Résumé
III
Les travaux miniers et les méthodes d'exploitation dans
les mines à ciel ouvert engendrent de grands espaces vides dans les
massifs rocheux, qui peuvent être la cause principale des glissements des
terrains aux niveaux des talus des gradins en exploitation.
L'ampleur de ces glissements dépend de plusieurs
facteurs géologiques, géotechniques et naturels, parmi lesquels
on peut citer :
- Géologie du gisement surtout son aspect lithologique et
structural ;
- Propriétés physiques et mécaniques de la
masse rocheuse ;
- Eléments géométriques des couches
minéralisées ;
- Paramètres géométriques de la
méthode d'exploitation et de l'espace vide ;
- Présence de l'eau.
Si des mesures de sécurité et de technologie ne
sont pas prise au sérieux, à cet effet l'environnement sera
affecté.
Le but principal recherché dans ce travail est
d'évaluer la stabilité de la mine à ciel ouvert de
Djebel-El-Onk par un facteur de sécurité tout en appliquant les
méthodes analytiques et numériques.
Les résultats obtenus nous ont permis d'avoir un
facteur de sécurité acceptable et la proposition d'un
modèle géotechnique pour l'exploitation des gradins futurs.
Mots Clés :
Stabilité ; Djebel-El-Onk ; Glissement ; facteur de
sécurité.
IV
TABLE DES MATIÈRES
REMERCIEMENTS
DEDICACES
DEDICACES
ÕÎáã I
Abstract II
Résumé III
TABLE DES MATIÈRES IV
LISTE DES FIGURES VIII
LISTE DES TABLEAUX X
INTODUCTION GENERALE 1
Chapitre I Description du site d'étude 2
Introduction 3
I.1. Historique de la découverte et de l'exploitation des
phosphates de Djebel-El-Onk 3
I.2. Cadre géologique régionale de Djebel-El-Onk
4
I.2.1. Situation géographique régionale de
Djebel-El-Onk 4
I.2.2. Climat régionale de Djebel-El-Onk 6
I.2.3. Stratigraphie 7
I.2.3.1. Crétacé 7
I.2.3.2. Paléogène 8
I.2.3.3. Eocène 9
I.2.3.5. Quaternaire 10
I.2.4. Tectonique régionale 11
I.3. Cadre géologique régionale de Kef-Essnoun
12
I.3.1. Situation géographique régionale de
Kef-Essnoun 12
I.3.2. Stratigraphie 13
I.3.3. Tectonique 14
I.3.3. Aperçu hydrogéologique 15
I.3.3.1. Eaux de surfaces 15
I.3.3.2. Eaux souterraines 16
I.3.4. Aperçu sur l'exploitation du gisement de
Kef-Essnoun 16
I.3.4.1. Caractéristiques géo-minières du
gisement de Kef-Essnoun 16
I.3.4.2. Ouverture du gisement de Kef-Essnoun 17
V
I.3.4.3. Choix de la méthode d'exploitation 17
I.3.4.4. Travaux préparatoires 18
I.3.4.5. Travaux de forage 18
I.3.4.6. Travaux de tir 19
I.3.4.7. Explosifs utilisés 19
I.3.4.8. Processus de chargement et transport de la masse
rocheuse 20
Conclusion 21
Chapitre II Etude bibliographique 22
Introduction 23
II.1. Structure des massifs rocheux 23
II.1.1. Description des massifs rocheux 23
II.1.2. Description des discontinuités 24
II.1.2.1. Influence des discontinuités sur le
comportement d'un massif rocheux 24
II.1.2.2. Types de discontinuités 25
II.1.2.3. Propriétés géométriques
des discontinuités 26
II.1.2.3. Caractéristiques mécaniques des
discontinuités 29
II.2. Méthodes de classification des roches pour
l'étude des instabilités 30
II.3. Instabilité des massifs rocheux 31
II.3.1. Mouvements rapides 32
II.3.1.1. Ecroulements 32
II.3.1.2. Coulées 32
II.3.2. Mouvements lents 33
II.3.2.1. Fluage 33
II.3.2.2. Glissements 33
Types de glissement de terrain 33
Glissement circulaire 33
Glissement circulaire simple 33
Glissement circulaire complexe 34
Glissements plans 34
Glissement circulaire de coin (dièdre) 34
II.3.2.3. Basculement (Toppling) 34
II.3.3. Facteurs influant sur la stabilité des talus 35
II.3.3.1. Influence des facteurs naturels d'exploitation sur la
stabilité 35
VI
II.3.3.2. Influence des facteurs techniques d'exploitation sur la
stabilité 36
II.4. Principe de l'évaluation de la stabilité
36
II.4.1. Moyens de contrôle et de surveillance de la
stabilité 37
II.4.2. Méthodes de confortement des glissements 38
II.4.2.1. Terrassements 38
II.4.2.2. Dispositifs de drainage 40
II.5. Méthodes d'analyse de la stabilité 41
II.5.1. Méthodes basées sur l'équilibre
limite (méthode des tranches) 42
II.5.1.1. Méthode des tranches de Fellenius 42
II.5.1.2. Méthode des tranches de Bishop 44
