le monument ou le site ainsi que par les personnes.

En ce qui concerne la représentation de la gradation des risques, les cartes ZERMOS (Zones Exposées à des Risques liés à des MOuvements du Sol et du sous-sol, Chazan, 1974) proposent l'utilisation d'un zonage à trois couleurs de base :

- le vert indique qu'aucun mouvement actuel ou ancien n'a été décelé et qu'il n'y a pas lieu d'envisager pour l'instant l'apparition de tels évènements ;

- l'orangé indique une menace potentielle d'instabilité sans pouvoir en préciser la nature exacte, ni surtout l'ampleur des manifestations ;

- le rouge indique quant à lui une instabilité réelle ou une menace précise souvent imparable, [22]-p.158.

<table><caption>Tableau 4 : Légende des cartes de risques naturels du département de l'Isère, [22]-p.157.</caption><tr><td></td><td>Zone inondable</td><td>- Mesures de protection définies lors de la demande éventuelle de permis de construire.</td></tr><tr><td></td><td>Zone maréca-<br>geuse</td><td>- Travaux d'assainissement nécessaires en cas de demande éventuelle de permis de construire</td></tr><tr><td></td><td>Crue torren-<br>tielle</td><td>- Construction interdite sur 25 m de part et d'autre de l'axe du ruisseau</td></tr><tr><td></td><td>Zone de crue<br>torrentielle</td><td>- Construction interdite</td></tr><tr><td></td><td>Glissement de<br>terrain</td><td>- Construction et terrassement interdits</td></tr><tr><td></td><td>Glissement de<br>terrain</td><td>- Les demandes éventuelles de permis de construire seront étudiées au coup par coup Défrichement et terrassement interdits</td></tr><tr><td></td><td>Chutes de pierres<br>avalanches</td><td>- Construction interdite</td></tr><tr><td></td><td>Zone de dépôt<br>d'avalanche</td><td>- Construction interdite</td></tr><tr><td></td><td>Zone de souffle<br>d'avalanche</td><td>- Précautions à définir lors des demandes éventuelles de permis de construire</td></tr><tr><td></td><td>Zone de construc-<br>tion avec pro-<br>tection</td><td>- Protection à définir lors des demandes éventuelles de permis de construire</td></tr><tr><td></td><td>Limite de Commune</td><td></td></tr></table>

b. Le facteur ou coefficient de sécurité.

Issu des calculs de stabilité qu'il est possible d'entreprendre dans le domaine des monuments et des sites historiques, le facteur de sécurité dépend, non seulement de l'état du monument ou du site, mais également de la confiance à accorder aux hypothèses des calculs. En termes de risques, il permet d'évaluer quantitativement la marge ou la réserve de résistance ou
de stabilité (tel que nous avons employé le terme au chapitre 2.3) que possède le monument ou
le site historique dans son état actuel. Son inconvénient réside d'ailleurs dans son inaptitude à
rendre compte ou à mettre l'accent sur l'évolution possible ou les risques prévisibles.
Néanmoins, un facteur de sécurité proche de 1 indiquera une zone à risque grand tandis qu'un
facteur largement supérieur à 1 écartera, à plus ou moins long terme, l'hypothèse d'une
évolution présentant des risques pour le monument, le site ou les personnes.

Selon les configurations du site ou du monument étudié, le calcul d'un coefficient de sécurité s'effectue différemment.

En Mécanique des Sols, lorsque la rupture se produit par un écoulement plastique, comme cela se produit sous une fondation au cours du poinçonnement, on définit le facteur de sécurité par le rapport de la sollicitation qui entraîne la rupture à la sollicitation de service. Lorsque la rupture se produit par glissement sur un plan, sur une surface circulaire, etc, le facteur de sécurité au sens de Fellenius est le rapport entre les efforts résistants et les efforts moteurs, [29]-p.173.

En Mécanique des Structures, on retient généralement le rapport des charges exercées aux charges admissibles (souvent des charges de compression).

En Mécanique des Roches, le facteur de sécurité peut être défini comme en Mécanique des Sols : le rapport de la sollicitation qui fait passer la roche d'un comportement élastique à un comportement plastique ramené à la sollicitation exercée effectivement ou, dans le cas des milieux fracturés, le rapport entre les efforts résistants et les efforts moteurs au niveau des joints. Un autre type de calcul de facteur de sécurité relatif à la vérification du comportement élastique du milieu, consiste à comparer le cercle de Mohr représentatif de l'état de contraintes en un point à la courbe intrinsèque du matériau. On détermine alors le facteur F par lequel il faudrait multiplier les cas de charges étudiés pour que le cercle de Mohr soit juste tangent à la courbe intrinsèque. C'est ce type de calcul qui peut être implanté aisément dans un logiciel de modélisation par éléments finis par exemple, ce qui donne la possibilité de tracer des courbes iso-F permettant de localiser des zones à risques où F est voisin de 1, figure 93.

<figure><img src="image_102.png" /><figcaption>Figure 93 : Exemple de courbes iso-F obtenues par une modélisation par éléments finis (logiciel ELFI3F). Il s'agit ici d'une des voies de desserte des longues tailles à l'Unité d'Exploitation de Provence (Samir Ennour, thèse de docteur de l'INPL (Nancy) sur la modélisation des galeries de grande largeur en terrain stratifié, juillet 1990).</figcaption></figure>
Malgré leur intérêt, ces définitions peuvent présenter, néanmoins, des ambiguités et elles sont d'ailleurs utilisées de multiples façons, chaque praticien adoptant une définition qui lui est propre. Il y aurait certainement intérêt de s'en tenir à un ou deux types de calculs rigoureusement définis pour standardiser cette approche du risque.

### c. Le risque probabiliste, [29]-p.179-180.

Les définitions précédentes partaient d'un problème où les efforts mis en jeu et les résistances étaient parfaitement connus. En fait, il existe une incertitude sur tous ces éléments. C'est l'aspect probabiliste du risque et du facteur de sécurité, qui est très différent de l'aspect précédent.

Ayant déterminé la charge de ruine d'une structure par exemple, il s'agit en somme de faire un calcul d'erreur. C'est évidemment très facile lorsque l'on dispose d'une formule analytique simple. Dans les cas compliqués, on peut avoir recours au calcul numérique en introduisant des petites variations des paramètres de l'équilibre. Ces paramètres peuvent être externes : distribution aléatoire des forces extérieures, ou internes : distribution et évolution aléatoires des résistances. La résolution du problème consiste alors à faire une analyse statistique multifactorielle classique et la théorie existe pour différentes distributions de probabilité. L'essentiel est de savoir que l'on peut rattacher une probabilité de ruine à toute valeur supérieure à 1 du facteur de sécurité, à partir des éléments statistiques des paramètres externes et internes. C'est tout à fait classique pour les paramètres externes. Pour les paramètres internes, c'est plus délicat.

> Il est clair, par exemple, que pour le glissement d'un massif sur un joint plan, la moyenne des résistances au cisaillement est une valeur significative, alors que la résistance d'une chaîne est conditionnée par celle du maillon le plus faible et la moyenne des résistances des maillons offre peu d'intérêt.

### d. Conclusions.

Les exemples présentés ici montrent que la notion de risque couvre en fait trois types d'incertitudes : les aléas des sollicitations et des paramètres environnementaux influants, les aléas des propriétés mécaniques ou géométriques des matériaux, des sols ou des massifs rocheux, ainsi que l'imperfection des méthodes de calcul. [29]-p.182.

L'emploi des techniques d'évaluation des risques reste par ailleurs très difficile dans la mesure où elles conduisent à des conclusions situées entre économie et sécurité. En effet, la pérennité des monuments et des sites dépend des mesures qui seront prises à la suite de ces conclusions, de l'adéquation de ces mesures aux problèmes rencontrés, de leur aptitude à minimiser les risques autant que possible et sans en ommettre aucun, de leur faculté à écarter tout danger ultérieur, pour le monument ou pour les personnes, sans, par ailleurs, que le coût de ses mesures n'atteigne des valeurs insupportables.
## 3.5 Les marges de sécurité

Directement liée aux calculs de stabilité et à l'évaluation des risques, la détermination des marges de sécurité consiste à répondre à la cinquième question que nous nous étions posée au début de la troisième partie de ce mémoire, à savoir : quelles agressions peut encore supporter le monument ou le site (en termes de déformations, tassements, vibrations, ...) ?

En général, cette question se pose avant que ne soient envisagées d'éventuelles mesures de restauration, de consolidation, de renforcement ou de soutènement, mais elle peut être posée, par ailleurs, après une série de travaux, afin d'évaluer le progrès ainsi réalisé en termes de stabilisation, de nouvelle résistance, de nouvelle durée de vie.

En fait, estimer les marges de sécurité, c'est mesurer l'écart qui sépare l'état du monument ou du site historique à un moment donné, du risque prévisible qui peut lui porter préjudice. Cette estimation peut donc se faire en terme de durée aussi bien que par un paramètre arbitraire ou un facteur dont la définition reste à donner.

Etant donné la difficulté de produire de telles estimations et le manque de recherches qui aient été consacrées à ce problème, nous nous bornerons à indiquer simplement les points suivants :

- l'estimation des marges de sécurité peut être proposée simplement en observant les valeurs des facteurs de sécurité obtenus par les méthodes décrites précédemment. C'est un moyen de quantifier ces marges, tout en sachant qu'il s'inscrit dans un cadre d'hypothèses relatives aux calculs, aux propriétés des roches, des sols et des matériaux en général, ainsi qu'aux sollicitations qui s'exercent sur eux.

