre 1500 et 4500$ le m2.

Un cintre métallique pour un soutènement des parois d'une galerie.

3) Boulonnage du toit

Le principe est d'armer et de rendre monolithique la masse rocheuse en ciel pour la rendre capable de reporter le poids des terres sur les piliers ou sur les flancs des galeries.

C'est notamment le cas d'un toit lié en bancs horizontaux.

Il convient de tenir compte de la corrosion pour le dimensionnement du boulonnage: Surdimensionnement du diamètre des boulons métalliques ou adoption de boulons en fibre de verre.

Cette solution convient bien aux carrières occupées puisque les volumes restent vides.

En fonction de la densité du boulonnage nécessaire (nombre de boulons au mètre carré) et de leur longueur, les prix peuvent varier grandement. Lorsqu'elle est applicable, c'est une solution économique.

4) Mise en place de plots en coulis ou mortier depuis la surface

Deux variantes :

· Piliers en sable-ciment dont le coffrage est une chaussette en géotextile ou piliers en micro-béton avec coffrage en bois ou métallique. La réalisation du coffrage suppose l'accessibilité.

· Plots à fort angle de talus naturel injectés par des forages. L'injection s'effectue depuis la surface par des forages (de diamètre 100 mm en général). On utilise un coulis de ciment pourvu d'un adjuvant rigidifiant. Dimension type : plot de 1,50 m de diamètre en tête.

Technique assez délicate (mise au point du coulis) et chères (pertes importantes). Technique limitée aux carrières non accessibles ou difficilement accessibles.

5) Béton projeté

Le béton projeté s'emploie lorsque la roche est sujette à altération ou à desquamation : gypse, craie... Il s'applique au ciel ou sur les piliers. Il s'utilise en général avec pose d'un treillis soudé. L'épaisseur est de l'ordre de 15 cm.

Coût : 200 à 500$ par m2 suivant les sujétions de mises en oeuvre.

III.3.2 Stabilisation par comblement

1) Remblaiement total

Le principe est de supprimer l'essentiel du vide souterrain par mise en place de matériaux sans liant hydraulique. Ces matériaux peuvent être variés et fonction des opportunités : déblais criblés, terres de fouille en provenance de gros chantiers voisins, stériles miniers etc.

La mise en place s'effectue :

· par engins mécaniques si l'accès est possible pour les engins. Le matériau peut être acheminé à partir d'une entrée en cavage ou être déversé par un puits et repris ensuite par les engins au fond.

· par déversement gravitaire :

o voie humide (sable et eau, cendre et eau, ...) par des forages de diamètre 100 à 200 mm, suivant une maille de 7x7 à 10x10 m. Cette technique permet de traverser d'importantes couvertures, couramment de 40 à 80 m.

o voie semi-humide (mélange moitié terre, moitié eau), si de grandes quantités d'eau sont disponibles sur le site. Sur certains chantiers de ce type, l'eau est directement pompée dans la nappe. Les puits ont un diamètre de 700 à 1000 mm. Le maillage est en général compris entre 15x15 et 20x20 m/

o voie sèche en l'absence d'approvisionnement économique en eau, par l'intermédiaire de puits de 100 à 400 mm de diamètre. La distance entre puits doit être inférieure à deux fois la hauteur des vides, car l'étalement des matériaux n'est pas très bon, ce qui implique de réaliser un grand nombre de forages.

Il se forme un vide résiduel après tassement : le clavage est nécessaire si l'on prévoit une construction au dessus. Le clavage est réalisé à l'aide d'un coulis de ciment mis en oeuvre à travers des forages disposés entre les puits de déversements, après essorage des matériaux. En cas de recherche d'une stabilisation totale en surface, il convient de sélectionner le matériau de comblement et son mode de mise en fonction du tassement différé attendu.

Le coût est très variable en fonction des quantités et des opportunités de matériaux disponibles :

· remblaiement par voie semi-humide : 70 à 100$ le m3 pour les gros chantiers.

· remblaiement par voie sèche : 400 à 500$ le m3.

2) Remblaiement partiel :

Le principe est d'assurer un certain frettage des piliers à leur base, là où ils sont le plus fragile en général, dans le cas de carrières de gypse. Cette disposition réduit leur élancement et augmente leur résistance.

Ce traitement a également pour effet de charger le radier et de s'opposer ainsi à son soulèvement lorsqu'il y a risque de "soufflage du mur".

3) Injection par forages :

Ce mode de comblement est adapté aux carrières inaccessibles.

Les matériaux injectés sont des sablons ou des cendres volantes traitées au ciment (quelquefois non traitées, dans le cas d'espaces verts en surface, auquel cas il convient de s'assurer que les matériaux ne risquent pas d'être entraînés par des circulations d'eau).

