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UNIVERSITÉ BADJI MOKHTAR - ANNABA BADJI MOKHTAR -
ANNABA UNIVERSITY
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Faculté : Sciences de la terre Département
: Des mines
Domaine : Sciences et Technologies
Filière : Génie Minier
Spécialité : Exploitation des
Mines
Mémoire
Présenté en vue de l'obtention du
Diplôme de Master
Thème :
Etude analytique et numérique de la
stabilité dans les mines à ciel ouvert,
cas d'application : flanc Nord-Ouest de la
mine de Kef-Essnoun Tébessa
Présenté par : HAMIDI Khaled
BELFAR Fouad
Encadrant : BERDOUDI Said
Jury de Soutenance :
REMLI Samir
|
MC (B)
|
Université Badji Mokhtar -Annaba
|
Président
|
BERDOUDI Said
|
MC (A)
|
Université Badji Mokhtar -Annaba
|
Encadrant
|
HAFSAOUI AbdAllah
|
Pr
|
Université Badji Mokhtar -Annaba
|
Examinateur
|
Année Universitaire : 2020/2021
« La science ne fabrique pas une morale, elle
est elle-
même fabriquée par une morale
»
Albert Bayet
REMERCIEMENTS
Nous tenons tout d'abord à adresser nos remerciements
à notre Directeur de Mémoire, le Docteur Said
BERDOUDI. Tout au long de ce travail, il a su nous apporter un soutien
constant, une disponibilité, une confiance et des conseils
précieux et avisés à la hauteur de ses compétences
et de ses réelles qualités humaines.
Nos remerciements s'adressent aussi au Docteur Samir
REMLI pour l'honneur qu'il nous a fait en acceptant d'être
président du jury de notre soutenance.
Il nous parait important de remercier le Professeur
Abdallah HAFSAOUI pour l'honneur d'avoir accepté d'être
examinateur dans le jury de notre soutenance.
Nous tenons, tout particulièrement, à
témoigner une vive reconnaissance à l'ensemble du personnel du
complexe minier du Djebel-El-Onk. Nous voudrions insister sur la chaleur de
l'accueil, la disponibilité et la gentillesse de l'ensemble des acteurs
que j'ai pu côtoyer tout au long de notre stage de fin
d'études.
Et enfin, nos remerciements vont à tous les
responsables, les enseignants et les travailleurs du département des
mines de l'Université de Badji Mokhtar-Annaba, sans oublier tous ceux
qui nous ont aidé de près ou de loin à réaliser ce
travail.
DEDICACES
Je dédie cet humble travail à :
A mon très cher père Said Tu
as toujours été à mes côtés pour me soutenir
et m'encourager. Ma reconnaissance est immense pour ta protection et tes
sacrifices pour moi. Que ce travail traduit ma gratitude et mon
affection. A mon ami Khaled Merci pour ton aide et tes
encouragements.
A tous mes amis avec qui j'ai partagé mes moments de joie
et de bonheur.
A toute personne ayant contribuée de près ou de
loin la réalisation de ce modeste travail, trouve ici l'expression de ma
reconnaissance.
A toute ma famille
BELFAR Fouad
HAMIDI Khaled
DEDICACES
Je dédie ce modeste travail à :
A celle qui m'a tant données de sacrifice, de patience
et d'amour, ma douce mère à qui je souhaite
une langue vie plaine de santé et de bonheur.
A mon très cher père qui a
toujours subvenu à mes besoins, et qu'a fait de moi ce je suis
maintenant.
A la personne la plus douce dans ce monde ma chère
grand-mère Lhaja Massouda
Ton affection me couvre, ta bienveillance me guide et ta
présence à mes côtés a toujours
été ma source de force pour affronter les différents
obstacles. Que tu trouves ici le témoignage de ma profonde
reconnaissance.
A mes soeurs : Chahrazed, Fatima
et Malak
Mes mots ne pourront jamais égaler votre amour, vous
m'avez toujours soutenu de manière inconditionnelle depuis le depuis de
mes études, je vous présente tout mon amour et
ma gratitude.
A mon neveu et mes nièces Doudi,
Jiji et Touta, mes petits anges d'amour qui
savent
toujours comment procurer la joie et le bonheur pour toute la
famille
A mon amie Rayane qui m'a soutenu dans les
moments les plus difficiles de ma vie.
A mon ami Fouad
Merci pour ton aide et tes encouragements.
A toutes personnes qui m'ont aidé de près ou de
loin.
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Abstract
II
Mining works and operating methods in surface mines create
large voids in rocky massifs, which can be the main cause of landslides at the
level of the operating bleachers slopes.
The extent of these landslides depends on several geological,
geotechnical and natural factors, including the geology of the deposit,
especially its lithological and structural aspect, the physical and mechanical
properties of the rock mass, the geometric elements of mineralized layers, the
geometric parameters of the mining method and empty space and water
presence.
Consequently, If the security and technological measures are
not taken seriously, the environment will therefore be affected.
There for, the main purpose of this work is to assess the
stability of the Djebel-El-Onk open pit mine by a safety factor while applying
analytical and numerical methods.
The obtained results allowed us to define an acceptable safety
factor and to suggest a geotechnical model for future steps operation.
Keywords:
Stability; Djebel-El-Onk; Landslides; Safety Factor.
Résumé
III
Les travaux miniers et les méthodes d'exploitation dans
les mines à ciel ouvert engendrent de grands espaces vides dans les
massifs rocheux, qui peuvent être la cause principale des glissements des
terrains aux niveaux des talus des gradins en exploitation.
L'ampleur de ces glissements dépend de plusieurs
facteurs géologiques, géotechniques et naturels, parmi lesquels
on peut citer :
- Géologie du gisement surtout son aspect lithologique et
structural ;
- Propriétés physiques et mécaniques de la
masse rocheuse ;
- Eléments géométriques des couches
minéralisées ;
- Paramètres géométriques de la
méthode d'exploitation et de l'espace vide ;
- Présence de l'eau.
Si des mesures de sécurité et de technologie ne
sont pas prise au sérieux, à cet effet l'environnement sera
affecté.
Le but principal recherché dans ce travail est
d'évaluer la stabilité de la mine à ciel ouvert de
Djebel-El-Onk par un facteur de sécurité tout en appliquant les
méthodes analytiques et numériques.
Les résultats obtenus nous ont permis d'avoir un
facteur de sécurité acceptable et la proposition d'un
modèle géotechnique pour l'exploitation des gradins futurs.
Mots Clés :
Stabilité ; Djebel-El-Onk ; Glissement ; facteur de
sécurité.
IV
TABLE DES MATIÈRES
REMERCIEMENTS
DEDICACES
DEDICACES
ÕÎáã I
Abstract II
Résumé III
TABLE DES MATIÈRES IV
LISTE DES FIGURES VIII
LISTE DES TABLEAUX X
INTODUCTION GENERALE 1
Chapitre I Description du site d'étude 2
Introduction 3
I.1. Historique de la découverte et de l'exploitation des
phosphates de Djebel-El-Onk 3
I.2. Cadre géologique régionale de Djebel-El-Onk
4
I.2.1. Situation géographique régionale de
Djebel-El-Onk 4
I.2.2. Climat régionale de Djebel-El-Onk 6
I.2.3. Stratigraphie 7
I.2.3.1. Crétacé 7
I.2.3.2. Paléogène 8
I.2.3.3. Eocène 9
I.2.3.5. Quaternaire 10
I.2.4. Tectonique régionale 11
I.3. Cadre géologique régionale de Kef-Essnoun
12
I.3.1. Situation géographique régionale de
Kef-Essnoun 12
I.3.2. Stratigraphie 13
I.3.3. Tectonique 14
I.3.3. Aperçu hydrogéologique 15
I.3.3.1. Eaux de surfaces 15
I.3.3.2. Eaux souterraines 16
I.3.4. Aperçu sur l'exploitation du gisement de
Kef-Essnoun 16
I.3.4.1. Caractéristiques géo-minières du
gisement de Kef-Essnoun 16
I.3.4.2. Ouverture du gisement de Kef-Essnoun 17
V
I.3.4.3. Choix de la méthode d'exploitation 17
I.3.4.4. Travaux préparatoires 18
I.3.4.5. Travaux de forage 18
I.3.4.6. Travaux de tir 19
I.3.4.7. Explosifs utilisés 19
I.3.4.8. Processus de chargement et transport de la masse
rocheuse 20
Conclusion 21
Chapitre II Etude bibliographique 22
Introduction 23
II.1. Structure des massifs rocheux 23
II.1.1. Description des massifs rocheux 23
II.1.2. Description des discontinuités 24
II.1.2.1. Influence des discontinuités sur le
comportement d'un massif rocheux 24
II.1.2.2. Types de discontinuités 25
II.1.2.3. Propriétés géométriques
des discontinuités 26
II.1.2.3. Caractéristiques mécaniques des
discontinuités 29
II.2. Méthodes de classification des roches pour
l'étude des instabilités 30
II.3. Instabilité des massifs rocheux 31
II.3.1. Mouvements rapides 32
II.3.1.1. Ecroulements 32
II.3.1.2. Coulées 32
II.3.2. Mouvements lents 33
II.3.2.1. Fluage 33
II.3.2.2. Glissements 33
Types de glissement de terrain 33
Glissement circulaire 33
Glissement circulaire simple 33
Glissement circulaire complexe 34
Glissements plans 34
Glissement circulaire de coin (dièdre) 34
II.3.2.3. Basculement (Toppling) 34
II.3.3. Facteurs influant sur la stabilité des talus 35
II.3.3.1. Influence des facteurs naturels d'exploitation sur la
stabilité 35
VI
II.3.3.2. Influence des facteurs techniques d'exploitation sur la
stabilité 36
II.4. Principe de l'évaluation de la stabilité
36
II.4.1. Moyens de contrôle et de surveillance de la
stabilité 37
II.4.2. Méthodes de confortement des glissements 38
II.4.2.1. Terrassements 38
II.4.2.2. Dispositifs de drainage 40
II.5. Méthodes d'analyse de la stabilité 41
II.5.1. Méthodes basées sur l'équilibre
limite (méthode des tranches) 42
II.5.1.1. Méthode des tranches de Fellenius 42
II.5.1.2. Méthode des tranches de Bishop 44
II.6. Présentation du logiciel Géoslope /
Géostudio 2018 45
II.6.1. Généralité 45
II.6.2. Fonctionnement du logiciel 46
Conclusion 50
Chapitre III Etude de la stabilité du flanc Nord-Ouest de
Kef-Essnoun 51
Introduction 52
III.1. Caractéristiques physico-mécaniques 52
III.2. Etude Analytique 53
III.2.1. Calcul du facteur de sécurité en fonction
du changement de l'angle du talus (á) 53
III.2.1.1. 1er cas á = 600 53
III.2.1.2. 2ème cas á = 700
54
III.2.1.3. 3ème cas á = 800
55
III.2.2. Calcul des facteurs de sécurité en
fonction du changement de la hauteur du gradin 56
III.2.2.1. 1er cas Hg = 15 m 57
III.2.2.2. 2ème cas Hg = 17 m 58
III.2.2.3. 3er cas Hg = 20 m 59
III.2.3. Interprétation des résultats analytiques
60
III.3. Etude Numérique 61
III.3.1. Disposition stratigraphique des couches du gisement de
flanc nord-ouest de la mine
de Kef-Essnoun 61
III.3.2. Etude de stabilité par le logiciel
Géoslope 62
III.3.2.1. Création des modèles 62
III.3.2.2. Introduction des caractéristiques
physico-mécaniques de chaque couche 64
III.3.2.3. Choix de la surface de glissement 65
VII
III.3.2.4. Choix de la méthode de calcul 66
III.3.2.5. Lancement de calcul 67
III.3.2.6. Interprétation des résultats
numériques 68
Conclusion 68
CONCLUSION GENERALE 70
Références bibliographiques 72
VIII
LISTE DES FIGURES
Figure I.1. Carte géographique des gisements de
phosphates de la région de Djebel-El-Onk 5
(SONAREM 1978) 5
Figure I.2. Carte géographique et géologique des
gisements de Djebel-El-Onk (Priant et
Cortial., 1993) 7
Figure I.3. Colonne stratigraphique de la région de
Djebel-El-Onk (Cielensky et Benchernine.,
1987) 11
Figure I.4. Carte structurale de la région de
Djebel-El-Onk (Aissaoui., 1984) 12
Figure I.5. Plan topographique de Kef-Essnoun (SOMIPHOS) 13
Figure I.6. Coupe géologique du gisement de Kef-Essnoun
dans la partie des dressants 14
Figure I.7. Structure de la couche de phosphate dans la zone
de Kef-Essnoun et localisation
des sondages carottés (Prian et Cortiel., 1993) 15
Figure I.8. Sondeuse roto percutante 19
Figure I.9. Explosif de la Marmanite et l'Anfomile 19
Figure I.10. Opération de chargement (prise le
17/03/2021) 20
Figure II.1. Structure d'un massif rocheux 24
Figure II.2. Représentation de la direction et du
pendage d'un plan 26
Figure II.3. Mesure de l'espacement 27
Figure II.4. Mesure de la fréquence des
discontinuités 28
Figure II.5. Réseau de fracture, zoom sur la
rugosité d'une fracture (a) et une fracture
linéarisée (b) 28
Figure.II.6. Persistance de différents ensembles de
fractures 28
Figure II.7. Fissure ouverte et remplie 29
Figure II.8. Essais de cisaillement sur "joint" rocheux 30
Figure II.9. Deux types d'écroulement : a) par rupture
d'un plan de falaise ; b) à la suite d'un
glissement plan 32
Figure II.10. Coulées boueuses 32
Figure II.11. Modèle représentatif du
phénomène de fluage 33
Figure II.12. Différents types de glissements 35
Figure II.13. Butée de pied 38
Figure II.14. Allégement en tête 39
Figure II.15. Reprofilage 40
Figure II.16. Purge 40
Figure II.17. Description de la surface de rupture 42
IX
Figure II.18. Découpage en tranches d'un talus
(Fellenius 1927) 42
Figure II.19. Forces agissantes sur la tranche 43
Figure II.20. Présentation du logiciel Géoslope
Géostudio 2018 46
Figure II.21. Menus disponibles sur logiciel SLOPE/W 47
Figure II.22. Fenêtre de définition des
unités 47
Figure II.23. Fenêtre d'affichage des informations sur
la tranche 48
Figure II.24. Fenêtre d'insérer les
caractéristiques mécaniques des déférentes couches
49
Figure III.1. Schéma de calcul du facteur de
sécurité 53
Figure III.2. Schéma de calcul du facteur de
sécurité 54
Figure III.3. Schéma de calcul du facteur de
sécurité 55
Figure III.4. Variation du facteur de sécurité
en fonction de l'angle du talus des gradins pour
le phosphate (D'après Fellenius et Bishop) 56
Figure III.5. Schéma de calcul du facteur de
sécurité 57
Figure III.6. Schéma de calcul du facteur de
sécurité 58
Figure III.7. Schéma de calcul du facteur de
sécurité 59
Figure III.8. Variation du facteur de sécurité
en fonction de la hauteur du gradin pour le
phosphate (D'après Fellenius et Bishop) 60
Figure III.9. Plan topographique actuel de la région de
Kef-Essnoun (SOMIPHOS. 2021) 61
Figure III.10. Profil du site d'étude, coupe (01-01)
61
Figure III.11. Profil du site d'étude, coupe (02-02)
62
Figure III.12. Profil du site d'étude, coupe (03-03)
62
Figure III.13. Profil du site d'étude, coupe (01-01)
(Géoslope) 63
Figure III.14. Implémentation des paramètres
physiques et mécaniques du massif rocheux 64
Figure III.15. Choix de la surface de glissement 65
Figure III.16. Choix des méthodes de calcul 66
Figure III.17. Coefficient de sécurité selon la
méthode de Bishop 67
Figure III.18. Coefficient de sécurité selon la
méthode de Fellenius 67
X
LISTE DES TABLEAUX
Tableau II.1. Description de l'espacement des
discontinuités [9]. 27
Tableau II.2. Équilibre des talus en fonction des
valeurs théoriques du coefficient de sécurité
[18]. 37
Tableau III.1. Propriétés
physico-mécaniques du flanc Nord-Ouest de Kef-Essnoun 52
Tableau III.2. Calculs obtenus pour le 1er cas :
á = 600 53
Tableau III.3. Calculs obtenus pour le 2ème
cas : á = 700 54
Tableau III.4. Calculs obtenus pour le 3ème
cas : á = 800 55
Tableau III.5. Facteurs de sécurité obtenus pour
tous les cas 56
Tableau III.6. Calculs obtenus pour le 1er cas : Hg
= 15 m 57
Tableau III.7. Calculs obtenus pour le 2ème
cas : Hg = 17 m 58
Tableau III.8. Calculs obtenus pour le 3ème
cas : Hg = 15m 59
Tableau III.9. Facteurs de sécurité obtenus pour
tous les cas 60
Introduction Générale
2020/2021
1
INTODUCTION GENERALE
Un des objectifs principaux de l'exploitation minière
à ciel ouvert et en souterrain, est d'assurer avant tout la
stabilité des espaces vides, ce qui peut être atteint en mines
à ciel ouvert contemporaines du monde, en Algérie et plus
particulièrement à l'entreprise minière de Djebel-El-Onk,
ou les conditions sont bien réunies.