- une façon plus probante et plus intéressante d'évaluer ces marges de sécurité pourraient consister à réaliser des calculs, notamment par des méthodes numériques, de façon à simuler le comportement d'une structure, d'un édifice, d'un ouvrage souterrain ou d'un site, dans le temps, à la suite des variations que pourraient subir certains paramètres propres à mettre en cause la stabilité du cas étudié. Ainsi, on pourrait définir une marge de sécurité vis à vis de différents paramètres comme la force des vents, l'infiltration d'eau, la présence de travaux proches, l'amplitude de secousses sismiques, etc ... Néanmoins, ce type d'approche se heurte à l'importance des coûts d'étude qu'il entraînerait ainsi qu'aux incertitudes et aux hypothèses sur lesquelles il repose (la modélisation implique des simplifications et tous les facteurs ne peuvent être étudiés soit pour des raisons informatiques, soit par omission).

- l'utilisation des données de la surveillance pourrait permettre de chiffrer en durée, la marge de sécurité que possède un monument ou un site, si les méthodes d'interprétation de ces données étaient suffisamment au point pour prédire la date de ruine à partir des mesures effectuées jusqu'alors. Malheureusement, une telle prédiction s'avère extrêmement difficile voire impossible dans le domaine de la géotechnique où le comportement des matériaux rencontrés (roches et sols) ne peut être connu avec précision.
## 3.6 Précautions à prendre

Avant de terminer cette partie concernant les techniques et les méthodes de diagnostic, il convient d'avoir à l'esprit les contraintes spécifiques au domaine de la conservation et de la restauration des monuments et des sites historiques.

En effet, l'établissement d'un diagnostic final et global sur l'état et le devenir prévisible ou possible d'un monument ou d'un site historique doit conduire, en principe, à prendre des décisions concernant la mise en oeuvre ou non de travaux destinés à assurer leur sauvegarde et leur pérennité. Or, la nature de ces travaux est soumise à des principes fondamentaux que les pays ont pu adopter ou que la Charte Internationale de Venise tente de proposer au niveau international. Nous allons rappeler ces principes que l'on trouvera, rapidement exposés, dans le texte de la Charte de Venise reproduite in extenso dans l'annexe 1 de ce mémoire.

### 3.6.1 Conservation et restauration

Les notions de conservation et de restauration sont évoquées toutes les deux dans la Charte de Venise, néanmoins, leur définition n'y est pas clairement formulée et des ambiguïtés apparaîssent comme dans l'article 9 où il est écrit : "La restauration ... a pour but de conserver ...".

En fait, la conservation consiste actuellement à faire appel aux techniques les plus variées de façon à essayer, avant tout remplacement par un matériau nouveau, de garder le matériau ancien dans sa forme et dans son état de vieillissement actuel afin de respecter ce que Michel Parent (Inspecteur Général des Monuments Historiques) appelle la transparence des formes et de la durée, [3]-p.12-13.

La notion de restauration implique, quant à elle, de modifier le monument de façon à le reconstituer dans un état antérieur à sa destruction ou sa ruine partielle ou totale.

Mr Jean Taralon (Inspecteur Général des Monuments Historiques) résume la différence entre ces deux notions de la façon suivante : "Conserver, c'est, par définition, maintenir l'oeuvre dans l'état où elle parvenue jusqu'à nous. L'opération a un caractère essentiellement scientifique. Restaurer, c'est modifier cet état en améliorant l'aspect de l'oeuvre. L'opération a un caractère esthétique. Ces deux opérations, bien que pouvant être complémentaires, ont donc, en principe, des buts et des effets différents. Cependant, il arrive que, bien que ce ne soit pas le but recherché, la phase scientifique de l'intervention ait une conséquence esthétique qui modifie l'aspect de l'oeuvre traitée", [3]-p.36-37.

### 3.6.2 Conservation et géotechnique

A la lumière des explications qui précèdent, il apparaît que le géotechnicien peut faire bénéficier ses connaissances théoriques, ses méthodes et ses techniques aux personnes qui sont chargées de la conservation plutôt que de la restauration des monuments et des sites historiques.

Pour être utilisées dans ce domaine, les techniques employées dans le but de consolider un monument ou un site, doivent avoir démontré leur efficacité par des données scientifiques et être garanties par l'expérience comme l'indique la Charte de Venise (article 10). La discipline
géotechnique peut donc trouver sa place dans ce contexte à condition néamoins de respecter encore les contraintes suivantes :

- “... le déplacement de tout ou partie d'un monument ne peut être toléré que lorsque la sauvegarde d'un monument l'exige ou que des raisons d'un grand intérêt national ou international le justifient”, Charte de Venise, art. 7. Dans tous les cas, un tel déplacement doit donc être éviter autant que possible ;

- “... les éléments destinés à remplacer les parties manquantes doivent s'intégrer harmonieusement à l'ensemble, tout en se distinguant des parties originales ...”, Charte de Venise, art. 12. Cette recommandation empêche notamment l'implantation d'un sytème de surveillance et l'utilisation de moyens de consolidation qui manqueraient de discrétion ;

- “Les adjonctions ne peuvent être tolérées que pour autant qu'elles respectent toutes les parties intéressantes de l'édifice, son cadre traditionnel, l'équilibre de sa composition et ses relations avec le milieu”, Charte de Venise, art. 13. Cet article impose donc des restrictions sur le choix des moyens de consolidation tels que boulons, tirants et murs de soutènement dont l'utilisation peut néanmoins être entreprise pourvu qu'elle concerne les parties non intéressantes comme, bien souvent, les fondations, ou qu'elle respecte les autres parties, le cadre et l'équilibre de l'ensemble ;

- Le principe de reversibilité, si souvent évoqué, ne figure pas explicitement dans le texte de la Charte de Venise. Selon ce principe, toute intervention sur un monument, notamment en matière de consolidation, doit pouvoir être substituée à une autre qui serait nouvelle et plus efficace, sans que le monument ne subissent de préjudices. En fait, en matière de consolidation, les techniques employées ne respectent pas toujours cette recommandation comme le recours aux méthodes de consolidation par injection, par exemple, pour les fondations (domaine qui concerne directement la géotechnique) de la Tour de Pise ou celles de l'Arc de Triomphe, à Paris. D'autre part, l'utilisation des tiges ou boulons d'acier pour renforcer certains éléments de structure ou pour consolider des sculptures ne répond pas vraiment à ce principe de réversibilité, étant donné la difficulté qu'il y aurait à retirer ces tiges sans endommager le matériau originel.

- Enfin, l'utilisation de matériaux étrangers (comme les tiges d'acier par exemple) pour la conservation des monuments est vivement déconseillée par les praticiens, mais elle n'est pas interdite quand la nécessité s'en fait sentir.

On imagine donc pourquoi, après ces remarques, la géotechnique peut facilement proposer, non seulement ses méthodes (cela est évident pour les problèmes qui sont liés directement ou indirectement au comportement des sols et des massifs rocheux) mais aussi ses techniques comme nous allons le voir dans le chapitre suivant.
## 3.7 Remèdes possibles

Les techniques issues du domaine de la géotechnique ou utilisées depuis plus ou moins longtemps par ses praticiens sont présentées ici, succinctement. Etant donné leur origine, il s'agit essentiellement de techniques dites de soutènement ou de consolidation. Des informations complémentaires concernant ces techniques peuvent être trouvées auprès des spécialistes de chacune d'elles. Pour la plupart, les cas de figures présentés dans la suite sont tirés des comptes rendus du symposium international sur la géologie de l'ingénieur appliquée aux travaux anciens, monuments et sites historiques (référence [18]) qui a eu lieu à Athènes en 1988.

Les différentes techniques pouvant être mise en oeuvre dépendent souvent du type d'ouvrage, d'édifice ou de site à traiter. Ainsi, le soutènement de type minier a-t-il toujours une durée de vie limitée, alors que les monuments historiques, destinés à résister très longtemps, n'ont pas ce caractère provisoire. Toutefois, lors de la conservation ou de la reconstitution d'un monument ou d'un site, on peut avoir recours à un soutènement provisoire qui assure sa stabilité ainsi que la sécurité des hommes pendant les travaux. Outre le caractère temporel de l'édifice, de l'ouvrage ou du site (déterminant en lui-même) d'autres paramètres interviennent pour déterminer le type de technique adéquate, tels que la présence d'eau, la proximité de travaux, d'édifices, etc ... comme nous l'avons déjà souligné précédemment dans ce mémoire.

Ce chapitre reprend, dans ses grandes lignes, le rapport référencé par le numéro [16] de Olivier Colin et moi-même, et on trouvera en page 114, un résumé, sous forme de tableau (Tableau 5), des techniques qui ont effectivement été utilisées récemment pour la conservation des monuments et des sites historiques.

### 3.7.1 Le soutènement porteur

Le bois et l'acier sont généralement utilisés soit sous forme de cadre (seule possibilité pour le bois), soit sous forme de cintres, figure 94. Les membrures des portiques ou des cintres sont placées le long des parois, directement contre le terrain ou par l'intermédiaire d'un garnissage ou d'un blindage.

Les soutènements porteurs, outre le fait qu'ils protègent contre la chute des blocs dans les terrains fracturés par exemple, servent à ralentir les déformations et la convergence des parois. Les cadres à assemblage rigide permettent, grâce à une portance plus grande, de limiter les déformations en s'opposant fortement à la pression des terrains. Au contraire, les cadres légers et cintres coulissants permettent, au prix de déformations plus importantes, de limiter les efforts auxquels ils sont soumis.

Evidemment, ce type de soutènement concerne, avant tout, les cavités souterraines, mais il peuvent être utilisé également pour protéger des voies d'accés, par exemple, contre des chutes de blocs éventuelles. L'utilisation des cadres en bois est restreinte à cause de leur mauvaise conservation à l'humidité, l'inflammabilité du matériau et la nécessité d'une main d'oeuvre qualifiée pour les installer. Toutefois, il est d'une adaptabilité remarquable pour les ouvrages à sections irrégulières

Les avantages des cadres métalliques sont nombreux : l'acier est imputrescible, plus résistant à la flexion que le bois, ininflammable et récupérable.

