Mise en sécurité des cavités souterraines_Guide Technique

RAPPORT DTUDE 15/02/2007

INERIS-DRS-07-86042-02484A

Mthodes de mise en scurit des populations faceau risque deffondrement de cavits souterraines

Guide technique

Programme EAT-DRS-02

INERIS-DRS-07-86042-02484APage 1 sur 123

Mthodes de mise en scurit des populations face aurisque deffondrement de cavits souterraines

Guide technique

Programme EAT-DRS-02

Ministre de lEcologie et du Dveloppement Durable


PREAMBULELe prsent rapport a t tabli sur la base des informations fournies l'INERIS, desdonnes (scientifiques ou techniques) disponibles et objectives et de la rglementation envigueur.

La responsabilit de l'INERIS ne pourra tre engage si les informations qui lui ont tcommuniques sont incompltes ou errones.

Les avis, recommandations, prconisations ou quivalent qui seraient ports par l'INERISdans le cadre des prestations qui lui sont confies, peuvent aider la prise de dcision.Etant donn la mission qui incombe l'INERIS de par son dcret de cration, l'INERISn'intervient pas dans la prise de dcision proprement dite. La responsabilit de l'INERISne peut donc se substituer celle du dcideur.

Le destinataire utilisera les rsultats inclus dans le prsent rapport intgralement ou sinonde manire objective. Son utilisation sous forme d'extraits ou de notes de synthse serafaite sous la seule et entire responsabilit du destinataire. Il en est de mme pour toutemodification qui y serait apporte.

L'INERIS dgage toute responsabilit pour chaque utilisation du rapport en dehors de ladestination de la prestation.

Rdaction Vrification Approbation

NOM J.-J. TRITSCH C. DIDIER M. GHOREYCHI

Qualit Responsable dtudes etde Recherches,

Dlgu Expertise etAppui Technique

lAdministration

Directeur adjoint desRisques du Sol et du

Sous-sol,Dlgu scientifique

Directeur des Risques duSol et du Sous-sol

Visa


TABLE DES MATIERES

1. PRFACE ..................................................................................................................................................7

2. INTRODUCTION........................................................................................................................................9

3. CAVITS SOUTERRAINES ET ALAS..................................................................................................103.1 Historique ...........................................................................................................................103.2 Les cavits souterraines ....................................................................................................113.3 Nature et consquences des accidents.............................................................................16

4. MAITRISE DU RISQUE ...........................................................................................................................214.1 Reconnaissance et valuation de lala ............................................................................214.2 la prvention.......................................................................................................................23

5. INSPECTION ET SURVEILLANCE .........................................................................................................295.1 Les techniques de surveillance : principes et objectifs......................................................295.2 Linspection visuelle ...........................................................................................................295.3 La surveillance instrumente .............................................................................................31

6. LES TECHNIQUES DE CONSOLIDATION DES CAVITS ....................................................................416.1 Gnralits.........................................................................................................................416.2 Le boulonnage ...................................................................................................................426.3 Les soutnements porteurs en galeries : maonneries, cadres et revtements btonns456.4 Armement des piliers par boulons et tirants ......................................................................506.5 Projections de bton ou de rsine .....................................................................................526.6 Ceinturage - Cerclage des piliers ......................................................................................536.7 Edification des piliers artificiels ..........................................................................................55

7. LES DIFFRENTES MTHODES DE COMBLEMENT DES VIDES.......................................................597.1 Gnralits.........................................................................................................................597.2 Le remblaiement par voie pneumatique (pour mmoire)...................................................647.3 Le remblaiement partiel .....................................................................................................667.4 Remblaiement direct partir du fond par engins mcaniss ............................................707.5 Remblaiement par dversement gravitaire depuis la surface ...........................................747.6 Remplissage et traitement des terrains par injections.......................................................857.7 Remplissage par mousses thermodurcissables ................................................................96

8. MTHODES DE TRAITEMENT PAR SUPPRESSION DES VIDES......................................................1018.1 La mthode de comblement-terrassement ..................................................................... 1018.2 Les mthodes par foudroyage ........................................................................................ 1048.3 Les mthodes par pilonnage intensif .............................................................................. 106

9. LES MTHODES DE TRAITEMENT PAR PROTECTION PASSIVE....................................................1079.1 Renforcement de structure et fondations superficielles.................................................. 1079.2 Fondations profondes ..................................................................................................... 1089.3 Renforcement en sous uvre ........................................................................................ 1099.4 Mthodes parachutes ..................................................................................................... 1109.5 Adaptation des rseaux .................................................................................................. 112

10. SYNTHSE RCAPITULATIVE : CRITRES DE CHOIX DES DIFFRENTES MTHODES DE MISEEN SCURIT .......................................................................................................................................113

10.1 Les objectifs atteindre .................................................................................................. 11410.2 Les domaines dutilisation............................................................................................... 11410.3 Le niveau de scurit admissible.................................................................................... 11510.4 Aspects techniques......................................................................................................... 11710.5 Aspects conomiques..................................................................................................... 117

11. BIBLIOGRAPHIE...................................................................................................................................119

12. LISTE DES ANNEXES...........................................................................................................................123


Avertissement

Lanalyse de mthodes de mise en scurit, dveloppe dans ce document de synthse,procde dune dmarche purement informative auprs des personnes, des responsableslocaux ou des membres dassociations qui, confronts aux risques deffondrementdanciennes carrires souterraines abandonnes recherchent des connaissances de basesur les techniques disponibles et leur choix.

Le caractre gnral et synthtique du document ne vise pas les aspects spcifiques quelques rgions, dpartements ou localits qui disposent dj de documents caractrerglementaire, telle que, par exemple, la rgion parisienne ou celle des Yvelines et duVal-dOise, dotes dun service dInspection Gnrale des Carrires. La dlivrance dunpermis de construire peut y tre beaucoup plus contraignante que dans dautres rgions,avec des obligations concernant les travaux qui dcoulent de notices techniquesspcifiques.

Ce document ne se substitue non plus aux obligations rglementaires ou normativessappliquant aux pratiques techniques, aux objectifs de scurit viss, ou la destinationdes ouvrages. Le matre douvrage et le matre duvre gardent leur entireresponsabilit pour ce qui concerne le choix effectif des mthodes et leur mise en uvredans lenvironnement du site, au sens large. Toutefois, des prescriptions minimalespeuvent galement tre imposes par la puissance publique, notamment dans les zonesidentifies dans les PPRN (Plans de Prvention des Risques Naturels) comme pouvantprsenter des risques particuliers.

On rappellera, ce titre, quavant dinitier tout chantier de travaux, il est ncessaire deprocder des tudes techniques et conomiques prliminaires menes par desspcialistes du domaine.


1. PREFACELargement rparties sur le territoire national, les cavits souterraines creuses parlhomme, grottes, carrires abandonnes, habitations troglodytiques, refuges souterrains,sapes de guerre, etc., constituent un problme proccupant pour de nombreusescommunes du fait de leur concentration et du caractre inluctable de leur dgradation.Les accidents ou incidents se produisent rgulirement, en particulier dans les zonesfortement urbanises ou leur priphrie, par effondrement total ou localis des ouvragessouterrains. Les vides du sous-sol sont donc une source de danger potentiel pour lespersonnes et pour les biens, et induisent une contrainte forte en termes damnagementet de dveloppement urbain.

Il appartient lEtat et aux maires des communes, de porter la connaissance descitoyens linformation sur les risques existants auxquels ils sont soumis dans certaineszones du territoire et sur les mesures de sauvegarde qui les concernent, conformment larticle L125-2 du Code de lEnvironnement. Dans les communes disposant dun plan deprvention des risques naturels prvisibles, le maire informe la population rgulirementsur la nature des risques, les mesures de prvention possibles et les dispositions prisespar la commune pour grer le risque. Cette information est dlivre avec laide desservices de lEtat comptents, dans le cadre des mesures prises en application de la loi n87-565 du 22 juillet 1987.

Face la sensibilisation sans cesse croissante de la population vis--vis des risquesnaturels au sens large, il est apparu urgent pour lAdministration de prendre des mesuresrglementaires en matire de renforcement de la protection de lenvironnement. Lesmesures concernent plus particulirement la sauvegarde des populations menaces parles phnomnes dinstabilit du sol induits par la prsence danciennes carriressouterraines abandonnes.

Indpendamment des dispositions prventives conservatoires comme linterdictiondaccs assortie ou non de mesures dindemnisation, des solutions techniques peuventtre mises en uvre en matire de prvention des risques et de gestion de la scuritpublique, par les autorits comptentes comme par lensemble des intervenants danslacte damnager et de construire. Elles reposent sur la meilleure connaissance possibledes phnomnes physiques et des techniques disponibles permettant de mettre le site enscurit, provisoirement ou dfinitivement.

Afin de prciser les conditions et les limites dutilisation de ces mthodes, il a paruopportun la Direction de la prvention des pollutions et des risques (DPPR) de confier lInstitut de lEnvironnement Industriel et des Risques (INERIS) un travail de synthsedocumentaire qui fasse le point, dans un document unique, des connaissances actuellesen matire de prvention ou de protection vis--vis de lala li aux cavits souterraines.Tel est lobjet du prsent guide, ralis notamment lattention des bureaux dtudes, desexperts, des matres duvre ou des gestionnaires douvrages concerns. Il traite plusparticulirement des anciennes carrires souterraines aujourdhui abandonnes, maiscertaines techniques sont galement valables pour les carrires en activit et les minesbien quelles relvent dun statut juridique diffrent.

Nous remercions plus particulirement les diffrents organismes, tels que lInspectionGnrale des Carrires de Paris (IGC-75) et de Versailles (IGC-78) et le Laboratoirecentral des Ponts et Chausses (LCPC) ainsi que tous les bureaux dtudes etentreprises qui ont bien voulu valider ce document, participer son laboration ou fournirquelques illustrations quils ont bien voulu nous confier.


2. INTRODUCTIONLexploitation danciennes carrires souterraines a souvent accompagn ledveloppement conomique et dmographique de nombreuses rgions ouagglomrations qui ont du faire face ds le XIXme sicle une forte croissance depopulation qui a induit la ncessit de constituer de vastes ensembles urbaniss. Surlensemble du territoire national, de trs nombreuses villes et leur priphrie sontdsormais sous-mines par des cavits souterraines qui peuvent poser de gravesproblmes de scurit pour les populations et des difficults de dveloppement pour lesconstructions futures et les projets damnagement.