Il convient de s'assurer de la comptabilité des matériaux injectés vis-à-vis des contraintes environnementales.

Il faut au préalable établir un barrage pour circonscrire la zone à traiter. L'injection se déroule
ensuite en deux phases : emplissage gravitaire puis clavage (coulis plus riche en ciment).

Les caractéristiques mécaniques du coulis doivent être adaptées : l'ICG de Paris demande des résistances à 90 jours de 2 à 2,5 MPa pour des espaces verts en surface, de 4,5 à 5 MPa dans le cas de constructions.

Un ordre de grandeur pour la densité des forages d'injection est donné par les maillages ci-après : 3x3 m ou 4x4 m sous une construction, 5x5 m à 6x6 m sous une voirie et en périphérie de construction, 8x8 m à 10x10 m sous un espace vert.

La pression d'injection est faible, de façon à éviter de causer des désordres au voisinage : 0,1 à 0,3 MPa.

Le coût est très variable selon les chantiers. Il est fonction du dosage en ciment des coulis, des quantités mises en oeuvre, des facilités d'approvisionnement.

On ne peut donner qu'une fourchette : 200 à 1500$ par m3 de matériau injecté.

Un cas particulier est le traitement d'une zone effondrée. Deux parties doivent être traitées :

· au niveau de la carrière : injection des éboulis foisonnés après ceinturage de la zone effondrée (construction de murs si le secteur est accessible ou de barrière par injection dans le cas contraire).

· dans la zone décomprimée au-dessus de la cavité : traitement de consolidation. On injectera un coulis plus fluide sous une pression de 0,3 à 1 MPa, en veillant à ne pas provoquer le soulèvement des ouvrages environnants.

III.4 TECHNIQUES DE PREVENTION PASSIVE

Ce sont des actions au niveau de la construction ou de sa fondation destinées à la rendre insensible aux dégradations dues à l'évolution de la cavité. Ces techniques sont utilisées dans le cas de carrières inaccessibles ou considérées comme telles en raison de conditions de sécurité insuffisantes et possédant un recouvrement d'épaisseur suffisante. Elles s'appliquent essentiellement aux constructions et ouvrages neufs.

1) Renforcement de la structure d'une construction

Le principe est de rendre la construction quasi-monolithique : chaînages, fondations superficielles renforcées.

Les fondations sont calculées pour répondre à une condition de fontis définie selon l'expérience locale.

Cette solution est en principe réservée aux cas de petits vides dont la répartition est inconnue : karst, marnières, sapes, sites imparfaitement remblayés, foisonnés ou décomprimés.

2) Réalisation de fondations profondes

Le principe consiste à reporter la surcharge au-dessous du niveau des carrières au moyen de puits ou de pieux. Il faut évidemment vérifier qu'il n'y a pas d'autres niveaux exploités sous la pointe des pieux de fondation.

Il y a nécessité de ceinturage des pieux ou de chemisage, à la traversée de la cavité.

On notera que la réalisation de fondations profondes n'empêche pas la remontée des fontis, avec les conséquences évidentes : danger aux abords de la construction, désordres dans les caves et les sous-sols, possibilités de frottement négatif ou d'efforts horizontaux sur les pieux qui doivent être armés,

On pourra donc jumeler cette solution avec un remplissage ou des renforcements ponctuels.

3) Adaptation des réseaux souterrains

L'objectif est de limiter les risques de rupture et en particulier d'éviter les fuites d'eau qui peuvent accélérer le processus de dégradation d'une cavité.

On procédera soit par renforcement, soit en utilisant des raccords souples et déformables.

4) Adaptation de La voirie

Le renforcement de la structure de chaussée par des nappes de géotextiles réduit la déformation et donc limite le risque d'accident, mais n'évite pas certains désordres.

Cette méthode est utilisée lorsque les vides sont soupçonnés mais non identifiés et localisés.

III.5 TECHNIQUES DE SUPPRESSION DU VIDE SOUTERRAIN 1) Foudroyage

Le foudroyage est un procédé courant dans les mines.

Pour les carrières, il se révèle bien adapté lorsqu'il est prévu dès l'exploitation (géométrie régulière des piliers notamment) : c'est l'affaissement dirigé.

Même dans ce cas là, il peut subsister quelques vides résiduels. Par ailleurs le sol est très remanié et le terrain n'est pas considéré comme constructible. L'utilisation en espaces verts, en revanche, est tout à fait possible.

Dans le cas de carrières accessibles, mais non conçues à l'origine pour cette technique, la prudence s'impose et dans la plupart des cas un traitement des vides résiduels sera nécessaire. Pour les carrières non accessibles, le résultat est trop aléatoire.

