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).
| 