L'analyse de la stabilité est relativement complexe.
Cette complexité n'est pas spécifique aux mines à ciel
ouvert mais elle résulte des incertitudes reposant sur de nombreux
paramètres caractérisant le milieu : lithographie, état et
distribution de la fracturation à différentes échelles
(micro, macro), caractéristiques et propriétés
mécaniques des différentes strates, nature et intensité
des sollicitations.
La mine à ciel ouvert de Djebel-El-Onk
sélectionnée dans notre cas d'études est située
à l'est de l'Algérie. Elle extrait le minerai de phosphate par
des méthodes à ciel ouvert. En 2007, La mine a subi un glissement
au niveau de la zone de Kef-Essnoun d'une grande ampleur qui a causé
l'arrêt total de la production.
En se basant sur cette préoccupation pratique, nous
avons essayé de cerner le problème posé par des
différentes méthodes scientifiques à savoir les
méthodes analytiques et les méthodes numériques, afin
d'évaluer la stabilité de la nouvelle zone d'exploitation par la
détermination d'un facteur de stabilité malgré que cette
zone sujette aux failles et aux fractures.
Ce travail de recherche renferme trois chapitres à savoir
:
Le premier chapitre représente une description du site
d'étude qui regroupe l'historique de l'exploitation du phosphate de la
région de Djebel-El-Onk, l'hydrogéologie, la stratigraphie,
l'ouverture du gisement de Kef-Essnoun et les différentes étapes
d'exploitation.
Le deuxième chapitre est consacré à
l'étude bibliographique générale sur la stabilité
des carrières et des mines à ciel ouvert. Il contient d'une part,
une description des massifs rocheux, leurs discontinuités et leurs
méthodes de classification. D'une autre part, une présentation
des différents types d'instabilité structurale, des
paramètres influant sur la stabilité des talus et des
méthodes d'analyses de la stabilité.
Quant au troisième chapitre, il traite la
stabilité du flanc Nord-Ouest de Kef-Essnoun avec une prévention
d'un éventuel risque d'instabilité représenté par
un facteur de sécurité déterminé par des
méthodes analytiques d'équilibre limite (Fellenius et Bishop). Le
logiciel de calcul utilisé dans cette étude le logiciel est
GEO-SLOPE.
Chapitre I
Description du site d'étude
Chapitre I. Description du site d'étude
2020/2021
3
Introduction
Dans ce chapitre, sur la base des analyses documentaires et
des données recueillies sur terrain nous développons une
étude globale sur le site d'étude.
La région de Djebel-El-Onk est située dans la
partie orientale des monts de Nemenmcha appartenant à l'atlas saharien.
Djebel-El-Onk est un massif montagneux de calcaire dont le flanc Sud plonge
rapidement sous le dépôt du Miocène et du Quaternaire.
Le gisement de phosphate est de nature sédimentaire
stratiforme constitue le prolongement vers l'Ouest des phosphates
localisés dans le territoire Tunisien. Le gisement appartient à
une formation Tahitienne dont la base est caractérisée par
l'apparition du premier dépôt de phosphate important mais
fortement argileux, à ses couches succèdent les marnes noires
puis l'assise de phosphate principale qui fait approximativement 30 m de
puissance et d'une formation de nature carbonatée.
I.1. Historique de la découverte et de
l'exploitation des phosphates de Djebel-El-Onk
Selon le rapport de l'EREM rédigé par Cieslinski
dans la période de 1985 à 1987, nous distinguons les points
suivants :
Ø Les phosphates Algériens ont été
découverts à Boughari par Thomas en 1873 ;
Ø Joleau à découvert le gisement de
Djebel-El-Onk dans la période de 1907 à 1908, des informations
plus complètes ont été présentées par
Dussert ;
Ø En 1924, Dussert a fourni des coupes lithologiques
détaillées des gîtes de phosphate de la zone de
Djebel-El-Onk ;
Ø En 1931 les phosphates de Djebel-El-Onk ont fait
l'objet d'une première concession par la compagnie des phosphates de
Constantine qui a été le principal producteur en Algérie.
Par la suite, une filiale est fondée sous le nom de la
société du Djebel-El-Onk (S.D.O) en 1936 ;
Ø De 1951 et 1952, Visse a étudié pour
la S.D.O, le gisement de phosphate du Djebel-Djemi-Djema, il a acquis beaucoup
d'informations détaillées sur la stratigraphie et il a pu
évaluer les réserves dans toute la zone de Djebel-El-Onk ;
Ø De 1961 à 1963, des essais de prospection
radiométrique aéroportée ont été
effectués au-dessus du gisement de Djebel-El-Onk [1]
;
Ø En 1963, les études géologiques et
minières qui précédent l'exploitation du gisement de
Djemi-Djema ont été réalisées par la
société SERMI, pour la S.D.O ;
Ø
Chapitre I. Description du site d'étude
2020/2021
4
Parallèlement, la société
française SOFREMINES a rédigé un avant-projet
d'exploitation du gisement de Kef-Essnoun ;
Ø En Février 1965, l'exploitation du gisement
du Djemi-Djema a été débutée ;
Ø De 1971 à 1974, les travaux de recherche et
de prospection sur les phosphates dans l'Est de l'Algérie ont
été relancés par la SONAREM en s'appuyant d'abord sur un
levé aéroradio-métrique, puis par une campagne de
prospection et d'évaluation du district minier de Djebel-El-Onk, afin de
de mieux caractériser les gisements connus et de mettre en
évidence des réserves complémentaires ;
Ø En 1986, le gisement de Kef-Essnoun a
été reconnu en détail par l'EREM grâce à 32
sondages carottés réalisés à la maille de 250 x 300
m et 22 tranchées réalisées dans les dressants ;
Ø En Novembre 1989, l'entreprise FERPHOS a fait son
cahier de charges pour des études de développement du complexe
minier de Djebel-El-Onk ;
Ø En 1993, BRGM a fourni un rapport d'expertise
géologique de tous les gisements de Djebel-El-Onk ;
Ø En Avril 1992, signature du contrat entre
l'entreprise FERPHOS et le consultant BRGM/SOFREMINES concernant le
rassemblement des éléments techniques et économiques
permettant d'arrêter un projet de développement de l'exploitation
des gisements de phosphate de Djebel-El-Onk [1].
I.2. Cadre géologique régionale de
Djebel-El-Onk I.2.1. Situation géographique régionale de
Djebel-El-Onk
Djebel-El-Onk se situe dans le Nord-Est de l'Algérie,
dans l'extrémité orientale des monts de Nemenmcha, derniers
chainons de l'Atlas Saharien. Il constitue la limite géographique
naturelle entre les hauts plateaux Constantinois et le domaine Saharien
[1].
Les terrains sont semi-désertiques à faible
population, la région appartient à la wilaya de Tébessa,
éloignée d'environ 100 Km au Sud et à 20 km de la
frontière Algéro-Tunisienne, reliée à Bir-El-Ater
(Daïra) par une route goudronnée (RN 16) [1].
Topographiquement, le massif de Djebel-El-Onk forme un
ensemble de calcaire de 20 km de longueur qui culmine à 1198 m
(Djebel-Tarfaya), les altitudes les plus basses au pied du Djebel-El-Onk sont
d'environ 635 m. Les terrains sont entaillés par de nombreuses
vallées d'oueds prenants source du flanc Nord du secteur et qui se
rejoignent plus au Sud. En général, ces oueds sont secs à
l'exception en périodes hivernales [2].
Chapitre I. Description du site d'étude
2020/2021
Les coordonnées Lambert sont :
X : De 981,500 m à 984,500 m ;
Y : De 165,000 m à 170,000 m.
Figure I.1. Carte géographique des
gisements de phosphates de la région de Djebel-El-Onk
5
(SONAREM 1978)
Chapitre I. Description du site d'étude
2020/2021
6
La région de Djebel Onk est subdivisée en 5
secteurs miniers :
Ø Gisement de Djemi-Djema situé dans le Sud du
massif de Djebel-El-Onk ;
Ø Gisement de Djebel-El-Onk situé dans le Nord du
centre minier de Djemi-Djema ;
Ø Gisement d'Oued-Betita situé dans le Sud-Est du
centre minier de Djemi-Djema ;
Ø Gisement de Bled-El-Hadba situé dans le Sud-Est
de Djebel-El-Onk ;
Ø Gisement de Kef-Essnoun situé dans le Sud du
massif de Djebel-El-Onk.
Le gisement de Kef-Essnoun qui est l'objet de notre
étude, est situé sur le flanc méridional de Djebel-El-Onk,
à environ 09 Km au Sud-Ouest de la ville de Bir-El-Ater
[2].
I.2.2. Climat régionale de
Djebel-El-Onk
Le bassin de Djebel-El-Onk appartient à la zone des
climats subdésertiques, il est caractérisé par deux
saisons très nettes : un hiver froid et rigoureux et un
été chaud où les températures peuvent
dépasser 45°.
La pluviométrie accuse des chiffres très faibles
et le réseau hydrographique est rarement mis à contribution.
L'inconvénient majeur réside précisément dans la
brutalité des averses d'orage qui déchaînent les
vallées descendantes de Djebel-El-Onk.
La violence des pluies périodiques provoque des
ruissellements torrentiels qui inondent et peuvent changer l'ancienne allure de
quelques ravins. Les vents de sables sont fréquents en saison
sèche.
La population est peu dense. La situation économique de la
région s'est améliorée grâce à l'installation
du complexe minier de phosphates à Bir-El-Ater ; ce qui a
contribué à l'agrandissement et au développement de la
ville [2].
Chapitre I. Description du site d'étude
2020/2021
7
Figure I.2. Carte géographique et
géologique des gisements de Djebel-El-Onk (Priant et
Cortial., 1993)
I.2.3. Stratigraphie
La stratigraphie de la région de Djebel-El-Onk a
été établie par Visse en 1952. La série
sédimentaire affleurant est exprimée par une succession
stratigraphique allant du Crétacé Supérieur
(Maestrichtien) à l'Eocène moyen (Lutétien).