2) Terrassement de la cavité

La technique consiste à mettre à jour la cavité par terrassement et de procéder à un remblaiement avec compactage.

C'est une solution possible lorsque la carrière est à faible profondeur.

CONCLUSION

En entament cette étude qui a porter sur la méthode de prévention des risques dues aux éboulements des roches dans les mines souterraines, notre objectif était de vérifier si les techniques de stabilisations pouvait réduire l'endommagement ou les risques de fracturations des parois rocheux et si elles pouvaient être intégrées au cycle de développement d'une mine souterraine.

Le champ d'étude de soutènement et stabilisation des massifs dans la terre n'a pas cessé de s'agrandir au fur et à mesure que l'importance des mines souterraines était reconnue.

Lors de l'excavation de mines souterraines, certains travaux présentent un risque accru de blessure par chute de roches. C'est le cas notamment des travaux d'écaillage et d'installation du soutènement.

Dans le cadre de cette étude, nous avons vu que la meilleur façon de gérer les éboulements des roches dans une mine souterraine c'est de les prévenir en utilisant les différentes techniques de soutènement telles que décrites précédemment.

En sachant comment soutenir les parois d'une mine souterraine cela permet de prévenir les risques des éboulements qui peuvent se manifester dans les mines souterraines. Cela marque l'importance de cette étude. La vie c'est la meilleur de chose que nous devons entraitenir.

Ce travail comportait trois chapitres dont le premier a été important sur le point de décrire les généralités essentielles sur les mines.

Au chapitre deuxième il a été question de faire des analyses détaillées sur les éboulements et les fracturations des masses rocheuses en générale et voir même dans les mines souterraines

Quant au chapitre troisième qui en lui seul a trouvé place une description systématique des méthodes de stabilisation des massifs rocheux utilisées dans les mines souterraines en vue de promouvoir la bonne marche et déroulement de travaux.

En somme, disons que le thème de " méthodes de prévention des risques dans une mine souterraine" étant si important surtout que les méthodes demeurent intéressantes en géologie. Cette oeuvre ouvre la voie à des nouvelles possibilités d'analyses qui pourraient intéresser bien des chercheurs et d'autres exploitants.

BIBLIOGRAPHIE

I. OUEVRES

1 A FAUCAULT et RAOULT, J .T 2000 Dictionnaire de géologie. Dumond Paris

2 JS GARDER et P Sainato, exploitation de sommet de montagne et developpement soutenable dans les appalachia, technologie d'exploitation, mars 2007.

3 P. HABIB (1972), comportement comparé des sols et des roches.

4 L. LOGEAIS (1971) Pathologie des murs de soutènements, anales ITBTP , septembre 1971

5 Pierre HABIB, précis de géotechnique

6 H. vidal(1966), la terre armée, anales ITBTP

7 APSM (1999): Statistiques de l'APSM sur les accidents dans les mines. Document présenté au comité en contrôle de terrain de l'AMQ.

8 Richard Simon, Étude de l'effet du sautage adouci sur la fracturation des parois d'une excavation souterraine, Août 2002

II. NOTES DE COURS

1. YOGOLELO, Cours de travaux minier et forage

2. KYANDA, Cours de mécanique de sols et des roches.

III. SITES INTERNET

1. Google

2. Wikipedia

3. www.e geologie.fr

4. www.scholargoogle.com

5. www.techniques-ingenieur.fr

PLAN DE TRAVAIL
INTRODUCTION		1
1 Problématique		1
2 intérêt et objectif du sujet		2
3 méthodologie		2
4 difficultés rencontrés		2
CHAPITRE I GENERALITES		.3
I.1 Analyse structurale des sols et propriété mécanique des roches		.3
I.1.1 introduction		...3
I.1.2 analyses structurales des sols		.4
I.1.3 structure et propriétés mécaniques des sols		5
I.2 Mécanisme de rupture des corps solides		6
I.2.1 relation entre contrainte et déformation		.6
1°) la rhéologie	..8
2°) contrainte et déformation des corps solides	9
I.2.2 glissement et éboulement	9
1°) glissements	9
2°) éboulements	10
I.3 Notion sur les mines et carrières	11
I.3.1 les mines	11
1°) mines à ciel ouvert	12
2°) mines souterraines	.13
I.3.2 les carrières	14

CHAPITRE II ANALYSE DETAILLEE DES EBOULEMENTS ETFRACTURATION DES

PAROIS D'UNE MINE SOUTERRAINE	...16
II.1 Analyse des éboulements	17
II.1.1 les différents types de mouvements de terrain	...17
II.1.2 les éboulements, les chutes des blocs et pierres	18
II.1.3 les effondrements et les affaissements	..19
II.2 la fracturation des parois d'une mine souterraine	.20
II.2.1 la considération théorique de l'endommagement des roches et massifs rocheux	20
II.2.2 l'endommagement des massifs rocheux	21

