CFGI séancetechnique15 mars 2012

COMITE FRANCAIS DE GEOLOGIE DE L’INGENIEUR ET DE L’ENVIRONNEMENT
Sylvine Guédon
Secrétaire Générale
IFSTTAR
58, bd Lefebvre
75732 Paris Cedex 15
Tel 01 40 43 51-61
Fax 01 40 43 65 16
Courriel : [email protected]
Site internet www.geotechnique.org
Le 16 Février 2012
Séance technique commune CFGI-CFMR-GFEE/SIM
15 Mars 2012
MINES ParisTech, 60 Bd Saint Michel, 75272 Paris cedex 06
Salle L109
Énergie explosive et massif rocheux:
maitrise des vibrations et des endommagements
14h30 – 15h00
Anne-Charline Sauvage (Egide Environnement) : « Prise en compte des discontinuités
du massif à miner dans la conception du plan de tir »
Nos expériences de minage de ces dix dernières années mènent au constat que dans le
domaine du minage, il y a très peu de problèmes insolubles liés au massif rocheux.
Effectivement, nous rencontrons des déviations des forages liés à la non prise en compte de
l’influence de certaines discontinuités de la roche, des problèmes de fonctionnement
d’explosifs ou d’amorçage liés à une mauvaise anticipation des caractéristiques d’une matrice
de roche ou d’une famille de discontinuités,… Cependant notre métier consiste à utiliser les
paramètres du minage pour régler ces difficultés.
Les outils destinés à la reconnaissance du massif rocheux et adaptés aux opérations de minage
sont en cours d’élaboration ; certains sont très au point et arriveront dans les prochaines
années. Nous anticipons leur intégration dans le processus du minage, et nous utilisons pour
cela le retour sur expérience de l’intégration des systèmes de levés de front 2D et 3D. Même
si l’outil est adapté, que le personnel est formé, l’exploitation doit lui permettre de réaliser, en
sécurité et dans l’ordre, les différentes étapes de mesure, d’analyse des résultats, d’adaptation
de l’implantation, du chargement et/ou de l’amorçage, qui sont très souvent parfaitement
décrites dans les procédures mais aussi souvent difficiles à mettre en œuvre. Il est très
probable que l’utilisation d’un nouvel outil de reconnaissance du massif rocheux rencontrera
les mêmes difficultés : l’étape d’interprétation des résultats sera nécessaire et, très
concrètement, aura une traduction « temps » non négociable dans la procédure de minage.
Mon avis est que nous pouvons d’ores et déjà faire des progrès notables dans la
reconnaissance et le suivi du massif rocheux à miner sur site, en changeant la méthode
d’approche : le rocher à miner n’est pas envisagé comme une masse homogène mais par ces
discontinuités et leurs variations. Cette démarche formalise une approche intuitive des bons
mineurs basée sur leur expérience qui concerne la dureté de la roche et l’état de cohésion du
massif, et qui répond à la question « comment va travailler l’explosif ».
L’exposé reprend les quelques données fondamentales sur les produits pour comprendre et
reconnaître l’influence du massif rocheux sur le fonctionnement de l’explosif mis en œuvre.
Puis le massif rocheux et ses relations avec les résultats du minage sont étudiés à travers
quelques exemples qui permettent de présenter la démarche de récupération des informations
utiles et les réponses techniques envisageables.
La connaissance de l’influence du massif rocheux sur le tir permet d’optimiser le travail des
produits explosifs et des systèmes d’amorçage, d’assurer la sécurité des opérateurs et des
riverains, de réaliser une charge reproductible pour la modélisation sismique, et de réduire la
gêne des riverains.
15h00 – 15h30
Daniel Billaux (Itasca Consultants SAS) : « Simulation numérique hybride,
continue/discontinue, de l’interaction entre explosif et massif fracturé »
Cette intervention décrit les résultats, à l’heure actuelle, d’un projet de développement piloté
par un consortium de compagnies minières, de fournisseurs d’explosifs et de matériel.
Il s’agit de construire un simulateur numérique du processus d’abattage à l’explosif basé sur
la physique, y compris la détonation des matériaux explosifs, l’interaction roche/explosif en
champ proche et l’endommagement qui en résulte, la fragmentation et la formation du marin.
