La surveillance appliquée à la gestion des risques géotechniques miniers

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1 Symposium on Innovation and Technology in The Phosphate Industry - SYMPHOS May 6-10, 2013 Agadir, Marocco La surveillance appliquée à la gestion des risques géotechniques miniers Méthodes et Technologies Innovantes, Perspectives. P. Bigarré

2 La gestion du risque par la surveillance Les phénomènes d instabilité et mouvements de terrains liés aux travaux miniers, en ciel ouvert ou en souterrain, sont difficiles à prévoir et à quantifier de manière précise : L hétérogénéité des sols et sous-sols La variabilité des propriétés physiques des sols et des roches La nature discontinue des massifs rocheux : joints, fractures, failles, L hydrologie du site La variabilité des contraintes naturelles Le faible niveau de reconnaissance du milieu, peu accessible hors surface libres et forages de reconnaissance Phénomènes redoutés : Glissements de terrain, Chutes de blocs, Sismicité induite, Chutes de toit, Effondrement localisé ou généralisé, Coups de terrains, Pascal Bigarré - La surveillance appliquée à la gestion des risques miniers - 2

3 La gestion du risque par la surveillance La maîtrise des risques géotechniques liés aux travaux miniers est un objectif important : Pour la prévention pour la sécurité des personnes et de l environnement Pour l impact économique : le design correct de la géométrie et de la méthode d exploitation est conditionné par la stabilité de l exploitation La surveillance instrumentale est une composante clé de la maitrise des risques. Elle permet : de repérer et diagnostiquer les situations à risques d instabilité géologique d identifier le mécanisme d instabilité, évaluer le scénario d évolution, quantifier l aléa / le risque éventuellement de prédire à court terme l évolution d une zone d aléa et prendre les mesures d urgence afin de limiter l impact du mouvement de terrain de contrôler l efficacité du traitement mis en œuvre sur une zone potentiellement instable La surveillance concerne essentiellement la phase d exploitation mais aussi la phase d abandon des carrières et des mines Pascal Bigarré - La surveillance appliquée à la gestion des risques miniers - 3

4 Méthodes de surveillance instrumentale Les méthodes géotechniques in situ : inclinométrie, clinométrie, fissurométrie extensométrie, TDR, expansion, convergence, piézométrie, Les méthodes géophysiques : sismique & microsismique passives, acoustique, vibrations Les méthodes géodésiques satellitaires : GPS, Insar, Psinsar, Les méthodes géodésiques terrestres : tachéométrie, laserscan, radar terrestre, Les méthodes photogrammétriques Pascal Bigarré - La surveillance appliquée à la gestion des risques miniers - 4

5 La surveillance géodésique par balises GPS-RTK Real Time Kinematic GPS Pascal Bigarré - La surveillance appliquée à la gestion des risques miniers - 5

6 La surveillance géodésique par réseau GPS-RTK Méthode d exploitation du sel par dissolution (pistes de sondages) : sel Pascal Bigarré - La surveillance appliquée à la gestion des risques miniers - 6 Haraucourt (Lorraine, France)

7 La surveillance géodésique par réseau GPS-RTK M8 GPS 1 M4 Underground cavity in 2004 GPS ref 100 m Pascal Bigarré - La surveillance appliquée à la gestion des risques miniers - 7

8 La surveillance géodésique par réseau GPS-RTK Cadence 20 min Précision H ±2 cm Phases d accélération -30 heures -15 heures Vitesse d affaissement maximale 0.5 m.h -1 Rupture du banc de dolomie Rupture du recouvrement d après Contrucci & al, 2011 Pascal Bigarré - La surveillance appliquée à la gestion des risques miniers - 8

9 La surveillance sur le site pilote de Cerville-buissoncourt Pascal Bigarré - La surveillance appliquée à la gestion des risques miniers - 9

10 La surveillance géodésique par réseau GPS-RTK Balises de mesures GPS-RTK radio autonome, avec clinométrie intégrée d après Nadim & al, en préparation Pascal Bigarré - La surveillance appliquée à la gestion des risques miniers - 10

11 La surveillance géodésique par réseau GPS-RTK Pascal Bigarré - La surveillance appliquée à la gestion des risques miniers - 11

12 La surveillance géodésique par réseau de balises RGPS Les mesures par balises SYTGEO RGPS Histogrammes des moyennes journalières de l altitude des deux balises de mesure. Indicateurs statistiques : nombre de satellites vus et facteur DOP. d après Nadim & al, en préparation Pascal Bigarré - La surveillance appliquée à la gestion des risques miniers - 12

13 La surveillance géodésique par réseau GPS-RTK Characteristics of the active zone Surface area: ~4 ha Volume estimated: ~3 million m 3 Slope: 35 to 40 Displacement: between 0.15 m/year & 1 m/year Pascal Bigarré - La surveillance appliquée à la gestion des risques miniers - 13

14 La surveillance géodésique par réseau GPS-RTK GPS2 GPS1 GPS2 Déplacement en surface très rapide : plus de 5 m de déplacement cumulé en 20 mois Accélérations des déplacements après de fortes précipitations + crises microsismiques d après Klein, 2012 Pascal Bigarré - La surveillance appliquée à la gestion des risques miniers - 14

15 La surveillance géodésique par réseau de balises RGPS Avantages Applicable aux mouvements gravitaires type affaissement ou glissement de terrains Mesure de déplacement 3D Mesure indépendante des conditions météorologiques Bonne intégration à une instrumentation géotechnique classique Adaptée à la surveillance en quasi temps réel Limites Mesure ponctuelle Bonne couverture satellite nécessaire Précision en Z inférieure à la précision en XY Suivi des données par un non spécialiste Pascal Bigarré - La surveillance appliquée à la gestion des risques miniers - 15