Cette série est recouverte en discordance par une
épaisse série sablo-argileuse continentale d'âge
Miocène, puis par du Quaternaire (alluvions et éboulis)
[3].
Les affleurements s'observent de bas en haut de la façon
suivante : I.2.3.1. Crétacé
Il représente les sédiments les plus anciens au
coeur de l'anticlinal du Djebel-El-Onk tectoniquement très
accidentés, seuls les dépôts du Maestrichtien y affleurent.
Ce dernier est caractérisé par des calcaires blancs massifs avec
des intercalations marneuses [2].
Chapitre I. Description du site d'étude
2020/2021
8
I.2.3.2. Paléogène
Ce sont des sédiments marins représentés
par des calcaires, des phosphates et de gypse, dans la région, le
Paléogène atteint d'assez grandes épaisseurs de 350 m, les
variations lithologiques et les restes des organismes ont permet d'en faire les
subdivisions stratigraphiques suivantes :
a- Danien
Il est conventionnellement adopté au contacte calcaire
Maestrichtien série argilo-marneuse. Cette différence
lithologique est présentée par une subdivision en deux
séries distinctes, où on note la séparation entre le
Danien supérieur et le Danien inferieur. L'épaisseur totale du
Danien est d'environ 100 m [2].
Ø Danien inférieur
Il est représenté par des argiles marneuses
schisteuses, de couleur gris foncé à brun vert, intercalé
par des marnes dures et irrégulières. L'ensemble est
traversé par des filons de gypses de différentes orientations.
Ø Danien supérieur
Il est formé d'une alternance de calcaires et marnes
calcaires Dans la partie supérieure du Danien, on note la
présence d'un banc caractéristique de 1 à 2 m
d'épaisseur, formé de calcaire beige à lumachelle
surmontés par des marnes en plaquettes blanches. C'est dans cet
étage qu'apparaissent les premiers minces niveaux (10 à 30 cm) de
marne phosphatée.
b- Montien
Cet étage est marqué par la présence
d'une série de calcaire, calcaires détritiques, calcaires
à lumachelle avec des intercalations de marne et dolomie, ces
sédiments se caractérisent par une absence ou une faible
quantité de silex. Les huîtres sont abondantes, en bancs gris
à noire [2].
c- Thanétien
C'est l'horizon porteur de la minéralisation. Il est
visible sur le flanc de l'anticlinale de Djebel Onk avec une épaisseur
de 72 m. Il se subdivise en deux parties :
Ø Thanétien inférieur
Il est représenté par des marnes schisteuses.
Dans la partie supérieure du Thanétien inférieur
apparaissent des intercalations phosphatées atteignant jusqu'à 2
m d'épaisseur, et très riche en matière organique
surmontées par des calcaires et des marnes à gros
gastéropodes. La puissance varie de 30 à 40 m.
Ø Chapitre I. Description du site d'étude
2020/2021
9
Thanétien supérieur
Il présente des phosphates pseudo lithiques et
cuprolithiques.il débute
par un niveau dolomitique à gastéropodes, sous-jacent à
une couche phosphatée de 30 m d'épaisseur en moyenne à
Djebel-El-Onk et à Bled-El-Hadba, et qui diminue jusqu'à la
disparition vers le Nord, l'Ouest et le sud de ce gisement se termine
généralement par un niveau lumachellique [2].
I.2.3.3. Eocène
a- Yprésien
Il repose directement sur les dépôts du
Thanétien et affleure dans la carrière de Djemi-Djema et au Nord
du Djebel-El-Onk, il a une épaisseur de 32 m, nous distinguons :
Ø Yprésien inférieur
Il est représenté par des calcaires avec
lentilles de silex et calcaire phosphaté. L'épaisseur moyenne de
l'Yprésien inférieur est de 30 m au maximum.
Ø Yprésien supérieur
Il est constitué par l'alternance de calcaires,
calcaire dolomitique et marnes, sa puissance est de 2 à 3 m
[2].
b- Lutétien
Les formations de cet étage recouvrent en concordance
les séries Yprésiens, elles sont répandues dans la
région de Djebel-El-Onk, nous distinguons :
Ø Lutétien inférieur
Il est caractérisé par des calcaires et dolomie
avec géodes de quartz.
Ø Lutétien supérieur
Il est caractérisé par la présence des
gypses avec inter lits de marnes évaporites. Son épaisseur peut
atteindre 100 m.
I.2.3.4. Néogène
Le Néogène est caractérisé par un
faciès sablo-argileuse de type continental d'une puissance avoisinante
à 600 m [2].
a- Miocène
La datation des roches de Miocène a été
faite grâce à la découverte des rares fossiles
(Hélix Tissiti), il est formé essentiellement par des
sédiments représentés par des roches terrigènes et
des schistes argilo-gréseux. Tandis que les sédiments de la
région de Bled-El-Hadba sont composés de nombreux fragments
solidifiés.
Chapitre I. Description du site d'étude
2020/2021
Le Miocène est subdivisé en trois unités de
bas en haut :
Ø
10
Miocène inférieur
Il est représenté essentiellement par des
conglomérats, des sables avec des lits minces d'argile siliceuse, sa
puissance atteint plus de 200 m.
Ø Miocène moyen
Il est essentiellement argileux, parfois schisteux, avec des
intercalations de sables à grains fins et
moyens.la puissance est d'environ 100
m.
Ø Miocène supérieur
C'est une série sablo-argilo-conglomératique.
I.2.3.5. Quaternaire
Il est essentiellement représenté par des
éboulis de pente, de dépôts sableux, dépôts
éoliens, des graviers et des dépôts alluviaux et fluviaux
[2].
Chapitre I. Description du site d'étude
2020/2021
11
Figure I.3. Colonne stratigraphique de la
région de Djebel-El-Onk (Cielensky et Benchernine., 1987)
I.2.4. Tectonique régionale
En 1963, Ranchina a déduit que la région de
Djebel-El-Onk appartient à l'extrémité orientale de
l'Atlas Saharien. La série supérieure éocène, du
bassin de Djebel-El-Onk, Gafsa-Métlaoui, est structurée en une
suite d'anticlinaux et synclinaux dissymétriques,
généralement faillés dans leurs flancs, d'axe le plus
souvent SW-NE, il et décrochés par des accidents transverses N
120° à N 140° E [4].
Les anticlinaux de Djebel-El-Onk, Djebel-Djemi-Djema et
Oued-Bétita sont localisés à la bordure de la flexure Sud
Atlasique qui correspond à une zone d'affleurement entre le domaine
Atlasique mobile et la plateforme Saharienne stable. Ils appartiennent à
la branche Nord de la flexure Sud Atlasique d'une direction E-W.
Chapitre I. Description du site d'étude
2020/2021
12
L'anticlinal de Djebel-El-Onk prolonge sur des monts de
Nememcha jusqu'à l'Est en périclinal sous les formations du
Miocène d'une direction E-NE. Cet anticlinal est asymétrique au
flanc méridional avec un pendage de 80° et un flanc septentrional
de 10° [4].
Figure I.4. Carte structurale de la
région de Djebel-El-Onk (Aissaoui., 1984)
I.3. Cadre géologique régionale de
Kef-Essnoun I.3.1. Situation géographique régionale de
Kef-Essnoun
Selon le rapport de l'EREM réalisé par
Cieslinski, le gisement de Kef-Essnoun est situé au Sud du massif du
Djebel-El-Onk à 4 km de la ville de Bir-El-Ater, le siège
administratif de la région (Daïra) est à 2 km à
l'Ouest du gisement de Djemi-Djema entre le Djebel-Fouris et le Djebel-Tarfaye.
Sa superficie circonscrite par les sondages de reconnaissance est de 2.1
Km2, soit 2.7 Km de longueur sur 0.8 Km de largeur
[1].
Topographiquement, la zone du gisement, située au pied
de Djebel-Kef-Essnoun, constitue un plateau descendant en pente douce vers le
Sud-Ouest. Les cotes topographiques varient de720 m au Sud-Ouest à 810 m
au Nord-Est (dressant Nord) [1].
Les coordonnées Lambert de ce gisement sont les suivantes
:
X = 951.500 m ;
Y = 168 à 170 m.
Chapitre I. Description du site d'étude
2020/2021
13
La géologie du gisement de Kef-Essnoun est relativement
simple. Les réserves géologiques totales ont été
estimées à 317 millions tonnes de minerai à 26.53% P2O5 et
2.61% MgO dont 168 millions tonnes de réserves prouvées, 50 MT de
réserves probables (zone de rupture de pente, au Sud de la table) et 99
MT possibles dans les parties les plus profondes du gisement
[1].
Figure I.5. Plan topographique de Kef-Essnoun
(SOMIPHOS)
I.3.2. Stratigraphie
Toute la succession lithologique de Djebel-El-Onk est
rencontrée à Kef-Essnoun mais se diffère par une
épaisseur verticale plus importante du faisceau phosphaté
(jusqu'à 53 m dans certain sondages) [1].
Le gisement de Kef-Essnoun est constitué de bas en
haut par la succession lithologique suivante :
Ø Des formations du Thanetien inférieur (le mur
du faisceau phosphaté) sont représentées par des marnes
feuilletées sombres dans lesquelles s'intercalent localement, dans la
partie inférieure il existe deux niveaux de phosphates dolomitiques
d'épaisseur infra métrique ;
Ø Le faisceau phosphaté appartenant au
Thanetien supérieur est constitué par une couche unique de
phosphate sans intercalation stérile ;
Ø
Chapitre I. Description du site d'étude
2020/2021
14
Au toit du faisceau phosphaté apparaît la
série calcaro-dolomitique au-dessus de laquelle se dépose
localement les calcaires Lutétien, puis les sables du Miocène et
en dernier les dépôts récents du Quaternaire
constitués essentiellement d'alluvions ;
Ø L'épaisseur totale du recouvrement
stérile varie de 40 m au nord à 198 m au sud.
Figure I.6. Coupe géologique du gisement
de Kef-Essnoun dans la partie des dressants I.3.3.
Tectonique
Le gisement de Kef-Essnoun est caractérisé par
une structure simple qui se présente sous forme d'une table monoclinale
à pendage régulier, sous un angle de 5 à 10° vers le
Sud.
Au Sud de la table, on aperçoit une zone de rupture de
pente où le pendage des couches atteint 20°. Une série de
trois failles majeures de direction NNO-SSE traversent le gisement mais
n'engendrent pas de déformations majeures sur la géométrie
de la couche phosphatée [1].
Par contre, dans la zone des dressants de Kef-Essnoun,
allongée N 75° E, la tectonique souple et cassante a
entraîné un changement brusque du pendage de la couche
phosphatée affleurant où l'angle de pendage est subvertical ou
fortement incliné vers le Sud-Est ou le Nord-Ouest
[1].
Ces dressants sont représentés par les
formations du Paléocène (Danien, Montien et
Thanétien) et de l'Eocène inférieur
(Yprésien) correspondant à la zone de flexure faille du flanc
inverse de l'anticlinal de Djebel-El-Onk.
Au Nord-est des dressants, la série est
renversée et la couche de phosphate plonge suivant un angle de 30°
à 60° vers le Nord-Ouest. Par contre dans la partie centrale des
dressants, la couche de phosphate est en série normale et plonge vers le
Sud.
Chapitre I. Description du site d'étude
2020/2021
15
Figure I.7. Structure de la couche de phosphate
dans la zone de Kef-Essnoun et localisation des sondages carottés (Prian
et Cortiel., 1993)
I.3.3. Aperçu hydrogéologique
De point de vue hydrologique, selon l'Agence Nationale des
Ressources Hydrauliques (ANRH), le gisement de Kef-Essnoun se situe dans le
grand bassin versant de Chott-Melrhir, dont la superficie est de l'ordre de
68751 Km2 où il y existe plusieurs stations
hydrométriques.
I.3.3.1. Eaux de surfaces
Les eaux superficielles de la région de Kef-Essnoun
font partie des eaux Sahariennes, elles marquent leur présence
uniquement durant la période pluviale par des petits oueds (Tarfaya,
Abiod, El-Bir, Regou...etc.) qui traversent le gisement en coulant du Nord vers
le Sud [5].
L'étude de la carte du réseau hydrographique
nous permet de confirmer, à l'exception de quelques oueds qui prennent
leur naissance dans les régions avoisinantes du Nord, que les sources de
tous les oueds proviennent du dressant. Le débit et la vitesse
d'écoulement ne deviennent importants qu'après le confluent de
tous les oueds dans la partie Sud-Ouest de la
Chapitre I. Description du site d'étude
2020/2021
16
Chapitre I. Description du site d'étude
2020/2021
17
région au niveau de l'oued EI-Abiod car ce dernier
draine les eaux vers le Sud jusqu'à la décharge finale Chott
Melrhir [5].
I.3.3.2. Eaux souterraines
L'étude hydrogéologique de la région de
Bir-El-Ater a mis en évidence les formations aquifères suivantes
:
Ø Les alluvions du quaternaire ;
Ø Les sables du miocène ;
Ø Les calcaires marneux gypsifères du
Lutétien ;
Ø Les calcaires à silex de l'Yprésien ;
Ø Les calcaires du Dano-montien ;
Ø Les calcaires compacts fissurés du
Mæstrichtien [5].
L'alimentation de ces aquifères s'effectue par
l'infiltration des précipitations atmosphériques et le drainage
des aquifères voisines. Leur importance hydrique est faible dans
l'ensemble. A proximité de Djebel-El-Onk dans la zone de Kef-Essnoun,
ces formations sont privées d'eau et ne présentent pas
d'aquifères. En 1986, L'E.R.E.M a réalisé 32 sondages
carottés de profondeur allant de 76 m à 250 m et aucun sondage
n'a signalé la présence d'eau [5].
