Mécanique des roches - Caractérisation physique et mécanique des roches

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 352], 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’étude 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 et se concentre sur les propriétés des roches constitutives des massifs rocheux. La caractérisation des discontinuités et du massif rocheux fait l’objet de l’article [C 352].

L’article est organisé de la manière suivante. Dans un premier temps, une description générale des roches et des concepts de base nécessaires à la compréhension de leur comportement est fournie. Les six sections suivantes ont pour objectif de présenter les grands éléments de la caractérisation de ces roches. Ainsi, la deuxième section est dédiée à la description pétrographique des roches tandis que la troisième section se concentre sur les principales propriétés physiques des roches utiles à la mécanique des roches. La quatrième section est consacrée à la caractérisation géomécanique des roches constituant la matrice rocheuse du massif. Il est présenté dans cette section les principales propriétés mécaniques des roches, notamment la déformabilité et la résistance, ainsi que les critères de rupture adaptés aux roches. Les principaux essais permettant de caractériser ce comportement mécanique sont également abordés. La cinquième section présente les concepts de base nécessaires à la compréhension des phénomènes de couplage thermo-hydro-mécaniques se développant dans les roches et qui ont un fort impact sur leur réponse à diverses sollicitations. Enfin, la sixième section aborde des essais classiques de mécanique des roches visant à déterminer certaines propriétés mécaniques déterminantes dans des projets d’ingénierie géotechniques, vis-à-vis par exemple du choix des méthodes et outils de creusement/forage.

Par ailleurs, pour une vision plus globale de la mécanique des roches et de ces enjeux, le lecteur se reportera à l’article [C 352]qui traite d’une part de la description et de la caractérisation géomécanique des discontinuités, structurant le massif en blocs de roche, et du massif rocheux résultant de l’assemblage roche/discontinuités, et d’autre part d’exemples d’application de la mécanique des roches à l’ingénierie géotechnique.