II.6. Présentation du logiciel Géoslope /
Géostudio 2018 45
II.6.1. Généralité 45
II.6.2. Fonctionnement du logiciel 46
Conclusion 50
Chapitre III Etude de la stabilité du flanc Nord-Ouest de
Kef-Essnoun 51
Introduction 52
III.1. Caractéristiques physico-mécaniques 52
III.2. Etude Analytique 53
III.2.1. Calcul du facteur de sécurité en fonction
du changement de l'angle du talus (á) 53
III.2.1.1. 1er cas á = 600 53
III.2.1.2. 2ème cas á = 700
54
III.2.1.3. 3ème cas á = 800
55
III.2.2. Calcul des facteurs de sécurité en
fonction du changement de la hauteur du gradin 56
III.2.2.1. 1er cas Hg = 15 m 57
III.2.2.2. 2ème cas Hg = 17 m 58
III.2.2.3. 3er cas Hg = 20 m 59
III.2.3. Interprétation des résultats analytiques
60
III.3. Etude Numérique 61
III.3.1. Disposition stratigraphique des couches du gisement de
flanc nord-ouest de la mine
de Kef-Essnoun 61
III.3.2. Etude de stabilité par le logiciel
Géoslope 62
III.3.2.1. Création des modèles 62
III.3.2.2. Introduction des caractéristiques
physico-mécaniques de chaque couche 64
III.3.2.3. Choix de la surface de glissement 65
VII
III.3.2.4. Choix de la méthode de calcul 66
III.3.2.5. Lancement de calcul 67
III.3.2.6. Interprétation des résultats
numériques 68
Conclusion 68
CONCLUSION GENERALE 70
Références bibliographiques 72
VIII
LISTE DES FIGURES
Figure I.1. Carte géographique des gisements de
phosphates de la région de Djebel-El-Onk 5
(SONAREM 1978) 5
Figure I.2. Carte géographique et géologique des
gisements de Djebel-El-Onk (Priant et
Cortial., 1993) 7
Figure I.3. Colonne stratigraphique de la région de
Djebel-El-Onk (Cielensky et Benchernine.,
1987) 11
Figure I.4. Carte structurale de la région de
Djebel-El-Onk (Aissaoui., 1984) 12
Figure I.5. Plan topographique de Kef-Essnoun (SOMIPHOS) 13
Figure I.6. Coupe géologique du gisement de Kef-Essnoun
dans la partie des dressants 14
Figure I.7. Structure de la couche de phosphate dans la zone
de Kef-Essnoun et localisation
des sondages carottés (Prian et Cortiel., 1993) 15
Figure I.8. Sondeuse roto percutante 19
Figure I.9. Explosif de la Marmanite et l'Anfomile 19
Figure I.10. Opération de chargement (prise le
17/03/2021) 20
Figure II.1. Structure d'un massif rocheux 24
Figure II.2. Représentation de la direction et du
pendage d'un plan 26
Figure II.3. Mesure de l'espacement 27
Figure II.4. Mesure de la fréquence des
discontinuités 28
Figure II.5. Réseau de fracture, zoom sur la
rugosité d'une fracture (a) et une fracture
linéarisée (b) 28
Figure.II.6. Persistance de différents ensembles de
fractures 28
Figure II.7. Fissure ouverte et remplie 29
Figure II.8. Essais de cisaillement sur "joint" rocheux 30
Figure II.9. Deux types d'écroulement : a) par rupture
d'un plan de falaise ; b) à la suite d'un
glissement plan 32
Figure II.10. Coulées boueuses 32
Figure II.11. Modèle représentatif du
phénomène de fluage 33
Figure II.12. Différents types de glissements 35
Figure II.13. Butée de pied 38
Figure II.14. Allégement en tête 39
Figure II.15. Reprofilage 40
Figure II.16. Purge 40
Figure II.17. Description de la surface de rupture 42
IX
Figure II.18. Découpage en tranches d'un talus
(Fellenius 1927) 42
Figure II.19. Forces agissantes sur la tranche 43
Figure II.20. Présentation du logiciel Géoslope
Géostudio 2018 46
Figure II.21. Menus disponibles sur logiciel SLOPE/W 47
Figure II.22. Fenêtre de définition des
unités 47
Figure II.23. Fenêtre d'affichage des informations sur
la tranche 48
Figure II.24. Fenêtre d'insérer les
caractéristiques mécaniques des déférentes couches
49
Figure III.1. Schéma de calcul du facteur de
sécurité 53
Figure III.2. Schéma de calcul du facteur de
sécurité 54
Figure III.3. Schéma de calcul du facteur de
sécurité 55
Figure III.4. Variation du facteur de sécurité
en fonction de l'angle du talus des gradins pour
le phosphate (D'après Fellenius et Bishop) 56
Figure III.5. Schéma de calcul du facteur de
sécurité 57
Figure III.6. Schéma de calcul du facteur de
sécurité 58
Figure III.7. Schéma de calcul du facteur de
sécurité 59
Figure III.8. Variation du facteur de sécurité
en fonction de la hauteur du gradin pour le