Une première étape de la simulation est la caractérisation de l’explosif : densité, extension de
la réaction, équation d’état, vitesse de détonation. Ces éléments sont les entrées d’un modèle
hybride, comprenant un cœur axisymétrique Différences Finies continu couplé à un modèle
Eléments Discrets simplifié. La simulation mécanique est couplée à un modèle simplifié
d’écoulement de gaz représentant les produits de réaction gazeux à haute pression. Les gaz en
expansion contribuent par leur pression à la projection des fragments de roche.
Quelques tests de validation, de l’échelle du laboratoire à celle du gradin de mine à ciel
ouvert, sont présentés pour illustrer la méthode.
15h30 – 16h00
Thierry Panigoni (CETU) : « Retour d'expérience sur la maîtrise de l'incidence des tirs
en milieu urbain »
L'utilisation des explosifs pour des chantiers en milieu urbain reste délicat et est appréhendée
par de nombreuses personnes (riverains, personnes publiques, maître d'ouvrage...). Les
mesures des vibrations générées par les explosifs sont le seul moyen de contrôle pour protéger
le bâti environnant. Leurs analyses permettent d'optimiser l'emploi des charges explosives en
fonction des résultats.
Le CETU a participé, en tant qu'assistant à la maîtrise d'œuvre, à la réalisation d'un puits à
l'extrémité du chantier de prolongement de la ligne B du métro de Lyon entre Gerland et
Oullins (69) ainsi qu'à l'excavation de la galerie de sécurité du tunnel de la Croix-Rousse (69)
en tant que contrôle externe pour le compte de l'entreprise.
L'exposé s'articulera autour des principaux points du retour d'expérience du suivi vibratoire.
16h00 – 16h30
Valérie Sellier (EDF) : « Maîtrise des vibrations dans les chantiers de terrassement à
l’explosif à l’air libre et en souterrain : retours d’expériences d'EDF de quelques
chantiers à fortes contraintes»
Dans le cadre de ses activités de production et d’exploitation, EDF réalise des chantiers de
terrassement au rocher nécessitant le recours à l’utilisation d’explosifs. La présence
d’ouvrages et matériels sensibles à un déplacement (centrale nucléaire, barrage, vannes, poste
de transformation) à proximité immédiate de ces chantiers constitue une forte contrainte
notamment en matière de maîtrise des vibrations, activité qui représente un réel enjeu vis-àvis de la sécurité et de la poursuite d’exploitation.
Après avoir présenté brièvement les chantiers en cours de réalisation et leurs applications, un
focus sera porté sur les travaux réalisés sur le site de Flamanville (50) pour la construction de
la première centrale de type EPR, et sur le site de Chooz (08) pour la construction d’un
laboratoire souterrain d’observation des Neutrinos dans le cadre d’une mission pour le compte
du CNRS.
Le site de Flamanville constitue un site d’expérimentations unique puisqu’il a été le siège
entre 2006 et 2009 de terrassements
- à l’air libre pour la construction de la plate-forme devant recevoir les principaux
bâtiments,
- d’un puits de 5,50 m de diamètre et de 160 m de profondeur,
- et enfin en souterrain pour la mise en place du tunnelier devant assurer le
creusement des galeries de rejet en mer, la solution initiale de terrassements en
méthode traditionnelle ayant été écartée pour respecter le planning.
La présence des deux tranches en exploitation, parfois à faible distance, a fortement pesé sur
l’élaboration des plans de tirs et a conduit à leur adaptation permanente en fonction de la
géologie. Les terrassements ont été réalisés dans des roches dures (granite et cornéennes). Au
final environ 300 000 m3 ont été terrassés pour la plate-forme, à partir de 271 tirs. Deux tirs
ont conduit à un dépassement des seuils sécuritaires retenus sur les ouvrages. Deux autres tirs
ont été à l’origine de projections, conduisant temporairement à un arrêt des travaux et à une
modification de la procédure d’exécution.
Le terrassement du puits de rejet et des galeries de démarrage et de recul du tunnelier a été
réalisé intégralement dans les cornéennes. Au total 42 tirs réalisés sur la période mai 2007 octobre 2008 ont permis de terrasser 110 m de puits. 13 plans de tirs ont été élaborés afin de
s’adapter au mieux à la géologie et aux objectifs de blocométrie et de rendement. La dérive de
planning liée à différents événements indépendants de l’utilisation d’explosifs a conduit à
l’abandon du puits à terre à la cote – 110 NGF et au choix du creusement des galeries sous la
mer au moyen d’un tunnelier à partir de la cote – 26 NGF. Pour cela, le montage du tunnelier
a nécessité la réalisation à l’explosif des travaux de réalésage du diamètre de 5,50 m à 10 m et
la création de galeries de démarrage et de recul de longueur respective 13 et 30 m. Les 15 tirs
(3 pour le réalésage du puits et 12 volées pour les galeries) se sont déroulés intégralement
dans les cornéennes, et un seul tir a conduit à un dépassement de seuil sur un capteur placé à
proximité sur un ouvrage fraîchement bétonné.
