Module geologie appliquee








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MODULE GEOLOGIE APPLIQUEE

Chapitre I : Introduction à la géologie

Qu'est ce que la géologie

Forme de la terre

Application de la géologie en génie civil

Chapitre II : Les Minéraux et les Roches

Notion de minéralogie

Roches meubles

Roches sédimentaires

Roches métamorphiques

Roches éruptives

Chapitre III : Notion sur la géodynamique

Géodynamique interne (seisme)

Géodynamique externe (massifs rocheux et meubles)

Chapitre IV : Eléments pour la cartographie technique

Le rapport géologique

La cartographie géotechnique

Les cartes de risques naturels

Chapitre V : Les principaux moyens de reconnaissance

Tranchées et puits

Galeries

Sondages mécaniques

Sondages hydrauliques

Essais géophysiques

Stratégie de reconnaissance

Chapitre VI : Géologie et travaux de génie civil

Les terrassements

La rechecherche de matériaux de fondations

La géologie et problèmes de fondations

La stabilité des versants

Les travaux souterrains ou rocher (tunel)

Les études géologiques et les barrages

Référence bibliographique


P. Antoine & D. Fabre, Géologie appliquée au génie civil, Masson, Paris, 1980

G. Filliat, La Pratique des sols et fondations, Éd. du Moniteur, Paris, 1981

J. Goguel, Application de la géologie aux travaux de l'ingénieur, Masson, 1967

J. Letourneur & R. Michel, Géologie du génie civil, Armand Colin, Paris, 1971

CHAPITRE I : INTRODUCTION A LA GEOLOGIE

1.1 Qu'est ce que la géologie

La géologie est une science qui s'interesse à l'étude des matériaux constituant la partie observable du globe teressetre, ainsi que l'ordre suivant lequel ces matériaux sont répartis dans le temps et dans l'espace. Son but essentiel est l'histoire de la terre.

La géologie s'est identifiée comme science à part entière au début du 19ème siecle, après la minéralogie et la chimie, puis elle s'est développée en plusieurs disciplines :

  • La géophysique : Elle s'occupe de l'étude de la structure d'ensemble du globe terrestre.

  • La minéralogie : Elle s'interesse aux propriétés physiques et chimiques des minéraux.

  • La pétrographie : Elle comprend la description des roches, leur classification et l’interprétation de leur genèse.

  • La stratigraphie : Science qui étudie les relations mutuelles des strates superposées qui constituent en grande partie l'écorce terrestre.

  • La tectonique : Discipline qui s'occupe des déformations de l'écorce terrestre.

  • La plaléontologie : Etude des vestiges organiques, animaux et végétaux, connus sous le nom de fossile.

  • La géodynamique : Science des phénomènes géologiques.

1.2 Forme de la terre

La terre a une forme arrondie aplatie aux pôles. La rotation de la Terre entraine l'apparition d'un léger bourrelet de sorte que le diamètre à l’équateur est 43 km plus long que le diamètre polaire (du pôle Nord au pôle Sud). Le diamètre approximatif de la terre est de 12 742 km. Les plus grandes variations dans la surface terrestre sont l'Everest (8 848 m au dessus du niveau de la mer) et la fosse des Mariannes (10 911 m sous le niveau de la mer).

La terre est composée de couches concentriques (la croûte, le manteau, le noyau et la graine) dont la densité d augmente avec la profondeur de 2,7 à 12,0.

La zone la mieux connue est la lithosphère : formée de la croûte et d’une partie du manteau supérieur, épaisse de 70 Km (sous les océans) à 150 KM (sous les continents), elle est considérée comme rigide et découpée en plaques mobiles qui flottent sur l’asthénosphère.

La structure interne de la Terre est répartie en plusieurs enveloppes successives, dont les principales sont la croûte terrestre, le manteau et le noyau. Cette représentation est très simplifiée puisque ces enveloppes peuvent être elles-mêmes décomposées. Pour repérer ces couches, les sismologues utilisent les ondes sismiques, le changement brutal de vitesse de propagation de l’onde sismique indique un changement d’état de la matière dans les couches profondes de la terre.

Ces couches sont délimitées par des discontinuités dont les plus importantes sont :

Discontinuité de Mohorovicic : zone de transition croûte / manteau (elle est donc incluse dans la lithosphère).

Discontinuité de Gutenberg : zone de transition manteau / noyau.

  1. La croute terrestre : Riche en Silice, Aluminium, (Si, Al,), elle se décompose en :

  • Croûte continentale solide essentiellement granitique surmontée par endroit de roches sédimentaires. Elle est plus épaisse que la croûte océanique (de 30 km à 100 km sous les massifs montagneux). La croûte ou écorce terrestre représente environ 1,5% du volume terrestre. Elle était anciennement appelée SIAL (silicium + aluminium).

  • Croûte océanique solide essentiellement composée de roches basaltiques. Relativement fine (environ 5 km). Elle est également appelée SIMA (silicium + magnésium).