Les cintres métalliques offrent en plus l'avantage de mieux répartir les efforts et de s'adapter
plus facilement aux déformations des terrains, surtout s'ils sont lourds. D'autre part, il existe également des cintres coulissants qui, par définition, possèdent des degrés de déformations plus élevés, ce qui compense la faible déformabilité de l'acier face à celle du bois. Les cintres métalliques peuvent être complétés par un garnissage (grillage, poutrelles, tôles, plaques, ...) qui permet de répartir la poussée des terrains et d'éviter les chutes de blocs.

Enfin, le soutènement peut être assuré par des cintres en tôles pliées à froid, assemblées entre elles au moyen de boulons (liner plates). Pour les grandes sections, ce système est renforcé par des cintres métalliques. Ce type de soutènement continu permet de reprendre les contraintes radiales, mais aussi les contraintes tangentielles et assure donc une bonne stabilité longitudinale.

<figure><img src="image_103.png" /><figcaption>Figure 94 : Cadre en bois, cadre métallique et cintre métallique, d'après Piguet, 1983.</figcaption></figure>

### 3.7.2 Béton projeté et maçonnerie

Le béton projeté est de plus en plus utilisé comme soutènement (seul ou associé à d'autres méthodes) ou comme revêtement (en cas d'excavations stables) d'ouvrages souterrains de toute nature. Son utilisation dans le domaine des monuments historiques est néanmoins très limité jusqu'à l'heure actuelle, pourtant, maquillé de matériaux factices il peut être utilisé pour boucher des fractures, des petites cavités ou stabiliser des falaises rocheuses qui présentent des éboulements de petits blocs très fréquents (rochers des châteaux d'Edimbourg et de Stirling en Ecosse, [18]-p.42).

La technique de projection est explicitée par la figure 95, elle comporte deux possibilités : par voie sèche, cela consiste à n'apporter l'eau qu'au bout de la lance, par voie mouillée, on projette directement du béton gâché.

Avant la projection, les parois doivent être décapées et purgées (par drainage des venues d'eau), le béton peut être armé par des fers à béton de petit diamètre, et sa tenue peut être augmentée par un réseau de boulons (falaises, ouvrages souterrains). Dans les cas difficiles, on peut noyer des cintres métalliques dans le béton pour augmenter encore la résistance.

La maçonnerie est couramment utilisée pour la conservation des monuments et des sites historiques, on l'utilise pour boucher des cavités indésirables, pour supporter des surplombs dans les falaises (figure 96), pour construire des murs de soutènement. Leur avantage est de pouvoir utiliser des matériaux semblables à ceux qui constituent le monument ou le site. Néanmoins leur faible capacité portante les cantonnent à des travaux souvent superficiels. De nos jours, les briques et les pierres ont été remplacées par le béton (sous forme de claveaux ou de voussoirs dans le soutènement des cavités). Malheureusement, ce matériau est trop
inesthétique dans le domaine qui nous intéresse ici et il répond rarement aux principes des architectes chargés de la sauvegarde de notre patrimoine. Néanmoins il pourra être le meilleur moyen, associé à du boulonnage, de s'assurer de la stabilisation d'un flan de falaise (Lérida, en Espagne, [18]-p.7), figure 97.

<figure><img src="image_104.png" /><figcaption>Figure 95 : Techniques du béton projeté, (a) par voie sèche, (b) par voie mouillée à flux dilué, (c) par voie mouillée à flux dense, [16].</figcaption></figure>

<figure><img src="image_105.png" /><figcaption>Figure 96 : Remplissage de protection d'un flan de falaise érodé, Château de Penafiel, Espagne, [18]-p.6.</figcaption></figure>

<caption>Figure 97 : Recouvrement total d'une falaise dégradée, Cathédrale de Lérida, Espagne, [18]-p.6.</caption>
### 3.7.3 Les ancrages

Le procédé du boulonnage, d'abord appliqué en mine dans la méthode d'exploitation par chambres et piliers, permet d'alléger, voire de supprimer le soutènement ordinaire, ce qui implique, d'une part, une économie importante et un espace utilisable accru (dans le cas des cavités souterraines) et, d'autre part, une meilleure discrétion.

Le développement du boulonnage a été rendu possible par les progrès spectaculaires accomplis dans la construction des appareils de forage et par l'amélioration des ancrages, même en terrain médiocre.

Le boulonnage permet d'atteindre trois objectifs :

- accrocher un bas-toit peu résistant à un banc supérieur solide autoportant (pour les ouvrages souterrains, figure 98, vue de gauche);

- faire d'un empilage de bancs minces, un banc rigide capable de se supporter lui-même au dessus du vide de l'ouvrage (ouvrages souterrains, figure 98, vue de droite);

- armer la roche ou le sol (ouvrages souterrains, falaises, etc ...).

<figure><img src="image_106.png" /><figcaption>Figure 98 : Boulonnage du toit d'une galerie, [16].</figcaption></figure>

On trouve maintenant de multiples techniques d'ancrage de ces boulons :

- les tiges à ancrage ponctuel par fente et coin ou par coquille d'expansion (figure 99);

- les tiges à ancrage réparti, scellées au mortier de ciment ou au mastic de résine polyester (figure 100);

- les tiges à ancrage par frottement sont les plus récentes (boulons Split-Set, figure 101 ou boulons Swellex,).

Les câbles constituent un autre type d'ancrage. Ils sont donc souples, ce qui permet l'utilisation de grandes longueurs, et peuvent être scellés non tendus par un mortier ou une résine ou pré-tendus (ils jouent alors le même rôle que les boulons). Les câbles sont particulièrement adaptés aux endroits étroits et difficiles d'accés grâce à leur conditionnement en rouleaux, ils ont, par ailleurs, une grande résistance à la traction (50 tonnes) et sont peu coûteux, figure 102.

Après l'ancrage, une plaque d'appui percée d'un trou est enfilée sur l'extrémité du boulon et assujettie par un écrou hexagonal. Avec des ancrages ponctuels, les plaques assurent la transmission des efforts de la tige au terrain par une bonne tension des boulons, augmentent la
capacité de déformation du soutènement si elles sont déformables, et peuvent assurer le soutènement d'une zone de terrain entre les boulons si elles ont une surface suffisante. Avec des ancrages répartis, les plaques servent à fixer le garnissage du terrain, lorsqu'il y en a un et évitent l'écaillage superficiel des terrains très déformables. Un grillage peut être ajouté entre les boulons de façon à éviter la chute de pierres (falaises, cavités) ou en vue de projeter du béton, figure 103.

<figure><img src="image_107.png" /><figcaption>Figure 99 : Boulon à ancrage ponctuel, [40].</figcaption></figure>

<figure><img src="image_108.png" /><figcaption>Figure 100 : Boulon à ancrage réparti, [40].</figcaption></figure>

<figure><img src="image_109.png" /><figcaption>Figure 101 : Boulon Split Set, à ancrage réparti par frottement, [40].</figcaption></figure>

<figure><img src="image_110.png" /><figcaption>Figure 102 : Cable scellé (Flexiroppe), [40].</figcaption></figure>

<figure><img src="image_111.png" /><figcaption>Figure 103 : Plaque d'appui et grillage, [40].</figcaption></figure>
<figure><img src="image_112.png" /></figure>

Figure 104 : Exemple de schéma de renforcement proposé pour la stabilisation de la falaise qui menace le monastère de Stravrovouni, Chypre. Ce schéma comprend notamment des murs de soutènement en béton, des boulons et des cables d'ancrage, [18]-p.93.

### 3.7.4 Techniques de consolidation de terrain

Les techniques confortatives et de renforcement des sols et des milieux rocheux regroupent un ensemble de méthodes qui visent à améliorer la continuité du milieu et donc sa résistance initiale. Le renforcement cherche donc à donner une résistance accrue à la traction, à la compression ou à la flexion, à l'aide d'inclusions visant à recréer la continuité du milieu.

#### a. Clouage des sols

Cette technique consiste à mettre en place dans le terrain, soit par forage, soit par vibrofonçage (Jet Bolting), des inclusions métalliques (ou autres matériaux de grande résistance), afin d'améliorer la tenue d'un terrain. Dans presque tous les cas, les inclusions émergent en surface et sont reliées entre elles par une peau souple et résistante ("peau de confinement") constituée de béton projeté ou de panneaux préfabriqués.

Ils peuvent être utilisés pour stabiliser des masses en rupture potentielle comme des remblais ou des talus.

Une autre méthode de clouage, utilisée pour les masses en rupture potentielle, notamment de grand volume (versants par exemple), consiste à "planter" dans le massif, des colonnes de béton de diamètre compris entre 40 et 90 cm de façon à leur faire jouer le rôle de "clavette" et
empêcher le glissement du terrain (figure 105). Ce procédé a l'avantage d'être invisible en surface, ce qui respecte l'apparence de l'environnement.

<figure><img src="image_113.png" /><figcaption>Figure 105 : Principe du clouage de masses en rupture potentielle, de grand volume. (Les clous sont installés en série, perpendiculairement au plan de la figure)</figcaption></figure>

## b. Les pieux

Les micropieux (ou pieux injection-métal) sont de plus en plus utilisés dans le cadre des reprises en sous-oeuvre des fondations d'édifices endommagées. Ces pieux ont un diamètre inférieur à 250 mm et sont fortement armés. Ils travaillent essentiellement par frottement latéral, le scellement étant effectué par injection (résistance pouvant atteindre 200 tonnes). De tels pieux peuvent encaisser des efforts de traction et de compression et résistent bien au flambement, figure 107. Leur mise en oeuvre nécessite un outillage léger et produit peu de nuisance aux alentours, figure 106.

