1 - MODÈLES OFFERTS PAR LES CAVERNES NATURELLES : LES GROTTES

• 1.1 - Types de terrains concernés
  Tableau 1 - Ordre de grandeur des solubilités de quelques minéraux à 20 °C
• 1.2 - Formes et dimensions
  Figure 1 - Coupe géologique schématique de la grotte de Poudrey [8] Figure 2 - Plan d'ensemble de la grotte de Poudrey [8] Figure 3 - Coupe de la salle de Kocain, en Turquie [8]

2 - MODÈLES OFFERTS PAR LES MINES ET CARRIÈRES

• 2.1 - Formes et dispositions des volumes hérités des mines et carrières
  Figure 4 - Salle de la Verna, Pyrénées-Atlantiques (doc. ATM3D) Figure 5 - Modes d'exploitation d'un gisement Figure 6 - Exploitation d'une couche en taille (coupe verticale)
• 2.2 - Chambres et piliers en couches à faible pendage
  Figure 7 - Vue en plan d'une exploitation moderne par chambres et piliers Figure 8 - Exemple de rupture en diabolo dans une carrière (doc. INERIS)
• 2.3 - Cas particulier
  Figure 9 - Carrières de Kansas City exploitées par la société Hunt Midwest (doc. Subtropolis) [19]

3 - USAGES MODERNES ET PROCÉDÉS DE CONSTRUCTION

• 3.1 - Usines hydroélectriques dont usines réversibles
  Figure 10 - Centrale de Poatina, 1964, Australie (doc. Hydro Tasmania) Figure 11 - De la toute première centrale souterraine à l'une des plus récentes (a) intérieur de la centrale de Snoqualmie, (b) centrale n˚ 3 au barrage des Trois Gorges, Chine, montage du stator de l'alternateur Figure 12 - Évolution des tailles et des formes des sections de centrale Figure 13 - Formes comparées des toits de caverne Figure 14 - Schémas des différentes formules de pont roulant Figure 15 - Coupe de la STEP de Montézic (doc. EDF) Figure 16 - Comparaison des centrales de Singkarak et Thissavros en fin de creusement
• 3.2 - Cavités de stockage
  Figure 17 - Centrale de Grand'Maison, Isère (1988), (doc. EDF) Figure 18 - Centrale sur la rivière Kafue, Zambie Figure 19 - Centrale de Brommat, Aveyron, suréquipement, 1975 (doc. EDF) Figure 20 - Formes et profondeurs de quelques cavités salines Figure 21 - Carte mondiale des zones favorables aux stockages de gaz en cavernes (doc. l'Association technique du gaz) Figure 22 - Forme et dimensions de cavités minées (doc. Géostock) Figure 23 - Stockage Primagaz à Lavera [20] Figure 24 - Évolution sur vingt ans des formes des cavités successives dans le parc de stockage de Porvoo, Finlande Figure 25 - Caverne de stockage d'eau chaude de Lyckebo, Suède [16] Figure 26 - Stockage de déchets métallurgiques de l'usine Norrzinc à Odda
• 3.3 - Usages ferroviaires et assimilés (gares, triages, …)
• 3.4 - Autres cavités (abris, science, sports, culture, …)
  Figure 27 - Schéma du stockage de déchets radioactifs américain WIPP à 700 m de profondeur dans le sel gemme du New Mexico Figure 28 - Tunnel sous la Manche : méthode d'exécution de la chambre d'aiguillage sous-marine du côté français Figure 29 - Caverne de mesure Atlas de l'anneau LHC du CERN Figure 30 - Cavernes de Gjøvik (Norvège) et de Takayama (Japon) Figure 31 - Piscine Itäkeskus et services associés (petits bains, vestiaires, sanitaires, etc.) Figure 32 - Sculpture de Tindaya Tableau 2 - Principales caractéristiques de la caverne de Gjøvik

4 - DEMANDES ET RECHERCHES RÉCENTES

• 4.1 - Domaine « énergies d'avenir »
• 4.2 - Domaine astrophysique, neutrinos, matière noire, etc.
  Figure 33 - Profondeur (épaisseur d'eau équivalente) et intensité du bruit (millions de muons par an et mètre carré) des premiers sites de laboratoires d'astrophysique Figure 34 - Caverne du SNO à Sudbury Figure 35 - Éléments du projet Laguna [14]
• 4.3 - Projets scientifiques multidisciplinaires (DUSEL)
• 4.4 - Cas particulier de l'énergie nucléaire
  Figure 36 - Deux cavernes de la centrale franco-belge de Chooz Figure 37 - Projet canadien [15] Figure 38 - Trois variantes de projets allemands présentés au colloque de Hanovre Figure 39 - Projet californien de centrale souterraine en trois cavernes principales

5 - APPROCHES THÉORIQUES ET TECHNOLOGIQUES

• 5.1 - Approche théorique
  Figure 40 - Pour une ville imaginaire, une centrale souterraine idéale [7] Figure 41 - Échelle INES de gravité des incidents et accidents nucléaires Figure 42 - Contraintes induites au large d'un trou circulaire dans un milieu élastique sous contrainte isotrope Figure 43 - Contraintes sur les axes lorsqu'on passe du contour circulaire, au centre, à des contours elliptiques, de plus en plus élancés (à gauche) et aplatis (à droite) Figure 44 - Contraintes au large d'un trou circulaire en conditions planes isotropes Figure 45 - Effet d'un défaut du matériau sur les contraintes le long du contour Figure 46 - Déformations de caverne à contours anguleux Figure 47 - Méthode norvégienne d'évacuation de l'excès de compression Figure 48 - Méthode générale d'évacuation de l'excès de compression Figure 49 - Maîtrise des fortes contraintes autour d'un tunnel Figure 50 - Étude pour le projet Hyperkamiokande montrant l'effet de la distance entre deux cavernes identiques
• 5.2 - Approche technologique
  Figure 51 - Première application du presplitting au canal de dérivation du Niagara Figure 52 - Creusement à l'explosif de la caverne de Gjøvik (doc. Grob) Figure 53 - Cavité du stockage Géovexin à Gargenville, creusée avec une machine Eickoff (doc. Géostock) Figure 54 - Coupe de la centrale de Mingtan (Taiwan) étudiée par éléments finis (doc. Hoek)

6 - SYNTHÈSE ET PERSPECTIVES

• 6.1 - Importance des structures géologiques
  Figure 55 - Méthodes pour établir des cavernes de grand volume dans des terrains de qualité insuffisante Figure 56 - Effet d'échelle en souterrain dans un massif découpé par trois ensembles de plans de fracture [20] Figure 57 - Modèle conceptuel d'un état de contrainte sur une structure faillée [17]
• 6.2 - Forme des cavernes
  Figure 58 - Utilisation de structures géologiques anticlinales pour envisager des cavités naturellement stables de très grande portée, ici 200 m
• 6.3 - Mégacavernes et centrales nucléaires souterraines

7 - CONCLUSION