Les problmes de scurit publique en prsence de vides souterrains concernent toutesles surfaces sous-mines, quelles soient, au sens du P.L.U (ancien P.O.S), des zonesdites naturelles, des zones urbanises ou des zones urbanisables.

Les risques induits par ces exploitations, bien que connus depuis longtemps, ontcommenc tre vritablement pris en compte la suite de plusieurs accidents gravesau cours de la deuxime moiti du XVIIIme sicle. Cette prise de conscience a amenlAdministration crer lInspection Gnrale des Carrires de Paris en 1777. Ces risquesnont, en fait, jamais t totalement matriss par souci de prserver le dveloppementindustriel ou par linfluence dune forte pression foncire.

En ltat actuel des choses, la mise en scurit des personnes et des biens oblige, soit prendre des mesures prventives de sauvegarde (pril imminent), trs souvent malacceptes par les intresss, soit au contraire engager des travaux de protection, dontles cots peuvent avoir de srieuses incidences sur le contexte socio-conomique de largion affecte. Il sagit nanmoins dun investissement souvent ncessaire, voireindispensable, pour assurer une scurit acceptable des personnes, la prennit du btiexistant ou le dveloppement de projets durbanisation.

Dans chaque cas dexposition un risque deffondrement, le choix de la mthode detraitement adapte la situation se pose. Il se pose non seulement sur le plan purementtechnique o des solutions trs diverses sont disponibles, mais aussi sur le plandcisionnel de la matrise du risque en dfinissant clairement les objectifs viss quant ladestination du site et le niveau de protection adapt aux enjeux. Le choix final de lasolution retenue repose invitablement sur des critres techniques et conomiques, et nepeut se justifier qu partir dune analyse comparative suffisamment approfondie desmthodes disponibles dont aucune ne prsente un caractre suffisamment universel pourcouvrir lensemble des domaines dapplication.

Le prsent guide a t rdig dans cette optique, avec pour objectif principal de mieuxfaire connatre ces techniques auprs dun large public directement concern par lesproblmes relatifs aux cavits souterraines abandonnes : responsables de collectivitslocales, services techniques spcialiss, bureaux dtudes, matres duvre, entreprises,gestionnaires douvrages, gotechniciens, etc. En principe limit la mise en scurit despersonnes et du bti existant, ce guide fournit galement des renseignementscomplmentaires utiles visant les constructions nouvelles . Par contre, il ne traite pas desdispositions prventives rglementaires, comme linterdiction daccs ou lvacuation,assorties ou non de mesures dindemnisation, prises en cas de pril imminent.

Quil sagisse dinspection, de surveillance, de comblement, dinjection de coulis, oudabattage avec suppression des vides, lanalyse compare des mthodes de traitementprsente dans ce guide, repose sur des critres la fois techniques, pratiques etconomiques sous-tendus par lobjectif essentiel qui est de mieux en faire comprendre lesopportunits respectives afin den faciliter le choix.


3. CAVITES SOUTERRAINES ET ALEAS

3.1 HISTORIQUESur lensemble du territoire franais, les surfaces sous-mines par danciennes carriressouterraines abandonnes reprsentent plusieurs dizaines de milliers dhectares. Il sagitle plus souvent dexploitations de calcaire, de marne ou de gypse, mais aussi de marbre,dardoise ou dargile, matriaux essentiellement utiliss pour la construction, soitdirectement, soit aprs transformation.

La plupart de ces carrires sont trs anciennes : certaines remonteraient au VIIme sicle(banlieue lilloise), dautres des XIme, XIVme, XVme sicle (Caen, Paris, Picardie). Ledveloppement de lexploitation en souterrain a toutefois eu son apoge entre le XVIImeet le XIXme sicle.

Figure 1 : Ancienne carrire de calcaire de La Maladrerie (prs de Caen, Calvados)

Souvent creuses la priphrie dagglomrations importantes, voire sous les villes elles-mmes, et rapidement gagnes puis dpasses par la croissance de lurbanisation, lesanciennes exploitations, souvent ngliges, furent lorigine de nombreux accidents lisessentiellement leur dgradation progressive sous leffet des facteurs daltration dontle temps nest pas le moindre.

Pendant de nombreux sicles, les carrires ouvertes sans autorisation ni soumises aucune surveillance particulire ou rglementaire furent exploites un peu nimporte o,sans souci des limites et abandonnes elles-mmes, devenant ainsi rapidementoublies et/ou inaccessibles.

Il ne semble pas que le problme de la stabilit des carrires souterraines ait t lobjetde quelque souci ou proccupation avant une succession de graves effondrementsmeurtriers la fin du XVIIIme sicle. Celui de la route de Paris Orlans, en 1774, fut lorigine de la cration par le Roi Louis XVI dun service spcial dingnieurs, futureInspection Gnrale des Carrires en 1777. Sa premire mission, excute quelquesjours aprs, fut de prendre les mesures de sauvegarde dun immeuble en partie effondrdans une excavation de 20 m de profondeur et menac de la ruine totale.

Les mesures de contrle et de sauvegarde adoptes tant par le Service des Mines,devenu Direction Rgionale de lIndustrie, de la Recherche et de lEnvironnement duMinistre de lIndustrie, pour les carrires en activit, que par les Services PublicsdInspection des Carrires rattaches un dpartement ou une rgion, pour lescarrires abandonnes, permirent de rduire au minimum le nombre des catastrophes pareffondrement du sous-sol depuis le XIXme sicle.


3.2 LES CAVITES SOUTERRAINES

Rpartition sur le territoire nationalLa concentration des anciennes carrires souterraines est impressionnante dans certainsdpartements, lorsque les conditions dexploitation ou la qualit du matriau y taientparticulirement favorables. Les rgions les plus touches par la prsence des carriressont assez bien connues grce aux services dinspection spcialiss qui ont en charge ceproblme. Il sagit de la rgion Nord-Pas-de-Calais, de la rgion parisienne, de la Haute etBasse-Normandie, des Pays de la Loire, de lAquitaine et la rgion Poitou-Charentes et, moindre titre, des Pyrnes, de la Provence, du Lyonnais, du Jura et de la Bourgogne.

Figure 2 : Carte des cavits souterraines recenses en 1994, en France mtropolitaine(daprs linventaire du BRGM, effectu pour le Ministre de lAmnagement du Territoire et de

lEnvironnement)

En dehors des rgions trs marques, les anciennes exploitations de matriaux divers ensouterrain ont laiss de nombreuses cavits dissmines sur le territoire national : pierrede lOise, calcaire de lAisne, de la Champagne, des Ardennes, de la Lorraine ou de laCte dOr, gypse du Bassin Parisien, du Jura, des Pyrnes Atlantiques ou de Provence,pierre ciment de lIsre, etc. Dans ces dernires rgions, les carrires souterrainesabandonnes sont beaucoup moins bien connues et leur existence parfois compltementignore.

En outre, il faut aussi y ajouter les vides laisss par les activits humaines les plusdiverses tels que les sapes de guerre, les habitations et caves troglodytiques.


Typologie et schma dexploitation des carriresLes carrires souterraines sont accessibles, soit par un puits ou une descenderie dans lecas des carrires implantes sur un plateau, soit par une entre flanc de coteau,appele entre en cavage .

Figure 3 : Entre en cavage dans la carrire de gypse de Gagny (Est de Paris), photo LCPC

La profondeur habituelle des exploitations est comprise entre 5 et 50 m, parfois infrieure 5 m, comme en Gironde. Plus rarement, elle peut atteindre 60 70 m, dans certainesexploitations de craie, aux environs de Meudon (Hauts-de-Seine), ou de gypse, dans leBassin de Paris, la Provence ou le Jura, et exceptionnellement plus d'une centaine demtres pour certaines exploitations en roches dures situes flanc de montagne (Jura,Pyrnes, Alpes).

Les mthodes d'exploitation et gomtries de dcoupage sont trs diversifies. Ellesdpendent des conditions topographiques et gologiques du site ainsi que des propritsde rsistance de la roche. Ces conditions permettent d'exploiter jusqu' un certain taux devide, appel taux d'exploitation ou taux de dfruitement . Ce taux est gnralementcompris entre 60 et 80 % avec des valeurs plus exceptionnelles de 90 95 %, voire deprs de 100 % dans les exploitations par hagues et bourrages.

La hauteur exploite ou ouverture , comme la largeur des galeries ou des chambres,est trs variable et dpend, outre de la puissance de la couche, de la rsistance dumatriau, en particulier de la tenue des piliers et de la qualit du toit ou ciel . Lahauteur des vides, parfois de 2 m, voire moins, peut atteindre 15 20 m dans lesanciennes carrires de gypse de l'Ouest du bassin de Paris. Elle est le plus souvent delordre de 4 8 m. La largeur des galeries, gnralement comprise entre 4 et 8 m peutvarier de 3 et 15 m.

La gomtrie de ces exploitations n'est devenue rgulire qu' partir de la fin du XIXmesicle. Avant cette date, la plupart des travaux d'extraction taient raliss de maniredsordonne, en fonction de la qualit du gisement ou de la contrainte impose par lesdroits de fortage (autorisation d'exploiter ou possession des terrains de surface).

Seules exceptions ces rgles, les exploitations dardoise, peu nombreuses en France,dveloppent des mthodes dextraction particulires lies la structure et la nature dece type de gisement qui autorisent des volumes de vides importants. La profondeur desardoisires varie de quelques dizaines plusieurs centaines de mtres.


Les techniques de creusement ont volu au cours du temps en mme temps que laproduction. L'extraction manuelle de pierres de taille, ralise au pic ou la lance, a tmcanise par l'introduction d'engins de dcoupe au fil, par sciage, ou avec deshaveuses. Les matriaux moins nobles, pierres chaux ou gypse, ont t extraits ds leXIXme sicle l'explosif, d'abord la poudre noire puis la dynamite et l'explosif nitratvers la seconde moiti du XXme sicle.

