I INTRODUCTION II - CAVITES SOUTERRAINES III PRESENTATION DE LA METHODE IV - ROLE DU MAILLAGE V - APPAREILLAGE : LE GRAVIMETRE

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1 Technique microgravimétrique Et son application I INTRODUCTION II - CAVITES SOUTERRAINES III PRESENTATION DE LA METHODE IV - ROLE DU MAILLAGE V - APPAREILLAGE : LE GRAVIMETRE VI - CONTROLES PAR FORAGES VII - PRECISION D UNE ETUDE GRAVIMEP BUREAU D ETUDES GEOPHYSIQUES 813, Rue de Béthune VAUDRICOURT Téléphone Télécopie gravimep@gravimep.fr SARL au Capital de Euros RCS B Plus d informations sur notre site internet : GRAVIMEP MICROGRAVIMETRIE - NOTE D INFORMATION 1

2 I - INTRODUCTION Le but de cette note est de présenter d'une part le problème des cavités avec tout ce que leur présence peut entraîner d'inconvénients pour les projets prévus ou en cours et d'autre part l'un des moyens qui permet de les localiser. Cette notice devrait permettre aux services techniques concernés de disposer de manière succincte des renseignements sur l une des méthodes d'investigation la mieux adaptée pour la localisation de ces vides. Une longue expérience nous permet de préconiser dans le but de détection, la méthode géophysique MICROGRAVIMETRIE Nous présenterons ci-après un bref exposé sur les cavités et sur la technique de détection. II - CAVITES SOUTERRAINES TYPE DE CAVITES : Nous devons distinguer différents types de cavités, en les classant selon leurs origines. Cavités d'origine naturelle : Cavités dues à la dissolution de matériaux par la circulation des eaux ; réseaux karstiques, poches de dissolutions dans les gypse ou dans les sels. Cavités artificielles (dues à l'action de l'homme) : Exploitations minières (carrières souterraines), abris militaires, caves et souterrains, adducteurs, aménagements en site industriel (fûts et réservoirs souterrains). Remblais : Notre tour d'horizon serait incomplet si nous ne mentionnions pas les zones remblayées. Ces zones, qui au cours des temps ont été peu à peu comblées par des matériaux d'apports divers, peuvent présenter superficiellement un aspect tout à fait normal, s'intégrant dans l'environnement sain. Des surprises peuvent apparaître localement à l'aplomb de ces zones. Effet des cavités : Les 3 types de cavités se concrétisent par des effets de surface qui sont identiques, avec des extensions qui leurs sont dépendantes : les affaissements et les effondrements. - Affaissements : Ils sont peut-être plus nombreux et aux effets plus pernicieux. C'est le résultat de décompressions successives orientées du fond vers la surface et leur effet se fait ressentir au-delà de l'aplomb des vides responsables. Ces affaissements ont pour résultats des fissurations des ouvrages existants, des ruptures de canalisations etc..., et risquent de déboucher sur des créations de fontis. - Effondrements : C'est la manifestation la plus brutale par la création de fontis plus ou moins importants et profonds. Certains peuvent atteindre plus de 10 mètres en dimensions horizontales et quelques mètres en profondeur. Très spectaculaires, ce sont les plus dangereux par leurs manifestations imprévisibles. Ils sont dus à des dégradations du toit de la carrière qui, sous forme de remontées de voûte, successives, parviendront à atteindre la surface. Ils dépendent des caractéristiques des cavités existantes. Ils risquent aussi d'intervenir lors de l exécution du chantier (vibrations et des infiltrations des eaux). Effondrement dans une Station-service à Bapaume (62). GRAVIMEP MICROGRAVIMETRIE - NOTE D INFORMATION 2