16 La surveillance par radar terrestre d après Pathier & al, 2007 Pascal Bigarré - La surveillance appliquée à la gestion des risques miniers - 16

17 La surveillance par radar terrestre IDS IBIS-FL, Image: Roedelsperger & al. Gamma remote sensing Pascal Bigarré - La surveillance appliquée à la gestion des risques miniers - 17

18 La surveillance par radar terrestre D après Potherat & al, 2010 Pascal Bigarré - La surveillance appliquée à la gestion des risques miniers - 18

19 La surveillance par radar terrestre D après Severin & al, 2012 Pascal Bigarré - La surveillance appliquée à la gestion des risques miniers - 19

20 La surveillance par radar terrestre Avantages Grande couverture Densité surfacique de mesures très élevée Limites Applicable aux pentes élevées à très élevées Portée de 100 m à 5 km Précision < 1 mm Mesure indépendante des conditions météorologiques Mesure de déplacement 1D dans la ligne de visée Coût radar élevé Effets de masque selon direction de visée Adaptée à la surveillance en quasi temps réel Effets de la végétation très forts Pascal Bigarré - La surveillance appliquée à la gestion des risques miniers - 20

21 La Surveillance sismique - microsismique Rupture microsismique Sondes en forage Sismogramme détecté et enregistré par une sonde microsismique 3D Pascal Bigarré - La surveillance appliquée à la gestion des risques miniers - 21

22 La Surveillance microsismique Pascal Bigarré - La surveillance appliquée à la gestion des risques miniers - 22

23 La Surveillance microsismique d après Contrucci & al, 2011 Pascal Bigarré - La surveillance appliquée à la gestion des risques miniers - 23

24 La Surveillance microsismique Avantages Surveillance en grand dans l ensemble de la zone d influence de la mine souterrains avec un nombre limité de capteurs Méthode unique pour le suivi des phénomènes dynamiques Déployable à différentes échelles, en système permanent ou temporaire Critères d alarme multiples Limites Processus d acquisition et traitement de données complexes Pas d information sur les déformations lentes à très lentes Validation et suivi des données par un expert requis Adaptée à la surveillance en temps réel Pascal Bigarré - La surveillance appliquée à la gestion des risques miniers - 24

25 La Surveillance acoustique de cavités Zone > 1 Hectare Profondeur < 25 m Galeries irrégulières, de petite dimension, avec de nombreuses interconnexions. Habitations susjacentes 7 sondes microphoniques Environnement silencieux Pascal Bigarré - La surveillance appliquée à la gestion des risques miniers - 25 d après Nadim, 2013

26 La Surveillance acoustique de cavités Pascal Bigarré - La surveillance appliquée à la gestion des risques miniers - 26

27 La Surveillance acoustique de cavités Avantages Surveillance en grand de cavités complexes avec un nombre limité de capteurs Installation simple Capteurs posés à distance des zones les plus dangereuses Capteurs récupérables Localisation possible des sources sonores Limites Limité aux seuls phénomènes sonores chutes de blocs, fracturation de parements, Perte de sensibilité en cas de bruit de fond proche Validation et suivi des données par un expert requis Si cavités inaccessibles, nécessite des forages d accès Bonne intégration à une instrumentation géotechnique classique Critères d alarme multiples Adaptée à la surveillance en temps réel Si cavité ennoyée la méthode peut être mise en œuvre avec des hydrophones Pascal Bigarré - La surveillance appliquée à la gestion des risques miniers - 27

28 Surveillance intégrée (ou multi-paramètres) Solution «Cluster - Réseau» modulaire et évolutive avec les besoins de surveillance : géotechnique Géodésique Sismique Hydrologique Pascal Bigarré - La surveillance appliquée à la gestion des risques miniers - 28 Microsismique

29 Solution de «Cloud Monitoring» e.cenaris Infrastructure de centre de données pour : La réception automatique de données multiparamètres et multi-sites de surveillance opérationnelle La gestion automatisée de bases de données en quasi temps réel L accès simple, partagé et sécurisé aux données de surveillance et aux métadonnées via serveur de données Le web monitoring avec intégration de services avancés : gestion, archivage, routines de validation et d analyse, édition de graphes, tableaux et cartes avancées, expertise des données, bulletins automatiques Pascal Bigarré - La surveillance appliquée à la gestion des risques miniers - 29

30 Solution de «Cloud Monitoring» e.cenaris Pascal Bigarré - La surveillance appliquée à la gestion des risques miniers - 30

31 Synthèse et perspectives La surveillance intégrée via la plateforme de «Cloud Monitoring» e.cenaris est une technologique innovante pour une approche efficiente : Systèmes multi-paramètres modulaires et polyvalents pour réseaux de mine permanents ou mobiles, à ciel ouvert ou en souterrain Transfert et traitement automatisé en quasi temps réel des données : géotechniques, hydrologiques, géodésiques, météorologiques, microsismiques, vibrations, Visualisation des données et résultats par mine et par zones d intérêt : chroniques, graphiques, bulletins, rapports automatiques, catalogues,. Accés et partage des données à tous les acteurs du projet de surveillance via le WEB Historisation, sauvegarde, archivage des données de mesure et des résultats Analyse croisée des données de mesure et des données de la mine Meilleure maitrise des coûts pour des solutions plus performantes Chaque mine est unique : les solutions technologiques de surveillance instrumentale complètent mais ne remplacent pas l observation visuelle et l expérience des mineurs Pascal Bigarré - La surveillance appliquée à la gestion des risques miniers - 31

32 Merci pour votre attention Pascal Bigarré - La surveillance appliquée à la gestion des risques miniers - 32