La typologie des carrires souterraines repose sur la diversit des mthodesdexploitation utilises dont les plus connues sont dcrites ci-aprs.

Exploitations par traage de galeriesOn trouve assez souvent danciennes exploitations de tuffeau (varit de craiephosphate), de sables ou travertin dont le dcoupage consistait uniquement tracer desgaleries selon une gomtrie plus ou moins anarchique. Ces exploitations sont appeles exploitations par galeries filantes lorsquelles laissent des piliers trs longs etparallles entre eux (tuffeau du Val de Loire) ou exploitations en rameaux lorsquellesforment un rseau de galeries troites laissant un tau de masse important (sables deFontainebleau et travertin de Brie)

Exploitations par chambres et piliers abandonnsCest la mthode dexploitation la plus gnralement utilise et la plus ancienne. Elle secaractrise par une rpartition plus ou moins bien ordonne des piliers avec des sectionstrs diffrentes pour assurer une stabilit suffisante. Le mode de dcoupage le plusclassique est dsign sous le terme de piliers tourns . La forme et lalignement despiliers sont dautant plus rguliers que les exploitations sont rcentes. Les piliers rgulierssont souvent de section carre et rpartis de faon orthogonale. Ils sont parfois dcalsen quinconce pour assurer une meilleure stabilit du toit en prsence de fractures.

Figure 4 : Exploitation dune carrire de calcaire par chambres et piliers (Charente)

Le dcoupage du gisement laisse le plus souvent des galeries de gomtrie orthogonale,comme dans les exploitations de calcaire grossier, mais aussi trapzodale, comme dansles exploitations de gypse de la rgion parisienne.


Figure 5 : Exploitation de gypse de lEst Parisien galeries trapzodales

A ces modes de dcoupages traditionnels viennent s'ajouter des variantes originalescomme la mthode d'exploitation par petits piliers et rideaux (rgion de Caen) ou cellesconsistant dcouper la couche en plusieurs niveaux superposs (carrires de craie dela rgion de Meudon au Sud-Ouest de Paris, ou de Touraine, carrires de calcairestampien de Gironde). L'exploitation dite en seconde bille ou en sous-pied consiste prolonger l'exploitation par la prise de bancs infrieurs en fonction de critrestechniques ou conomiques.

Exploitations par hagues et bourragesIl sagit dune mthode de dpilage intgral qui ne semble avoir t applique qu partirdu XVIme sicle, dans les carrires de calcaire grossier de la rgion parisienne et deReims.

Figure 6 : Carrire par hagues et bourrages du sous-sol de paris (source IGC-Paris)

La stabilit du toit proximit du front dextraction, encore appel front de masse , taitassure par des empilements de moellons appels piliers bras . Larrire de la taille tait traite par remblaiement ( bourrage ) laide de dchets dexploitation oude matriaux dapport. Les zones remblayes taient dlimites et cloisonnes par desmurets en pierres sches appels hagues , murets qui encadraient les galeries


daccs appels rues de service . Pour pallier une stabilit juge prcaire, onabandonnait par endroits un pilier de section importante appel tau de masse . Cemode dexploitation fut localement appliqu sur deux, voire trois niveaux, notamment dansla rgion parisienne.

Figure 7 : Exploitation par hagues et bourrages du XXme sicle (rgion de Reims)

Exploitations par foudroyage ou affaissement dirigUne des premires applications de cette mthode dexploitation remonte au XVIIImesicle avec l'obligation de foudroyer la poudre noire d'anciens cavages d'extraction degypse dans le Nord et l'Est de Paris (arrt royal de 1779). Il s'agit galement d'unemthode de dpilage intgral dont la suppression des piliers est ralise par un abattage l'explosif.

Figure 8 : Schma dune exploitation par foudroyage intgral (daprs Vidal, 1964)

La mthode classique, bien connue pour l'extraction du gypse en rgion parisienne, estplanifie ds le dpart et fait partie intgrante de la stratgie d'exploitation. Les oprationsbien menes conduisent une suppression pratiquement total des vides, mais laissentdes terrains de couverture dconsolids qui entranent invitablement des tassementsdiffrs de la surface qui peuvent subsister longtemps aprs l'exploitation.

Exploitations par puits et chambres de type catiches ou bouteilles Ces mthodes anciennes, trs originales, sont gnralement propres une rgion bienprcise. Il peut sagir dexcavations isoles comme les marnires de Haute-Normandie ou


de chambres exploites en descendant partir de puits adjacents ( puits bouteilles ) etdisposes de faon plus ou moins rgulire.

Figure 9 :Exploitation par puits bouteilles (Dou-la-Fontaine, Maine-et-Loire)

C'est le cas des catiches de la rgion lilloise, des exploitations par chambres hautesdu falun de Dou-la-Fontaine prs de Saumur (Maine-et-Loire) ou des crayrespyramidales de la craie champenoise. Les ttes de puits taient gnralement obtursaprs exploitation par des votes de pierres tailles ou bouchon , ou des planches oude plaques mtalliques fiches dans les terrains meubles de couverture, sur lesquels ondversait des remblais.

3.3 NATURE ET CONSEQUENCES DES ACCIDENTSLes principaux risques rsultant de la prsence de carrires souterraines abandonnescorrespondent la manifestation en surface de dsordres dont les effets diffrent enfonction du mode de rupture et de la nature des terrains formant le recouvrement. Ondistinguera essentiellement parmi ces risques, leffondrement localis de type fontis ,leffondrement localis par rupture de quelques piliers et leffondrement gnralisdsign galement effondrement spontan .

Leffondrement localis de type fontis Il sagit dun boulement initi au sein dune cavit souterraine qui remonteprogressivement vers la surface et dbouche brusquement au jour en crant un entonnoircirculaire dont le diamtre peut varier de quelques mtres plusieurs dizaines de mtres.Ce type dinstabilit est le plus frquent car il peut se produire au-dessus de tout videmme dextension moyenne (anciennes galeries, puits, karst). Le processus classiqueapparat lorsquune monte de vote atteint des bancs peu rsistants. La clochedboulement ou cloche de fontis se dveloppe verticalement et dbouche en surfacesi lpaisseur du recouvrement de la carrire demeure relativement faible (50 80 m,environ dans le cas des carrires de calcaire ou de gypse du Bassin de Paris). Ceprocessus peut tre bloqu une certaine profondeur soit par la prsence dun banc raideet pais, soit par autocomblement si les matriaux bouls et foisonns saccumulentet finissent par remplir totalement les vides disponibles de la cavit.


Figure 10 : Fontis survenu en 1991 sur le plateau de lHautil (Yvelines)

Du fait de lextension du phnomne, les consquences en surface sont, en gnral,limites en superficie mais peuvent savrer trs graves si elles se localisent sous uneconstruction ou sous toute autre infrastructure. Cest ainsi qu Paris (villa Saint-Jacques)en 1879 trois maisons furent englouties dans un fontis avec leurs habitants, et que plusrcemment, disparut une personne, Chanteloup-les-Vignes, dans le massif de lHautil(Yvelines), en 1991 et une autre personne, Neuville-sur-Authou (Haute-Normandie), en2001.

Lorsque le recouvrement est constitu de roches meubles, le fontis se produit le plussouvent sous la forme dun cne dboulement dont langle est li langle de talusnaturel des terrains. Pour un angle de 45, le rayon en surface est gal la profondeur dela cavit.

Leffondrement localisDans une carrire souterraine exploite par la mthode des chambres et piliersabandonns, la ruine dun ou plusieurs piliers peut se traduire en surface par uneffondrement lorsque la profondeur des travaux et la raideur du recouvrement nesont pas suffisamment importantes. On parle alors de rupture de pilier(s) isol(s).Comme les fontis, les effondrements de ce type sont des phnomnes purementlocaux qui ne dpendent pas de la gomtrie densemble de la cavit maisuniquement de conditions locales dfavorables gomtriques, structurales ouautres.La dimension de la zone affecte au jour est en gnral plus importante que celledun simple fontis (plusieurs centaines ou milliers de mtres carrs) et la forme dela dpression plus irrgulire.

Leffondrement gnralisIl sagit dun abaissement violent et spontan de la surface qui se manifeste sous la formedun cratre, dtendue et de profondeur plus ou moins importantes, limit par desfractures nettes de rupture. La zone effondre peut correspondre soit une partie del'exploitation sous-jacente (plusieurs piliers) soit sa totalit. Suivant les dimensions de


l'exploitation, la surface effondre peut atteindre plusieurs hectares et la hauteur affaisseplusieurs mtres si la hauteur exploite de la couche est suffisante : elle atteintgnralement la moiti ou le tiers de cette hauteur ( ouverture ).

Figure 11 : Effondrement gnralis laplomb dune carrire de craie (Indre-et-Loire)

Du fait de la brutalit du phnomne et de limportance de la surface concerne, lesconsquences de laccident peuvent tre catastrophiques comme celui de Clamart - Issy-les-Moulineaux (Hauts-de-Seine) en 1961. Leffondrement dune ancienne carrire decraie, exploite sur plusieurs niveaux, a affect une superficie de 3 ha et entran ladestruction dune vingtaine de pavillons en faisant 21 morts et 50 blesss.

Ces phnomnes sont spcifiques des carrires ou mines souterraines exploites parchambres et piliers ; ils sont nettement moins frquents que les fontis mais peuventaffecter tout type dexploitation en cours ou abandonne.

Les mcanismes de rupture qui dclenchent leffondrement spontan procdent deprocessus dinstabilit trs diffrents et plus ou moins complexes : rupture simple parcrasement des piliers, rupture du toit, poinonnement du mur par les piliers, cisaillementdes planches intercalaires ou mauvaise superposition des piliers entre plusieurs niveauxexploits, mise en charge hydraulique du toit, dviation du champ des contraintes pareffet de versant, actions de lhomme, etc.).

Consquences pour les personnesUne enqute de la Direction des Mines du Ministre de lIndustrie, effectue en 1964dnombrait, entre 1871 et 1964, 56 effondrements survenus dans les exploitationsmenes par chambres et piliers, dont 44 pour les mines et carrires en activit et 12 pourles mines ou carrires abandonnes. Ces accidents firent au total 108 tus (48 au fond,60 au jour) et 94 blesss (20 au fond, 74 au jour). Concernant uniquement les carrires,Les 4 accidents les plus meurtriers firent eux seuls 66 tus et 58 blesss : Vieux-Ports(Indre et Loire) en 1880, Chancelade (Dordogne) en 1885, Clamart - Issy-les-Moulineaux(Hauts-de-Seine) en 1961, et Champagnole (Jura) en 1964.

