Soutenance mémoire
Un front rocheux est un affleurement de massif rocheux composé d’une matrice rocheuse et de discontinuités. Cet affleurement peut être d’origine naturelle ou provenir d’un déblaiement anthropique. Lors de l’exploitation de massifs rocheux, plusieurs problématiques peuvent se poser, on peut citer : la stabilité du front rocheux, la détection des variations géologiques, des discontinuités et des minéraux indésirables (sulfures, silice amorphe, argiles et amiante). Concernant ces derniers, la nécessité de les localiser peut résulter d’enjeux différents selon l’acteur concerné. Par exemple, les carriers cherchent à produire des granulats pour les routes et les bétons ; la présence de sulfures et parfois d’argiles dans le produit extrait dégrade la qualité des granulats et donc des chaussées et des bétons. Les maîtres d’ouvrages ou les entreprises routières cherchent à éviter de mettre à nu des affleurements contenant de l’amiante afin d’éviter tout risque d’inhalation. Localiser les zones de présence de ces minéraux indésirables et connaître leur répartition à l’affleurement peut éviter leur présence dans l’air (pour l’amiante) ou peut permettre de cibler l’extraction pour améliorer la qualité des granulats. Parmi les minéraux indésirables, l’amiante tient une place particulière du fait de sa nocivité à l’inhalation et d’un cadre législatif précis.
Minéraux indésirables dont l’amiante
Foucault et al. (2014) définissent un minéral comme une : « espèce chimique naturelle se présentant le plus souvent sous forme de solide à structure cristalline. La classification des minéraux est basée sur leurs caractères chimiques et cristallographiques ». Les minéraux qualifiés d’indésirables le sont pour des raisons économiques ou de santé publique, parfois pour les deux en même temps. Parmi ces minéraux indésirables, l’amiante fait l’objet d’une loi sur son repérage avant travaux et applicable depuis le 19 juillet 2019 pour prévenir des risques d’inhalation. Selon l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS), les fibres d’amiante d’un diamètre inférieur à 3 µm, d’une longueur supérieure à 5 µm et d’un élancement (longueur divisée par le diamètre) supérieur à 3, sont susceptibles d’être inhalées (Durand et al., 2016). Cette loi englobe l’amiante environnemental et l’amiante transformé (isolant, pare-feu ou liant d’enrobés) présent dans les matériaux de construction. Nous avons choisi de nous intéresser à l’amiante environnemental du fait de :
1. Ses effets indésirables à la fois économique et sanitaire ;
2. La possibilité de photographier des affleurements amiantifères accessibles sans autorisation ;
3. Un programme du BRGM (Bureau de Recherches Géologiques et Minières) dédié à l’amiante.
En effet, la thèse s’inscrit dans un programme de recherche et de surveillance du BRGM qui a débuté fin des années 90 en concomitance avec l’interdiction de l’usage de l’amiante en 1997. Ce programme vise à reconnaître les zones naturelles amiantifères en France (Caballero, 2005 ; Caritg et al., 2009 ; Béchennec et al., 2010; Blein et al., 2010 ; Lahondère et al., 2010, 2011a, 2011b, 2013 ; Lahondère et Zammit, 2012 ; Gutierrez et al., 2016). Ces zones sont principalement localisées dans les départements de Loire-Atlantique, Savoie, Haute-Corse et Nouvelle Calédonie où des cartes au 1/125 000e et au 1/30 000e de l’aléa de présence d’amiante ont été réalisées par le BRGM. Une carte au 1/50 000e a également été mise en ligne en novembre 2020 (https://infoterre.brgm.fr/page/amiante environnemental). L’objet du projet de thèse est de se placer à l’échelle plus locale d’un affleurement rocheux et de proposer une méthodologie de détection des zones amiantifères sur les fronts rocheux à partir d’images .
Minéraux indésirables
Les minéraux indésirables envisagés en début de thèse étaient :
• La silice amorphe ;
• Les sulfures ;
• Le remplissage de particules fines (argiles) ;
• L’amiante environnemental.
Pour la silice amorphe, les effets indésirables occasionnés sont principalement des irritations des voies respiratoires et oculaires. Elle peut également provoquer des irritations cutanées. Les sulfures et les particules fines d’argile posent des problèmes de qualité quand ils sont intégrés au béton. Par exemple, la pyrite (FeS2) est un sulfure fréquemment présent à l’état naturel. La présence de sulfures dans les granulats à béton provoque son éclatement en produisant une augmentation du volume de la structure d’acier par oxydation (Duvet, 1996). Pour les particules fines argileuses, leur présence dans les granulats à béton diminue l’adhérence de la pâte à ciment sur les granulats et a pour effet de diminuer les performances finales du béton (GT-10, 2005). L’amiante a été utilisé dans le génie civil par le passé pour ses propriétés isolantes, résistantes à la chaleur et liantes dans les pâtes à béton. Ayant été reconnu nocif à l’inhalation, son exploitation et son utilisation sont maintenant interdites. Désormais, l’enjeu est le désamiantage des ouvrages du génie civil. Or, depuis la loi sur le repérage amiante applicable de juillet 2019, l’amiante environnemental est assujetti aux mêmes règles que l’amiante présent dans les matériaux de construction.