CHAPITRE III DESCRIPTION DES METHODES DE PREVENTON DES RISQUES DANS UNE MINE

SOUTERRAIINE	.334
III.1 Introduction		..24
III.2 Cartographie des zones à risques		..25
III.3 Techniques de prévention active		27
III.3.1consolidation de la cavité		..27
III.3.2 stabilisation par comblement		29

III.4 Techniques de prévention passive 42

III.5 Technique de suppression du vide souterrain 43

CONCLUSION 45

BIBLIOGRAPHIE 46

DEDICACE

A DIEU source de ma vie

A mes parents BUSANGA CHANGWI Dieudonné et COLLETE malgré ma séparation avec elle depuis un certain temps

A tous mes camarades géologues : MULAMBA KITOKO Francis, EPHRAIM KISUKI, BOVIC MUTHEOTSI MABANGO KATOTO Trésor, NGADJOLE DHIRO, MILAMBO KATSHURUZI, MUDEKE THIERRY,...

A vous tous mes frères et soeurs SEKETE CHANGWI, VUMILIA CHANGWI Patience, ZEPHIRIN CHANGWI, FABRICE CHANGWI, DORCAS CHANGWI, CONSOLATRICE CHANGWI, CHANGWI NDOOLE.

A la famille JONAS

A la famille LIKANGA

A la famille LULENFU

A vous tous mes oncles et tantes

A vous toutes mes connaissances : Cléophas KANIKI, KAGHENI NGEVE, BAHATI BWANENIRE Gracieux, IRENGE AYUMBA Guy, AKANDA Blaise, SEKERAVITI KIVAVA, LUCIEN KUBUYA, WETESHA BONSHI, GEORGES MWATSI, MARC KASEREKA, TAYLOR MAGAMBO, BERNADIN MAGADJU, PATRICK, TRESOR, DAVID SAMBWILA, SETH KATENZI, LUCK BATUNDI, AKILI, AMANI KAMPOMPO, BAHUNGA LUMOO Alain, BASHISEZE BAGANDA Daniel, NATHALIE NZONDERO.

A vous tous frères et soeurs, cousins et cousines et toute la famille

A ma future épouse

NDAMINYAA CHANGWI Héritier

REMERCIEMENT

A priori je dis merci à DIEU mon sauveur

A mon cher PAPA BUSANGA CHANGWI Dieudonné pour tant de sacrifices et privation consentis pour mon instruction. Que ce travail, fruit de vos efforts conjugués vous apporte soulagement et réconfort.

A vous ma très chère MAMAN COLLETE malgré votre absence auprès de moi, que ce travail vous prouve ma reconnaissance en tant que votre fils.

A vous MAMAN SIFA pour tant des sacrifices et votre affection combien louable que vous n'avez cessée de me témoigner pour les peines et souffrances que vous avez acceptée à cause de mes études. Que ce travail vous soit une consolation et une couronne de fleur que vous méritez sans doute !

A mon très cher directeur MUKUGILWA MYANGO Louis-pasteur pour sa bonté et pour ses efforts consentis pour la réalisation de ce dit travail!

A papa KAMBERE Alphonse pour tout ce que vous avait été pour moi durant ce parcourt.

A ma grand-mère SALIYABO pour tous les conseils ; voici le fruit de ce que vous avait été pour moi.

A ma mère KAHINDO pour les sages conseils que vous n'avez pas cessé de me prodiguer ; et voici le fruit de tout cela.

A tous nos professeurs, chefs de travaux et assistants de la faculté des sciences et sciences appliquées de l'Université Officielle de Bukavu qui nous ont apporté les connaissances théoriques et pratiques qui, nous ont été utiles pour aborder ce travail.

A tous mes amis, qui dans un même auditoire avons partagé les mêmes joies et peines durant les trois années de notre formation universitaires ; voici les fruits de vos conseils et encouragements.

NDAMINYAA CHANGWI Héritier

EPIGRAPHES

"De même que les pierres précieuses enfouies dans les profondeurs de la terre sont souvent recouvertes de saletés, je reconnais qu'il ya un géant précieux à l'intérieur de chaque individu. C'est pourquoi je m'attacherai de regarder non à l'apparente impureté mais au potentiel illimité qui est enfoui à l'intérieur de vases de terre que constitue chaque être humain"

Yvon Castanou

Le plus difficile dans la vie n'est pas d'arriver au sommet mais plutôt d'y demeurer

NDAMINYAA CHANGWI Héritie