Les pieux battus ou coulés constituent la version moderne de la technique de la consolidation par "pilotis", largement millénaire (ville de Venise par exemple). Ce renforcement se présente sous la forme d'un réseau d'inclusions dont le maillage est généralement carré. Les pieux peuvent être en béton armé ou encore de simple colonnes balastrées battues qui présentent l'avantage de servir aussi de drains, et donc, accélèrent le processus naturel de consolidation. La force portante est comprise entre 20 et 30 tonnes.

<figure><img src="image_114.png" /><figcaption>Figure 106 : Schéma de principe de la réalisation d'un pieu (entreprise Solétanche).</figcaption></figure>
<figure><img src="image_115.png" /><figcaption>Figure 107 : Reprise en sous-oeuvre par micropieux, église de Saint Nectarios de Pefkakia, Grèce, [18]-p.373.</figcaption></figure>

### c. L'injection

La technique de l'injection est de plus en plus utilisée pour la consolidation de sols meubles, des roches cohérentes fissurés, voire des maçonneries défectueuses, c'est à dire, tous les corps solides poreux et perméables. L'injection se caractérise par un remplissage sous pression des vides in situ, avec un produit plus ou moins liquide (coulis) qui se solidifie dans le temps.

Les méthodes de forage et surtout les coulis doivent être adaptés aux différents sols rencontrés, qu'il convient donc de bien connaître.

Outre le rôle de consolidation, l'injection a aussi pour but de rendre imperméables certaines parties du sol. On peut ainsi constituer des voiles étanches autour d'excavations menacées par l'eau.

L'injection est mise en oeuvre au moyen de pompes et de cannes d'injection.

### d. Le Jet-Grouting

Cette technique permet d'associer les fonctions d'un micropieux et celles de l'injection en réalisant un massif étanche et de résistance très améliorée.

On envoie, à partir d'un forage de petit diamètre et par le pied du train de tige qui a servi à faire ce trou, un jet de coulis de ciment sous haute pression (200 à 400 bars) par une ou deux buses de petit diamètre (2 à 4 mm) positionnées perpendiculairement au train de tiges. On
remonte alors le train de tiges à vitesse constante, en rotation lente. Le jet de coulis forme alors, avec le sol destructuré, une véritable colonne de sol-ciment, du bas vers le haut (figure 108).

Cette colonne se comporte ainsi comme un micropieux de résistance élevée, et peut assurer un appui stable à une superstructure (Cour Carrée du Louvre, figure 109).

Cette technique a été utilisée notamment par les japonais pour tenter de consolider le sol de fondation de la Tour de Pise (figures 110 et 111).

<figure><img src="image_116.png" /><figcaption>Figure 108 : Les différentes phases de la technique du Jet-Grouting, [18]-p.434.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_117.png" /><figcaption>Figure 109 : Colonne de terrain consolidée et servant de fondation à une dalle ainsi que de voile d'étanchéité, Cour Carrée du Louvre, Paris, [18]-p.394.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_118.png" /><figcaption>Figure 110 : Arrangement des colonnes de sols consolidées par Jet-Grouting, Tour de Pise, [18]-p.435</figcaption></figure>

<figure><img src="image_119.png" /><figcaption>Figure 111 : Vue en coupe et plan de la zone consolidée par Jet-Grouting, Tour de Pise [18]-p.435.</figcaption></figure>
<table><caption>Tableau 5 : Les techniques utilisées dans la conservation des monuments et des sites</caption><thead><tr><th rowspan="2">Conservation des Monuments et des Sites Historiques</th><th colspan="6">TALUS, FALAISES ET OUVRAGES SOUTERRAINS</th><th colspan="2">FONDATIONS</th></tr><tr><th>ouvrages en contact avec des terrains tendres</th><th>couches de terrains hautement déformables</th><th>en dessous de l'ouvrage</th><th>stabilité des pentes</th><th>ouvrages dans roches dures (naturellement fractionnées)</th><th>ouvrages sur falaises rocheuses instables de la roche</th><th>dégradation et fissuration d'édifices</th><th>fondations altérées</th><th>fondations sur sols déformables ou présentant des surfaces de glissement</th></tr></thead><tbody><tr><td>techniques de la Géotechnique</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>cimentation / injection résine / béton</td><td>5,9</td><td></td><td></td><td></td><td>1</td><td>3,6,7,8, 10,14,15</td><td>13,26</td><td>2,16,18,20</td><td></td></tr><tr><td>béton projeté</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>1</td><td>8</td><td>17</td><td></td><td></td></tr><tr><td>boulonnage</td><td>5,9</td><td></td><td></td><td></td><td>1</td><td>3,4,7,8</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>micropieux</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>6, 13, 17, 18, 19, 22, 24</td></tr><tr><td>tirants d'ancrage</td><td>5,9</td><td></td><td></td><td>12</td><td></td><td></td><td>6, 7, 8, 10, 14, 15</td><td>26</td><td>13, 17</td></tr><tr><td>jet-grouting</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>16</td><td>21, 23, 24</td></tr><tr><td>mur de soutènement ou de rétention</td><td>5</td><td></td><td></td><td>11</td><td></td><td>4,10,15</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>clouage</td><td></td><td></td><td></td><td>11,12</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>cintres</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>drainage</td><td>5,9</td><td></td><td></td><td>2,11,13</td><td></td><td>3</td><td>7,15</td><td></td><td>13, 17</td></tr><tr><td>injection d'eau</td><td></td><td></td><td>25</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>
Quatrième partie

<figure><img src="image_120.png" /></figure>

CAS D'APPLICATION :
LA CARRIERE
DES COMBARELLES
# 4. Cas d'application : la Carrière des Combarelles

## 4.1 Introduction

Si la carrière des Combarelles n'est pas un site historique, elle constitue néanmoins un exemple typique de cavité souterraine telle que se présentent de nombreux sites historiques souterrains (certaines tombes égyptiennes en particulier). Nous présentons donc ici, un exemple d'étude menée, en partie, selon les principes de la méthodologie exposée dans la troisième partie de ce mémoire.

La Carrière des Combarelles, située sur la commune des Eyzies-sur-Tayac, sous un talus faiblement incliné, fut exploitée par la méthode des chambres et piliers, par la Société Dargemont. Elle connait depuis quelques années des signes de dégradation très nette apparus au niveau de certains piliers proches de l'entrée de la carrière et de sa sortie de secours. La DRIR Aquitaine et la Société Dargemont, représentée par le bureau d'études de Géoaquitaine, ont demandé au CERCHAR, une étude des phénomènes observés afin de proposer les moyens de confortement les mieux adaptés à cette situation.

La présente étude est consacrée à la modélisation de la carrière par la méthode des éléments finis, afin de rechercher les causes possibles des phénomènes rencontrés.

On rappelle d'abord la situation de la Carrière des Combarelles, ses problèmes et nous résumons les études entreprises par le CERCHAR jusqu'à maintenant. Ensuite, une première approche du problème est présentée, avec la prise en compte, dans la modélisation, de premières hypothèses concernant les causes d'instabilité de la carrière. Puis les résultats précédents sont repris afin d'orienter la recherche des causes et retrouver, si possible, par la simulation, les conditions de stabilité effectivement rencontrées sur le terrain. Les résultats de cette analyse sont alors exposés en guise de conclusion provisoire.

## 4.2 La carrière des Combarelles

On trouve, figures 112 et 113, page suivante, un plan partiel et une coupe de la Carrière des Combarelles, exploitée pour son calcaire, par la Société des Cheminées Dargemont.

### 4.2.1 Signes d'instabilité

Lors de l'ouverture d'une issue de secours, une chambre a été recreusée, par l'exploitant, en direction du Nord, vers l'extérieur de la carrière (entre les piliers E et D). Un simple rideau de 1m d'épaisseur environ, a été laissé entre le fond de la chambre et l'extérieur, dans lequel, l'issue de secours a été percée (sur les 2/3 de la largeur du rideau). Un mois après cette opération (fin août 85), des premières fissures sont apparues sur le pilier D et la semaine suivante sur le pilier E. Puis, jusqu'à juin 88, d'autres fissures ont été répertoriées sur les deux premières rangées de piliers proches de l'entrée (aucune fissure dans le massif).
<figure><img src="image_121.png" /><figcaption>Figure 112 : Plan de la Carrière des Combarelles</figcaption></figure>

<figure><img src="image_122.png" /><figcaption>Figure 113 : Vue en coupe de la carrière</figcaption></figure>
En novembre 88, le Cerchar a relevé, de plus, une amorce de fissure sur le pilier F de la troisième rangée (le pilier G étant lui aussi affecté).

L'attention fut notamment portée sur le fait que toutes les fissures faisaient un angle de 50° environ avec la verticale. L'apparition successive des fissures, ainsi que la variation possible de leur ouverture, semblerait donc prouver l'existence d'un phénomène évolutif.

### 4.2.2 Travaux de reconnaissance

Pour mieux cerner les problèmes, le Cerchar a procédé aux travaux suivants :

- des sondages inclinés dans les terrains sous-jacents pour détecter d'éventuelles cavités<fnref n="1" />;

- des relevés endoscopiques pour observer l'état des fissures;

- l'installation d'un système de surveillance simple des fissures pour apprécier leur évolution;

- des prélèvements d'échantillons de terrains afin d'évaluer le comportement des piliers;

- des mesures de contraintes au vérin plat pour connaître le comportement réel de la carrière.