Une enqute rcente de la Direction de la Prvention des Pollutions et des Risques duMinistre de lAmnagement du Territoire et de lEnvironnement (1999) a fait un bilan, nonexhaustif, de laccidentologie relative aux seules carrires souterraines abandonnes etnon rutilises. Les principales conclusions de cette enqute sont les suivantes : la majeure partie des accidents humains sont le fait de la dgradation lente des

carrires souterraines abandonnes qui avaient t exploites par la mthode des chambres et piliers . Le bilan des victimes recenses, entre 1778 et 1998, slve 62 morts et 73 blesss ;


la plus forte sinistralit est observe en rgion parisienne (dpartements 75, 92, 93,94, 95 et 78), probablement en raison de lextrme densit des exploitations et dutissu urbain ;

la plupart des vnements recenss sont du type effondrement localis,principalement fontis (dans plus de 90 % des cas). Ils provoquent le plus souvent unfaible nombre de victimes (1 ou 2 par accident) ;

les effondrements gnraliss sur un plusieurs hectares sont heureusement rares(1 seul pour la priode 1950-1998), mais trs meurtriers (Clamart, Issy-les-Moulineaux, en 1961).

Ces chiffres peuvent paratre relativement faibles en premire analyse en considrant lesvaleurs moyennes dans la dure danalyse. Ils ne doivent cependant pas faire oublier lecaractre souvent fortuit et alatoire de lvnement accidentel sur le plan de sonoccurrence et de la variabilit du nombre des victimes qui se traduit par un trs fort impactpsychologique sur les populations menaces ou non.

Par ailleurs, il ne faut pas ngliger le phnomne de vieillissement qui affecteinexorablement, avec le temps, la stabilit de ces anciennes exploitations. Un exempletypique est celui des accidents de marnires, en Haute-Normandie, dont laugmentationde leur frquence ces dernires annes a rendu le problme trs proccupant : de 4effondrements par an en 1985, on compta en moyenne 3 effondrements par jour au coursde lanne 2000, avec un pic de 20 effondrements constats en une seule journe aucours du printemps 2001, il est vrai particulirement pluvieux.

Figure 12 : Accident d la rupture dune marnire dans lEure (document LCPC)


4. MAITRISE DU RISQUE

4.1 RECONNAISSANCE ET EVALUATION DE LALEADans les rgions urbanises recelant en leur sous-sol danciennes carriresabandonnes, connues ou oublies, le dveloppement dune politique de prvention parle traitement des risques potentiels passe par une phase de recherches prliminaires quicomporte deux aspects fondamentaux : la localisation et/ou la reconnaissance des cavits souterraines ; le diagnostic de stabilit (expertise) pour lvaluation de lala et de ses effets

prvisibles en surface vis--vis de la scurit de la population et des biens exposs.

Le droulement de ce processus sopre de faon diffrente selon que les cavits sontconnues et accessibles, ou bien mal localises et inaccessibles.

Figure 13 : Reconnaissance dune carrire abandonne partir dun puits

a) des cavits souterraines accessiblesSi la cavit souterraine est accessible, lvaluation de lala est traite classiquementdans le cadre dune expertise simple ou dune tude de stabilit au sein de laquelle onpeut distinguer trois niveaux dinvestigation : la phase de reconnaissance : elle permet de recueillir des lments quantitatifs ou

qualitatifs sur la gomtrie des vides, la lithologie, la fracturation, les caractristiquesphysiques et mcaniques du milieu rocheux. A lissue de cette reconnaissance sonttablis les scnarios possibles correspondant aux diffrents mcanismes de ruptureidentifis. Une analyse historique du site par retour dexprience est une approcheprliminaire trs souvent fructueuse (phase informative) ;

la phase de modlisation : elle consiste, pour chaque scnario retenu (par exemple,lcrasement des piliers sous le poids des terrains de recouvrement), valuer lessollicitations imposes aux structures (S) et les comparer leur proprits dersistance limites (R). On en dduit alors un coefficient de scurit (F = R/S) rapportde ces sollicitations ;

ltablissement du diagnostic : le diagnostic final est tabli en considration de lavaleur du coefficient de scurit calcul (F) et des valeurs de rfrence (Fmin, Fmax)tablies en fonction des consquences prvisibles du risque ainsi que du niveau de


confiance accord la reconnaissance prliminaire et au modle de calcul utilis. Larfrence des observations qualitatives ainsi quaux enseignements tirs delexprience (rgles de lart) tiennent galement une part importante dans laformulation du diagnostic.

Prcisons que, dans les cas les plus simples et en labsence denjeux importants, un avis dexpert , fond sur la seule phase de reconnaissance, peut suffire prconiserou pas les mesures de scurit qui simposent.

b) des cavits souterraines mal localises ou inaccessiblesSi les cavits souterraines sont inconnues, inaccessibles ou trop dangereuses pour trerendues accessibles, la localisation des vides et lidentification des risques est unedmarche essentielle qui comprend deux aspects : la recherche et localisation des vides potentiels par voie informative ; la localisation et reconnaissance prliminaire des vides et du sous-sol.

a) La phase de recherche et de localisation des vides potentiels repose sur unedmarche informative comprenant, par exemple, des enqutes auprs de la population,des recherches documentaires (archives) auprs des Services Publics spcialiss oulanalyse des indices laissant supposer la prsence dune cavit, telles que les indicesde surface relevs par des observations sur site ou lexamen de photos ariennes, et toutautre indice susceptible dapparatre sur les cartes topographiques ou gologiques.

Pour vrifier ces premires informations, on peut procder une recherche des cavitspar la mise en uvre dune ou de plusieurs mthodes gophysiques. Certaines, parmicelles-ci, sont utilises depuis de nombreuses annes (microgravimtrie ou radargologique, par exemple). Dautres applications deviennent prometteuses dans cedomaine particulier, comme la sismique rflexion haute rsolution.

Figure 14 : Localisation de cavits par gophysique (ici radar gologique)

Les rsultats de la gophysique sont parfois dcevants, surtout dans des conditions desite difficiles, en particulier en prsence dun recouvrement important (plus de 20 m deprofondeur) ou lorsque la gologie et la topographie est dfavorable ou perturbe. Cettemthode nest pas non plus applicable en site fortement urbanis.

b) La phase de localisation et de reconnaissance prliminaire des vides et du sous-sol, excute le plus souvent par forages destructifs (avec diagraphies), constitue ltapefondamentale de reconnaissance des vides, surtout lorsque des travaux de comblementsont prvisibles (enjeux en surface).


Outre les informations quelle apporte sur la nature des terrains, la reconnaissance parforages permet, en effet, de situer exactement les cavits, de les reconnatre (parendoscopie ou camra vido), de prciser la hauteur de vides, le volume combler et dechoisir ainsi les meilleurs points dattaque pour le creusement des puits daccs ou deremblaiement. Cette phase de reconnaissance permet galement destimer le pluscorrectement possible le volume des vides combler et le cot des oprations detraitement.

4.2 LA PREVENTIONMalgr lamlioration des techniques de reconnaissance et de diagnostic, la complexitdes travaux souterrains et les difficults lies lenvironnement du site laissent encoresubsister de fortes incertitudes ou contraintes pour les dcideurs , non seulementtechniques (qualit du diagnostic, valuation des vides, oprabilit de la mthode, etc.),mais aussi administratives et financires. Ces contraintes peuvent rendre dlicate la prisede dcision ncessaire une prvention du risque vritablement adapte aux enjeux.

En effet, indpendamment des dispositions de sauvegarde prendre en cas de prilimminent, lorsque lexistence dun risque potentiel latent est avre, le problme essentielest celui de la prvention. Le choix de la mthode de mise en scurit repose alors surune alternative fondamentale caractre technique et conomique : traiter, surveiller oudplacer les enjeux (figure 15).

ReconnaissanceAuscultation

Diagnostic

Alas ou Enjeux

Faible Doute Fort

Mise en scurit

Inspection Surveillance Traitement Dplacementdes enjeux

volution

figure 15 : Schma de principe de la mthodologie de matrise des alas


Le risque est une grandeur qui svalue en croisant lala (grandeur elle-mme estime partir de deux dimensions : sa probabilit doccurrence et son intensit) avec les enjeux(svrit des dommages potentiels). On peut alors dfinir un espace du risquedcompos en plusieurs domaines, dont en premier lieu le domaine du risqueacceptable et celui du risque inacceptable . La sparation entre ces deux domainesmane de la dcision collgiale des acteurs impliqus dans la matrise du risque.

Si la qualification ou la quantification du risque est suffisamment bien apprhende, lamatrise du risque peut se concevoir comme la reprsentation de trois concepts deprvention : linformation des populations par la prise en compte du risque dans lamnagement ; la surveillance (au sens large) comme mthode de suivi de lvolution du phnomne

et dalerte pour les populations menaces ; le traitement du risque proprement dit par des techniques de prvention actives (au

niveau des cavits) ou passives (au niveau du bti).

Si les mesures dinformation et de surveillance sexercent essentiellement dans ledomaine de la prvention et de lalerte assorties de mesures de dplacement des enjeux,sans sopposer au phnomne proprement dit, les mesures de traitement consistent supprimer ou minimiser la gravit du phnomne redout, en rendant impossible sonoccurrence (dans certaines limites) ou en rduisant ses effets potentiels (intensit),jusqu ce que le risque soit ramen dans le domaine considr comme acceptable.

4.2.1 AMENAGEMENT DU TERRITOIRE ET INFORMATION DU PUBLICLinformation du public par la prise en compte du risque dans lamnagement a pourobjectif de matriser loccupation du sol de faon rduire la vulnrabilit des populationsexposes. Il sagit dune politique long terme mene par le biais dune rglementationspcifique qui sappuie sur des documents cartographiques particuliers reprsentant lesespaces sous-mins ou un zonage des alas identifis, comme : les primtres de risques, en application de larticle R 111.3 du Code de lUrbanisme ; les plans dexposition aux risques (PER), institus par la loi du 13 juillet 1982,

dsormais obsoltes ; les plans de prvention des risques (PPR), instaurs par la loi du 2 fvrier 1995 et qui

remplacent les deux premiers.

