Mécanique des roches - Caractérisation des massifs rocheux

La mécanique des roches est une discipline à l’interface de la mécanique et de la géologie. Elle appartient à la fois aux géosciences et aux sciences de l’ingénieur. Son application à des problématiques d’ingénierie constitue une partie de la géotechnique, au même titre que la mécanique des sols. Si de nombreux concepts développés dans le cadre de la mécanique des sols sont applicables à la mécanique des roches, les différences entre ces deux géomatériaux impliquent des différences de comportement mécanique et donc la définition de concepts spécifiques aux roches que cet article, accompagné de l’article [C 350], a pour objectif de mettre en évidence. Quand on s’intéresse à la mécanique des roches, il faut distinguer la roche (qu’on qualifiera également de matrice rocheuse dans cet article) du massif rocheux, ce dernier étant constitué de discontinuités en sus de la matrice rocheuse.

Dans cet article, le point de vue adopté est celui de l’application de la mécanique des roches dans le cadre de projets d’ingénierie, qui en règle générale concerne l’échelle du massif rocheux. La rédaction est donc orientée en ayant à l’esprit l’application des concepts de la mécanique des roches à l’objet d’études que constitue le massif rocheux. Tout projet concernant le massif rocheux requiert que ce massif rocheux soit reconnu et caractérisé précisément du point de vue géotechnique. Un massif rocheux est un milieu discontinu composé de blocs de roche plus ou moins intacts, séparés par des discontinuités de différentes natures. C’est également un milieu hétérogène, anisotrope et multiphasique, dont le comportement est en outre concerné par un fort effet d’échelle. Le présent article a pour but de présenter les concepts essentiels de la mécanique des roches en mettant en avant les propriétés mécaniques spécifiques des discontinuités et du massif rocheux.

L’article est organisé de la manière suivante. Dans un premier temps, une description générale du massif rocheux souligne les principales caractéristiques et spécificités du massif rocheux à l’origine de son comportement géomécanique. Les deux sections suivantes ont pour objectif de présenter les grands éléments de la caractérisation du massif rocheux. Ainsi, la deuxième section est consacrée à la description et à la caractérisation des discontinuités structurant le massif en blocs de roche. Sont présentés dans cette partie les principes de description des discontinuités et de caractérisation de leur comportement mécanique. La troisième section détaille la caractérisation du massif rocheux, en tant qu’assemblage d’une matrice rocheuse et d’un ensemble de familles de discontinuités. Sont notamment abordées la caractérisation des systèmes de discontinuités, qui constitue la description structurale du massif rocheux, les caractérisations géologique, géophysique et géomécanique à l’échelle du massif, la détermination des contraintes in situ, l’importance de l’eau dans les massifs rocheux, ainsi que les systèmes de classification et notation du massif rocheux et leurs applications.

La quatrième section vise à mettre en évidence l’importance des concepts développés par la mécanique des roches et de la caractérisation des roches et du massif rocheux. Cette caractérisation permet de produire un modèle géologique et géotechnique du massif rocheux, objet indispensable à la réussite d’un projet d’infrastructure ou d’aménagement au sein d’un massif rocheux. Ce modèle peut être utilisé pour mettre en application les méthodes de calcul de dimensionnement et de stabilité des ouvrages au rocher. Les applications mises en avant dans cette section sont la vérification de la stabilité des versants rocheux et la conception et le creusement des ouvrages souterrains. Enfin, la dernière section est consacrée à l’application de la modélisation numérique aux problématiques de la mécanique des roches, plus particulièrement à l’échelle du massif rocheux.

Pour une vision plus complète de la mécanique des roches, le lecteur pourra par ailleurs se reporter à l’article [C 350] qui se concentre sur la caractérisation physique et mécanique des roches constitutives du massif rocheux.