  1. Le manteau : Riche en Silice, Magnésium (Si, Mg)

  • Manteau supérieur qui est moins visqueux (plus "ductile") que le manteau inférieur car les contraintes physiques qui y règnent le rendent liquide en partie ;

  • Manteau inférieur aux propriétés d’un solide élastique. Le manteau n’est pas liquide comme on pourrait le croire en regardant les coulées de lave de certaines éruptions volcaniques mais il est moins "rigide" que les autres couches. Le manteau représente 84 % du volume terrestre.

  1. Le noyau : Riche en nickel et fer, (Ni, Fe)

  • Noyau externe liquide essentiellement composé de fer (environ 80 %) et de nickel plus quelques éléments plus légers. Sa viscosité est proche de celle de l’eau, sa température moyenne atteint 4000 °C et sa densité 10.

  • Noyau interne solide (ou graine) essentiellement métallique constitué par cristallisation progressive du noyau externe. La pression le maintient dans un état solide malgré une température supérieure à 5000 °C et une densité d’environ 13. Noyau interne et externe représentent 15 % du volume terrestre.

La Lithosphère :

Elle est constituée de la croûte (plaques tectoniques) et d'une partie du manteau supérieur. La limite inférieure de la lithosphère se trouve à une profondeur comprise entre 100 et 200 kilomètres ;

L’Asthénosphère :

C’est la zone inférieure du manteau supérieur (en dessous de la lithosphère) ;



1.4 Application de la géologie en génie civil

La géologie appliquée au génie civil fait partie de la géologie de l'ingénieur. Elle s’intéresse aux principes et méthodes des sciences minérales et connexes aux travaux de l’Ingénieur. Ce dernier ne peut en effet négliger ni les caractéristiques des sols, des roches, des massifs rocheux et des eaux souterraines, ni le rôle des processus géologiques en action ou potentiels. Ainsi, la géologie appliquée au génie civil se trouve tributaire à la fois des conditions naturelles d'un site ou d'un territoire et de la nature d'un projet, et doit faire appel, à :

  • la géologie classique,

  • la pétrographie,

  • la mécanique des sols et des roches,

  • la géotechnique,

  • l'hydrogéologie.

L’originalité la géologie appliquée réside dans la multiplicité de ses sources, la diversité de ses méthodes et la spécificité de ses objectifs, bien que son but ultime se résume à la définition complète et précise des conditions naturelles et de leur évolution prévisible, que l'ingénieur doit connaître pour maîtriser l'environnement.

Située au carrefour de sciences et de techniques diverses, la géologie appliquée implique un travail d'équipe. Les résultats obtenus doivent, d'autre part, être non seulement interprétés collégialement mais aussi présentés sous une forme utile et adéquate aux ingénieurs, aux architectes et aux planificateurs ainsi qu'à des interlocuteurs inhabituels comme les promoteurs, les fonctionnaires, les sociologues, les économistes, les juristes ou les hommes politiques.

L'application des techniques et principes de la géologie aux sols, aux roches et aux eaux souterraines vise à connaître et à interpréter correctement :

  • les conditions affectant la conception et l'exécution d’un ouvrage, son l'efficacité et la sécurité,

  • l'économie des structures,

  • le développement rationnel des ressources minérales et aquifères du sous-sol,

  • la protection contre les risques naturels et contre ceux qu'entraînent les activités humaines.

Son domaine comprend une telle variété d'objets et implique le recours à tant de disciplines voisines que la géologie appliquée occupe une position particulière parmi les sciences de la terre. De fait, il lui appartient aussi bien d'étudier le site des fondations d'un barrage, d'un pont, d'une centrale nucléaire, d'une piste d'envol ou d'un immeuble-tour, que d'examiner à la fois, pour un bassin de retenue, les problèmes d'alimentation, d'étanchéité, de sédimentation, ou encore de prospecter les gisements de matériaux de construction naturels et artificiels et d'organiser leur mise en valeur. La géologie appliquée permet également d'implanter routes, voies ferrées, tunnels, carrières à ciel ouvert ou souterraines ; elle assure aussi le contrôle de l'altération météorique, de l'érosion, des glissements de terrains, des risques sismiques et volcaniques, des subsidences naturelles ou provoquées par l'homme. Son rôle est ainsi fondamental dans l'urbanisation, l'aménagement des territoires et la protection de l'environnement.

La géologie appliquée au génie civil consiste d'abord en une série de reconnaissances exhaustives : on tient compte de toutes les particularités naturelles ou anthropiques du sol et du sous-sol, des multiples sujétions inhérentes à un projet donné, des répercussions des travaux sur les conditions préexistantes. Les observations naturalistes s'effectuent avec la rigueur scientifique nécessaire à une analyse qualitative poussée, mais leur échelle, leur densité, leur caractère quantitatif sont souvent fixés par le type d'ouvrage à réaliser.




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