Les R 111.3 et PER sont aujourdhui remplacs par les PPR, mais en leur absence cesanciens documents valent PPR (Article L.562-6 du Code de lEnvironnement).

En labsence de PPR, des informations sur la prsence de cavits souterraines, quandelles sont connues, peuvent tre obtenues dans les Plans Locaux dUrbanisme(remplaant les anciens POS).

La rglementation visant linformation du public est assortie de mesures techniquesobligatoires ou recommandes, selon les cas, visant les constructions existantes oufutures. En cas de pril imminent, la loi du 2 fvrier 1995 (aujourdhui codifie par lesarticles L.562-1 L.562-7 du Code de lEnvironnement) prvoit des arrts de pril quipeuvent tre pris pour procder lvacuation des personnes.

Par ailleurs, le citoyen dispose dun droit linformation, notamment en matire de risquestechnologiques et naturels prvisibles. La loi du 22 juillet 1987 (codifie par larticle L125-2du Code de lEnvironnement) et son dcret dapplication 90-918 du 11 octobre 1990rpartissent les comptences en matire dinformation du public entre lEtat et les mairesdes communes concernes.

Enfin, la loi n2003-699 du 30 juillet 2003 relative la prvention des risquestechnologiques et naturels (dite loi risques) et ses dcrets dapplication successifs


viennent renforcer les dispositifs daffichage et dinformation, notamment dans le domainedes cavits souterraines.

Le dcret n2004-554 de juin 2004 impose aux prfets et aux maires de constituer desdocuments dinformation en y associant les personnes en possession dinformations surla prsence de vides. En tout tat de cause, le prfet transmet aux communes le Dossierdpartemental sur les Risques Majeurs (DRM) afin quils tablissent un DocumentdInformation Communal sur les RIsques Majeurs (DICRIM). La cartographie des cavitssouterraines labore par les communes ou les groupements de commune, sur lefondement de larticle L.563-6 du Code de lEnvironnement, doit donc y tre incluselorsquelle a t ralise.

Dautre part, le dcret 2005-134 du 15 fvrier 2005 relatif linformation des acqureurset des locataires de biens immobiliers sur les risques naturels et technologiques majeurssapplique dans les zones dlimites par un PPR (ou dans le primtre dtude dans lecadre dun PPR en phase dlaboration).

4.2.2 INSPECTION ET SURVEILLANCECes mesures de prvention ont pour but davertir ou dalerter du danger sans sopposerau phnomne proprement dit. Elles font appel des techniques dinspection ou desurveillance dont le principe est de suivre lvolution des mouvements de terrain et deprendre les mesures de scurit conservatoires qui simposent en cas dinstabilit avre(figure 16). Elles reprsentent le plus souvent une stratgie dattente en reportant ou enfragmentant dans le temps les travaux pour mieux en rpartir le cot.

Surveillance des cavits

Inspectionvisuelle

Surveillanceinstrumente

Alerte Alarme

Examens visuels

Relevs gotechniques

Contrle par tmoins

Relevs de mesure

Tlmesure

Tlsurveillance

volutiondes dgradations

Critre de seuillimite Auscultation

figure 16 : mise en scurit des anciennes exploitations souterrainespar des mthodes de surveillance


Les techniques de surveillance sont adaptes aux configurations du site et comportentplusieurs niveaux dinvestigation et dalarme : linspection visuelle avec analyse de lvolution des dsordres ; lobservation de tmoins ; la mesure des dformations ou des dplacements (extensomtre) ; la tlmesure (mesure distance) ; la tlsurveillance automatique avec ou sans dispositif dalerte.

4.2.3 TECHNIQUES DE TRAITEMENTLes mesures de prvention, fondes sur des techniques adaptes au traitement descavits, du sol ou des constructions, se dfinissent en deux modes daction : les techniques actives qui consistent, au sein de la cavit, sopposer au

phnomne dinstabilit, en lui-mme, pour minimiser ou supprimer dfinitivement lerisque ;

les techniques passives qui consistent adopter des dispositions constructivesparticulires au niveau de btiments ou douvrages neufs par un renforcement de lastructure ou la ralisation de fondations spciales.

a) Les techniques de prvention activesLes techniques de prvention dites actives font appel des traitements qui soprentsur les cavits soit en consolidant les ouvrages souterrains, soit en comblant les vides,soit en les supprimant totalement. Leur principal objectif est de diminuer, voire dannuler,la prdisposition du site subir des instabilits. On notera que certaines techniquespermettent de conserver ouvertes les cavits, les autres les condamnant dfinitivement(figure 17).

On peut les dcomposer en quatre catgories : les techniques de consolidation des ouvrages souterrains par diffrentes mthodes de

renforcement ponctuelles (piliers maonns, cadres mtalliques, boulons, etc.). Ellessont utilises presque exclusivement dans les sites accessibles que lon veutconserver ouverts. Elles exigent un entretien et une surveillance de leur volution ;

les techniques de remblayage partiel. Elles sont utilises dans les sites accessibles ouinaccessibles et consistent renforcer les cavits par frettage des piliers etabaissement de llancement. Par ailleurs, le volume des vides tant fortementdiminu (en principe de plus de 50 %), les possibilits de remontes de fontis sontfortement rduites par un effet dautocomblement plus rapide ;

les techniques de comblement des vides : Le remblaiement total (ou quasi-total) descavits est accompagn (ou non) dun clavage final et dune consolidation des terrainspar injections. Ces traitements peuvent, selon les conditions de site et les techniquesutilises, tre oprs directement par le fond ou depuis la surface partir de forages ;

Les techniques de suppression des vides. Ces techniques consistent, dans le cas ducomblement terrassement, dcaisser et remplir les cavits par voie mcanique ou,dans le cas du foudroyage, provoquer un affaissement des terrains de recouvrementpar abattage lexplosif des ouvrages souterrains.


Traitement des cavits

Consolidationdes cavits

Remplissagedes vides

Conservationdes vides

Suppressiondes vides

Suppression des videspar destruction

Boulonnage

Votes maonnes

Soutnement porteur

Bton projet

Piliers maonns

Piliers artificiels

Cerclage

Comblement partiel

Comblement direct par le fond

Dversement gravitaire par voie sche par voie humide

Remblayage hydraulique

Injections de mortiers ou coulis

Terrassement - comblement

Foudroyage

Pilonnage

Renforcement des structures

Mthodes parachutes

Fondations superficielles

Fondations profondes

figure 17 : mise en scurit des anciennes exploitations souterrainespar des techniques de prvention actives

Le choix entre ces diffrentes techniques est fonction : des conditions daccessibilit ou de stabilit du site ; de la destination de louvrage souterrain ; du niveau de protection adapt la destination du site (scurit des personnes ou

protection du bti existant, ou encore projet damnagement urbain, etc.) ; du cot de lopration.

b) Les techniques de prvention passivesLes techniques de prvention dites passives correspondent des dispositionsconstructives spciales qui sappliquent essentiellement aux constructions et ouvragesneufs et trs souvent en accompagnement des dispositions de traitement du sol tabliespralablement. On peut citer parmi ces techniques : le renforcement de la structure dune construction par chanages, fondations

superficielles renforces (radier gnral, longrines en bton arm). Cette solution esten principe rserve au cas de petits vides dont la rpartition est inconnue : fontis,


poches de dissolution, karsts, marnires, sapes, terrains foisonns ou dcomprimsou laplomb dune zone anciennement effondre.

la ralisation de fondations profondes dont le rle est de reporter les charges endessous du niveau de carrire au moyen de puits ou pieux. Il y a ncessit dechemiser les pieux, ou de les ceinturer en maonnerie (carrire accessible), au niveaude la traverse de la cavit. On leur associe, le plus souvent, un traitement des videspar remplissage ou par des renforcements ponctuels.

ladaptation des rseaux souterrains et de la voirie pour limiter le risque de rupture et,en particulier, pour viter les fuites deau qui peuvent acclrer le processus dedgradation dune cavit. Les techniques consistent utiliser des raccords souplesadapts aux dformations ou, au contraire, renforcer louvrage (pour lescanalisations en gros diamtre) pour sopposer aux dformations.


5. INSPECTION ET SURVEILLANCE

5.1 LES TECHNIQUES DE SURVEILLANCE : PRINCIPES ET OBJECTIFSLorsquil existe des carrires en zone urbaine ou priurbaine, limportance du volume desvides souterrains est telle quil nest pas toujours envisageable conomiquement de traiterde faon radicale et systmatique tous les anciens travaux par des solutions dfinitives,par exemple en les comblant.

Lorsquun diagnostic de stabilit conclut la ncessit de traiter ou de dplacer lespopulations, le financement des travaux prvus demande souvent un certain dlai. Dansces conditions, une surveillance adapte des cavits souterraines peut constituer unesolution alternative intressante dans lattente de la ralisation des travaux. En tant quesolution palliative, la prvention par surveillance se limite aux objectifs suivants : prvoir au mieux, avec les moyens dinformation dont on dispose, le processus

dvolution des conditions de stabilit de la cavit avant que les premiresmanifestations de sa rupture ne se produisent ;

fournir une alarme capable dalerter sur limminence de la ruine et de permettre deprendre les dispositions de sauvegarde qui simposent.

En fonction des rsultats issus de lexamen gotechnique du site et des considrationstechnico-conomiques, on peut avoir recours diffrentes techniques de surveillance (ausens large du terme) de la plus simple, linspection, la plus complexe, latlsurveillance. Ces techniques doivent tre, tout dabord, adaptes aux conditions desite et dfinies en fonction des enjeux, mais aussi de la probabilit doccurrence et de lagravit potentielle de lala.

5.2 LINSPECTION VISUELLE

5.2.1 ROLE ET PRINCIPELinspection visuelle permet de surveiller lvolution des dsordres qui affectentprogressivement les ouvrages souterrains avant quils ne saggravent et ne mettent enpril la scurit publique. Elle donne le moyen dentreprendre temps les travauxprventifs ncessaires.