### 4.2.3 Premiers résultats

L'analyse des travaux de reconnaissance effectués a montré que :

- la formation inférieure semble relativement homogène et uniquement constituée de calcaire ; au niveau -10 m apparaît une zone humide et le niveau de la nappe phréatique semble se situer à -13 m ; aucune cavité n'a été détectée;

- l'examen endoscopique a fait apparaître un décollement des piliers par rapport au toit ; de plus les fractures ne semblent pas affecter le toit<fnref n="2" />;

- la surveillance des fissures est en cours d'analyse et n'avait mis en évidence, en décembre 88, que des mouvements faibles certainement liés aux variations de températures et au phénomène de "respiration" des fractures,

- les essais effectués sur les échantillons prélevés ont donné, en moyenne, pour le banc le plus tendre, les résultats suivants :

<table><tr><td>module d'Young,</td><td>E = 50000 bars (5200 MPa)</td></tr><tr><td>limite élastique,</td><td>Re = 98 bars (9,8 MPa)</td></tr><tr><td>résistance à la compression</td><td>Rc = 124 bars (12,4 MPa)</td></tr><tr><td>résistance à la traction (indirecte)</td><td>Rt = 7,8 bars (0,8 MPa)</td></tr></table>

- les mesures au vérin plat ont donné :

σ1 = 26 bars (2,6 MPa); σ2 = -7,5 bars (0,75 MPa)<fnref n="3" /> pour le pilier le plus critique (le pilier G)
σ1 fait un angle de 42° avec la verticale, pour tous les piliers.

<footnote n="1">¹ karsts, grottes, exploitations sous-jacentes.</footnote>

<footnote n="2">² ces observations sont confirmées visuellement.</footnote>

<footnote n="3">³ σ1 et σ2 sont respectivement, les contraintes principales majeures et mineures.</footnote>
L'observation de ces résultats a permis de schématiser l'observation faite par la figure suivante (figure 114).

<figure><img src="image_123.png" /><figcaption>Figure 114 : Schéma simplifié résumant les observations faites sur le terrain</figcaption></figure>

### 4.2.4 Premières conclusions

A la suite de ces résultats et des différents calculs de coefficients de sécurité et de contraintes dans les piliers à partir notamment des mesures in situ, il a été conclu<fnref n="4" /> que "la simple mise en charge axiale des piliers en compression due au défruitement résultant de l'exploitation ne peut pas expliquer entièrement la fracturation mécanique des piliers". Le mode de rupture des piliers ne semble pas correspondre effectivement à un mode de rupture classique en compression simple. Concernant ce mode de rupture, il a été d'abord envisagé qu'il s'agissait d'une rupture "de type cisaillement" nécessitant l'existence d'une composante horizontale de charge, mais, la mesure des contraintes in situ indiquant des contraintes principales majeures et mineures respectivement parallèles et perpendiculaires au plan des fissures (à 8° près), l'hypothèse d'une rupture "par traction" serait peut-être plus justifiée<fnref n="5" />. Pour faciliter la compréhension de ces hypothèses, la figure 115 indique les différents modes de rupture tels qu'ils apparaissent sur la construction du cercle de Mohr.

### 4.2.5 Premières hypothèses

Le phénomène responsable de la fracturation n'étant pas facilement identifiable, différents processus ont été imaginés et notamment :

- un important effet de bord, dû à l'élévation rapide du recouvrement de la falaise se traduisant par une force d'attraction vers le vide,

- une instabilité générale du côteau, développée par le jeu d'une fracturation naturelle importante ou un effet de fluage de terrains sous-jacents plus plastiques.

<footnote n="4">⁴ rapport interne au CERCHAR de Tritsch, Watelet et Pignon du 21 décembre 1988. Ref: GAI-JTr-LMw/JS - 88 (1)-98 71-1884/01 et calculs de contraintes principales fait par Tritsch, à partir des mesures au vérin plat.</footnote>

<footnote n="5">⁵ la contrainte mineure étant ici une contrainte de traction et étant, de surcroit, perpendiculaire aux fissures pourrait être responsable de la rupture de la roche.</footnote>
<figure><img src="image_124.png" /><figcaption>Figure 115 : Cercles de Mohr et différents modes de rupture</figcaption></figure>

### 4.2.6 Premières recommandations

En conséquence des études qui lui ont été confiées, le Cerchar a jugé important d'étudier de façon plus approfondie les mécanismes qui peuvent mettre en jeu les mouvements constatés, notamment en utilisant des méthodes de modélisations numériques comme celles des "éléments finis". De plus, il est apparu nécessaire de faire le suivi des mesures extensométriques dont on pourrait tirer des enseignements au fil du temps. Enfin, le Cerchar a préconisé un confortement provisoire de la zone des piliers fissurés, en confectionnant notamment des piliers de renfort, et en cimentant les infractuosités et cavités quelconques. Puis, si cela s'avérait nécessaire, des piliers de renforcement plus nombreux pourraient être installés ou les piliers fissurés pourraient être brochés par boulonnage ou tirants perpendiculaires aux plans des fractures mécaniques.

Le chapitre suivant présente donc l'analyse de la Carrière des Combarelles par la méthode des éléments finis telle qu'elle a été recommandée par le Cerchar.

## 4.3 Modélisation : première approche

### 4.3.1 Introduction

Etant donnée l'incertitude qu'il y a à déterminer l'origine des phénomènes rencontrés dans la carrière des Combarelles, la première approche que l'on peut adopter pour la résolution
numérique est de simuler tout type de phénomènes qui, sans être farfelus, pourraient expliquer l'état de contraintes effectivement rencontré. Après quelques éléments de présentation, les différents modèles sont proposés et leur résultats analysés.

### 4.3.2 La méthode des éléments finis

De façon très schématique, on peut présenter la méthode des éléments finis de la façon suivante<fnref n="6" /> :

La méthode des éléments finis permet de calculer à l'aide de l'ordinateur, l'état de contraintes, les déformations et les déplacements en différents points d'une structure préalablement découpée en petits éléments de géométrie simple (en l'occurence des quadrilatères). Une fois ce découpage ou "maillage" réalisé, des grandeurs caractéristiques telles que modules d'Young, densité, coefficient de Poisson sont attribuées à chaque élément. Il reste à solliciter l'ensemble du modèle en imposant des déplacements ou des forces, d'amplitudes fixées, à certains points du maillage (certains noeuds). Pour effectuer le calcul des déplacements (aux noeuds) et des contraintes (aux noeuds ou aux centres de gravité des éléments), il est nécessaire d'admettre une loi de comportement pour le matériau (dans notre cas, l'élasticité linéaire).

### 4.3.3 Le logiciel - les données générales

Le logiciel utilisé est ANSYS<fnref n="7" />. Le modèle a été réduit à environ 1000 éléments pour des raisons de rapidité, ce qui est assez peu pour un ensemble comportant 5 cavités, un talus et couvrant une surface d'environ 170 x 50 m², mais il nous importait surtout d'observer des phénomènes plutôt que d'obtenir des résultats très précis.

#### a. Les données

- La coupe représentée figure 113 est orientée NW-SE, c'est à dire dans la direction aval-amont. Sa trace est indiquée sur la figure 112. Cette coupe donne la géométrie simplifiée du modèle utilisé (figures 116 et 117).

- Les caractéristiques du calcaire utilisées pour le calcul sont les suivantes :

<table><tr><td>Au toit :</td><td>E = 60000 bars D = 2,3 v = 0,3 (coefficient de Poisson par défaut)</td></tr><tr><td>Dans les piliers :</td><td>E = 50000 bars D = 2,3 v = 0,3</td></tr><tr><td>Au mur :</td><td>E = 60000 bars D = 2,3 v = 0,3</td></tr></table>

- Pour simuler une chambre avec piliers en deux dimensions, on surcharge les piliers en multipliant la densité des terrains sus-jacents par un facteur prenant en compte le taux de défruitement⁸ (ici, on multiplie par 2,3 donc au toit, D = 2,3 x 2,3 = 5,3).

- Le modèle est chargé par le poids des terrains et par les conditions aux limites (déplacement nul ou forces de pression appliquées aux frontières du modèle).

<footnote n="6">⁶ d'après NIANGOULA, 1981, Thèse: Contribution à l'étude de la stabilité d'une ancienne exploitation de sel gemme par chambres et piliers abandonnés.</footnote>

<footnote n="7">⁷ Ce logiciel est une marque déposée de Swanson Analysis Systems, Inc., USA, Houston.</footnote>
<figure><img src="image_125.png" /><figcaption>Figure 116 : Coupe (simplifiée) du modèle</figcaption></figure>

<figure><img src="image_126.png" /><figcaption>Figure 117 : Noeuds du maillage (Sortie graphique d'ANSYS)</figcaption></figure>

b. Le calcul

Le calcul repose sur la théorie de l'élasticité linéaire, le matériau (ici, le calcaire) étant considéré comme homogène, isotrope, continu et élastique. Il est fait en déformation plane.
### c. Remarques

- Les résultats sont indicatifs, il peuvent seulement aider à interpréter certains phénomènes.

- Les mesures au vérin plat ont été faites sur des piliers fracturés et sur le pilier H non fracturé, elles montrent donc, dans chaque pilier fracturé, un écart de contrainte de part et d'autre de la fracture, la partie aval des piliers supportant désormais une plus grande partie de la charge verticale.

- La fracturation des piliers est apparue progressivement. Elle a d'abord affecté le pilier D en 2 endroits, puis successivement les piliers B et G (on ne s'intéresse ici qu'à la coupe étudiée). Cette fracturation est apparue lors de l'ouverture opérée entre les piliers D et E.

Ces deux phénomènes n'ont pas été pris en compte dans la modélisation.