3 III - PRESENTATION DE LA METHODE Définition : La microgravimétrie est l'application de la gravimétrie à l'échelle de la sub-surface (profondeur d'investigation de quelques mètres à quelques dizaines de mètres). Elle est généralement utilisée dans le domaine du Génie Civil, pour la recherche de cavités. D'autres méthodes géophysiques existent dans ce domaine, mais restent le plus souvent applicables pour des cas particuliers. La microgravimétrie présente, comparativement, des avantages déterminants qui en font une méthode souvent choisie car : Non destructive : aucune altération du site. Légère: un opérateur peut travailler de manière autonome. Indépendante des effets électromagnétiques environnants. Applicable dans pratiquement la plupart des cas de figure. Ces propriétés en font aussi une méthode particulièrement adaptée pour des levés en site urbain ou en zone industrielle. Principe : La gravimétrie mesure les variations de la pesanteur " g " à la surface de la zone à étudier. On associe les variations des valeurs de " g " à une répartition des masses dans le sous-sol. A des zones de faibles valeurs de " g " correspondront des zones de densité apparente faible (cavités, décompressions). A des zones de valeurs fortes correspondront des densités élevées (minerais, affleurements, lithologie). Le croquis ci-dessous illustre le principe de la gravimétrie : IV - ROLE DU MAILLAGE Le peson à ressort A. Le terrain étant formé de couches horizontales, le peson garde la même élongation B. L extrémité inférieure du ressort décrit une courbe dont les anomalies traduisent l effet des excès et des défauts de masse Les stations gravimétriques d'une étude sont généralement disposées suivant un schéma géométrique régulier, selon une maille carrée (si possible) ou rectangulaire. Dans des cas particuliers, la configuration du type profil est adoptée. Le système dit en quinconce, n est en réalité un maillage régulier mais disposé obliquement. La présence de cavités se traduit à la surface par des anomalies gravimétriques. Les caractéristiques de ces anomalies sont fonction des vides présents. Pour un vide donné existera une anomalie. Si l'on veut avoir l'assurance de pouvoir mettre en évidence une anomalie possédant certaines caractéristiques, il sera nécessaire que plusieurs stations du maillage soient influencées. Si le maillage est trop large, l'anomalie recherchée risquera de se situer entre les stations et ne pas être décelée ou n influencera qu une seule station, donc ne sera pas significative. A l'inverse, un maillage trop resserré montrera parfaitement une anomalie, mais le nombre de stations concernées sera surabondant et n'amènera pas un renseignement supplémentaire exploitable. A de rares exceptions près, le coût d'une étude gravimétrique est calculé sur la base d'un prix unitaire, à la station. Les types de maillage classiques les plus souvent utilisés sont (en mètres) : 20 x 20 ; 15 x 15 ; 10 x 10 ; 7 x 7 ; 5 x 5 ; 3 x 3 ; 2.5 x 2.5 GRAVIMEP MICROGRAVIMETRIE - NOTE D INFORMATION 3

4 V - APPAREILLAGE : LE GRAVIMETRE Pour mesurer les valeurs de g on utilise un appareil appelé : GRAVIMETRE. Principe : Gravimètre LaCoste et Romberg modèle D en opération. En simplifiant, on peut comparer un gravimètre à un peson à ressort dont on mesure les variations d'élongations par rapport à une mesure de référence. Ceci est réalisé successivement à chaque station. En réalité, un fléau à l'extrémité duquel est fixée une masse, se trouve dans un état d'équilibre presque indifférent, avec déséquilibre du système pour une très légère variation de poids, donc de g. De petites variations de g vont faire varier le poids mg du peson et déséquilibrer le système. Le repère sera à ramener dans sa position initiale à l'aide de la tension d'un ressort, appliquée au fléau (proportionnelle à la variation de g). Les gravimètres utilisés en microgravimétrie sont divers. L un des mieux adapté est l appareil américain Lacoste et Romberg modèle D dont la précision à la lecture est de l'ordre de quelques microgals. C est le premier du genre. Le modèle G est utilisé en recherche minière et pétrolière principe du gravimètre VI - CONTROLES PAR FORAGES Une étude par microgravimétrie débouchera dans tous les cas de figure sur la proposition des contrôles par forages nécessaire à la suite des travaux de recherche de vide. Ces contrôles seront de deux types : Recherche de cavités (vérification des anomalies gravimétriques négatives) Contrôles de comparaison Ces contrôles seront du type destructif ou semi destructif, avec enregistrement de quelques paramètres (vitesses d avancements, pressions en tête d outil.). Ils seront implantés sur la carte de l anomalie résiduelle. GRAVIMEP MICROGRAVIMETRIE - NOTE D INFORMATION 4

5 VII - PRECISION D UNE ETUDE MICROGRAVIMETRIQUE L exécution d une étude microgravimétrique est conditionnée par l objectif à mettre en évidence, sous la forme d anomalies significatives. Ces objectifs sont différents et génèrent des anomalies dont les caractéristiques sont fonction de leurs tailles et de leurs situations (profondeur). Une définition optimale du maillage doit permettre de mettre en évidence ces anomalies. Pour des objectifs importants du type ensemble de carrières d extension large, les anomalies peuvent atteindre entre 50 et 150 microgals, selon les vides. Aucun problème particulier n est à craindre si le maillage est adapté. La précision instrumentale d une mesure avec un gravimètre de type microgal est largement meilleure que les 30 microgals. De ce fait, pour assurer une précision qui mettra en évidence des anomalies de moins de 30 microgals, il conviendra pour une étude de détail (maillage de moins de 7 mètres), d assurer ses mesures à une bonne précision. L un des meilleur indicateur de précision est le tracé des isovaleurs, avec une équidistance égale à la précision désirée. Les courbes devront dans ce cas se dessiner sans problème, et aussi révéler les anomalies recherchées significatives si elles existent, et non les anomalies de type instrumentale. Concernant les archives locales : Elles sont généralement accessibles dans les mairies ou autres services régionaux. Bien exploitées, ces archives peuvent apporter de précieux renseignements. Cependant, les présomptions dans la majorité des cas, n aboutiront que sur des indications assez imprécises. En résumé donc : le coût d'une étude gravimétrique sera principalement conditionné par le maillage choisi. Ce sera le facteur essentiel, d'où l'importance de ce choix de la maille. GRAVIMEP MICROGRAVIMETRIE - NOTE D INFORMATION 5