Ce type dinspection est ralis le plus souvent par des services spcialiss rgionaux oudpartementaux comme les Inspections Gnrales des Carrires de Paris et de la petitecouronne ou des Yvelines, du Val dOise et de lEssonne, le Service DpartementaldInspection des Carrires Souterraines du Nord, le Service de Gologie et des CarriresSouterraines du Maine-et-Loire ou de Gironde, le service des carrires de la mairie deLaon (Aisne) mais aussi lINERIS sur certains sites publics ou privs. Leur domainedaction est normalement limit aux cavits accessibles du domaine public, mais peutparfois tre tendu au domaine priv.

5.2.2 TECHNIQUELinspection visuelle des cavits repose sur lobservation dindices de dgradation telsque laltration du milieu, la fracturation, lcaillage de piliers, les chutes de blocs en ciel,la dformation des parois et des votes, etc. Il sagit dune mthode dinvestigation simpleet conomique mais qui doit tre effectue par des experts gotechniciens.

A partir dune carte, de type plan des anciens travaux, on peut tablir un tat des lieuxdress au travers dune carte gotechnique et dfinir un itinraire de visite adapt la


surveillance des zones risque. La priodicit des visites de contrle est un facteuressentiel de la pertinence de linspection. Elle doit tre dfinie spcifiquement en fonctionde ltat des cavits et des enjeux.

Figure 18 : Inspection dune marnire en Normandie (document BRGM)

Les observations peuvent saccompagner de relevs effectus partir de tmoins possen travers de fissures mcaniques (pltre, rgle gradue ou autre dispositif), ou partirdindices de chutes de blocs tablis partir de systmes de reprage prpars cet effet(bches disposes au sol, peinture projete sur le ciel ou les piliers, etc.). Pour des secteursinaccessibles, linspection visuelle peut tre effectue laide dune camra en forage.

Figure 19 : Surveillance dune carrire du Nord avec des relevs dindicessur les parties peintes et des mesures de convergence

5.2.3 PERFORMANCESMthode essentiellement fonde sur lobservation, linspection donne un diagnosticpurement qualitatif qui repose largement sur lexprience et la qualit dexpertise delexpert en charge de la surveillance.

5.2.4 DOMAINES DUTILISATIONLinspection ncessite que les cavits souterraines soient accessibles et en suffisammentbon tat pour ne pas mettre en pril la scurit des inspecteurs. Cette technique estutilise principalement pour la surveillance des cavits souterraines que lon veutconserver intactes et ouvertes, dans de bonnes conditions de scurit et de salubrit.

Dans les carrires de grande extension (plusieurs hectares ou dizaines dhectares), lasurveillance par inspection reste toujours possible et souvent mieux adapte que la


surveillance instrumente, le nombre de capteurs implanter devenant prohibitif sur leplan conomique.

Par contre, il faut proscrire son utilisation dans les cavits souterraines fortementdgrades et volutives qui prsentent des piliers ruins, des chutes de blocs ou desmontes de vote largement rpandues et plus forte raison en cas de pril imminent. Lasimple inspection visuelle, fonde la reconnaissance dindices d'volution, parait en effetillusoire dans un tel milieu si on lutilise pour la prvention des effondrements.

5.2.5 AVANTAGES ET INCONVENIENTSLa surveillance par inspection est une solution prventive simple, peut-tre rustique maisconomique. Elle permet de contrler un vaste espace de carrire l o tout autremthode nest pas envisageable (en particulier la surveillance instrumente).

Compte tenu de la frquence limite des visites imposes par la mthode mme, sonprincipal inconvnient rside donc dans la difficult de dtecter un phnomnedinstabilit dvolution trop rapide ou difficilement perceptible.

5.2.6 ASPECTS ECONOMIQUES [*]Linspection relevant du domaine public ne pose pas de gros problmes financiersparticuliers surtout dans les dpartements dots de services dinspection spcialiss. Lecot dcoule essentiellement du cot de la main duvre, le cot d au matriel tantplutt faible voire ngligeable.

Le recours certains organismes publics ou bureaux dtudes spcialiss peut treenvisag au cas par cas pour procder des examens et relevs gotechniquespriodiques (carte gotechnique). Le cot dune telle mission peut tre estim entre1500 et 4000 5000 , en fonction de limportance du site et de la finesse des relevs. Ilpeut savrer plus important si les cavits sont trs tendues et les conditions daccsplus difficiles (zones ennoyes, etc.).

5.3 LA SURVEILLANCE INSTRUMENTEELa surveillance instrumente est effectue partir de dispositifs et appareillages demesure judicieusement implants. Elle apporte aux mthodes dinspection uncomplment danalyse la fois qualitatif et quantitatif.

5.3.1 ROLE ET PRINCIPECe mode de surveillance est mis en uvre lorsque les tudes gotechniquesprliminaires concluent une incertitude sur lvolution de la stabilit. Elle confortelanalyse du gotechnicien en lui fournissant des lments complmentaires pourausculter, diagnostiquer et prvenir de limminence dune ventuelle rupture (rupture depiliers, dflection du toit, soulvement du mur, etc.).

Les mesures sont effectues partir dune grande varit de capteurs de dplacement etde pression, lecture directe ou indirecte (par tlmesure ou tlsurveillance).Ladaptation des capteurs ou du systme de mesure (lecture ou transmission) dpenddes conditions pratiques et conomiques et surtout des risques encourus au fond par lesoprateurs.

Les techniques actuelles de surveillance instrumente font appel de plus en plus latlmesure ou la tlsurveillance en remplacement de la surveillance par lecture

[*] Dans tout le prsent rapport, les cots sont donns en HT (valeur 2003).


directe, difficile grer sur le plan de la cadence des relevs et de limmobilisation dupersonnel technique. Ces mthodes permettent dallger considrablement les tches derelev et de contrle sur un grand nombre de points et doptimiser la frquence desmesures.

Dans les situations les plus proccupantes, la surveillance peut tre complte par desmesures dauscultation sur les structures de la cavit (piliers, mur, ciel) qui permettent,par exemple, de dtecter des fissures mcaniques dans les piliers par des essais devitesse ultrasonique, de la tomographie sismique ou dimagerie radar, ou encore,destimer le comportement du massif par des mesures de contraintes (au vrin plat ou pardes cellules de surcarottage).

La dtection des instabilits des terrains par les techniques de surveillance repose sur leprincipe de lenregistrement de lvolution des dformations, en vitesse ou acclration(figure 20).

figure 20 : Principe de la surveillance, types de courbes des dformations en fonction temps

La mthode dite du gradient repose sur linterprtation de la courbe dvolution dunphnomne en fonction du temps, savoir : lorsquune cause, de quelque origine, vient perturber lquilibre des terrains, ceux-ci

voluent normalement vers un nouvel tat dquilibre : cela se traduit par desdformations de lexcavation qui doivent samortir lorsque la cause perturbatrice acess (stabilit) ;

toute volution non amortie (instabilit) se traduit plus ou moins brve chance parune rupture. En fait, seule la dtection dune acclration permet vritablementdenvisager la ruine de lexcavation.

Des tudes menes dans danciennes carrires souterraines de craie du nord de laFrance, ont permis dtablir, partir de mesures de convergence entre pontes, desgradients limites de vitesse ou dacclration de dformation caractristiques, et bon


indicateurs, de ltat de dgradation des ouvrages (Schwartzmann, Bivert et Delporte,1989).

Vitesses moyennes Dgradations

0 - 0,1 mm/an Aucune volution apparente, mme en prsence de toitou de piliers fissurs.

0,1 - 0,3 mm/an Petits caillages, chutes intermittentes de petits blocs.Dgradation lente, de type discontinu.

0,3 mm/anChutes de toit, rupture de piliers. Eboulements plus oumoins frquents, voire effondrement progressif de la

carrire.

Tableau n 1 : Vitesses critiques de dformationstablies dans les carrires souterraines abandonnes de craie du Nord

(daprs Schwartzmann, Bivert et Delporte, 1989)

Ces valeurs doivent tre considres comme reprsentatives dun matriau et dun bassinrgional bien identifi. Elles ne sont pas transposables, en ltat, dun site un autrecomme lindiquent les valeurs du tableau ci-aprs :

Type dexploitationNature

dugisement

Type de mesureVitesses limites dedformation avant

effondrement

Intervalle de tempsentre lalarme et

lboulementCarrires souterraines abandonnes

Carrire souterraine deSaint-Saulve craie convergence 0,45 mm/an 3 6 mois

Carrire souterraine deCrouzilles

calcaire ciment convergence 0,91 mm/an 6 mois 1 an

Mines en activitMine de lAumance

(HBCM)foudroyage - dpilage

charbon expansion du toit 2 mm/heure4 mm/heure 1 2 heures

Mine de la Mairydpilage

Mineraide fer expansion du toit 3 mm/heure quelques minutes

Mine de Serouvilledpilage

Mineraide fer

convergence en voieen bordure de dpilage 3 mm/heure 1 heure

Mine PMC (USA)longue taille charbon

convergence en voiede 6,5 m

0,6 mm/jour7 mm/minute

2 8 jours1 20 minutes

Mine SUFCO (USA)longue taille charbon

convergence en voiede 6,5 m 0,8 mm/jour non disponible

Mine White Pine (USA)chambres foudroyes

Mineraide cuivre convergence 0,4 mm/jour 9 10 jours

Tableau n 2 : Vitesses de dformation critiques dans diffrents types dexploitations(Tritsch, 1991)

Ce tableau donne quelques rares exemples de seuils limites dtermins partirdenregistrements rels, en considrant, dune part, les carrires abandonnes et, dautrepart, les mines en activit. Les vitesses de dformations des terrains jusqu leur


effondrement tmoigne de la trs grande variabilit des valeurs mesures suivant le typedexploitation.

5.3.2 TECHNIQUES

a) Les appareillages lecture directeUne assez large panoplie de capteurs permet deffectuer facilement des mesuresprcises de dplacement ou de pression par simple lecture. Il sagit : dinstruments fixs sur les parois ou entre pontes (ciel et mur) tels que les

fissuromtres, les convergencemtres, les extensomtres, etc.) ; dinstruments portables (comparateurs, palmers, pieds--coulisse, micromtres, ou

distancemtres).

