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AVERTISSEMENT
Ce document est le fruit d’un long travail approuvé par le jury de
soutenance et mis à disposition de l’ensemble de la communauté
universitaire élargie.
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LIENS
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Code de la propriété intellectuelle. Articles L 335.2 – L 335.10
http://www.cfcopies.com/V2/leg/leg_droi.php
http://www.culture.gouv.fr/culture/infos-pratiques/droits/protection.htm
INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE LORRAINE
Ecole Nationale Supérieure de Géologie de Nancy
Laboratoire Environnement, Géomécanique et Ouvrages
Ecole Doctorale RP2E
THESE
Présentée à l’I.N.P.L
en vue de l’obtention du titre de
DOCTEUR DE L’I.N.P.L
En Génie Civil – Hydrosystème – Géotechnique
par
Jérôme FOUGERON
AFFAISSEMENT ET EFFONDREMENT
DES MINES DE FER DE LORRAINE
APPORT DE LA MODELISATION NUMERIQUE
Soutenue publiquement le 26 avril 2007 devant la commission d’examen
Membres du Jury :
M. Roger Cojean, Rapporteur
M. Pouya Ahmad,
Mme Françoise Homand, Directeur de thèse
M. Souley Mountaka, Co-directeur de thèse
M. Grgic Dragan,
M. Josien Jean-Pierre, Examinateur
Remerciements
Je tiens à témoigner ma reconnaissance à tous ceux qui m’ont aidé à la préparation de cette
thèse.
En premier lieu, je tiens à remercier Madame Françoise Homand, Professeur à l’Ecole
Nationale Supérieure de Géologie, qui m’a permis de réaliser cette thèse au LAEGO. Durant
ces trois années, j’ai pu profiter de son savoir, de son expérience en géomécanique ainsi que
de son dynamisme. Merci de m’avoir fait confiance dans ce travail. J’aimerais remercier
également Monsieur Mountaka Souley, ingénieur de recherche à l’INERIS et co-directeur de
cette thèse, avec qui j’ai pu découvrir le vaste monde de la modélisation numérique et qui m’a
communiqué son goût pour la mécanique et fait partager son savoir.
Je remercie sincèrement Monsieur Roger Cojean, Professeur à l’Ecole Nationale Supérieure
des Mines de Paris ainsi que Monsieur Ahmad Pouya, Directeur de Recherche au Laboratoire
Central des Ponts et Chaussées de Paris, pour l’intérêt qu’ils ont témoigné à l’égard de mon
travail en acceptant la charge de rapporteur.
J’exprime ma reconnaissance à Monsieur Jean-Pierre Josien, Directeur de GEODERIS et
Monsieur Dragan Grgic, Maitre de Conférences à l’ENSG, pour leur participation à mon jury en
tant qu’examinateur. Je les remercie également d’avoir été attentif à mon travail et pour leurs
conseils.
Je veux également remercier Monsieur Dashnor Hoxha, chercheur au LAEGO, pour sa
disponibilité, son écoute et ses conseils. J’exprime ma reconnaissance à Monsieur Christophe
Didier (INERIS) ainsi qu’à Monsieur Mustapha Bennani (INERIS) pour leur participation et leur
écoute durant les différentes réunions de travail de cette thèse.
Je remercie l’ensemble du personnel du LAEGO, enseignants-chercheurs, chercheurs,
doctorants, techniciens et secrétaires.
Je souhaite remercier, à titre plus personnel, mes amis, mes proches et en particulier mes
parents pour leurs soutiens et leurs encouragements durant ces trois dernières années. Enfin,
j’aimerai porter une attention, toute particulière, à une dernière personne qui se reconnaitra à
travers ces quelques lignes.
- 1 -
- 2 -
SOMMAIRE
Chapitre 1
Cadre général
1- Introduction...........................................................................................................................20
2- Présentation du bassin ferrifère Lorrain................................................................................21
2.1- Cadre géologique .............................................................................................................21
2.2- Tectonique ........................................................................................................................23
2.3- Paléogéographie...............................................................................................................24
3- Technique d’exploitation.......................................................................................................25
3.1- Les exploitations partielles ................................................................................................26
3.2- Les exploitations totales....................................................................................................27
3.3- La fin des exploitations et état actuel28
4- Les mouvements de terrains résiduels.................................................................................29
4.1- L’affaissement progressif.30
4.2- L’effondrement brutal........................................................................................................32
4.3- Mécanisme de rupture d’un effondrement brutal .............................................................32
4.3.1- Rupture du recouvrement par délitage d’une dalle monolithique..............................33
4.3.2- Mécanisme de rupture dû à une surcharge hydraulique ...........................................34
4.3.3- rement par cisaillement d’un banc épais et résistant...................34
5- Discrimination entre l’effondrement brutal et l’affaissement progressif ...............................34
5.1- Phénomènes observés propres au type d’évènement.....................................................34
5.2- Discrimination à l’aide d’un critère de fond ou géométrique............................................36
6- Démarche scientifique proposée .........................................................................................37
Chapitre 2
Caractérisation mécanique de la couverture : recherche d’un banc raide
1- Introduction...........................................................................................................................40
2- Méthodologie d’élaboration du critère géologique ..............................................................40
2.1- Analyse lithologique ..........................................................................................................40
2.1.1- Marnes de Charennes................................................................................................40
2.1.2- Calcaire d’Ottange et de Haut-Pont...........................................................................41
2.1.3- Calcaires à polypiers ..................................................................................................41
2.1.4- Calcaire de Jaumont42
2.1.5- Marnes de Gravellote .................................................................................................42
2.1.6- Calcaire de Doncourt43
2.2- Analyse géotechnique.......................................................................................................43
2.3- Caractérisation géomécanique.........................................................................................44
2.4- Caractéristiques à l’échelle du massif ..............................................................................45
2.4.1- Proposition d’une méthodologie parallèle à la méthodologie classique ...................45
2.4.2- Caractérisation des discontinuités .............................................................................4