I.3.4. Aperçu sur l'exploitation du gisement de
Kef-Essnoun
Le gisement de phosphate de Kef-Essnoun est assez riche, les
installations de traitements actuelles, la qualité de son minerai, ses
réserves en catégorie industrielles et ses paramètres
techniques d'ouverture lui confèrent un caractère prioritaire et
stratégique quant à l'exploitation et le traitement de son
minerai [9].
I.3.4.1. Caractéristiques
géo-minières du gisement de Kef-Essnoun
Les caractéristiques géo-minières ont
été déterminées par CERAD et qui se résument
dans les points suivants :
Ø Présence d'une tectonique importante au Nord
(zone des dressants) ;
Ø Bonne qualité du minerai (une teneur moyenne
de 26,53 % de P205 et une teneur moyenne est de 2,61% de MgO ;
Ø Sa simplicité du point de vue d'exploitation
(profondeur moins de 100 m, forte puissance de 25 à 35 m) ;
Ø Accès facile vers les autres parties
(extension et avancement) [9].
En 2007 des mesures de sécurité et une autre
méthode d'exploitation ont été adoptées
après un glissement de terrain important, localisé dans le flanc
Nord-Est de la carrière Kef-
Essnoun au niveau de l'interface phosphate marne. Les mesures
de sécurité sont citées dans les points suivants :
Ø Aménagement d'un stot de
sécurité le long des gradins de la partie Sud-Ouest de la
plate-forme, pour mettre les mineurs à l'abri d'un mouvement d'ensemble
du versant ;
Ø Mettre en place des inclinomètres afin de
poursuivre la surveillance du versant Nord.
Ce qui concerne la méthode d'exploitation, elle est
orientée vers les parties Ouest et Sud- Ouest de la plate-forme actuelle
[9].
I.3.4.2. Ouverture du gisement de
Kef-Essnoun
L'ouverture du gisement de Kef-Essnoun est
réalisée par une tranchée d'accès commune
extérieure. Le creusement s'effectue au moyen des travaux de forage et
de tir et dépend de la dureté des roches. Après le tir, on
utilise le bulldozer pour niveler la surface afin de faciliter l'accès
à la sondeuse.
Cette dernière fore des trous horizontaux et peu
inclinés afin d'élargir les tranchées. Ensuite les trous
sont chargés et tirés, on suit la même procédure en
fonction du tracé de la tranchée, tout en respectant la pente par
rapport aux moyens de transports utilisés.
I.3.4.3. Choix de la méthode
d'exploitation
Les méthodes d'exploitation peuvent être
définies comme étant l'ordre d'exécution dans le temps et
dans l'espace d'un ensemble de travaux d'enlèvement des stériles
et de minerai, établi pour des conditions bien
déterminées.
Cet ordre dépend de la variété du nombre
de mécanisme, d'engins utilisés à cet effet et de
l'organisation de ces derniers. La méthode choisie doit assurer
l'extraction de la substance utile en quantité et en qualité,
bien réglée et planifiée, dans des conditions de
sécurité lors de mise en rationnelle des réserves du
gisement.
La méthode d'exploitation doit tenir compte de la
relation étroite qui existe entre les différents facteurs
suivants :
- Caractéristiques géologiques du gisement ;
- Dimensions du gite ;
- Puissance du stérile ;
- Propriétés physiques et mécaniques du
minerai et du stérile ;
- Production planifiée de la mine ;
- Mode d'ouverture du gisement ;
- Nombre d'engins miniers prévus
[17].
Chapitre I. Description du site d'étude
2020/2021
18
A la base de l'interdépendance de ces facteurs, les
chercheurs les plus réputés du domaine ont procédés
à des classifications des méthodes d'exploitations. Parmi, ces
classifications, Nous retenons, celles du célèbre
académicien Ruse Rjevsky V.
La classification de Rjevsky V est basée sur les indices
suivants :
- L'angle de pendage du gite ;
- La disposition des fronts de travail dans le plan ;
- Le nombre de bords exploitables de la mine ;
- La direction de progression des travaux ;
- La disposition des terrils par rapport au contour du champ
minier.
Dans le cas de Djebel-El-Onk (Kef-Essnoun), la méthode
d'exploitation utilisée est la méthode continue transversale
à un seul bord exploitable avec transport par camion (Selon la
classification des méthodes d'exploitation de Rjvesky V).
I.3.4.4. Travaux préparatoires
- Mettre en place les pistes de circulation et les accès
aux gradins ;
- Assurer la circulation des engins en toute
sécurité ;
- Vérifier la pente de la piste principale (La pente
<10 % et ne doit pas dépasser les 6 %
dans les virages) ;
- Renforcer les bordures par des gros blocs afin d'éviter
tous les risques d'inondation
des plates-formes ;
- Retracer le terrain.
I.3.4.5. Travaux de forage
Le forage est un procédé qui consiste à
réaliser des trous de mines à l'aide d'un équipement
spécialisé.
Le forage est l'opération qui consiste à percer
des trous de diamètres déterminés dans le sol. Dans la
carrière de Kef-Essnoun, ces trous de forage ont des différents
diamètres et sont réalisés par des sondeuses de marques
ATLAS-COPCO.
Au niveau de la mine de Kef-Essnoun, les travaux de forage
sont réalisés en utilisant des sondeuses qui sont
composées d'un assemblage de tiges de 3 mètres de longueur avec
une possibilité de forer des trous de 110 ou de 165 millimètres
de diamètre avec l'utilisation du mode de forage roto-percutant.
Chapitre I. Description du site d'étude
2020/2021
Figure I.8. Sondeuse roto percutante
19
I.3.4.6. Travaux de tir
Le tir électrique est la méthode
utilisée à Kef-Essnoun, il est généralement
programmé chaque jour à deux niveaux différents assez
distants l'un de l'autre.
I.3.4.7. Explosifs utilisés
Un explosif est défini par un mélange de corps
susceptibles lors de leur transformation, de dégager en un temps
très court, un grand volume de gaz porté à haute
température, ce qui constitue une explosion.
Parmi les types d'explosifs utilisés, citons :
- Explosifs brisants (Marmanite), c'est un explosif
pulvérulent de couleur grise, constitué de nitrate d'ammonium et
d'un explosif brisant comme le TNT ;
- Explosifs déflagrants (Anfomile).
Figure I.9. Explosif de la Marmanite et
l'Anfomile
Chapitre I. Description du site d'étude
2020/2021
20
a- Accessoires d'explosifs
Pour un tir électrique, nous distinguons :
Ø Cordeau détonant ;
Ø Détonateurs électriques :
- Détonateurs à micro retards (DMR) ;
- Détonateur électrique instantané
(DEI).
I.3.4.8. Processus de chargement et transport de la
masse rocheuse
Le chargement de la masse rocheuse est assuré par des
pelles hydrauliques CATERPILARD et LIEBHERR sur CHENILLE (à une
capacité de godet de 6 m3). Concernant le transport, ce
dernier est assuré par des camions CATERPILLAR d'une capacité de
60 T et des camions TEREX d'une capacité de 70 T.
Figure I.10. Opération de chargement
(prise le 17/03/2021)
Chapitre I. Description du site d'étude
2020/2021
21
Conclusion
Le gisement de Kef-Essnoun est situé sur le flanc
méridional de l'anticlinal de Djebel-El-Onk. Il est
caractérisé par un faciès phosphaté d'une
épaisseur atteignant les 50 m et un recouvrement de stérile
constitué généralement par une série
calcairo-dolomitique à silex de l'Yprésien et surmonté
localement par les calcaires de Lutétien puis par les sables du
Miocèneet les alluvions du Quaternaire. Son épaisseur totale
varie de 40 m à 198 m. De plus, la région est
caractérisée par un réseau hydrographique
généralement sec.
Le choix des paramètres d'exploitation de la mine de
Kef-Essnoun dépend généralement des
caractéristiques des terrains et de la sécurité du
travail. L'étude géologiques, hydrogéologiques et les
paramètres d'exploitation ont permis d'obtenir une image aussi
complète que possible sur les caractéristiques des massifs
rocheux traversés afin d'évaluer leurs stabilités.
Chapitre II
Etude bibliographique
Chapitre II. Etude bibliographique
2020/2021
23
Introduction
Le problème de la stabilité au niveau des mines
à ciel ouvert est très fréquent et peut engendrer
d'importants pertes, l'arrêt de la production et même la mort des
travailleurs. L'ampleur des dégâts de l'instabilité
dépend de plusieurs facteurs parmi lesquels nous citons :
géologiques, hydrogéologiques, géotechniques et
naturels.
Les instabilités rocheuses se produisent lorsqu'un
certain nombre de facteurs se réunissent et que pour une raison ou une
autre, l'état de stabilité précaire, prévalant
jusque-là, passe à une situation instable se traduisant par des
déplacements de roches caractérisés parleurs types
(glissement, écoulement, chute...).
Dans ce chapitre, nous présentons une étude
bibliographique générale sur la stabilité des
carrières et des mines à ciel ouvert. Il contient d'une part, une
description des massifs rocheux, leurs discontinuités et leurs
méthodes de classification. D'une autre part, une présentation
des différents types d'instabilité structurale, des
paramètres influant sur la stabilité des talus et des
méthodes d'analyses de la stabilité.
II.1. Structure des massifs rocheux II.1.1. Description
des massifs rocheux
Les massifs rocheux sont des structures très
complexes, formés d'une juxtaposition de matériaux
hétérogènes et qu'à différentes
échelles, du "micro" au "macro". Ils sont assimilés à un
assemblage de blocs appelés matrices rocheuses lesquels sont
délimités par des discontinuités constituées de
fissures, de fractures ou de failles ou encore de joints stratigraphiques
[6].
En règle générale, on considère la
succession suivante :
Ø Minéraux, considérés comme
éléments de base, postulés non-affectés de
discontinuités ;
Ø Matériaux rocheux constitués de
minéraux séparés par des micros discontinuités ;
Ø Massifs rocheux constitués de matériaux
rocheux séparés par les macros discontinuités.
Chapitre II. Etude bibliographique
2020/2021
Figure II.1. Structure d'un massif rocheux
24
II.1.2. Description des discontinuités
On appelle discontinuité naturelle toute surface,
plane ou courbe, constituant une séparation de la matrice rocheuse. Elle
peut être aussi définie comme étant toute cassure
mécanique ou fracture ayant une résistance en tension
négligeable dans une roche [7].
Il est important de faire la différence entre les
discontinuités naturelles, qui ont une origine géologique et les
discontinuités artificielles qui sont créées par des
activités humaines comme l'excavation d'un massif rocheux. Bien que les
discontinuités aient souvent une géométrie
irrégulière ou ondulée [8].
II.1.2.1. Influence des discontinuités sur le
comportement d'un massif rocheux
Les discontinuités peuvent entrainer plusieurs
changements sur le comportement d'un massif rocheux, à savoir :
Ø De couper la roche en plaques, blocs et coins (libres
de tomber et de bouger) ;
Ø D'agir comme plan de faiblesse pour le glissement ;
Ø De faciliter l'écoulement d'eau et créer
des réseaux d'écoulement ;
Ø D'entrainer de grandes déformations ;
Ø De changer la distribution et l'orientation des
contraintes [9].
Chapitre II. Etude bibliographique
2020/2021
25
II.1.2.2. Types de discontinuités
Les principales discontinuités présentent dans les
massifs rocheux sont :
a- Joints de stratification
Ils sont plus ou moins réguliers séparant les
strates. Ils créent une interface de deux matériaux rocheux et
ces derniers peuvent être soulignés comme de minces
dépôts argileux ou schisteux favorisant le glissement.
b- Schistosité
Elle résulte de la réorientation des
minéraux constitutifs dans une direction perpendiculaire à celle
des contraintes de compression auxquelles le massif a été
soumis.
c- Failles (fractures)
Ce sont des surfaces de rupture générées
par les effets de cisaillement issus des contraintes de compression (failles
inverses ou normales selon l'orientation des contraintes principales) ou par
traction. Le déplacement des lèvres de la rupture (le rejet) peut
avoir une amplitude nulle ou atteindre plusieurs kilomètres.
Il est évident que la genèse de la faille va
dépendre d'état de fracturation des épontes (masses
rocheuses de part et d'autre de la fracture). Les plans de faille sont souvent
marqués de stries indiquant le sens du mouvement et facilitant un rejeu
de la faille dans cette direction.
d- Diaclases
Elles correspondent à une rupture de type fragile.
Elles peuvent être des plans liés à la diagenèse et
au retrait de la roche pour certains ou d'origine tectonique pour d'autres.
Quoiqu'il en soit, dans les roches stratifiées, les diaclases se
présentent pratiquement toujours sous la forme de deux familles
orthogonales entre elles et perpendiculaires aux plans de stratification. Les
diaclases découpent ainsi des éléments
parallélépipédiques facilitant les chutes de blocs.
e- Plis
Les plis sont le résultat de la flexion d'une strate
rocheuse sous l'effet d'une force tectonique ou d'un mouvement
[9].
Chapitre II. Etude bibliographique
2020/2021
26
II.1.2.3. Propriétés
géométriques des discontinuités
Les principales caractéristiques des discontinuités
dans un massif rocheux sont : a- Orientation d'une
discontinuité
Elle est définie par sa direction et son angle de
pendage qui sont mesurés à l'aide d'une boussole
géologique. La direction de pendage est la droite d'intersection du plan
avec un plan horizontal. On caractérise cette direction par son azimut,
c'est-à-dire l'angle qu'elle fait avec la direction du nord. Elle est
toujours perpendiculaire à la direction d'un plan et elle est
mesurée en degrés (°). Tandis que le pendage est l'angle que
forme la ligne de plus grande pente avec l'horizontale [9].