La surveillance instrumente vient sintgrer au circuit dinspection et complte lesinvestigations par des donnes de mesure prcises et objectives. La frquence desrelevs est le plus souvent mensuelle, semestrielle ou annuelle. Elle correspond lafrquence des inspections et dpend essentiellement de la vitesse dvolution desouvrages souterrains.

Figure 21 : surveillance manuelle partir dune canne de convergence munie dun comparateur(rgion de Valenciennes, document SDICS)

b) La tlmesureLa tlmesure simple consiste remplacer les comparateurs lecture directe par descapteurs lectriques puis raccorder par cble chacun de ces capteurs un bornier demesure unique et daccs facile (tte de puits, entre de carrire, pied de falaise). Lerelev des mesures est effectu en quelques minutes, par un agent quip dunohmmtre digital de haute prcision. La priodicit des mesures est rgulire (mensuelleou hebdomadaire, quotidienne si ncessaire). Lexploitation des rsultats est effectue aulaboratoire. Le dpouillement des mesures sopre de faon manuelle ou informatise.


Figure 22 : Surveillance par tlmesure partir dun fissuromtre

c) La tlsurveillanceLa tlsurveillance ou tlmesure automatique consiste interroger chaque capteur, une frquence dtermine, grce un automate programmable puis tltransmettre parmodem les donnes vers un poste central de surveillance qui archive et traiteinformatiquement des donnes reues. Un exemple de dispositifs de mesure partlsurveillance est prsent sur la figure 23.

Dans certaines techniques rcentes, comme lcoute microsismique, le capteur(gophone ou acclromtre) transmets directement la centrale dacquisition lessignaux vibratoires capts partir des mouvements du sol.

figure 23 : principe de tlsurveillance dune carrire souterraine

Le micro-ordinateur pilotant la scrutation des entres digitales ou analogiques descapteurs, effectue localement, en temps rel, des traitements pouvant tre relativementcomplexes : validation et test des mesures, traitement statistique, modification desparamtres de scrutation, gestion des alarmes locales ou tltransmises, archivage localet temporaire des donnes.


Figure 24 : Centrale dacquisition automatique (carrire de gypse du Jura)

La frquence des mesures dpend de la rapidit dvolution des phnomnes et peutdonc varier dans le temps. En fait, ce nest pas seulement la frquence des mesures quiest importante, mais plutt la frquence dexploitation de ces mesures : cest cettedernire qui conditionne la dcision et les dispositions de scurit prendre (parexemple : vacuation si pril imminent).

Exemples : carrires de craie dans le nord : une mesure de convergence toutes les demi-heures,

mais exploitation seulement une fois par jour (SDICS - INERIS) ; carrire de calcaire en Gironde : une mesure de convergence par jour tltransmise et

exploite une fois par jour (BRGM) ; carrire de calcaire en Charente : une mesure toutes les deux heures, avec

exploitation au dpart hebdomadaire puis mensuelle (INERIS) ; Suivi des effondrements en Lorraine par un rseau dcoute microsismique avec

transmission distance des signaux sur une centrale dacquisition. Une quipe detechniciens dastreinte assure le suivi du rseau pour toute alerte ventuelle (INERIS).

5.3.3 DISPOSITIFS DE MESURE ET PERFORMANCESLes techniques de mesure relvent de la surveillance instrumente. A part lamicrosismique, utilise de faon trs ponctuelle dans des situations trs particulires,elles sont essentiellement rattaches 3 types dinvestigations in situ : les mesures du dplacement ou de la dformation (mesure relative) ; les mesures de pression ou de contrainte ; les mesures de temprature et dhygromtrie (pour mmoire).

On peut, si ncessaire, complter les mesures ralises au fond par des mesures desurface telles que des relevs topographiques de nivellement (notamment en toit decarrire suivant des cheminements en galeries1), de pente par inclinomtrie, ou deremontes de nappe par pizomtrie.

1 Comme dans le cas de la carrire de MERIEL (95), instrumente par le LCPC


a) Les mesures de dplacement ou de dformation Les mesures de surveillance les plus courantes sont, les mesures de dplacement desterrains. On peut en distinguer trois principaux types : la convergence, mesure du rapprochement vertical entre pontes (ciel et mur) ou

horizontal entre parements ; lexpansion, mesure de la dilatation volumique des piliers (ou fluage) ou de la

sparation des bancs du toit ; la fissuromtrie, mesure de lcartement des fissures mcaniques.

figure 25 : dispositifs de surveillance de cavits souterraines


Les systmes de mesure les plus courants sont, soit des capteurs lecture directecomme ceux voqus prcdemment, soit des capteurs lectriques (rsistifs, inductifs oucordes vibrantes) utiliss ncessairement pour la surveillance instrumente (figure 25).

Les capteurs sont monts sur des dispositifs le plus souvent mcaniques comme des cannesde mesure tige coulissante, des ancrages formant des doublets de mesure ou des boulonsspciaux. Les montages sont raliss dans des matriaux choisis pour viter lesphnomnes de corrosion ou de dilatation thermique, comme lacier inoxydable ou linvar.

La prcision relative effective de ces systmes de mesure se situe autour de 0,1 %.

b) Les mesures de pression les mesures de pression (ou mesures pressiomtriques ), largement utilises dans ledomaine du gnie civil ou minier, le sont plus rarement dans le domaine de la surveillancedes carrires souterraines.

Les systmes classiques sont constitus de cellules pressiomtriques hydrauliques(cellules de pression de tous types, vrins plats, etc.) dots de capteurs lectriques oudinstruments lecture directe (manomtres).

La prcision relative effective de la mesure est de lordre de 1 %.

Une exprimentation de ce type mene ces dernires annes par lINERIS a permis sur lacarrire de Livry-Gargan (BPB Placopltre) de mettre en vidence leffet de frettage despiliers par un remblaiement partiel du fond (Collet & al., 2004).

5.3.4 DOMAINES DUTILISATIONLes techniques de surveillance sont utilises principalement comme moyen de prventiondans les cavits souterraines que lon veut conserver intactes et ouvertes, dans de bonnesconditions de scurit ou de salubrit, l o les enjeux sont parfois importants : habitationssous-mines, tablissement recevant du public (comuses, centre thermal, etc.).

Dans le cas de cavits souterraines abandonnes ne prsentant pas dintrt quant leurconservation (sites non classs), les mthodes de surveillance sont utilises pour diffrerou rpartir dans le temps les oprations de traitement ncessaires, pour des raisonspurement conomiques, mais aussi pour contrler lefficacit de travaux de renforcementsur la stabilit dun site rhabilit. Elles supposent la carrire suffisamment accessible etsaine pour assurer une scurit acceptable pour le personnel dintervention.

Dans le cas de carrires inaccessibles en site faibles enjeux, la surveillance peut treutilise comme une technique complmentaire, par exemple par observation ou mesureen forages. On peut oprer alors par vidoscopie ou extensomtrie.

Dans les carrires de grande extension (plusieurs hectares ou dizaines dhectares), lasurveillance instrumente ne semble gure convenir, le nombre de capteurs et le suivides mesures devenant prohibitif sur le plan conomique.

Dans le cas de cavits souterraines tendues et fortement dgrades, la surveillanceinstrumente conventionnelle, au moyen de convergencemtres ou de fissuromtres, paraitgalement inadapte du fait du caractre la fois ponctuel et limit de l'implantation durseau de capteurs. Dans cette situation, la seule piste prometteuse terme est la rechercheet le dveloppement de mthodes de surveillance en grand par des techniquessusceptibles de dtecter les phnomnes physiques issus d'une libration brutale d'nergie l'approche de la rupture des terrains. Les techniques telles que l'coute sismique ou sismo-acoustique font partie de ces mthodes de dtection et de localisation en grand mme si,au stade actuel des recherches, leur application n'est encore envisageable que dans les caso toutes les autres mthodes classiques, y compris de traitement (par comblement), sontinoprantes ou inadaptes conomiquement.


5.3.5 AVANTAGES ET INCONVENIENTSLa surveillance instrumente, manuelle ou informatise, est particulirement bien adapteau contrle de lvolution dun site de dimensions limites mais risque et enjeux forts,comme dans le cas dun tablissement recevant du public. Elle permet, en outre,dassurer de faon passive, une mise en scurit prventive des populations lorsquellesaccompagne de dispositifs ou de dispositions dalerte.

Cependant, limplantation de capteurs, mme nombreux, ne fournit que des rsultatsponctuels et le plus souvent localiss une zone particulire. Cette localisation delinformation soulve donc le problme de la pertinence du choix de limplantation, dontlimportance ne fait que saccrotre avec la diminution du rapport moyensfinanciers/surface surveiller. En consquence, au-del de quelques hectares, lamthode de surveillance devient rapidement prohibitive par le cot, la mise en uvre et lesuivi quelle implique.

En outre, la difficult majeure que soulve ce mode de prvention rside dans la fiabilitde lensemble du systme, du capteur jusquau traitement des donnes. La fiabilitrepose sur un ensemble de qualits (prcision, fidlit, longvit, etc.) que doiventpossder non seulement les dispositifs de mesure mais aussi les organes de saisie et detraitement du signal si lon veut viter tout dysfonctionnement.

Cette mthode ncessite donc un certain nombre de prcautions fondamentales pour samise en uvre comprenant une phase de mise au point du systme par desenregistrements et analyses pralables des mouvements sur site. Il sagit, en effet,dviter tout prix le dclenchement dune alerte inutile ou au contraire de ne pas fairedclencher une alerte salutaire. Notons ainsi toute la difficult de fixer des valeurs seuils fiables et suffisamment prcises.

En outre, la surveillance ne se limite pas une simple approche technique etanalytique du risque mais implique aussi une organisation de la scurit (gestion de la crise ), depuis le dclenchement de lalerte jusqu lapplication de consignes ou deprescriptions particulires. Cet aspect pose le problme de la dfinition de laresponsabilit de chacun, commencer par celle qui incombe la mission dugotechnicien, mais aussi au propritaire du terrain, particulier ou socit, ou au maire dela commune, responsable de la scurit publique.