Amiante réglementé
Classification
L’amiante est un silicate magnésien ou calcique classé en deux groupes de minéraux : les serpentines et les amphiboles. Parmi les serpentines, on trouve le chrysotile et l’antigorite fibreuse. Le chrysotile est le seul minéral serpentinique réglementé en France. Il correspond à la fibre d’amiante qui a été la plus exploitée et utilisée dans le génie civil avant que son utilisation soit interdite. Le chrysotile et l’antigorite ont la même composition chimique, mais une structure cristalline différente. Les formes fibreuses d’antigorite sont rares, excepté en Nouvelle-Calédonie. C’est pourquoi la Nouvelle-Calédonie a étendu la législation française en ajoutant l’antigorite fibreuse à leur réglementation.
Rappels de la structure terrestre
Du centre jusqu’à la surface de la Terre, la structure interne est composée d’un noyau, d’un manteau et d’une croûte. Le manteau est constitué de péridotite dont l’olivine (ou péridot) est le minéral majoritairement présent (Pomerole et al., 2006).
Formation des amphiboles
La croûte océanique est constituée de basalte et de gabbros qui sont issus de la fusion partielle de la péridotite du manteau océanique. Un refroidissement rapide de ce magma produit du basalte alors qu’un refroidissement plus lent produit du gabbro. Il a été démontré que les amphiboles se forment lorsqu’une croûte océanique subit un métamorphisme de faciès schistes verts à la faveur des circulations hydrothermales dans les dorsales et au cours des processus tectoniques ultérieurs (subduction, collisions).
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Table des matières
Introduction générale
1. Minéraux indésirables, dont l’amiante environnemental
1.1.Introduction
1.2.Minéraux indésirables
1.3.Amiante réglementé
1.3.1. Classification
1.3.2. Rappels de la structure terrestre
1.3.3. Formation des serpentines
1.3.4. Formation des amphiboles
1.3.5. Genèse des fractures à amiante
1.3.6. Localisation géographique des sites amiantifères
1.4.Cas d’études
1.4.1. Présentation
1.4.2. Localisation
1.4.3. Lithologie et relevé structural
1.4.4. Aspect apparent de l’amiante
1.5.Conclusion
2. Caractérisation géométrique de la fracturation
2.1.Introduction
2.2.Bibliographie
2.2.1. Relevé structural in situ
2.2.2. Mesures in situ et calcul de l’espacement
2.2.3. Introduction à l’analyse structurale numérique
2.2.4. Ajustement d’un plan à n points
2.2.5. Estimation des normales
2.2.6. Extraction des zones planaires d’un nuage de points par famille
2.2.7. Distinction spatiale et caractérisation des plans de discontinuité
2.2.8. Méthodes de mesure des espacements
2.3.Chaine d’analyse des couloirs de fracturation
2.3.1. Introduction
2.3.2. Procédure appliquée pour la distinction spatiale des plans
2.3.3. Analyse des zones intensément fracturées
2.3.4. Exemple schématique
2.3.5. Cartographie 3D
2.3.6. Conclusion
2.4.Application de DiscontinuityLab
2.4.1. Cas d’étude
2.4.2. Calcul des espacements des plans de l’affleurement synthétique
2.4.3. Analyse de l’affleurement de Saulges
2.5.Perspectives et limitations
2.6.Conclusion
3. Restitution 3D par photogrammétrie
3.1.Introduction
3.2.Chaine de traitement de restitution 3D par photogrammétrie
3.2.1. Présentation
3.2.2. Méthode SfM
3.2.3. Restitution d’un nuage dense 3D
3.2.4. Chaîne de traitement Metashape
3.2.5. Procédure de vérification
3.2.6. Synthèse des paramètres Metashape à tester
3.2.7. Conclusion
3.3.Plateforme de simulation des photos
3.3.1. Présentation
3.3.2. Texture de Voronoï
3.3.3. Affleurement synthétique
3.3.4. Configuration de la plateforme de simulation
3.3.5. Paramètres des schémas d’acquisition
3.3.6. Génération des images
3.3.7. Conclusion
3.4.Campagne de tests
3.4.1. Introduction
3.4.2. Mesure des critères
3.4.3. Angle d’inclinaison des images panoramiques
3.4.4. Restitution des arêtes et des vallées
3.4.5. Schéma d’acquisition optimal
3.4.6. Restitutions de la partie haute des affleurements virtuels
3.4.7. Restitution des plans à faible pendage
3.4.8. Conclusion
3.5.Discussion et perspectives
3.6.Conclusion
Conclusion générale
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