Le site de Chooz est accueillera prochainement le laboratoire Neutinos exploité par le CEA
CNRS. EDF assure actuellement la maîtrise d’œuvre des travaux de terrassements. Le projet
NEUTRINOS prévoit la réalisation d’une petite caverne souterraine (24 m de longueur, 12 m
de portée maximale, 14 m maximum) située à environ 400 m au Nord-Est des Bâtiments
Réacteurs des deux tranches en fonctionnement du centre électronucléaire de CHOOZ B (08).
Les terrains concernés les terrassements sont majoritairement des schistes sériciteux plus ou
moins fracturés. La forme en U du tracé de la galerie a conduit à réaliser les terrassements en
travers bancs et contre le sens du pendage en début de galerie, puis en direction, et enfin en
travers bancs dans le sens du pendage en fin de galerie et pour la caverne. Les plans de tirs ont
été adaptés en fonction de la nature des terrains et des contraintes fortes liées aux tranches en
exploitation. L’analyse des signaux a été réalisée en fonction de la direction d’excavation. Les
premières informations issues de ces travaux en cours concluront cette présentation.
16h30 – 17h00
Lionel Lorier (SAGE Ingénierie) : « Tir en zone instable : retour d’expérience sur le site
de l’éboulement des Rochers du Néron en Isère »
Le site des rochers sur NERON au-dessus du hameau de Ripaillère de la commune de StMartin-le-Vinoux (Isère) présente une falaise de calcaires Urgoniens d’une puissance de
l’ordre de 170 m. Ces falaises dominent un cône d’éboulis au pied duquel sont construits une
cinquantaine d’habitations.
Dès 2006, un risque d’éboulement important d’une colonne de volume total égal à 6000 m3 a
été identifié. Cette colonne est en fait constituée par un empilement de blocs rocheux instables
dont certains ont un volume unitaire proche de 2000 m3. Le diagnostic réalisé en falaise
associé à la réalisation de calculs trajectographiques a permis de mettre clairement en
évidence un risque important de probabilité d’atteinte des premières maisons implantées les
plus en amont dans le versant. Dès lors, a été mis en place rapidement une surveillance
rapprochée de la masse instable à l’aide de capteurs à fil INVAR couplés à une centrale
d’acquisition autonome avec transmission des données par radio et GSM aux différents
services en charge de la gestion du risque.
En parallèle des travaux de protection ont été mis en œuvre en urgence en pied de versant
pour constituer un merlon pare-blocs de 300 ml et de 9 m de hauteur à l’amont des principales
maisons les plus exposées. La surveillance de la masse instable réalisée en continu, a permis
d’identifier de nombreuses phases d’activités dont celle d’août 2011 qui a conduit à un
éboulement partiel de la colonne instable dont le volume a été estimé à 2000 m3.
L’évacuation de la zone habitée en pied de versant a pu être réalisée six heures avant
l’éboulement grâce à la surveillance mise en place. Dix sept blocs rocheux d’un volume
unitaire compris entre 10 et 20 m3 ont été arrêtés par le merlon de protection.
Compte tenu des risques résiduels d’éboulement en présence, il a été décidé de procéder au
minage de la masse résiduelle encore en falaise, dont le volume a été estimé à 4000 m3. Ces
travaux de minage ont nécessité la mise en place d’importants moyens humains et techniques
ainsi que des procédures de réalisation et de sécurité adaptées (plan ORSEC). Ces travaux ont
été menés en 10 semaines et ont nécessité l’utilisation de près de 370 kg d’explosif. Le plan
de tir établi a permis de générer des blocs de taille unitaire maxi de l’ordre de 10 m3 (qui ont
tous été arrêtés par le merlon) et de limiter les désordres à l’arrière de la masse purgée dans
un contexte rocheux fracturé. Le tir qui a eu lieu à la mi-décembre a permis de sécuriser
définitivement ce secteur de la commune de ST-MARTIN-LE-VINOUX particulièrement
vulnérable.