Figure II.2. Représentation de la
direction et du pendage d'un plan
b- Espacement des joints
C'est la distance perpendiculaire entre les joints de
façon à obtenir le véritable écart entre les plans.
On mesure souvent l'espacement apparent et on mesure l'espacement des joints
qui varie selon les différentes faces et directions de mesures. Cet
espacement contrôle la taille des blocs individuels et le mode de rupture
et l'écoulement [9].
Chapitre II. Etude bibliographique
2020/2021
Figure II.3. Mesure de l'espacement
27
Tableau II.1. Description de l'espacement des
discontinuités [9].
Espacement des discontinuités (m)
|
Description
|
<0.02
|
Espacement extrêmement étroit
|
0.02-0.06
|
Espacement très étroit
|
0.06-0.2
|
Espacement étroit
|
0.2-0.6
|
Espacement modéré
|
0.6-2
|
Espacement large
|
2-6
|
Espacement très large
|
>6
|
Espacement extrêmement large
|
c- Fréquence des discontinuités
(ë)
Elle est déterminée par comptage sur le terrain,
par exemple en mesurant l'espacement des discontinuités le long d'une ou
de plusieurs lignes tracées perpendiculairement à leur direction
ou selon des lignes traversant au mieux (statistiquement) les
différentes familles de joints [10].
Si, le long de la ligne du levé, N est le nombre de
discontinuités et L la longueur du levé, la fréquence (X)
des discontinuités vaut X = N/L et l'espacement moyen (x) vaut x = L/N.
On déduit que la fréquence est simplement l'inverse de
l'espacement moyen des discontinuités. La fréquence et
l'espacement moyen dépendent de l'orientation de la ligne de levé
par rapport à celle des discontinuités [10].
d-
Chapitre II. Etude bibliographique
2020/2021
Figure II.4. Mesure de la fréquence des
discontinuités
28
Rugosité
Elle correspond à la forme de la surface de
discontinuité d'un ensemble individuel à petite échelle.
Elle doit être évaluée sur la base des critères
visuel et sensoriel. Un coefficient de rugosité du joint (JRC) peut
être adapté : il va de 0, pour une surface plane et lisse
(Fig.II.5b), à 20, pour une surface très rugueuse (Fig.II.5a).
Figure II.5. Réseau de fracture, zoom
sur la rugosité d'une fracture (a) et une fracture
linéarisée (b)
e- Persistance
La persistance est l'extension spatiale où la longueur
d'une discontinuité peut être directement mesurée en
observant les longueurs des traces des discontinuités sur les
affleurements [8].
Figure.II.6. Persistance de différents
ensembles de fractures
(a) : Deux ensembles de diaclases persistants avec persistance
élevée ;
(b) : Un ensemble de diaclases avec persistance
élevée + un ensemble de diaclases discontinues avec persistance
moyenne ;
(c) : Deux ensembles de diaclases discontinus avec persistance
moyenne ;
(d) : Deux ensembles de diaclases discontinus avec faible
persistance.
Chapitre II. Etude bibliographique
2020/2021
f- Ouverture et matériaux du
remplissage
29
Il est très rare que les deux surfaces d'une
discontinuité soient en contact, généralement il existe un
espace entre elles appelé ouverture qu'elle soit remplie d'air, d'eau
(joint ouvert) ou avec des matériaux de remplissage
[8].
En général, les propriétés du
matériel de remplissage affectent la résistance aux
cisaillements, la déformabilité et la perméabilité
des discontinuités. On peut distinguer :
Ø Matériaux tendres : qui peuvent être
rayés à l'ongle ou essuyés à la main (argile,
sable) ;
Ø Matériaux durs : qui ne peuvent être
rayés à l'ongle (minéraux comme la calcite, le quartz,
etc.).
Figure II.7. Fissure ouverte et remplie
II.1.2.3. Caractéristiques mécaniques des
discontinuités
Ce sont des facteurs prépondérants pour la
stabilité du massif. Le comportement
mécanique des discontinuités peut être
considéré comme le critère de rupture de Coulomb.
Celui-ci relie la résistance au cisaillement
"r", à la contrainte normale
"0n", par la relation :
r = c
+0n tanp (II.1)
Où
"ö" est l'angle de frottement interne ;
"c" est la cohésion.
(a)
Chapitre II. Etude bibliographique
2020/2021
Figure II.8. Essais de cisaillement sur "joint"
rocheux
30
Essai de cisaillement de la discontinuité ;
(b) courbe du déplacement de cisaillement par rapport
à la contrainte de cisaillement ;
(c) Courbe de Mohr de la force maximale ;
(d) Diagramme de Mohr de la force maximale et
résiduelle.
Les paramètres « c » et « ö »
déterminent par un examen morphologique détaillé des
discontinuités (rugosité, remplissage, etc.) et par des essais de
cisaillement ou autres [8].
II.2. Méthodes de classification des roches pour
l'étude des instabilités
Le but de la classification des roches est d'avoir des
informations sur les propriétés globales des massifs rocheux afin
d'avoir des valeurs représentatives constituant une base rationnelle
aidant l'ingénieur à la décision.
L'expérience accumulée sur les problèmes
de stabilité des talus anthropiques a permis l'élaboration d'une
méthodologie cohérente pour la prévision des ruptures et
le choix de mesures confortatives adaptées.
Le premier indice proposé dans ce sens s'appelle le RQD
(Rock Quality Designation) par Deere et al., (1988). L'indice RQD permet de
quantifier simplement l'état de fracturation de la roche. RQD a
étéì défini par le pourcentage de la
longueur cumulée des éléments de carottes de longueur
unitaire supérieure ou égale à 10 cm par rapport à
la longueur de la passe forée.
Chapitre II. Etude bibliographique
2020/2021
31
Le RQD dépend des caractéristiques et des
conditions du forage. RQD est indépendant de la direction du forage et
peut-être effectivement considéré comme un indice global de
qualité du massif rocheux [11].
Le système de classification le plus connu est le RMR
(Rock Mass Rating) proposé par Bieniawski (1989) est basé sur
l'évaluation de 6 paramètres qualitatifs ou quantitatifs qui sont
additionnés : la résistance à la compression simple de la
roche ; la qualité du massif rocheux avec le RQD ; l'espacement des
discontinuités ; les conditions hydrauliques du massif rocheux et
l'orientation des discontinuités par rapport aux directions
représentatives du problème traité est prise en compte
dans l'un de ces paramètres.
Le Q-Système (Tunneling Quality Index)
développé par Barton et al. (1974). L'indice Q a
étéì mis au point à l'origine pour les
tunnels Barton (1973), Barton & Choubey (1977). Le Q-système tient
compte des orientations des discontinuités uniquement par le nombre de
famille existantes. Ceci est insuffisant pour analyser des fractures. Elle
n'est pas aussi fiable car elle utilise pour représenter la
qualité du terrain par un seul nombre Q.
La méthode SMR (Slope Mass Rating) proposée par
Romana (1985, 1991) est une méthode quantitative qui a
étéì développée pour
l'étude de la stabilité de versant excavé (l'état
du talus rocheux), elle est basé sur le calcul du RMR, auquel est
ajouté un produit de facteurs dépendant de l'orientation des
discontinuités et du talus (la direction des discontinuités, le
pendage des discontinuités, la relation entre la pente du talus et le
pendage des discontinuités, et la méthode d'excavation).
La méthode de Hoek-Brown n'est pas à proprement
parler un système de classification Hoek & Bray (2004), Wyllie et
al. (2004), Hoek (1998), et Hoek & Karzulovic (2000). Elle se base sur la
prise en compte d'un certain nombre de caractéristiques du massif
rocheux pour en déduire les paramètres mécaniques globaux,
angle de frottement interne et cohésion du massif rocheux. Ces
paramètres seront ensuite utilisés dans des méthodes de
calcul de stabilité de type de celles employées en
mécanique de massifs. La détermination ces paramètres se
basent sur certaines caractéristiques du matériau rocheux et la
détermination de l'état de fracturation du massif qui est GSI
(Geological Strength Index).
II.3. Instabilité des massifs rocheux
Un mouvement de terrain est un déplacement plus au
moins brutal du sol ou du sous-sol, sous l'effet d'influence naturelle (agent
d'érosion, pesanteur, séisme...etc.) ou anthropique
(exploitation, déboisement, terrassement...etc.). Ce
phénomène comprend diverses manifestations : lentes ou rapides,
en fonction des mécanismes initiateurs, des matériaux
considérés et de leur structure [12].
Chapitre II. Etude bibliographique
2020/2021
32
Nous distinguons deux grandes familles d'instabilités :
II.3.1. Mouvements rapides II.3.1.1.
Ecroulements
Ce sont des chutes soudaines de masses rocheuses qui se
détachent d'une paroi en se désorganisant. Ils sont
représentés par l'effondrement d'un pan de falaise verticale pour
venir former, au pied du versant, des nappes de matériaux grossiers qui
peuvent s'étendre sur plusieurs kilomètres. Ils se produisent
pour des configurations géologiques particulières : fissures
parallèles à la surface libre ou présence d'un banc
érodable sous une couche résistante...etc
[13].
Figure II.9. Deux types d'écroulement :
a) par rupture d'un plan de falaise ; b) à la suite d'un
glissement plan
II.3.1.2. Coulées
Elles se produisent à partir d'un matériau
meuble, momentanément saturé en eau, prenant alors une
consistance plus ou moins visqueuse, parfois proche de la fluidité. On
distingue plusieurs types de coulées tels que :
Ø Coulées boueuses (incluant coulée de
blocs, de terre, de boue, lave torrentielle et l'avalanche de débris).
Ils se produisent surtout en montagne [14].
Figure II.10. Coulées boueuses
Chapitre II. Etude bibliographique
2020/2021
33
II.3.2. Mouvements lents II.3.2.1. Fluage
Il correspond à des mouvements lents, dus à des
sollicitations proches de la rupture (domaine plastique). Dans l'exemple de la
figure suivante ou le banc de marne flue sous le poids de la falaise calcaire.
Ceci peut provoquer une fissuration du banc calcaire peu déformable et
un risque d'écroulement de la falaise [14].
Figure II.11. Modèle
représentatif du phénomène de fluage II.3.2.2.
Glissements
Ils se produisent lorsque le massif rocheux est
affecté d'un grand nombre de discontinuités. Ils sont
caractérisés par une translation latérale d'une masse de
matériaux au niveau d'une surface de rupture nettement
individualisée et se produisent généralement dans des
matériaux faiblement cohérents (marnes, argiles...).
a- Types de glissement de terrain
Ø Glissement circulaire
Le terrain glisse le long d'une surface concave ayant la forme
d'une cuillère. En générale la surface de glissement
plonge presque verticalement dans la niche d'arrachement. Nous distinguons le
glissement rotationnel simple et complexe (composé) (Fig.II.12ab)
[15].
· Glissement circulaire simple
La surface de rupture a une forme simple et peut être
assimilée à un cercle, d'où le nom de glissement
circulaire.
Il est caractérisé par des ravinements et des
arrachements importants des masses rocheuses. Dans un tel glissement nous
distinguons (Fig.II.12a) :
ü
Chapitre II. Etude bibliographique
2020/2021
34
Des fissures de traction et un escarpement au sommet
correspondant au départ de la surface de glissement ;
ü Un bourrelet formé par des matières
glissées à la base.
· Glissement circulaire complexe
Il s'agit de glissements multiples emboîtés les
uns dans les autres dus souvent à la suppression de la butée
provoquée par le glissement précédent, ce qui
entraîne des glissements successifs remontant vers l'amont. Il est
formé de plusieurs petits décrochements et de ravinements
(Fig.II.12b).
Ø Glissements plans
Il se produit suivant un plan au niveau d'une surface de
discontinuité géologique (zone entre deux matériaux de
nature différente, failles, joints de stratification...etc.)
(Fig.II.12cd).
La ligne de rupture suit une couche mince de mauvaise
caractéristiques mécaniques sur laquelle s'exerce souvent
l'action de l'eau. Une telle couche est appelée « couche savon
» [16].
Ø Glissement circulaire de coin
(dièdre)
Étant formé par deux plans de
discontinuités (Fig.II.12e) dont l'orientation permet le glissement du
bloc vers la surface libre.
II.3.2.3. Basculement (Toppling)
C'est un glissement bien marqué des bancs rocheux
provoquant une sorte de fauchage de tête de bancs (Fig.II.12ab). Il ne se
produit que dans des conditions spécifiques de pendage des bancs (ils
doivent être assez redressés), de pente du talus rocheux (assez
raide) et d'orientation relative (la stratification et le talus doivent avoir
des directions voisines). Il se produit par décollement des plaques et
leur basculement [16].
Chapitre II. Etude bibliographique
2020/2021
Figure II.12. Différents types de
glissements
35
II.3.3. Facteurs influant sur la stabilité des
talus
L'analyse des processus de déformation dans les mines
à ciel ouvert doit tenir compte de l'influence commune des facteurs
naturels et techniques.
II.3.3.1. Influence des facteurs naturels d'exploitation
sur la stabilité
Les facteurs naturels sont subdivisés en trois groupes :
a- Facteurs géographiques et climatiques
Ils sont représentés par le relief du site, le
régime des précipitations, le régime des
températures et les conditions spécifiques du
gel-dégel.
b- Chapitre II. Etude bibliographique
2020/2021
36
Facteurs géologiques
Ce sont la lithologie du massif, les conditions tectoniques,
les spécificités structurales et texturales des roches et du
massif et propriétés mécaniques des roches.
c- Facteurs hydrogéologiques
Ils sont représentés par les eaux superficielles
qui traversent le territoire de l'exploitation ou se situent à
proximité, eaux souterraines dans le massif, présence d'eau dans
les contacts entre les roches ou dans les discontinuités tectoniques
[17].
