Revue / Review Article

Caractérisation non destructive de la zone endommagée des galeries souterraines excavées dans les roches argileuses

Non-destructive characterization of the damaged zone of underground galleries excavated in clay rocks

¹ Université de Poitiers, IC2MP-HydrASA, UMR CNRS 7285, École nationale supérieure d’ingénieurs (ENSI) de Poitiers, 1, rue Marcel-Doré, TSA 41105, 86073 Poitiers cedex 09, France
² Université de Poitiers, CNRS, UPR 3346, Institut PPRIME, SP2MI, boulevard Marie-et-Pierre-Curie, Téléport 2, BP 30179, 86962 Futuroscope Chasseneuil cedex, France

^☆ Auteur de correspondance : philippe.cosenza@univ-poitiers.fr

Résumé

Cet article passe en revue les différentes méthodes utilisées pour la caractérisation et le suivi non destructifs de la zone endommagée des ouvrages excavés dans les roches argileuses. Trois familles de méthodes sont identifiées. La première famille qui relève de la géophysique appliquée inclut la sismique réfraction et l’analyse de la dispersion des ondes de surface. Ces méthodes permettent d’avoir rapidement et avec un dispositif plutôt léger une quantification de l’épaisseur de la zone endommagée. La deuxième famille vise à obtenir une représentation 2D, voire 3D, de cette zone endommagée. Elle comprend les méthodes sismiques « puits à puits » (tomographie sismique notamment) et la tomographie électrique. Les développements méthodologiques récents relatifs à ces méthodes permettent d’envisager à court terme un suivi 4D en promouvant une inversion de type time-lapse des données acquises. Ces méthodes sont toutefois plus lourdes à mettre en œuvre et l’interprétation des données nécessite des temps de calcul importants et des outils numériques spécifiques et délicats à manipuler pour un non-géophysicien. Les méthodes optiques de corrélation relèvent d’une troisième famille de méthodes. Elles ont surtout l’avantage d’obtenir directement et avec une très haute résolution des grandeurs mécaniques (cinématiques) associées à la fissuration de surface. Les résultats des expérimentations menées avec ces trois familles de méthodes en galeries souterraines (laboratoire souterrain du Mont-Terri, station expérimentale de Tournemire et laboratoire souterrain de Meuse/Haute-Marne) sont également présentés et brièvement discutés.

Abstract

This paper reviews the different methods used to characterize and to monitor in a non-destructive way the excavation damaged zone in clay rocks. Three groups of methods are identified. The first group is constituted by geophysical methods: the refraction seismic method and the analysis of surface waves method. These methods allow to quickly obtain the thickness of the damage zone with a rather simple system of acquisition. The second group of methods aims to obtain a 2D or even 3D model of the damaged zone. This group includes “well-to-well” seismic methods (e.g., seismic tomography) and electrical resistivity tomography. The recent methodological developments associated with these methods allow to consider at short term 4D monitoring by promoting “time-lapse” inversion. However, using of these methods is rather cumbersome: the corresponding data processing can be time-consuming and uses specific numerical tools which are difficult to handle for non-geophysicists. Digital image correlation (DIC) methods belong to the third group of methods. They have the advantage of obtaining directly and with a high resolution some kinematic parameters associated with the surface cracking observed on the gallery walls. The results obtained from these three groups of methods and acquired in three underground laboratories (Mont-Terri laboratory, experimental station of Tournemire and Meuse/Haute-Marne laboratory) are also presented and briefly discussed.