### 4.3.4 Les différents modèles (figure 118)

Dans cette première approche, 3 types de modèles ont été étudiés :

- avant d'essayer d'expliquer la fracturation des piliers, on a tenté de comprendre le processus de formation successive des fractures affectant d'abord le pilier D, puis les piliers B et G. Pour cela, on a supposé le pilier D fracturé en lui donnant des caractéristiques mécaniques affaiblies (module d'Young divisé par 25ª) (modèle Comba4);

- le deuxième type de modèle tente de simuler le fluage ou le déplacement relatif de la partie supérieure du massif incluant les cavités par rapport à la partie inférieure, en laissant libre les déplacements sur une limite du modèle ou en introduisant des poussées latérales (modèles Comba5, Comba6, Comba8, Comba10, Comba12);

- le troisième type de modèle (Comba13) simule l'existence d'une couche de terrain plutôt "mou" située au niveau (-13m) et correspondant ainsi au niveau probable de la nappe phréatique. Le module d'Young de cette couche a été pris 10 fois inférieur à celui du terrain environnant.

Pour valider un tant soit peu le calcul, on a comparé les valeurs de contraintes verticales fournies par le logiciel avec les calculs analytiques simples donnant

$$ \sigma v = \gamma z \quad \text{quand il n'y a pas de cavités (à comparer avec le modèle Comba3)} $$

$$ \sigma v = \gamma z / (1-\tau) \quad \text{quand on tient compte du taux de défruitement (τ) (comparer avec le modèle Comba2).} $$

De plus, ces deux modèles nous permettront d'observer l'influence des cavités sur la répartition des contraintes au niveau des piliers.

<footnote>ª cette valeur est arbitraire mais suffisamment forte pour affaiblir considérablement le pilier</footnote>
<figure><img src="image_127.png" /><figcaption>Figure 118 : Les différents types de chargement (première approche)</figcaption></figure>

### 4.3.5 Interprétation des résultats

#### a. Résumé des calculs analytiques ("Observé")

A partir des mesures réalisées au vérin plat, un calcul analytique simple (diagramme de Mohr) a permis de déterminer approximativement, dans chaque piliers, la valeur et la direction des contraintes principales. Ces résultats interviennent dans les graphes sous le nom de "Observé". On remarquera que ce calcul a donné une direction de la contrainte principale majeure inclinée de 42° par rapport à la verticale dans tous les piliers, ce qui correspond à peu
près à l'inclinaison des fractures observées (50°) et ce qui a fait penser à un mécanisme de rupture par traction de type Griffith (figure 4).

b. Notations

On a choisis de résumer l'étude entreprise par la comparaison des contraintes majeures au
centre des piliers D, B et G en termes de module et de direction. Dans les graphes présentés ci-
dessous, les ordonnées sont graduées en bars ou en degrés et on trouve en abscisses,
successivement :

<table>
   <tr>
    <td>
     1°
    </td>
    <td>
     αD (alphaD)
    </td>
    <td>
     αB (alphaB)
    </td>
    <td>
     αG (alphaG)
    </td>
   </tr>
   <tr>
    <td>
     2°
    </td>
    <td>
     σ1D (sigma1D)
    </td>
    <td>
     σ1B (sigma1B)
    </td>
    <td>
     σ1G (sigma1G)
    </td>
   </tr>
   <tr>
    <td>
     3°
    </td>
    <td>
     σ2D (sigma2D)
    </td>
    <td>
     σ2B (sigma2B)
    </td>
    <td>
     σ2G (sigma2G)
    </td>
   </tr>
  </table>

σ1 est la contrainte principale majeure, σ2 est la contrainte principale mineure et α est l'angle que fait la contrainte principale majeure avec la verticale (compté positivement dans le sens des aiguilles d'une montre) (figure 119)

<figure><img src="image_128.png" /><figcaption>Figure 119 : Notations</figcaption></figure>

c. Remarque
Au cours de l'interprétation, l'observation des directions de contraintes nous a paru toujours plus importante que celle de leurs modules. En effet, les modules dépendent plutôt des caractéristiques et du comportement du matériau qui sont, ici, très approximatifs (matériau pas vraiment élastique,...), tandis que les directions de contraintes dépendent plutôt de la géométrie du modèle et du type de chargement (donc de phénomène) pris en compte.

### d. Validité des résultats

Le graphe de la figure 120 montre que les calculs effectués par la méthode des éléments finis sont compatibles avec les lois de base de la mécanique des roches en ce qui concerne les contraintes verticales, à savoir :

$\sigma v = \gamma z$ quand il n'y a pas de cavités, à comparer avec le modèle "Comba3".

$\sigma v = \gamma z / (1-\tau)^9$ dans les piliers après création des cavités, à comparer avec "Comba2".

<figure><img src="image_129.png" /><figcaption>Figure 120 : Validité des résultats</figcaption></figure>

### e. Influence des cavités (Comba2)

Le modèle "Comba3" donne la répartition classique des contraintes sous un talus formé d'un matériau élastique. L'introduction des cavités change la direction et la valeur des contraintes dans les piliers comme l'illustre la figure 121.

En terme de directions de contraintes, on observe tout d'abord que seul le pilier D présente une similitude avec le calcul analytique (42° pour Comba3, 39° pour Comba2 et 42° pour Observé). Pour les autres piliers, la contrainte majeure est inclinée d'environ 15° par rapport à la verticale s'il n'y a pas de cavités, la création des cavités faisant se redresser plus encore cette contrainte<fnref n="10" /> (on s'éloigne donc des valeurs observées).

<footnote n="9">⁹ ici, $\tau$ est le taux de défruitement maximal de la carrière, $1/(1-\tau)$ est le facteur de portance associé</footnote>

<footnote n="10">¹⁰ Ce phénomène est du au report de charge à peu près verticale sur les piliers</footnote>
En terme de modules des contraintes majeures, les valeurs obtenues par le modèle "Comba2" sont du même ordre de grandeur que celles calculées à partir des mesures au vérin plat ("Observé"), mais sont légèrement inférieures. Par contre, en terme de modules des contraintes mineures, le modèle ne fait pas apparaître de traction contrairement au cas "Observé".

Le modèle "Comba2" explique donc l'inclinaison de 42° de la direction principale majeure avec la verticale, dans le pilier D uniquement, mais, ne faisant apparaître ni de traction dans la direction principale mineure, ni même une diminution de contrainte dans cette direction par rapport à "Comba3" (pas de déconfinement), on ne peut, a priori, justifier l'hypothèse d'une rupture par traction de ce pilier.

Pour les autres piliers, une rupture par traction ne peut être expliquée. Une rupture par cisaillement serait plus probable, mais les valeurs de contraintes restent très en deçà des limites de résistance théoriques des piliers (figures 4).

<figure><img src="image_130.png" /><figcaption>Figure 121 : Résultats de Comba3 et Comba2</figcaption></figure>

Pour tenter de faire apparaître des tractions dans les piliers ou pour essayer de faire pivoter les contraintes principales dans les piliers B et G, nous avons modifié le modèle des façons suivantes :

### f. affaiblissement du pilier D (Comba4)

Pour simuler un éventuel mécanisme dynamique (la rupture du pilier D entraînant celle des piliers B, puis G), nous avons affaibli le pilier D en lui affectant un module d'Young de 2000 bars (au lieu de 50000) et nous avons observé les piliers B et G. Les résultats obtenus sont rassemblés dans le graphe de la figure 122.
<figure><img src="image_131.png" /><figcaption>Figure 122 : Résultats de Comba4</figcaption></figure>

On observe une faible modification des conditions de charge des piliers B et G. Les contraintes majeures augmentent (piliers plus chargés), les contraintes mineures aussi (piliers plus confinés, au centre), et la légère rotation des directions principales (par rapport à "Comba2") n'apportent pas de résultats nouveaux.

Donc, si la fracturation du pilier a joué un rôle dans celle des piliers B et G, soit la technique de simulation utilisée ne peut en rendre compte, soit elle ne peut expliquer seule le phénomène.

### g. glissement éventuel ou fluage (Comba5 et Comba6)

Un autre phénomène envisageable est :

- soit le glissement de tout l'ensemble du massif vers l'aval (la gauche sur le modèle)

- soit le glissement d'une partie du massif sur une autre.

Dans le premier cas, simulé par "Comba5", nous avons laissé libre la limite "gauche" du modèle, de façon à permettre au terrain de se déplacer dans cette direction (glissement ou fluage). Les résultats de cette modélisation (figure 123) font apparaître des tractions (néanmoins faibles : -0,2 bars) dans le pilier D, ce qui est intéressant, mais ces tractions s'opèrent dans une direction inattendue (+74,4°) qui correspond à un plan de rupture par traction faisant un angle de -15,6° avec la verticale (au lieu de +39°). Les directions principales sont donc très différentes des directions "Observées" et les valeurs des contraintes principales sont, de toutes façons, très inférieurs aux conditions de rupture théoriques (figures 115).
<figure><img src="image_132.png" /><figcaption>Figure 123 : Résultats de Comba5</figcaption></figure>

Dans le deuxième cas, simulé par "Comba6", en débloquant la limite inférieure droite du modèle, on modélise une possibilité de glissement relatif, vers la droite, de la partie inférieure par rapport à la partie supérieure ce qui revient (en théorie) à modéliser un glissement relatif, vers la gauche, de la partie supérieure (comprenant les cavités) par rapport à la partie inférieure (glissement vers l'aval de l'ensemble "versant + cavités"). Mais dans ce cas, on observe peu de modifications dans les résultats par rapport au modèle "Comba2" (seulement une légère rotation des contraintes dans les piliers), voir figure 124.

### h. simulation d'une poussée latérale.

Au lieu de laisser glisser une partie du modèle sous son propre poids, ce qui donne un mouvement faible étant donnée la profondeur, on s'est proposé ensuite d'accentuer volontairement ce phénomène en exerçant une poussée sur la droite du modèle.

