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.
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