phosphate (D'après Fellenius et Bishop) 60
Figure III.9. Plan topographique actuel de la région de
Kef-Essnoun (SOMIPHOS. 2021) 61
Figure III.10. Profil du site d'étude, coupe (01-01)
61
Figure III.11. Profil du site d'étude, coupe (02-02)
62
Figure III.12. Profil du site d'étude, coupe (03-03)
62
Figure III.13. Profil du site d'étude, coupe (01-01)
(Géoslope) 63
Figure III.14. Implémentation des paramètres
physiques et mécaniques du massif rocheux 64
Figure III.15. Choix de la surface de glissement 65
Figure III.16. Choix des méthodes de calcul 66
Figure III.17. Coefficient de sécurité selon la
méthode de Bishop 67
Figure III.18. Coefficient de sécurité selon la
méthode de Fellenius 67
X
LISTE DES TABLEAUX
Tableau II.1. Description de l'espacement des
discontinuités [9]. 27
Tableau II.2. Équilibre des talus en fonction des
valeurs théoriques du coefficient de sécurité
[18]. 37
Tableau III.1. Propriétés
physico-mécaniques du flanc Nord-Ouest de Kef-Essnoun 52
Tableau III.2. Calculs obtenus pour le 1er cas :
á = 600 53
Tableau III.3. Calculs obtenus pour le 2ème
cas : á = 700 54
Tableau III.4. Calculs obtenus pour le 3ème
cas : á = 800 55
Tableau III.5. Facteurs de sécurité obtenus pour
tous les cas 56
Tableau III.6. Calculs obtenus pour le 1er cas : Hg
= 15 m 57
Tableau III.7. Calculs obtenus pour le 2ème
cas : Hg = 17 m 58
Tableau III.8. Calculs obtenus pour le 3ème
cas : Hg = 15m 59
Tableau III.9. Facteurs de sécurité obtenus pour
tous les cas 60
Introduction Générale
2020/2021
1
INTODUCTION GENERALE
Un des objectifs principaux de l'exploitation minière
à ciel ouvert et en souterrain, est d'assurer avant tout la
stabilité des espaces vides, ce qui peut être atteint en mines
à ciel ouvert contemporaines du monde, en Algérie et plus
particulièrement à l'entreprise minière de Djebel-El-Onk,
ou les conditions sont bien réunies.
L'analyse de la stabilité est relativement complexe.
Cette complexité n'est pas spécifique aux mines à ciel
ouvert mais elle résulte des incertitudes reposant sur de nombreux
paramètres caractérisant le milieu : lithographie, état et
distribution de la fracturation à différentes échelles
(micro, macro), caractéristiques et propriétés
mécaniques des différentes strates, nature et intensité
des sollicitations.
La mine à ciel ouvert de Djebel-El-Onk
sélectionnée dans notre cas d'études est située
à l'est de l'Algérie. Elle extrait le minerai de phosphate par
des méthodes à ciel ouvert. En 2007, La mine a subi un glissement
au niveau de la zone de Kef-Essnoun d'une grande ampleur qui a causé
l'arrêt total de la production.
En se basant sur cette préoccupation pratique, nous
avons essayé de cerner le problème posé par des
différentes méthodes scientifiques à savoir les
méthodes analytiques et les méthodes numériques, afin
d'évaluer la stabilité de la nouvelle zone d'exploitation par la
détermination d'un facteur de stabilité malgré que cette
zone sujette aux failles et aux fractures.
Ce travail de recherche renferme trois chapitres à savoir
:
Le premier chapitre représente une description du site
d'étude qui regroupe l'historique de l'exploitation du phosphate de la
région de Djebel-El-Onk, l'hydrogéologie, la stratigraphie,
l'ouverture du gisement de Kef-Essnoun et les différentes étapes
d'exploitation.
Le deuxième chapitre est consacré à
l'étude bibliographique générale sur la stabilité
des carrières et des mines à ciel ouvert. Il contient d'une part,
une description des massifs rocheux, leurs discontinuités et leurs
méthodes de classification. D'une autre part, une présentation
des différents types d'instabilité structurale, des
paramètres influant sur la stabilité des talus et des
méthodes d'analyses de la stabilité.
Quant au troisième chapitre, il traite la
stabilité du flanc Nord-Ouest de Kef-Essnoun avec une prévention
d'un éventuel risque d'instabilité représenté par
un facteur de sécurité déterminé par des
méthodes analytiques d'équilibre limite (Fellenius et Bishop). Le
logiciel de calcul utilisé dans cette étude le logiciel est
GEO-SLOPE.
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