CHAPITRE SIXIEME : CONCEPTION GEOMECANIQUE DES TALUS
DES MINES A CIEL
OUVERT : CAS DE LA MINE DE BANGWE
6.1. Introduction
Les talus des mines et des carrières à ciel
ouvert résultant des activités d'extraction constituent des
ouvrages géotechniques au sens où l'on parle d'ouvrages miniers.
La conception optimale de ces ouvrages doit intégrer les concepts de
sécurité, de récupération du minerai et de
rentabilité, et doit reconnaitre que les opérateurs miniers et
les investisseurs s'attendent à ce que les pentes soient stables ou que
les instabilités soient gérables pour la durée de vie de
la mine.
L'objet de ce chapitre est de souligner les principes de base
du dimensionnement des talus pour toutes les étapes essentielles de
conception : création d'un modèle géotechnique pour la
fosse, calcul de la stabilité, méthodes de confortement et
surveillance. Le chapitre met également en évidence les
principales difficultés du dimensionnement des talus de mine à
ciel ouvert, et finalement présente les principaux défis auxquels
devront s'attaquer les géomécaniciens miniers pour optimiser le
processus de conceptions de ces pentes.
6.2. Conceptions de talus
Il importe de mettre en oeuvre une méthodologie bien
maîtrisée pour la conception des talus d'excavation. Cette
méthodologie doit se dérouler suivant les trois phases
présentées ci-après et reprises principalement de Cojean
et Fleurisson (2013).
6.2.1. Création d'un modèle
géotechnique par l'observation et la mesure
L'objectif de cette phase est de définir pour le massif
rocheux d'une fosse à ciel ouvert, un modèle géotechnique
intégrant une caractérisation géologique, structurale, du
massif rocheux et hydrogéologique.
Ir. Sabu Munung
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Cette phase d'acquisition de connaissances prend appui sur
plusieurs champs d'expertise scientifique, notamment la géologie de
l'ingénieur, la mécanique des roches et
l'hydrogéologie.
L'approche géologique est primordiale, qu'il s'agisse
du massif de sol ou du massif rocheux dans lequel doivent être
excavés des talus. Le géologue identifie la nature
pétrographique des matériaux concernés (sols ou roches)
ainsi que leur état d'altération et de fracturation. Ces
données sont essentielles pour la caractérisation des
matériaux sur le plan mécanique. Il apprécie aussi la
variabilité dans l'espace de ces matériaux à
l'échelle du massif. Le géologue identifie également les
structures géologiques présentes dans le gisement, d'où
résultent des relations précises entre les différentes
unités constituant le gisement et des processus ou mécanismes
potentiels de déformation et de rupture
prédéterminées.
Cette approche géologique, préliminaire, permet
d'orienter et d'optimiser les campagnes de reconnaissances géologiques
et géotechniques par sondages mécaniques ou méthodes
géophysiques. Il faut en général mettre en oeuvre : des
sondages destructifs, avec enregistrement des paramètres de forage, des
sondages carottés, avec prélèvement d'échantillons
intacts pour études géomécaniques en laboratoire, des
forages géomécaniques pour des études sur l'orientation
des structures, des diagraphies géophysiques en sondage.
Il est de plus nécessaire d'installer des
piézomètres dans ces sondages pour identifier les nappes d'eau
souterraines. Dans certains cas, des prospections géophysiques de
substrat (sismique, électrique, gravimétrique, etc...) peuvent
s'avérer utiles, couplées à quelques sondages. Parfois,
des excavations peu profondes réalisées à la pelle
hydraulique peuvent, de façon économique, apporter des
informations intéressantes.
Dès le stade du projet, il est bon de se
préoccuper d'une Conception géomécanique des talus de
mines à ciel ouvert «valorisation géotechnique» des
sondages miniers ou de carrière, dans un souci d'économie
globale, mais de programmer aussi des reconnaissances à but
exclusivement géotechnique. L'acquisition des paramètres
pétrophysiques et mécaniques nécessaires aux calculs
ultérieurs se fait ensuite à partir d'échantillons
remaniés ou, plus souvent, d'échantillons prélevés
intacts, sur lesquels on peut réaliser des essais en laboratoire et
déterminer des paramètres pétrophysiques et des
caractéristiques de
Jr. Sabu Munung
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déformabilité et de résistance
mécanique: densité, différents modules de
déformation, cohésion et angle de frottement interne des sols,
paramètres de résistance au cisaillement des
discontinuités. Dans certains cas, il peut être utile de mettre en
oeuvre des essais mécaniques in-situ : en sondage (essais
pressiométriques ou dilatométriques, etc.) ou en surface (essais
de cisaillement de matériaux grossiers ou de discontinuités
rocheuses, etc.). Tous ces essais sont réalisés selon des
directives ou normes proposées par différents organismes ou
sociétés savantes (JSRM, ASTM, AFTES, AFNOR, etc).
Dans l'optique de créer un modèle
géotechnique plus représentatif des conditions in situ, certains
outils et méthodes ont été développés et
sont aujourd'hui davantage utilisés dans les opérations
minières. Mentionnons notamment, la cartographie par
photogrammétrie numérique terrestre rapprochée et celle
par balayage laser terrestre(LiDAR). Depuis une décennie, de nombreuses
études ont eu pour objet l'utilisation de ces approches dans un
environnement minier, etc. Ces approches permettent des relevés plus
fiables et permettent surtout d'acquérir un volume d'information
nettement supérieur et sans biais.
Finalement, afin de créer un modèle
géotechnique global, l'ensemble des données recueillies
(géologiques, structurales, massif rocheux et
hydrogéologique)doit être regroupé et
intégré. Les analyses de la stabilité des talus devront
reposer sur ce modèle géotechnique global (Hantz, 1987).
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