Effet de cycles thermiques sur un massif rocheux : observations et mesures au laboratoire et in situ

Les instabilités rocheuses peuvent devenir des aléas majeurs. Plus encore que les températures extrêmes qui peuvent être atteintes, les variations cycliques de température augmentent les risques d’instabilité notamment sur les faces rocheuses soumises à des variations quotidiennes importantes d’ensoleillement. Le rôle des alternances gel/dégel a fait l’objet de nombreuses études ; en revanche, les aspects liés à la fatigue thermique et les phénomènes thermomécaniques se produisant au voisinage de la surface d’un massif rocheux (interface air–roche) sous l’effet des variations cycliques de température dues aux conditions climatiques naturelles le sont beaucoup moins. Le travail présenté ici synthétise cinq années de travail sur le sujet, menées en partie dans l’axe aléa du projet C2ROP.

Suivi des déformations du massif rocheux sous la fondation de la pile VII du Pont du Gard

Le Pont du Gard est un pont-aqueduc romain construit vers 50 après JC pour assurer le franchissement des gorges du Gardon par un aqueduc d’alimentation de la ville de Nîmes (France). Le pont-aqueduc et le pont routier attenant sont édifiés sur un entablement calcaire urgonien, karstifié et fracturé. Les ouvrages enjambent le lit mineur du Gardon par une voûte qui relie les piles VII et VIII. D’un point de vue géologique, ce chenal profond constitue une incision fracturée majeure dans ce paysage rocheux. Depuis près d’un siècle, les craintes d’une déstabilisation des flancs subverticaux de ce chenal ont motivé la mise en place de protections et de dispositifs de renforcement du massif rocheux. Un appareillage constitué par deux boulons instrumentés au moyen de capteurs extensométriques et une sonde de température a été mis en place dans l’appui rocheux de la pile VII et a fait l’objet d’un suivi pendant plusieurs années. Cette auscultation révèle des déformations de la roche qui évoluent avec le régime saisonnier des températures atmosphériques. Parmi les fluctuations journalières, des petits évènements semblent pouvoir être attribués à la variation de la température de l’eau pendant certaines crues du Gardon. Un calcul approximatif de ces variations saisonnières et momentanées a été effectué au moyen d’une formulation analytique. Un premier paragraphe présente une revue bibliographique des effets thermiques dans les massifs rocheux sous l’influence des conditions climatiques. Le paragraphe suivant est consacré à la présentation du site, de ses conditions environnementales et des travaux de renforcement. Les principales caractéristiques du dispositif d’auscultation sont présentées ensuite, puis les données recueillies. Une simulation des effets de la température est proposée enfin. Les résultats permettent d’expliquer effectivement l’ordre de grandeur des déformations observées dans la roche.

Caractérisation des massifs rocheux pour le dimensionnement de pieux forés en mer

Les pieux forés et cimentés sont une solution envisagée comme fondations de structures marines dans les roches tendres à dures rencontrées au large des côtes françaises. Le dimensionnement des pieux au rocher est un exercice délicat. L’exécution de séries d’essais de cisaillement d’interface à rigidité constante (dits essais CNS) est considérée comme une approche réaliste pour estimer la résistance au cisaillement de l’interface roche-ciment sous chargements statiques et cycliques. Les essais CNS sont conditionnés par deux paramètres clés qui sont liés aux caractéristiques du massif rocheux : la rigidité du massif et la géométrie de l’interface roche-ciment. Cet article propose une approche méthodologique pour estimer ces paramètres.

Simulations numériques de l’écoulement de l’eau et du transport de contaminants autour de rejets miniers entreposés dans un massif rocheux fracturé

Résumé Des simulations numériques de l’écoulement de l’eau souterraine et du transport de masse ont été réalisées pour étudier l’influence des fractures présentes dans un massif rocheux sur l’écoulement souterrain autour de dépôts miniers entreposés dans une mine à ciel ouvert. Les simulations de l’écoulement et du transport de contaminants ont été effectuées à l’aide du modèle numérique HydroGeosphere. Les analyses présentées ici ont été réalisées en deux dimensions. Les simulations incluent la zone non saturée et utilisent les propriétés des matériaux obtenues expérimentalement. Elles considèrent différentes conditions aux limites. Les effets des propriétés hydrogéologiques des matériaux (c.a.d la courbe de rétention d’eau et la fonction de conductivité hydraulique), des caractéristiques du réseau de fractures (fractures verticales seulement, réseau de fractures orthogonales) et de la perméabilité des fractures ont été étudiés. Les simulations montrent que l’écoulement de l’eau et le transport de contaminants sont fortement affectés par le type de dépôts placés dans la fosse (stériles miniers ou rejets de concentrateurs), la nature des conditions initiales et aux limites imposées et la fracturation du massif rocheux avoisinant. La présence de fractures perméables cause une migration plus rapide des contaminants provenant des rejets et le panache de contamination peut alors atteindre des distances plus élevées, ce qui peut augmenter le risque de contamination des eaux souterraines ou des eaux de surface. La perméabilité de fractures du massif rocheux autour d’une fosse de rejets miniers devrait donc être caractérisée pour améliorer la prédiction de la migration de contaminants à partir de la fosse.

Caractérisation hydraulique d'un massif calcaire fissuré de Franche-Comté (France)

Un site expérimental représentatif du milieu calcaire fissuré a été étudié dans le Jurassique supérieur de la vallée de la Loue. Un forage carotté de trente mètres a été réalisé et étudié par différentes techniques de laboratoire (porosité, perméabilité, vitesse ultrasonique, quantification de la fissuration) et de terrain (essais hydrauliques par injection entre obturateurs, diagraphies soniques, densité). Le massif rocheux concerné a été exploré en surface à partir de la sismique réfraction. Les principaux résultats obtenus permettent de relier les paramètres hydrauliques à la fissuration du massif calcaire. On constate une mauvaise relation entre les mesures de laboratoire et de terrain par suite d'un effet d'échelle, les investigations étant faites sur des volumes variant de quelques centimètres cubes à plusieurs mètres cubes. En effet, la matrice homogène et isotrope est perturbée par des fissures (fermées ou ouvertes). Le milieu continu représenté par la matrice et observé au laboratoire s'avère discontinu sur le terrain. L'indice le obtenu à partir de la diagraphie sonique paraît intéressant, mais doit être utilisé avec prudence et après correction dans les zones à argilosité reconnue, en effet dans ces zones on constate que pour des valeurs supérieures à 10 de l'indice lc brut, aucun écoulement n'a été mis en évidence par essai hydraulique. Un abaque de correction C (lc) a donc été établi qui tient compte de la teneur en argile et qui permet de proposer un indice corrige le -C (lc) plus fiable.