II.3.3.2. Influence des facteurs techniques
d'exploitation sur la stabilité
Parmi les facteurs techniques il existe la
géométrie de la mine et des stériles, les angles de talus
de la mine et des stériles, la méthode d'excavation et de
l'abattage de la roche, la structure de la mécanisation des travaux, la
présence à proximité de la mine d'excavations souterraines
et les méthodes et les paramètres de pompage.
D'un point de vue général, les massifs rocheux
peuvent être considérés à la fois comme des objets
géologiques et des objets mécaniques. L'étude de la
stabilité des massifs rocheux nécessite d'avoir des connaissances
relatives à la géologie structurale et à la
mécanique des roches.
Sur le plan géologique, il existe une grande
diversité des massifs rocheux en fonction
de :
y' La nature de la matrice rocheuse et ses
caractéristiques pétrographiques et
mécaniques ;
y' Les discontinuités à toutes les échelles
et de tous types, affectant le massif ;
y' La variabilité dans l'espace du couple matrice
rocheuse/discontinuités.
a- Influence de la hauteur du gradin
La hauteur de gradins influe considérablement sur la
valeur du coefficient de sécurité et donc sur la stabilité
des talus. Plus la hauteur de gradins est grande, plus son angle de pente sera
faible [14].
b- Influence de la géométrie
La concavité ou la convexité des bords de talus
a une influence sur la valeur réelle du coefficient de
sécurité. Dans le cas où le bord de la fosse est concave,
la valeur de Fs est sous-estimé. Dans le cas contraire (bord convexe),
elle est surestimée par rapport à la réalité
[14].
II.4. Principe de l'évaluation de la
stabilité
Selon la forme de la surface de glissement adoptée,
l'évaluation de l'état de stabilité se réalise par
des méthodes de calcul développées par les chercheurs pour
estimer l'état d'équilibre du versant en se basant sur la valeur
d'un coefficient de sécurité (FS).
Chapitre II. Etude bibliographique
2020/2021
37
L'application de ce coefficient à pour raison de se tenir
éloigner de la rupture, autrement dit, il donne pour le talus une marge
de sécurité qui le sépare de la déformation.
En se référant aux valeurs du coefficient de
sécurité, le tableau 1 présente l l'état de
stabilité du talus.
Tableau II.2. Équilibre des talus en
fonction des valeurs théoriques du coefficient de sécurité
[18].
Facteur de sécurité (Fs)
|
Etat de l'ouvrage
|
Fs< 1
|
Danger
|
Fs = 1
|
Stabilité limite
|
1= Fs = 1.25
|
Sécurité contestable
|
1.25 = Fs = 1.40
|
Sécurité satisfaisante pour les ouvrages peu
importants mais par contre c'est une sécurité contestable pour
les talus des carrières à ciel ouvert.
|
Fs > 1.4
|
Sécurité satisfaisante
|
II.4.1. Moyens de contrôle et de surveillance de la
stabilité
L'observation constitue souvent une étape
préparatoire visant à confirmer la réalité d'un
risque à prendre en compte à l'échelle de temps
habituelle. Elle n'implique donc pas de notion de périodicité
régulière ou prédéfinie. Elle est dictée par
les conditions particulières du site : données
géologiques, état d'évolution, niveau d'activité
probable, environnement et activité de risque [19].
Le suivi ou le contrôle consiste en l'examen du site et
le recueil de données qualitatives et quantitatives caractérisant
son évolution.
Dans le cadre de la stabilité des pentes, les
méthodes de surveillance se différencient par le domaine
d'application, c'est-à-dire par les différentes grandeurs
physiques que les techniques de mesure sont capables de relever et de
surveiller, ainsi que par la gamme des instruments utilisés et la
procédure spécifique. Quelques méthodes mettent en jeu
plusieurs types d'instruments avec un principe de fonctionnement similaire qui
peuvent relever les grandeurs physiques dans des contextes différents
[19].
Chapitre II. Etude bibliographique
2020/2021
Selon le projet coordonné par Rouiller en 2006, il existe
actuellement plusieurs moyens et méthodes pour la surveillance des
versants instables, nous citons :
Ø Les observations de surface (topographie) ;
Ø Le contrôle de l'eau (piézomètres)
;
Ø Les mesures de mouvements de terrains
(Fissuromètres, inclinomètres, exten somètres) ;
Ø Les moyens de traitement et de renforcement
(drainage, câblage).
II.4.2. Méthodes de confortement des
glissements
Selon Durville, les méthodes utilisées pour
stabiliser un versant en mouvement sont : II.4.2.1.
Terrassements
Les conditions de stabilité étant directement
liées à la pente du terrain, le terrassement reste le moyen
d'action le plus naturel. Nous distinguons trois groupes de méthodes de
stabilisation par terrassement :
- Les actions sur l'équilibre des masses :
allègement en tête, remblai en pied ;
- Les actions sur la géométrie de la pente : purge
et reprofilage ; - Les substitutions partielles ou totales de la masse instable
[20]. a- Remblai de pied
Figure II.13. Butée de pied
38
Le chargement en pied d'un glissement est une technique
souvent utilisée et généralement efficace. L'ouvrage,
appelé également banquette, berme ou butée, agit par
contrebalancement des forces motrices (Fig.II.13). Étant donnée
son poids, l'ouvrage de butée ne doit pas déclencher d'autres
glissements [15].
Chapitre II. Etude bibliographique
2020/2021
b- Allègement en tête
39
L'allègement en tête de glissement consiste
à terrasser dans la partie supérieure (Fig. II.14). Il en
résulte une diminution du poids moteur et par conséquent une
augmentation du coefficient de sécurité.
La méthode de dimensionnement consiste en un calcul de
stabilité le long de la surface de rupture déclarée en
prenant en compte la modification de la géométrie en tête.
Nous pouvons également substituer le matériau terrassé par
un matériau léger (polystyrène, matériau à
structure alvéolaire...etc.) [15].
Figure II.14. Allégement en
tête
c- Reprofilage
Les conditions de stabilité d'un talus étant
directement liées à sa pente, on peut assez simplement augmenter
la sécurité par retalutage du terrain naturel (Fig.II.15). Dans
ce sens, le procédé s'apparente à l'allègement en
tête, il consiste en un adoucissement de la pente moyenne.
Ce type de traitement est particulièrement bien
adapté aux talus de déblais et il est de pratique courante.
Notons que l'exécution du reprofilage à l'avantage
d'améliorer la stabilité par rapport à une pente unique et
de créer des voies d'accès pour l'entretien ou des travaux
complémentaires. L'adoucissement de la pente est
généralement mal adapté aux versants naturels instables
car il met en jeu des volumes très importants [15].
Chapitre II. Etude bibliographique
2020/2021
Figure II.15. Reprofilage
40
d- Purge
Les techniques de terrassement s'accompagnent
fréquemment de purges du matériau déplacé par le
glissement (fig.II.16). Cette solution est généralement
limitée aux glissements de taille modeste. Dans certains cas, ya une
possibilité de purger l'ensemble du matériau glissé
à condition que la surface mise à nu soit stable
[15].
Figure II.16. Purge
II.4.2.2. Dispositifs de drainage
Dans la plupart des cas de glissement, l'eau joue un
rôle moteur déterminant. Aussi les techniques de drainage sont
utilisées couramment qui ont pour but la réduction des pressions
interstitielles au niveau de la surface de rupture. C'est donc en termes de
diminution de pression interstitielle qu'il faut évaluer
l'efficacité d'un dispositif de drainage [21].
Chapitre II. Etude bibliographique
2020/2021
41
Les différentes techniques pouvant être mises en
oeuvre pour atteindre cet objectif relèvent de deux options
fondamentales :
Ø Éviter l'alimentation en eau du site ;
Ø Expulser l'eau présente dans le massif
instable.
II.5. Méthodes d'analyse de la
stabilité
Le calcul de la stabilité peut être
effectué dans deux circonstances bien distinctes : avant ou après
le déclenchement du mouvement. Dans le premier cas, le versant est
apparemment stable, l'objectif du calcul de stabilité est de
définir une surface de glissement qui aurait le plus de chance
d'apparaître. Autrement dit, le calcul de stabilité permet
à la fois d'apprécier la marge de sécurité du
versant vis-à-vis de la rupture, de définir dans le site la zone
la plus menacée par l'instabilité et d'examiner l'influence de
certains travaux (terrassements, constructions...etc.) sur la marge de
sécurité qui a été définie pour le versant
vierge.
Cette étape de calcul apparaît donc très
importante car elle permet de choisir les paramètres nécessaires
pour l'ouvrage, afin de garantir la stabilité de l'ensemble (ouvrage et
site).
Contrairement au premier cas et lorsque le mouvement est
déjà apparu sur le versant, le calcul de la stabilité
s'effectue pour apprécier la marge de sécurité qui
sépare l'état actuel du site de l'état d'équilibre.
Dans ce deuxième cas, les valeurs des paramètres
nécessaires à introduire dans le calcul sont en principe
données par les investigations déjà
exécutées sur site, ce sont des valeurs réelles telles que
: La géométrie de la surface du glissement, les
caractéristiques géotechniques du massif et de la surface de
glissement...etc. Dans ce cas, le calcul de stabilité présente
aussi un grand intérêt, car il permet de repérer les causes
de l'apparition du mouvement et de définir les dispositifs confortatifs
nécessaires pour limiter le risque.
Les méthodes de calcul de stabilité des
terrains sont basées sur la constatation suivante :
lorsqu'il y a glissement de terrain, il y a séparation
d'une masse du sol du reste du massif et son glissement se fait suivant une
surface de rupture. Ayant défini une surface de rupture « S »,
nous étudions la stabilité de la masse (1) mobile par rapport au
massif (2) qui est fixe [14].
Chapitre II. Etude bibliographique
2020/2021
Figure II.17. Description de la surface de
rupture
42
II.5.1. Méthodes basées sur
l'équilibre limite (méthode des tranches)
La méthode des tranches est une méthode
suédoise introduite par Petterson en 1916. Elle consiste à
diviser un volume instable en un certain nombre de tranches limitées par
des plans verticaux et à étudier l'équilibre de chaque
tranche indépendamment sur la ligne de rupture sous l'action des forces
et des moments qui la sollicitent.
Il existe plusieurs méthodes des tranches, les plus
utilisées sont les suivantes : II.5.1.1. Méthode des
tranches de Fellenius
C'est la méthode la plus simple pour l'analyse de
stabilité des talus. Considérons un talus constitué d'un
certain nombre de couches de caractéristiques différentes ;
Ci,öi et ãi.
Fellenius suppose que la ligne de glissement est circulaire
et vérifie la stabilité de ce talus vis-à-vis du risque de
glissement par le calcul de leur coefficient de sécurité.
Le découpage des couches se fait de telle façon
que l'intersection du cercle de glissement et les limites des couches (points G
et H) correspondent à une limite entre deux tranches. (fig.II.18)
[22].
Figure II.18. Découpage en tranches
d'un talus (Fellenius 1927)
Chapitre II. Etude bibliographique
2020/2021
43
Chapitre II. Etude bibliographique
2020/2021
44
Figure II.19. Forces agissantes sur la
tranche
Selon la figure II.19, les forces agissant sur une tranche sont
les suivantes :
- Le poids W ;
- La réaction Rn du milieu sous-jacent sur l'arc AB ;
- Les réactions sur les faces verticales AD et BC
décomposées en réactions horizontales
lin et lin+1et en réactions verticales Vn et Vn+ 1. Ce
sont les forces inter-tranches ;
- Les pressions hydrauliques.
Par rapport au centre O du cercle de glissement, nous trouvons
:
- Le moment moteur, comme celui du poids des terres W, de l'eau
interstitielle et des surcharges éventuelles, qui tendent à
provoquer le glissement ;
- Les moments résistants, comme ceux des réactions
s'opposant globalement au
glissement de la tranche : moment de Rn, lin, lin+1, Vn et Vn+ 1.
Le coefficient de sécurité est donné par le rapport :
F = (II.2)
En considérant la somme des moments sur tout l'arc EF,
(Fig. II.19) nous constatons que la somme des moments des forces inter-tranches
est nulle. En 1921, Fellenius a fait une hypothèse qui simplifie
considérablement les calculs, à savoir que la seule force
agissant sur l'arc AB est le poids W, qui est décomposé en deux
forces, l'une normale à AB (Nn) et l'autre tangentielle (Tn).
Dans ces conditions, le moment résistant maximal est
fourni par la valeur maximale que peut prendre la composante tangentielle de
Rn, d'après la loi de coulomb, elle s'écrit :
(Rn)t ci * AB + Nn * tanöi (II.3)
La somme des moments pour toutes les tranches est :
(II.4)
m: Nombre total de tranches ;
Ci et öi :
Respectivement, la cohésion et l'angle de frottement de la couche dans
laquelle est situé AB.
L'expression du coefficient de sécurité
Fs se réduit à :
Fs = (II.5)
Dans le cas de l'existence de la nappe et en remplaçant
AB, Nn et Tn dans la formule (II.5), le coefficient Fs est donné par
:
Fs = (II.6)
Avec :
u = Zw * ?w ;
u : Pression interstitielle (kPa) ;
Zw: Hauteur d'eau (m);
?w: Poids volumique de l'eau
(kN/m3).
