Soutènement d’ouvrages miniers

Mérites de l’approche empirique

Par J.E. Kissai & A. Maatoug

L’approche empirique essaie de nous faire bénéficier des expériences déjà vécues et réussies. Pour se faire, il faut trouver dans ces expériences le cas réel le plus proche du cas étudié. Pour faciliter cette opération, les chercheurs ont procédé à la classification de ces expériences moyennant un certain nombre de paramètres prépondérants à la stabilité des ouvrages. Plusieurs classifications existent. Chacune d’elles a ses particularités et répond à un certain nombre d’exigence.

La vérification de la stabilité d’un ouvrage souterrain et la détermination des caractéristiques de son soutènement sont des problèmes particulièrement ardus. Les comportements des matériaux naturels sont extrêmement variés et souvent complexes à modéliser. Les modèles mathématiques ne les représentent qu’imparfaitement. Malgré des progrès constants du calcul , l’utilisation de modèles incluant à la fois les trois dimensions, les anisotropies, les discontinuités et le temps ne peut être envisagée de façon courante à cause des calculs prohibitifs nécessaires. Et même s’il est possible de disposer de calculateurs puissants, beaucoup reste à faire suite à la difficulté d’identification de tous les paramètres et coefficients des modèles ainsi que leur mesure. Ces facteurs sont généralement soit connus de façon très incomplète (équilibre initial…), soit difficile à quantifier (discontinuités des terrains…), soit à la fois mal connus et difficiles à introduire dans les calculs (loi de comportement des terrains, condition d’exécution des travaux…).
C’est pourquoi l’expérience, l’appréciation et le jugement de l’ingénieur du génie civil sont ici plus qu’ailleurs, nécessaires pour compenser le manque de règles précises en la matière.
Le travail accompli lors des cinquante dernières années pour tenter de classer les rochers et les massifs rocheux prouve à lui seul l’intérêt que présenterait une telle approche. Ces approches, élaborées sur la base des expériences antérieures, sont actuellement très utilisées au stade des études préliminaires.

Etude des classifications,
Les études effectuées sur les méthodes empiriques ont permis de voir que ces méthodes ont évolué en quantité et en qualité. En effet, du point de vue de la quantité, les méthodes empiriques sont de plus en plus nombreuses. Elles sont actuellement cinq à être utilisées dans le domaine du prédimensionnement des ouvrages souterrains. Cette évolution marque surtout l’intérêt porté à ces méthodes et aux possibilités qu’elles peuvent offrir.
Il s’agit aussi de classifications difficiles à élaborer. Il faut souligner que la contrainte majeure à cela est l’assemblage d’une base de données de l’ordre de quelques centaines d’excavation déjà réalisées et réussies où un maximum de paramètres est identifié.

Coté qualité, les méthodes ont commencé à utiliser de plus en plus de paramètres quantifiables qui permettent d’éliminer toute interprétation subjective. Les paramètres utilisés prennent de plus en plus compte de phénomènes divers (nature de la roche, résistance, fracturation, …). Elles ont aussi introduit le système de notation qui a permis la combinaison de plus d’un paramètre pour qualifier un massif (ex. RSR, RMR, …). Alors que leur objectif initial était de prédimensionner des ouvrages à partir des classifications du massif, on commence actuellement à réfléchir à leur combinaison aux méthodes analytique et numérique. En effet, on a pu voir qu’il serait plus avantageux si elles pouvaient constituer des corrections d’échelle et des paramètres pour calibrer les critères de rupture.

Etude des classifications,
La multiplication des paramètres pouvait être résumée à des phénomènes naturels liés au massif ou à des aspects liés à l’ouvrage lui-même :

Paramètres liés au massif

La nature de la roche
La résistance
La fracturation
Les conditions hydrogéologiques
Les conditions tectoniques

Paramètres liés à l’ouvrage

La géométrie de l’ouvrage
La profondeur
L’orientation de l’ouvrage par rapport à la fracturation
Le mode de creusement
La destination de l’ouvrage

Les classifications étudiées n’utilisent pas tous ces paramètres. Selon qu’ils ont été mesurés ou non ou qu’ils soient jugés prépondérant ou non (vu leur domaine de variation dans la base de données) les paramètres ont été retenus ou rejetés.

Souvent, plusieurs paramètres peuvent être combinés pour quantifier ou simuler un phénomène naturel. Ceci est fait dans l’objectif de ressortir surtout le mode d’action de celui-ci sur la stabilité. Plusieurs combinaisons ont été constatées.
Ces combinaisons essaient de tenir compte de certains aspects d’influence liés à un phénomène jusque là non utilisés. Si on prend la fracturation pour l’exemple, on constatera que le nombre des paramètres qui permettent de la décrire est très important (RQD, Espacement, Continuité, Altération, Remplissage, Ouverture, Orientation, …). Quels facteurs ou quelles combinaisons de ces facteurs pourra ressortir l’influence de la fracturation sur la stabilité d’un ouvrage ? la question pourrait être plutôt : comment la fracturation peut-elle influencer la stabilité dans le massif ?
Il ne suffira plus d’apprécier la densité de la fracturation pour juger son influence. Des analyses spatiales permettront de mieux appréhender son rôle dans la faillite d’un ouvrage. En effet, une représentation spatiale donnera une idée sur la forme des blocs1 et leurs dimensions.

Utilisation des méthodes empiriques
Ces classifications s’adressent à des utilisateurs avertis. Elles peuvent être utilisées de plusieurs manières. Elles peuvent être utilisées dans l’étape de l’étude de la préfaisabilité d’un ouvrage. Souvent, des estimations des coûts opératoires s’avèrent nécessaires. Elles sont aussi utilisées pour comparer les résultats obtenus à partir des autres approches (analytique et/ou numérique). Comme elles peuvent être utilisées pour calibrer les résultats de caractérisation au laboratoire (résistance et critère) pour réajuster les modèles numériques.
L’expertise et les expériences se multiplient et par conséquent, l’évolution de ces méthodes continue et tend vers une harmonisation et généralisation du concept.

ENCADRÉ

Ce que d’autres ont fait

Dans ce domaine, plusieurs méthodes ont été recensées. Sans vouloir être exhaustif, l’auteur en présente ici quelques unes Il s’agit en effet de :

la méthode de Terzaghi
la méthode de Protodiakonov
la méthode de Lauffer
la méthode de Deere (RQD)
la méthode du RSR
la méthode de Bieniawski (RMR) actuellement complétée par la GSI
la méthode de Barton Q-system
la méthode de l’AFTES
la méthode de RMi