5.3.6 ASPECTS ECONOMIQUES [*]La surveillance instrumente est, normalement, une technique dont la mise en uvre etla matrise sont du ressort dun organisme spcialis ou dun bureau dtudes qualifi. Lespostes de financement se situent diffrents niveaux : achat du matriel dauscultation (capteur et dispositifs) ; achat du matriel dacquisition (systme de saisie et de traitement des donnes) ; maintenance des matriels ; rmunration du personnel charg de la pose des appareillages, de la prise des

mesures in situ ou de la gestion du systme, du suivi la dcision dalerte.

Pour donner une ide assez objective du cot financier dune surveillance classique(saisie quotidienne, exploitation diffre hebdomadaire ou mensuelle), lanalyse deplusieurs sites quips et suivis par diffrents organismes spcialiss permet davancerles lments tarifaires (purement indicatifs car voluant en fonction des difficults daccs,des longueurs de cbles, etc.) suivants :

[*] Rappelons que dans tout le prsent rapport, les cots sont donns en HT (valeur 2003).


cot unitaire moyen dun dispositif de mesure de convergence complet install au fond(fourniture, pose et calibrage) : 2 k 5 k ;

cot initial dun systme dacquisition informatis reli au rseau tlphonique(tlsurveillance) ; 10 20 k ;

cot annuel de mesures in situ releves par un oprateur sur un systme dacquisitionlocal une frquence mensuelle : 15 25 k, selon le nombre de capteurs et lacomplexit du dispositif ;

cot annuel de tlmesure effectue une frquence mensuelle partir dun systmedacquisition informatis reli au rseau tlphonique : 10 20 k ;

cot annuel de gestion dun systme de tlsurveillance automatique, ventuellementdot dun dispositif dalarme (maintenance, suivi et exploitation des donnes) : 20 30 k.

A titre indicatif, pour une carrire, dune tendue de un quelques hectares, surveille partir dune douzaine de dispositifs de mesure de la convergence, le bilan financierstablit ainsi : cot initial total de linstallation et du suivi au cours de la premire anne : 30 60 k,

environ ; cot annuel de maintenance et exploitation des donnes : 10 15 k, environ.

Il faut noter qu prsent la fiabilit et la prennit des matriels sont devenuessatisfaisantes : lexprience montre quil nest pas rare de voir certains dispositifs etcapteurs placs au fond se conserver, dans de bonnes conditions, au-del de 10 ans.


6. LES TECHNIQUES DE CONSOLIDATION DES CAVITES

6.1 GENERALITESLes modes de traitement des cavits souterraines par consolidation font appel destechniques de protection active par renforcement ou soutnement des ouvrages. Misesen uvre directement partir du fond, ces techniques permettent de rtablir ou maintenirune stabilit suffisante des cavits, plus ou moins long terme.

A lexception de la technique du pilier artificiel inject depuis la surface, les domainesdutilisation des diffrentes techniques sont limits par deux conditions principales : lespace souterrain doit tre suffisamment accessible pour permettre le dploiement

des moyens dintervention dans les chantiers ; les conditions de scurit et de salubrit des ouvrages souterrains doivent tre

satisfaisantes.

Contrairement aux techniques de comblement des cavits, dcrites plus loin, lestechniques de renforcement permettent, de conserver les vides souterrains en quasi-totalit. Cet aspect prsente un grand intrt dans le cadre de lamnagement desespaces souterrains (champignonnire, abris, stockages souterrains, cration de parking,comuse centre thermal, etc.).

Les mthodes de renforcement ou de consolidation reposent sur deux principes gnraux : amliorer ltat des ouvrages dgrads (piliers, toit, mur, galeries daccs, etc.) ; augmenter la portance, cest--dire la raction des appuis face aux sollicitations du toit.

a) Techniques amliorant ltatIl sagit de techniques de traitement par confinement ou injection qui visent amliorer la rsistance globale de louvrage.

Les techniques de confinement, comme le boulonnage, consistent raidir la structure parun armement avec ou sans pr-tension qui, en sopposant lexpansion, permet de limiterles dcollements des bancs du toit ou de maintenir une certaine cohsion entre les blocs.

Dautres techniques de confinement telle que la pose de grillage ou de treillis soudpingl, le bton projet, le ceinturage ou cerclage sappliquent prioritairement auxpiliers ou aux parements des galeries. Le but recherch est, dune part, de limiter lesdcollements ou lcaillage et, dautre part, de crer un effet de triaxialit enappliquant une prcontrainte. Cet effet augmente notablement les proprits dersistance du milieu et donc la capacit portante des piliers.

Les techniques dinjection, en milieu fractur, permettent de restituer une certainehomognit et dlever la cohsion ou le frottement interne du milieu.

b) Les techniques augmentant la portanceIl sagit essentiellement de techniques de soutnement du toit dont le but est de soulagerla structure densemble de louvrage souterrain (piliers, appuis et votes).

Les techniques visant augmenter la portance consistent soulager la structure par uneaugmentation de la surface portante, par exemple, en difiant de nouveaux piliers (piliers artificiels , piliers maonns), en reprenant, avec du bton coffr, les piliers rompusavec un ventuel largissement du pilier ou en mettant en place un soutnement porteurpar cadres ou maonneries dans les endroits les plus sollicits.


En fait, les deux actions se combinent le plus souvent, comme dans le cas dunrevtement par bton projet sur treillis soud en association avec du boulonnage : lepremier effet sera un confinement du pilier par un blocage de lexpansion latrale, lesecond un effet de soutnement aprs remise en charge du pilier.

6.2 LE BOULONNAGELe boulonnage est principalement utilis dans les carrires souterraines comme unmoyen de soutnement du toit, sans autre revtement additionnel (figure 26). On lutilisegalement pour le renforcement des piliers, souvent en association avec du grillage ou dubton projet.

figure 26 : boulonnage mcanis en chambres et piliers

6.2.1 ROLE ET PRINCIPELe boulonnage est un mode de soutnement suspensif qui fonctionne normalementen traction, parfois en cisaillement. Les fonctions usuellement assignes au boulonnagesont les suivantes : supporter le poids des blocs fracturs ou dsolidariss, menaant de seffondrer par

leffet de la pesanteur (toit) ; freiner et limiter les mouvements de la paroi, les stopper si possible (piliers).

Pour atteindre ces objectifs, le boulonnage doit jouer les rles suivants : un rle de soutien (des parties susceptibles de seffondrer) ; un rle de confinement (exerc sur la paroi et destin compenser partiellement le

dcollement) ; un rle de renforcement interne du massif (ou darmature), pour limiter les

mouvements des discontinuits (cisaillements).

6.2.2 LES DIFFERENTES TECHNIQUES DE BOULONNAGE ET LEURS PRINCIPESIndpendamment de leurs caractristiques intrinsques, les boulons sont ancrs dans laroche, soit par une tte dancrage, soit par un scellement rparti tout le long de la tige.

a) Boulons ancrage ponctuelLes boulons ancrage ponctuel crent une force longitudinale applique sur le terrain.Cette force apparat ds la pose, par leffet de la mise en serrage du boulon au moyen de


la plaque et de lcrou. Elle saccrot ensuite par un effort de raction exerc par la plaquequi ragit aux mouvements de la paroi accompagnant le dconfinement.

Ce type de boulon est souvent utilis pour assurer le rle de suspension, ainsi que le rlede confinement. Il nest, en revanche, pas recommand pour le rle de renforcement, carlespace entre la tige du boulon et la paroi du trou dans lequel il est install est vide surtoute la longueur de la tige, ce qui ne lui permet pas de sopposer aux mouvementslatraux de glissement des discontinuits.

b) Boulons ancrage rpartiLes boulons ancrage rparti sont constitus dune tige dacier, soit lisse, soit crnele,adhrant aux parois du trou sur toute sa longueur par lintermdiaire dun produit descellement (mortier ou rsine). Aprs la prise du produit de scellement, ils dveloppentune force longitudinale applique ds la mise en serrage de la plaque et renforce parleffort de raction exerc par la plaque (figure 27).

Par ce type dancrage, le boulonnage permet de remplir les rles de suspension et deconfinement de la mme faon que lancrage ponctuel. Il a lavantage supplmentairedtre bien adapt au rle de renforcement (louverture mme minime dune fissure, ainsique les glissements relatifs bancs sur bancs en terrains stratifis, mobilisentimmdiatement la rsistance du boulon). Les boulons en fibres de verre avec scellement la rsine conus pour mieux rsister la corrosion, entrent dans cette catgorie.

figure 27 : boulonnage par ancrage ponctuel et par scellement la rsine

Les boulons ancrage rparti sans scellement ont pour caractristique dadhrer auxparois du trou par contact direct sur toute la longueur du boulon. Ce contact est assursoit par gonflement du boulon aprs mise en place, soit par enfoncement en force duboulon dans le trou (ou mme directement dans le terrain). La force longitudinaleapplique au terrain, dcrite dans les autres types de boulonnage, est assure ici par lesractions de frottement au contact boulon/paroi du trou. Diffrentes techniques permettentde mettre en uvre ce principe : boulons ancrage mcanique long (peu courant),barres fonces mais surtout boulons SPLIT-SET et boulons SWELLEX. Ce dernier typede boulonnage est rarement utilis dans les carrires souterraines.


6.2.3 PERFORMANCESLes performances du boulonnage sont lies aux caractristiques de rsistance des tigesmatrialises par leur nature (aciers, fibres de verre, etc.) et leur diamtre, mais aussi dela plaque et de lancrage, ou du scellement en ce qui concerne le boulonnage rparti.

A titre indicatif, la limite lastique lallongement peut varier classiquement de 100 300 kN, condition quil ny ait pas de risque de glissement de lancrage sur les parois dutrou, quil sagisse de la coquille dexpansion (boulon ponctuel) ou dune dfaillance duproduit de scellement (boulon rparti).

La dformabilit des systmes de boulonnage ancrage ponctuel est plus grande quecelle des boulons ancrage rparti. La capacit dallongement de lacier est de lordre de10 15 % mais, compte tenu de lusinage et du faonnage des tiges, leur allongementrel est de lordre de 5 %. La capacit dallongement des boulons ancrage rparti est

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Mise en sécurité des cavités souterraines_Guide Technique