Pour se faire, nous avons étudié 3 chargements différents :

- une poussée uniforme, vers l'aval, appliquée sur la partie supérieure du modèle (banc des cavités inclus), ("Comba8").

- une poussée en gradient appliquée de la même manière ("Comba10").

- une poussée en gradient appliquée jusqu'au niveau -13 m environ (correspondant à une zone de terrain humide) accompagnée d'une possibilité de déplacement vers l'aval de la limite gauche du modèle, jusqu'à même niveau.

Les résultats de ces modèles sont rassemblés sur le graphe suivant (figure 125).
<figure><img src="image_133.png" /><figcaption>Figure 124 : Résultats de Comba6</figcaption></figure>

<figure><img src="image_134.png" /><figcaption>Figure 125 : Résultats de Comba8, Comba10, Comba12</figcaption></figure>
Chaque modèle entraîne une rotation des directions principales (la contrainte majeure tourne vers l'horizontale) qui est conforme<sup>11</sup> aux mesures dans les piliers B et G mais non conforme dans le pilier D.

En terme de module des contraintes majeures, on observe une augmentation assez importante des valeurs dans le cas du modèle "Comba8", et ceci dans tous les piliers, au point de dépasser les valeurs "Observées" alors que les modules des contraintes mineures restent inchangés (on compare toujours au modèle "Comba2" et à "Observé"). Les piliers sont donc ainsi plus sollicités puisque, à confinement égal, la contrainte majeure augmente.

Une poussée de 10 bars comme celle introduite dans le modèle "Comba8" modifie donc considérablement la charge supportée par les piliers, ce qui pourrait être une voie d'étude pour expliquer les phénomènes rencontrés dans la carrière des Combarelles.

### i. Affaiblissement des terrains sous-jacents

Enfin, dans le dernier modèle ("Comba13"), nous avons affaibli le terrain situé en dessous du niveau -13m en lui affectant un module d'Young de 5000 bars (au lieu de 60000). Ce type de chargement fait apparaître (figure 126) une nette rotation des directions principales dans les piliers ainsi qu'une augmentation des contraintes majeures et influence ainsi l'état de stabilité dans une même mesure que "Comba8". Plus difficile à interpréter physiquement, ce modèle pourrait simuler un tassement du sol.

### 4.3.6 Conclusion de cette première approche

Il faut rappeler que les mesures au vérin plat ont été faites après rupture des piliers (la répartition des contraintes ayant été ainsi considérablement bouleversée par rapport à l'état de pré-rupture) alors que les résultats obtenus par les modèles précédents concernent un état de pré-rupture. Néanmoins, cette observation doit être nuancée car des mesures ont été effectuées sur le pilier H qui n'était pas visiblement fracturé et pour lequel le modèle a donné des résultats voisins de ceux du pilier G, donc, en désaccord avec les résultats du calcul analytique des contraintes principales (calé sur les mesures<sup>12</sup>). Par contre, le pilier H pouvait être déjà affecté (sans que cela se voit) par des sollicitations trop grandes (contrainte diagonale à 25 bars - Rapport de M. Tritsch).

Les conclusions générales que l'on peut faire à ce stade sont donc :

- les calculs n'expliquent pas la direction des contraintes principales dans les piliers B et G ;

- ils ne font quasiment jamais apparaître de contrainte principale en traction au centre des piliers (sauf une traction très faible pour le modèle Comba5).

- le modèle Comba5 (fluage vers l'aval) faisant apparaître des tractions dans le pilier D, on peut retenir le phénomène qu'il modélise pour la deuxième approche.

- le modèle Comba13 (tassement du sous-sol) influence beaucoup (dans le sens des observations) la direction des contraintes principales (+10° par rapport au chargement simple, Comba2) et l'on peut retenir le phénomène qu'il modélise pour la seconde étape de cette étude.

<footnote n="11"><sup>11</sup> (conforme = on s'approche de 42°, cas réel).</footnote>

<footnote n="12"><sup>12</sup> rapport interne de Tritsch, Watelet et Pignon du 21 décembre 1988. Ref: GAI-JTr-LMw/JS - 88 (1)-98 71-1884/01 et calculs de contraintes principales fait par Tritsch, à partir des mesures au vérin plat.</footnote>
- le modèle Comba8 (poussée latérale de 10 bars) perturbe également la direction des contraintes dans le même sens et les même proportions que le modèle Comba13 et on le retiendra aussi pour la suite au même titre que Comba13.

Il faut rappeler aussi, que l'analyse de la direction des contraintes principales nous a paru plus importante que celle de l'analyse de leur module, c'est pourquoi les modèles Comba8 et Comba13 ont été retenus comme intéressants. La deuxième approche qui va être présentée maintenant consiste donc à réunir dans un même modèle les différents types de phénomènes modélisés dans les cas précédemment retenus.

<figure><img src="image_135.png" /><figcaption>Figure 126 : Résultats de Comba13</figcaption></figure>
## 4.4 Modélisation : deuxième approche

### 4.4.1 Introduction

Comme on vient de le voir, cette deuxième approche se propose de réunir dans des mêmes modèles des simulations de phénomènes qui avaient attirer notre attention dans la première approche. D'une façon générale, les cas étudiés précédemment apportaient des éléments de solutions dans trois directions :

- le "fluage" d'une partie du modèle créait des tractions ;

- le "tassement" du sous-sol faisait pivoter les contraintes principales vers les angles mesurés in situ (pour les piliers B et G) ;

- la poussée latérale, jouait un rôle semblable à celui du tassement du sous-sol.

Aussi, l'exposé qui suit va être décomposé en deux étapes :

- la modélisation du fluage couplée avec le tassement du sous-sol ou d'une partie du sous-sol, introduite dans les modèles Comba14, Comba15, Comba16, Comba17, Comba18, Comba19 ;

- la modélisation du tassement du sous-sol couplée avec la poussée latérale introduite dans les modèles Comba21 et Comba22.

La poussée latérale "jouant" dans le même sens que le tassement (rotation des contraintes), nous n'avons pas évoqué le couplage "fluage-poussée latérale".

L'ensemble des modèles est présenté sur la figure 127.

### 4.4.2 Fluage et tassement du sous-sol

Les graphes de la figure 128 présentent les résultats du calcul correspondant aux modèles Comba14, Comba15, Comba16, Comba19. Le modèle Comba17 n'y figure pas car il ne présente quasiment pas de différence avec le modèle Comba19 en ce qui concerne leur analyse par éléments finis. Comba19 a donc été retenu arbitrairement. Par contre les résultats correspondant au modèle Comba18 manquent par omission, néanmoins ils n'apportaient pas d'éléments nouveaux par rapport au modèle Comba14.

Les résultats peu nouveaux du modèle Comba14 ont suscité l'idée, de partager le sous-sol en deux parties, l'une affaiblie, l'autre pas (voir figure 127). Ce qui fut fait pour les modèles suivants. Il est à noter que la limite entre terrain mou et terrain normal se fait toujours au pied du côté aval du pilier G.

Le premier modèle (Comba14) correspond simplement à la réunion des modèles Comba5 (fluage) et Comba13 (tassement). En comparant<fnref n="13" /> ces résultats avec ceux des deux modèles pré-cités, on constate que l'effet du fluage l'emporte, puisque les modèles Comba14 et Comba5 sont semblables en terme de directions de contraintes (angles négatifs, en désaccord avec les

<footnote n="13">¹³ voir figures 123 et 126.</footnote>
observations) et de module de contrainte mineure (traction dans le pilier D, en accord avec les observations).

Pour comparer, les autres modèles, attachons-nous à observer d'abord les directions de contraintes : pas de doutes, le modèle Comba19 se distingue des autres modèles en ceci qu'il propose des directions de contraintes dans les trois piliers relativement homogènes, en tout cas, beaucoup plus proches de l'observation que les autres modèles. De plus, ce modèle explique avec une bonne estimation, l'apparition d'une contrainte mineure de traction dans le pilier G (avec une erreur dans la direction d'environ 10° seulement).

Si l'on observe, les modules des contraintes principales, on s'aperçoit que seul le modèle Comba15 explique, de façon très satisfaisante d'ailleurs, l'apparition des tractions dans les piliers D et B mais pas du tout dans le pilier G. Ce modèle donne également des valeurs analogues aux valeurs mesurées en ce qui concerne les modules des contraintes principales majeures.

<figure><img src="image_136.png" /><figcaption>Figure 127 : Les différents modèles de la deuxième approche</figcaption></figure>
<figure><img src="image_137.png" /><figcaption>Figure 128 : Résultats de Comba14, Comba15, Comba16 et Comba19</figcaption></figure>

Par contre le modèle Comba15 est en désaccord complet avec les observations du point de vue des directions de contraintes principales (de l'ordre de -30° au lieu de +42°)

Ainsi, le modèle Comba19 nous apparaît-il beaucoup plus satisfaisant que les autres modèles pour rendre compte de l'état de contrainte qui règne dans la Carrière des Combarelles.

On peut notamment observer que le comportement du pilier G est particulièrement bien expliqué par ce modèle et que la limite du terrain mou correspond justement au pied de ce pilier. Cette remarque nous incite à penser que si l'on positionnait différemment la zone de terrain mou, l'état des autres piliers pourrait lui aussi être très bien représenté.
Cette répartition différente pourrait notamment consister en une zone de terrain mou limitée en aval et en amont aux niveaux de certains piliers ...

Néanmoins, il ne faut pas tomber dans l'excés d'interprétation, l'existence d'une telle zone de terrain mou n'ayant pu être mise en évidence (hormis, la zone humide et le niveau de la nappe).

### 4.4.3 Poussée et tassement du sous-sol

La simulation d'une poussée latérale et celle d'un tassement du sous-sol, jouaient (séparément) des rôles équivalents qui consistaient notamment à faire pivoter les contraintes dans une direction conforme aux directions observées pour les piliers B et G et à ne pas faire apparaître de traction.

