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Mécanique des roches
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La mécanique des roches est une discipline à part entière de la mécanique générale. On y retrouve toutes les composantes classiques : mécanique des milieux continus, mécanique des solides (des blocs), cinématique, énergétique...
Elle se différencie toutefois des autres disciplines par la nécessité de bien connaître la géologie et les techniques de l'ingénieur à laquelle elle se raccroche : travaux souterrains, mines, carrières, stabilité de versant rocheux, enrochements...
La suite de cet article est l'introduction d'un cours de Travaux souterrains et de mécanique des roches donné à l'ENS Cachan dans le programme de préparation à l'agrégation.
Sommaire
Mécanique des roches et mécanique des sols
Il convient de bien différencier ce que nous appelons roches et sols. Voici une définition d'origine mécanique (il en existe d'autres, géologiques par exemple) :
- Roches : géomatériaux possédant une cohésion et une résistance à la compression simple supérieure à quelques MPa.
- Sols : géomatériaux pulvérulents ou cohésifs mais ne présentant pas ou pratiquement pas de résistance à la compression simple. La cohésion disparaît par dissolution.
La règle plus générale veut que l'on désigne par roches les terrains profonds et par sols les terrains de surface (terrains issus de l'érosion des roches). Certaines roches, telles les marnes à faible pourcentage de CaCO3 ou les granites très fracturés et altérés, sont inclassables. Leur comportement, au cœur de la recherche, n'est ni celui d'un sol ni celui d'une roche classique.
La rhéologie d'une roche est fortement liée à son degré de fracturation, ce qui n'est pas le cas d'un sol.
Naissance et applications de la mécanique des roches
Une science cinquantenaire
Les premiers à avoir étudié et pratiqué la mécanique des roches, de façon empirique certes, mais efficace, furent les ingénieurs des mines confrontés à la stabilité des épontes rocheuses de leur exploitation (épontes : dans les mines, terme désignant les roches entourant une couche géologique considérée).
Les premiers traités d'exploitation des mines — De Re Metallica (1566) ou l'Encyclopédie (1751) — ne mentionnent guère les techniques d'excavation et de stabilité des terrains. Les cours des mines publiés par la suite (H. De La Goupillère par exemple en 1911) ne furent guère plus précis dans la conception des soutènements. Une idée générale conduit à considérer que construire sur le roc est un gage de sécurité.
Le développement de grandes infrastructures en altitude (stations de ski, passage de cols) et la construction des barrages hydro-électriques de montagne ont nuancé cette considération. La chute de blocs, les glissements de talus rocheux et l'importance de l'eau dans les fractures (catastrophe du barrage de Malpasset en 1959) ont poussé les ingénieurs à étudier plus en détail le comportement du massif rocheux dans sa globalité.
Le Comité International des Grands Barrages, créé en 1927, fut le premier à réfléchir sur le problème, et son congrès de 1964 marque le début de ce que l'on appelle la mécanique des roches. Les Français ont toujours été partie prenante des recherches et discussions, en témoigne l’actuel Comité Français de Mécanique des Roches fondé en 1967. La discipline est donc récente et laisse encore présager des découvertes majeures ces prochaines années.
Applications
La mécanique des roches trouve ses applications dans divers domaines de l'ingénierie et de la recherche :
- Géologie : déformations tectoniques entraînant plissements, diaclases et failles ;
- Physique du globe : comportement sous haute pression et température, séismes ;
- Mine : stabilité des excavations, des tailles, galeries et puits ;
- Pétrole : extraction des fluides en milieu poreux, stabilité des forages profonds ;
- Stockages souterrains : stabilité, transport des polluants, perméabilité, couplages thermo-mécaniques ;
- Géothermie : échange de chaleur entre fluides et massif rocheux fracturé, durée de vie d’un pompage ;
- Génie Civil : fondations des grands ouvrages (barrages, centrales électriques, viaducs), terrassements routiers, stabilité des talus et versants, travaux souterrains, concassage et travaux de carrière, utilisation comme matériau (enrochements, pierre de construction, granulats).
Couplage géologie / mécanique des roches
Pour la mécanique des sols, connaître l’histoire de la formation du terrain que l’on étudie n’est pas toujours indispensable. Les formations de surface considérées comme "sols" sont presque exclusivement du quaternaire et sont issues de l’altération des roches. A contrario, le mécanicien des roches doit être également géologue, ou tout au moins avoir des bases en géologie. L’étude des discontinuités (localisation, propriétés mécaniques des joints, hydrologie) et la détermination des contraintes in situ sont deux exemples parmi tant d’autres illustrant la complémentarité des deux disciplines.
Voir aussi
Liens externes
- Cours de Travaux souterrains et de mécanique des roches, enseigné à l'ENS Cachan, au département Génie Civil (DGC) par François Martin.
- Comité Français de Mécanique des Roches
- Laboratoire de Mécanique des Roches de l'EPFL (LMR-EPFL)
- Cours de Travaux souterrains et de mécanique des roches au LMR-EPFL
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