II.5.1.2. Méthode des tranches de Bishop
En 1954, Bishop a apporté une amélioration
à la méthode de Fellenius et ceci en considérant que pour
toute tranche étudiée, Vn - Vn+1 = 0 ce qui permet de
considérer les efforts inter-tranches horizontaux uniquement.
Chapitre II. Etude bibliographique
2020/2021
Le coefficient de sécurité (Fs) s'exprime comme
suit :
45
Fs = ( ) . (II.7)
Le Fs est calculé par itérations successives :
- La première itération est faite en adoptant
la valeur de Fs obtenue par la méthode de Fellenius ;
- La méthode simplifiée de Bishop est
généralement utilisée avec traitement par ordinateur.
Nous avons su comment calculer le coefficient de
sécurité (Fs) pour un cercle donné à priori. Pour
connaître Fs réel d'un talus, il faut définir le cercle
donnant la valeur minimale de Fs. C'est en effet, le long de cette surface de
glissement que la rupture se produira.
II.6. Présentation du logiciel Géoslope /
Géostudio 2018 II.6.1. Généralité
GEOSTUDIO 2018 est un logiciel de calcul géotechnique
permet de traiter les différents problèmes du sol comme le
glissement des terrains, le tassement, la consolidation, les infiltrations des
eaux dans le corps de la digue d'un barrage et d'autres problèmes
liés à la géotechnique.
Plusieurs programmes sont intégrés dans la
fenêtre générale du logiciel, à s'avoir :
- SLOPE/W : Permet de calculer le
coefficient de sécurité d'un talus naturel ou artificiel par les
méthodes d'analyses classiques...
- SEEP/W : Permet de calculer les
infiltrations des eaux (Par la méthode des éléments
finis).
- SIGMA/W : Permet d'analyser les
problèmes de la relation contraintes / déformations (Par la
méthode des éléments finis).
- QUAKE/W : Permet de définir le
comportement d'un terrain sous l'effet d'un séisme (Par la
méthode des éléments finis).
- TEMP/W : Permet d'analyser les
problèmes géothermiques du sol (Par la méthode des
éléments finis) ... et d'autres logiciels.
Chapitre II. Etude bibliographique
2020/2021
46
Figure II.20. Présentation du logiciel
Géoslope Géostudio 2018
Le programme de calcul SLOPE est un programme d'analyse de la
stabilité des pentes, basée sur la théorie
d'équilibre limite qui consistes à respecter les deux
règles de la stabilité statique, c'est-à-dire il faut
satisfaire les conditions d'équilibres des moments et d'équilibre
des forces.
Cette analyse consiste à calculer un facteur de
sécurité en visualisant les résultats graphiques du volume
instable correspondant.
Les méthodes de calcul du facteur de
sécurité intégrées dans SLOPE sont la
méthode de Fellinius, de Morgenstern-price, de Janbu et celle de Bishop
....
Elles permettent de calculer un coefficient de
sécurité vis-à-vis d'un type de rupture bien
défini. Le modèle géométrique est subdivisé
en tranches verticales en 2D. Il exécute plusieurs méthodes de
recherches automatiques du centre de rotation de la surface de glissement
potentiel jusqu'à atteindre le plus faible coefficient de
sécurité.
II.6.2. Fonctionnement du logiciel
Le présent logiciel comme tous les autres programmes
de calcul, sert à fournir des résultats issus d'un nombre
défini des paramètres, donc il est nécessaire de suivre
les étapes suivantes pour l'achèvement de l'opération de
calcul :
Ø
Chapitre II. Etude bibliographique
2020/2021
Figure II.21. Menus disponibles sur logiciel
SLOPE/W
47
Fichier : Ouvre et enregistre les fichiers, les
importations des photos et imprime le dessin ;
Ø Edition : permet de copier le dessin
dans la Presse-papiers du Windows ;
Ø Définir : définir les
paramètres de la grille, le zoom, les axes et de la page.
Figure II.22. Fenêtre de
définition des unités
Ø Afficher (aperçu) : Options
d'affichage des contrôles, des informations des sols et des points, et
d'affiche les forces inter-tranche sur un schéma corporel de chaque
tranche et le polygone force.
Ø
Chapitre II. Etude bibliographique
2020/2021
Figure II.23. Fenêtre d'affichage des
informations sur la tranche
48
Entrer : Permet d'introduire automatiquement
à l'aide des tableaux les paramètres géométriques
de la pente (coordonnées et couches), les caractéristiques
physiques et mécaniques des déférentes couches constituant
le talus, des conditions complémentaires nécessaires pour le
calcul, le niveau de la nappe, de sélectionner les
déférentes méthodes de calcul, les surcharges, l'effort
sismique confortements.
Ø
Chapitre II. Etude bibliographique
2020/2021
Figure II.24. Fenêtre d'insérer les
caractéristiques mécaniques des déférentes
couches
49
Tracer (dessin) : permet d'introduire
manuellement les paramètres géométriques de la pente
(coordonnées et couches), des conditions complémentaires
nécessaires pour le calcul, le niveau de la nappe, les surcharges et les
confortements.
Chapitre II. Etude bibliographique
2020/2021
50
Conclusion
La spécificité du risque que représentent
les glissements d'un versant est liée à la diversité des
paramètres qui le définissent : la géologie, la
géotechnique, la géométrie et l'hydrogéologie. Le
risque pourra être de divers ordres (écroulement...etc.).
L'évaluation de la stabilité d'un versant peut
se faire par diverses méthodes afin de définir un facteur de
sécurité pour apprécier la marge de sécurité
du versant vis-à-vis de la rupture et d'identifier la zone instable. De
plus des techniques de confortements des glissements sont très
nombreuses, elles doivent être adaptées aux conditions du site.
Les discontinuités représentent une
caractéristique intrinsèque des massifs rocheux. Le comportement
mécanique d'un massif rocheux est influencé par la
géométrie et les caractéristiques mécaniques des
discontinuités plutôt que par les caractéristiques propres
de la matrice rocheuse.
Les discontinuités sont caractérisées par
une conductivitéì hydraulique par conséquent
elles influent sur les caractéristiques mécaniques des massifs
rocheux d'oùÌ la déstabilisation de ce dernier.
Etant donné l'importance de la présence de discontinuités
sur les caractéristiques mécaniques des massifs rocheux et afin
de pouvoir quantifier cet effet, nous avons besoin de connaitre les
caractéristiques géométriques des discontinuités et
leurs caractéristiques mécaniques.
Le choix d'une méthode d'exploitation à ciel
ouvert dépend généralement des caractéristiques des
terrains et de la sécuritéì du travail.
L'étude de ses caractéristiques concernant les conditions
géologiques, hydrogéologiques et les paramètres
d'exploitation ont permis d'obtenir une image aussi complète que
possible sur les caractéristiques des massifs rocheux traversés
afin d'évaluer leurs stabilitéì.
Chapitre III
Etude de la stabilité du flanc
Nord-Ouest de Kef-Essnoun
2020/2021
Chapitre III Etude de la stabilité du flanc Nord-Ouest
de Kef-Essnoun
52
Introduction
Dans ce chapitre, nous présentons une étude de
la stabilité actuelle du flanc Nord-Ouest de Kef-Essnoun et les mesures
préventives d'un éventuel risque d'instabilité est
représentée par un facteur de sécurité
déterminé par des méthodes analytiques d'équilibre
limite (Fellenius et Bishop) et numérique utilisant le modèle
GEO-SLOPE.
III.1. Caractéristiques
physico-mécaniques
L'analyse quantitative de la stabilité conduit en
premier lieu à déterminer les paramètres
physico-mécaniques relatifs à la roche intacte du massif. Dans
notre cas d'étude, les paramètres utilisés ont
été relevés à la base des données
disponibles et communiquées par l'entreprise, qui ont été
déterminées par le laboratoire SGS Canada 2016
[23].
Les propriétés physico-mécaniques du
flanc Nord-Ouest de Kef-Essnoun sont présentées dans le tableau
ci-dessous :
Tableau III.1. Propriétés
physico-mécaniques du flanc Nord-Ouest de Kef-Essnoun
Propriétés
|
Unités
|
Formations rocheuses
|
Calcaire Yprésien- Lutétien
|
Phosphate
|
Marnes
|
Calcaire Danio-Montien
|
Résistance
à la compression (Rc)
|
MPa
|
34,1
|
10,2
|
21,6
|
34,1
|
Masse volumique (ñ)
|
KN/m3
|
19,61
|
21,7
|
20,2
|
21,57
|
Cohésion (C)
|
KN/m2
|
1400
|
2400
|
0
|
1400
|
Angle de frottement interne (ö)
|
(°)
|
23
|
30
|
15
|
23
|
Coefficient de poisson
(?)
|
/
|
0,21
|
0,24
|
0,14
|
0,21
|
2020/2021
Chapitre III Etude de la stabilité du flanc Nord-Ouest
de Kef-Essnoun
III.2. Etude Analytique
III.2.1. Calcul du facteur de sécurité en
fonction du changement de l'angle du talus (á)
Un changement de l'angle de talus (á) de 600
à 800 avec un pas de 100 est effectué, les
autres paramètres restent invariables.
III.2.1.1. 1er cas á = 600
Les résultats obtenus sont reportés dans la figure
III.1 et le tableau III.2.
53
Figure III.1. Schéma de calcul du facteur
de sécurité Tableau III.2. Calculs obtenus pour
le 1er cas : á = 600
Tranches
|
bi (m)
|
hi (m)
|
Ali (m)
|
ái (m)
|
Wi (tf)
|
Ni (tf)
|
Ti (tf)
|
Fs(f)
|
Fs(B)
|
1
|
2,8
|
2,2
|
2,87
|
13
|
136,13
|
132,64
|
30,62
|
4,99
|
4,65
|
2
|
3
|
6,2
|
3,13
|
17
|
411,06
|
393,09
|
120,18
|
1,51
|
3
|
3
|
10
|
3,23
|
22
|
663
|
614,72
|
248,36
|
0,75
|
4
|
3
|
10,8
|
3,49
|
31
|
716,04
|
613,76
|
368,78
|
0,58
|
5
|
3
|
8
|
3,97
|
41
|
530,4
|
400,29
|
347,97
|
0,51
|
6
|
2,8
|
3,6
|
4,88
|
55
|
222,768
|
127,77
|
182,48
|
0,83
|
2020/2021
Chapitre III Etude de la stabilité du flanc Nord-Ouest
de Kef-Essnoun
54
III.2.1.2. 2ème cas á =
700
Les résultats obtenus sont reportés dans la figure
III.2 et le tableau III.3.
Figure III.2. Schéma de calcul du
facteur de sécurité
Tableau III.3. Calculs obtenus pour le
2ème cas : á = 700
Tranches
|
b= (m)
|
hi (m)
|
Al= (m)
|
á= (m)
|
W= (tf)
|
N= (tf)
|
T= (tf)
|
Fs(f)
|
Fs(B)
|
1
|
3
|
3,6
|
3,07
|
13
|
238,68
|
232,56
|
53,68
|
4,31
|
3,35
|
2
|
2
|
9
|
2,15
|
22
|
397,8
|
368,83
|
149,01
|
0,95
|
3
|
2
|
12,2
|
2,26
|
28
|
539,24
|
476,12
|
253,15
|
0,61
|
4
|
2
|
11
|
2,44
|
35
|
486,2
|
398,27
|
278,87
|
0,54
|
5
|
3
|
8,4
|
4,17
|
44
|
556,92
|
400,61
|
386,86
|
0,53
|
6
|
3
|
4
|
4,98
|
53
|
265,2
|
159,2
|
211,79
|
0,86
|
2020/2021
Chapitre III Etude de la stabilité du flanc Nord-Ouest
de Kef-Essnoun
55
III.2.1.3. 3ème cas á =
800
Les résultats obtenus sont reportés dans la figure
III.3 et le tableau III.4.
Figure III.3. Schéma de calcul du facteur
de sécurité Tableau III.4. Calculs obtenus pour
le 3ème cas : á = 800
Tranches
|
bi (m)
|
hi (m)
|
Ali (m)
|
ái (m)
|
Wi (tf)
|
Ni (tf)
|
Ti (tf)
|
Fs(F)
|
Fs(B)
|
1
|
2
|
4,8
|
2,08
|
16
|
212,16
|
203,94
|
58,47
|
3,85
|
2,39
|
2
|
2
|
13,4
|
2,24
|
27
|
592,28
|
527,72
|
268,88
|
0,67
|
3
|
2
|
12
|
2,41
|
34
|
530,4
|
439,72
|
296,59
|
0,58
|
4
|
2
|
10
|
2,61
|
40
|
442
|
338,59
|
284,11
|
0,56
|
5
|
2
|
7,8
|
2,93
|
47
|
344,76
|
235,12
|
252,14
|
0,61
|
6
|
2,8
|
3,8
|
5,00
|
56
|
235,14
|
131,49
|
194,94
|
1,03
|
2020/2021
Chapitre III Etude de la stabilité du flanc Nord-Ouest
de Kef-Essnoun
56
Tableau III.5. Facteurs de
sécurité obtenus pour tous les cas
á (°)
|
60
|
70
|
80
|
Fs(F)
|
4,99
|
4,31
|
3,85
|
Fs(B)
|
4,65
|
3,35
|
2,39
|
6 5 4 3 2
1 0
|
|
|
|
|
Facteur de sécurité selon la
méthode de Fellenius
Facteur de sécurité selon la
méthode de bishop
|
|
|
|
60 70 80
Angles des talus des gradins
( )
Figure III.4. Variation du facteur de
sécurité en fonction de l'angle du talus des gradins pour le
phosphate (D'après Fellenius et Bishop)
III.2.2. Calcul des facteurs de sécurité en
fonction du changement de la hauteur du gradin
Un changement de la hauteur du gradin de 15 m à 20 m, les
autres paramètres restent invariables.
2020/2021
Chapitre III Etude de la stabilité du flanc Nord-Ouest
de Kef-Essnoun
57
III.2.2.1. 1er cas Hg = 15 m
Les résultats obtenus sont reportés dans la figure
III.5 et le tableau III.6.
Figure III.5. Schéma de calcul du facteur
de sécurité Tableau III.6. Calculs obtenus pour
le 1er cas : Hg = 15 m
Tranches
|
b= (m)
|
hi (m)
|
Äl= (m)
|
á= (m)
|
W= (tf)
|
N= (tf)
|
T= (tf)
|
Fs(f)
|
Fs(B)
|
1
|
3
|
3,6
|
3,07
|
13
|
238,68
|
232,56
|
53,68
|
4,31
|
3,35
|
2
|
2
|
9
|
2,15
|
22
|
397,8
|
368,83
|
149,01
|
0,95
|
3
|
2
|
12,2
|
2,26
|
28
|
539,24
|
476,12
|
253,15
|
0,61
|
4
|
2
|
11
|
2,44
|
35
|
486,2
|
398,27
|
278,87
|
0,54
|
5
|
3
|
8,4
|
4,17
|
44
|
556,92
|
400,61
|
386,86
|
0,53
|
6
|
3
|
4
|
4,98
|
53
|
265,2
|
159,2
|
211,79
|
0,86
|
2020/2021
Chapitre III Etude de la stabilité du flanc Nord-Ouest
de Kef-Essnoun
58
III.2.2.2. 2ème cas Hg = 17 m
Les résultats obtenus sont reportés dans la figure
III.6 et le tableau III.7.
Figure III.6. Schéma de calcul du facteur
de sécurité Tableau III.7. Calculs obtenus pour
le 2ème cas : Hg = 17 m
Tranches
|
bi (m)
|
hi (m)
|
Äli (m)
|
ái (m)
|
Wi (tf)
|
Ni (tf)
|
Ti (tf)
|
Fs(F)
|
Fs(B)
|
1
|
3
|
3,4
|
3,13
|
17
|
225,42
|
215,57
|
65
|
3,89
|
2,87
|
2
|
3
|
10,8
|
3,28
|
24
|
716,04
|
654,13
|
291,23
|
0,85
|
3
|
2
|
13,6
|
2,30
|
30
|
601,12
|
520,58
|
300,56
|
0,60
|
4
|
3
|
11,6
|
3,75
|
37
|
769,08
|
614,21
|
462,82
|
0,55
|
5
|
3
|
8,4
|
4,39
|
47
|
556,92
|
379,81
|
407,30
|
0,58
|
6
|
2,6
|
3,6
|
4,77
|
57
|
206,85
|
112,65
|
173,47
|
0,98
|
Chapitre III Etude de la stabilité du flanc Nord-Ouest
de Kef-Essnoun
2020/2021
59
III.2.2.3. 3er cas Hg = 20 m
Les résultats obtenus sont reportés dans la figure
III.7 et le tableau III.8.
Figure III.7. Schéma de calcul du facteur
de sécurité Tableau III.8. Calculs obtenus pour
le 3ème cas : Hg = 15m
Tranches
|
bi (m)
|
hi (m)
|
Äli (m)
|
ái (m)
|
Wi (tf)
|
Ni (tf)
|
Ti (tf)
|
Fs(F)
|
Fs(B)
|
1
|
4
|
5
|
4,20
|
18
|
442
|
420,36
|
136,58
|
3,45
|
2,22
|
2
|
3
|
13,2
|
3,31
|
25
|
875,16
|
793,16
|
369,85
|
0,82
|
3
|
3
|
15,8
|
3,46
|
30
|
1047,54
|
907,19
|
523,77
|
0,63
|
4
|
4
|
13,2
|
5,07
|
38
|
1166,88
|
919,51
|
718,40
|
0,56
|
5
|
3
|
8,8
|
4,57
|
49
|
583,44
|
382,77
|
440,32
|
0,60
|
6
|
2,4
|
3,6
|
4,8
|
60
|
190,94
|
95,47
|
165,35
|
1,16
|
Chapitre III Etude de la stabilité du flanc Nord-Ouest
de Kef-Essnoun
2020/2021
60
Tableau III.9. Facteurs de
sécurité obtenus pour tous les cas
Hg (m)
|
15
|
17
|
20
|
Fs(F)
|
4,31
|
3,89
|
3,45
|
Fs(B)
|
3,35
|
2,87
|
2,22
|
5
4,5
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
|
|
Facteur de sécurité selon la
méthode de Fellenius
Facteur de sécurité selon la
méthode de bishop
|
15 17 20
Hauteurs des gradins (m)
Figure III.8. Variation du facteur de
sécurité en fonction de la hauteur du gradin pour le phosphate
(D'après Fellenius et Bishop)
III.2.3. Interprétation des résultats
analytiques Les résultats obtenus montrent ce qui suit :
Au niveau de la mine de phosphate de Kef-Essnoun, l'angle du
talus des gradins existants varie de 65° à 75°, tandis que la
hauteur des gradins varie de 15 m à 17 m.
Les résultats obtenus dans les graphes selon les
méthodes analytiques de Fellenius et Bishop, indiquent que les talus des
gradins sont stables et ne provoqueraient aucun glissement pour les
paramètres adoptés par la mine, à savoir : Hg varie de 15
m jusqu'à 17 m et á varie de 65° jusqu`à 75°
degrés.
La variation du coefficient de sécurité Fs en
fonction de l'angle du talus (á) et de la hauteur du gradin est une
fonction décroissante. Le coefficient de sécurité diminue
quand l'angle du talus (á) et la hauteur du gradin augmentent.
Chapitre III Etude de la stabilité du flanc Nord-Ouest
de Kef-Essnoun
2020/2021
III.3. Etude Numérique
III.3.1. Disposition stratigraphique des couches du
gisement de flanc nord-ouest de la mine de Kef-Essnoun
Figure III.9. Plan topographique actuel de la
région de Kef-Essnoun (SOMIPHOS. 2021)
Figure III.10. Profil du site d'étude,
coupe (01-01)
61
Le gisement de flanc Nord-Ouest de la mine de Kef-Essnoun est
composé de plusieurs couches en alternance. Pour pouvoir réaliser
la modélisation selon les logiciels choisis, des coupes ont
été réalisées le long du flanc Nord de Kef-Essnoun
afin d'avoir les profils, avec les épaisseurs des différents
faciès. La figure III.9 montre le plan topographique actuel de la
région de Kef-Essnoun. Cette dernière est réalisée
par le logiciel AutoCAD.
Chapitre III Etude de la stabilité du flanc Nord-Ouest
de Kef-Essnoun
2020/2021
Figure III.11. Profil du site d'étude,
coupe (02-02)
Figure III.12. Profil du site d'étude,
coupe (03-03)
62
Notre étude sera consacré seulement pour la coupe
(01-01), la figure III.10 est réalisée par le logiciel
AutoCAD.
III.3.2. Etude de stabilité par le logiciel
Géoslope III.3.2.1. Création des modèles
La coupe (01-01) (figure III.10) a été mise dans le
logiciel Géoslope pour qu'on puisse commencer le calcul. La figure
ci-dessous montre la disposition stratigraphique des couches du gisement de
flanc Nord-Ouest de la mine de Kef-Essnoun selon le logiciel
Géoslope.
Chapitre III Etude de la stabilité du flanc Nord-Ouest
de Kef-Essnoun
2020/2021
Figure III.13. Profil du site d'étude,
coupe (01-01) (Géoslope)
63
Chapitre III Etude de la stabilité du flanc Nord-Ouest
de Kef-Essnoun
2020/2021
64
III.3.2.2. Introduction des caractéristiques
physico-mécaniques de chaque couche
Il suffit d'introduire les paramètres mécaniques
(c et ö) du massif rocheux et la masse volumique. Chaque coupe doit
être déterminée par une couleur et un nom.
Figure III.14. Implémentation des
paramètres physiques et mécaniques du massif rocheux
Chapitre III Etude de la stabilité du flanc Nord-Ouest
de Kef-Essnoun
2020/2021
65
III.3.2.3. Choix de la surface de glissement
Une surface de glissement circulaire a été
choisie pour cette modélisation, avec la technique (méthode) de
recherche auto-affine.
Figure III.15. Choix de la surface de
glissement
Chapitre III Etude de la stabilité du flanc Nord-Ouest
de Kef-Essnoun
2020/2021
66
III.3.2.4. Choix de la méthode de
calcul
Les méthodes de calcul choisies sont Fellenius et Bishop
.
Figure III.16. Choix des méthodes de
calcul
2020/2021
Chapitre III Etude de la stabilité du flanc Nord-Ouest
de Kef-Essnoun
67
III.3.2.5. Lancement de calcul
a- Méthode de Bishop
Par cette méthode le facteur de sécurité
est Fs = 1,418
Figure III.17. Coefficient de
sécurité selon la méthode de Bishop
b- Méthode de Fellenius
Par cette méthode le facteur de sécurité est
Fs = 1,463
Figure III.18. Coefficient de
sécurité selon la méthode de Fellenius
Chapitre III Etude de la stabilité du flanc Nord-Ouest
de Kef-Essnoun
2020/2021
68
III.3.2.6. Interprétation des résultats
numériques
Les résultats obtenus montrent ce qui suit :
Selon les résultats du facteur de
sécurité obtenus par les méthodes d'équilibre
limite de Fellenius et de Bishop (GEOSLOPE), nous constatons que le flanc Nord
de Kef-Essnoun est stable ce qui implique que l'enlèvement de la couche
de la marne est inutile et peut causer des pertes économiques
puisqu'elle ne présente aucun risque de glissement.
Conclusion
L'étude de la stabilité établie par la
méthode d'équilibre limite (GEOSLOPE) montre que le talus de
flanc Nord-Ouest de la mine de Kef-Essnoun est stable ce qui vérifie les
résultats obtenus suit à l'application des méthodes
analytiques.
CONCLUSION GENERALE
2020/2021
70
CONCLUSION GENERALE
L'étude de la stabilitéì des
talus ou des gradins d'exploitation à ciel ouvert de la mine de
phosphate de Kef-Essnoun pour laquelle un glissement de terrain s'est produit
le 08 septembre 2007 ; a montré la grande importance de l'étude
détaillée de tous les facteurs géologiques,
géométriques, hydrogéologiques et géotechniques du
massif.
La stabilité des mines à ciel ouvert ne peut
être atteinte sans analyse des paramètres suivants :
- La géologie du gisement surtout son aspect
lithologique et structural ;
- Les propriétés physico-mécaniques de la
masse rocheuse ;
- Les éléments géométriques de la
mine à ciel ouvert (Hauteur du gradin, l'inclinaison du talus
etc...).
L'étude de la stabilité a l'état actuelle
du flanc Nord-Ouest de la mine de Kef-Essnoun et les mesures préventives
d'un éventuel risque d'instabilité est présentées
par un facteur de sécurité utilisant des méthodes
analytiques d'équilibre limite (Fellenius et Bishop) et numérique
utilisant le modèle GEO-SLOPE.
L'analyse numérique par la méthode
d'équilibre limite à l'aide du programme Géoslope (SlopeW)
nous a donné un facteur de sécurité variable suivant la
progression des travaux l'exploitation et cela nous permet de suivre la
stabilité des pentes d'une manière instantanée.
Cette approche nous a permis de tirer les points suivants :
Ø Les massifs rocheux sont des structures
discontinues, et leur étude et leur classification s'appuie sur la
caractérisation de la roche saine et des discontinuités ;
Ø Les mouvements de terrains résultent du
passage de l'état de stabilité à l'état
d'instabilité d'un versant naturel ou artificiel causé que ce
soit par la nature des terrains, les actions de l'eau ou bien de l'action
humaine ;
Ø Le gisement de phosphate de Kef-Essnoun est
composé de quatre couches principales en altérance (phosphate,
calcaire, phosopho-calcaire et marne)
Ø Les résultats de l'étude analytique,
Montrent que dans le premier cas la sécurité est inversement
proportionnelle avec l'augmentation de l'angle du talus fixant la hauteur du
gradin a 15 m, hors pour une hauteur du gradin variable de 15 à 20m , le
facteur de sécurité diminue proportionnellement avec
l'augmentation de la hauteur du gradin fixant l'angle du talus a70? .
Ø Les résultats de l'étude par
modélisation numériques utilisant les deux méthodes Bishop
et Fellenius montrent de faibles déplacements avec un facteur de
sécurité admissible de 1.418 et 1.463 respectivement. La valeur
de ces coefficients assure la stabilité du flanc à moyen terme en
concordance avec Collin et al ; puisque la couche marneuse est devenue
très importante et qui nécessite des travaux de confortement.
Ø Le flanc Nord de Kef-Essnoun est en état
stable ce qui implique que l'enlèvement de la couche de la marne
actuellement est inutile et peut causer des pertes économiques
puisqu'elle ne présente aucun risque de glissement.
CONCLUSION GENERALE
2020/2021
71
Perspectives
Comme perspectives, il est très important de
contrôler l'état de la couche marneuse, y compris
l'étendue, sa structure, sa texture, sa teneur en eau et la
présence de signes de glissement des terrains au fur et à mesure
de l'avancement des travaux qui peuvent provoqués des glissements au
niveau des talus de gradins.
Finalement nous proposons des travaux de confortement pour
assurer la sécurité totale et à long terme du flanc
Nord-ouest de la mine de Kef -Essnoun.
Références bibliographique
2020/2021
72
Références bibliographique
2020/2021
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