Le couplage de ces deux modèles a fourni des résultats intéressants, et on a vu notamment apparaître des tractions dans les piliers dans des directions sensiblement conformes aux directions observées.

Les résultats de ces deux modélisations sont réunis sur les graphes de la figure 129, les résultats du modèle Comba19 y ont été ajoutés à titre de comparaison.

A la vue de ces graphes, il apparaît assez nettement que le modèle Comba22 offre les résultats les plus conforme aux observations. En effet, il présente, avant tout, les directions de contraintes les plus satisfaisantes (environ 13° d'écart dans le pilier D, 7° dans le pilier B et 10° dans le pilier G). En ce qui concerne les contraintes mineures, il les fournit en traction dans les piliers B et G et en faible compression dans le pilier D (à titre de comparaison, le modèle Comba19 ne conduisait à des tractions que dans le pilier G).

Ici aussi, il faut se mettre en garde contre les interprétations hâtives. Dans le modèle Comba22, la poussée latérale est de 30 bars, ce qui est très important et difficilement explicable. Peut-être que des considérations d'ordre tectonique ou l'existence de contraintes horizontales résiduelles dues aux effets de l'érosion pourraient le justifier, mais il convient d'être prudent.
<figure><img src="image_138.png" /><figcaption>Figure 129 : Résultats de Comba19, Comba21 et Comba22</figcaption></figure>

## 4.5 Conclusion globale sur cette étude

Il ressort de l'ensemble de cette étude, les considérations suivantes :

- il a été impossible de rendre compte du phénomène de fracturation successive des piliers avec les modélisations réalisées, des modélisations avec joints auraient certainement leur intérêt.

- d'une manière générale, l'existence d'une zone de terrain meuble en dessous des piliers susceptible de se tasser (ou de fluer) est une hypothèse qui permet de rendre mieux compte de la réalité.
- l'introduction d'une poussée latérale très importante (de l'ordre de 30 bars d'amont vers l'aval) en plus de la prise en compte d'une zone de terrain meuble sous-jacente aboutit à un état des contraintes calculé par le modèle relativement proche de l'état réel.

Néanmoins, fort de ces résultats, l'attention est à porter sur le fait que :

- les modèles sont loin d'être des représentations fidèles de la réalité, notamment en ce qui concerne la loi de comportement des matériaux, leurs caractéristiques établies en laboratoire, et l'existence des fractures qui n'a pas été prise en compte.

- étant donné la nouveauté du problème rencontré, la recherche d'un modèle représentatif de la réalité s'est effectuée "tout azimuth", sans justification des phénomènes pouvant être rencontrés. C'est pourquoi, l'hypothèse d'une zone de terrain meuble ou celle d'une poussée latérale de 30 bars reste à étudier.
Conclusion

<figure><img src="image_139.png" /></figure>
Conclusion

La conservation des monuments et des sites historiques constitue un domaine d'étude très large, entraînant dans son sillage les disciplines les plus variées et les plus nouvelles.

Dans ce domaine, la géotechnique peut jouer un rôle essentiel pour l'étude des problèmes attachés de façon plus ou moins directe à l'environnement des monuments et des sites et notamment aux sols et aux massifs rocheux sur ou près desquels ils reposent. Pourtant, la géotechnique semble peu connue des architectes chargés de la conservation des monuments et des sites, et il serait probablement fructueux de porter à leur connaissance les méthodes et les techniques que la géotechnique possède actuellement. Néanmoins, la géotechnique ne peut pas tout résoudre, loin s'en faut, et des points importants mériteraient d'être éclaircis ou étudiés plus en détail, dont notamment les problèmes de risques et de marges de sécurité qui ont été trop peu développés jusqu'à maintenant. D'autre part, les techniques de consolidation et de surveillance pourraient bénéficier également de recherches plus poussées afin de s'adapter aux pratiques et spécificités liés à la nature historique des ensembles à conforter ou à surveiller.

Enfin, il nous a paru nécessaire de mettre à jour l'inventaire des problèmes qui affectent les monuments et les sites historiques car il est évident que l'enjeu est trop grand pour qu'un seul des aspects de ces problèmes puisse être occulté au cours des études et des travaux qui sont menés dans le cadre de la protection des patrimoines nationaux et internationaux.

Ce travail avait pour but de mettre à la disposition des non spécialistes, les éléments de base nécessaires à l'étude des monuments et des sites historiques, en vue d'assurer leur sauvegarde ; le lecteur saura juger si cet objectif a été atteint.
Bibliographie

<figure><img src="image_140.png" /></figure>
Bibliographie

[1] Pierre Dussaule. 1982
Législation et monuments historiques. Les Dossiers "Monuments Historiques".
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[2] Max Querrien. 1982
Une nouvelle politique du patrimoine. Les Dossiers "Monuments Historiques".
Ed. Caisse Nationale des Monuments Historiques et des Sites.

[3] "Monuments Historiques" n° hors série. 1977
Les restaurations françaises et la charte de Venise.
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Protection du Patrimoine Historique et Esthétique de la France

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Ecole des Mines de Nancy - Université du Caire.

[9] Association Internationale de Géologie de l'Ingénieur. 1989
La Géologie de l'ingénieur appliquée aux travaux anciens, monuments et sites historiques. Volume 2. Symposium d'Athènes.
Ed. A.A. Balkema.

[10] Pierre Richard. UNESCO. 1984
Après un séisme : mesures d'urgence, évaluation des dommages.
Etudes et documents sur le patrimoine culturel n° 6.
UNESCO.

[11] UNESCO. 1988
The Deterioration and Conservation of Stone - Notes from the International Venetian Courses on Stone Restoration.
Etudes et documents sur le patrimoine culturel n° 16.
UNESCO.
[12] "Monuments Historiques" n° 169. 1990
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Ed. Caisse Nationale des Monuments Historiques et des Sites.

[13] Jacques Brunet, Pierre Vidal, Jean Vouvé.UNESCO. 1985
Conservation de l'art rupestre.
Etudes et documents sur le patrimoine culturel n° 7.
UNESCO.

[14] "Monuments Historiques" n° 118. 1981
Les Grottes ornées.
Ed. Caisse Nationale des Monuments Historiques et des Sites.

[15] "Monuments Historiques" n° 112. 1980
Un siècle de restauration.
Ed. Caisse Nationale des Monuments Historiques et des Sites.

[16] Thierry Verdel, Olivier Colin. 1989
Préservation et Protection des Monuments et Sites historiques - Méthodes de soutènement.
Ecole des Mines de Nancy - Université du Caire.

[17] Pierre-Maries Auzas. 1979
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Ed. Caisse Nationale des Monuments Historiques et des Sites.

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La Géologie de l'ingénieur appliquée aux travaux anciens, monuments et sites historiques. Volume 1. Symposium d'Athènes.
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[19] Jean Arcamone. 1980
Méthodologie d'étude des affaissements miniers en exploitaion totale et partielle.
Thèse de docteur-ingénieur.
Institut Polytechnique de Lorraine. Ecole des Mines de Nancy.

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Techniques de conservation et de restauration des monuments (Terrains et fondations).
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[21] Thierry Verdel. 1989
Rock Mechanics and Archeology.
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[22] P. Antoine et D. Fabre. 1980
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[23] Jean Kerisel. 1987
Down to Earth, Fondations Past and Present : The Invisible Art of the Builder.
Ed. A.A. Balkema.

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[25] Les cahiers de la section française de l'ICOMOS
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Ed. Caisse Nationale des Monuments Historiques et des Sites.

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Géologie appliquée au Génie Civil, au Génie Nucléaire et à l'Environnement. Tome 1.
Ed. Lavoisier TEC & DOC.

[30] Jean Letourneur et Robert Michel. 1971
Géologie du Génie Civil.
Ed. Armand Colin.

[31] H. HELAL, T. ABDALLAH, H. BAROUDI. 1990
Behaviour of ancient cavities in discontinuous media : the Baboon Tomb case study,
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A paraître dans les comptes rendus de l'International Symposium on Rock Mechanics,
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[32] F. Homand-Etienne, N Rode, R. Schwartzmann. 1990
Modélisation par blocs de falaises fracturées.
A paraître dans la Revue Française de Mécanique des Roches.

[33] B.H.G. Brady & E.T. Brown. 1985
Rock Mechanics for Underground Mining.
Ed. George Allen & UNWIN.

[34] R. Schwartzmann. 1990
Surveillance et Sécurité des Ouvrages et des Sites en Génie Civil et Minier
Séminaire Comett, Nancy 13, 14 et 15 Juin
Laboratoire de Mécanique des Terrains - Ecole des Mines de Nancy
[35] Adnan El-Oulabi. 1985
Contribution de la microgéodésie, du nivellement de précision et de la photogrammétrie au contrôle des ouvrages d'art.
Thèse de docteur-ingénieur en sciences physiques.
Paris VI.

[36] T.H. Hanna. 1985
Field Instrumentation in Geotechnical Engineering
Ed. Trans Tech Publications.

[37] Q. ZARURA, V. MENCL. 1982
Landslides and Their Control.
Ed. Elsevier Scientific Publishing Compagny.

[38] R. Schwartzmann. 1986
Surveillance et télésurveillance d'anciennes exploitations.
Symposium "Sécurité et Salubrité dans les Mines et Carrières". Luxembourg

[39] Association Internationale de Géologie de l'Ingénieur. 1990
La Géologie de l'ingénieur appliquée aux travaux anciens, monuments et sites historiques. Volume 4. Symposium d'Athènes.
Ed. A.À. Balkema.

[40] B. Stillborg. 1986
Professional Users Handbook for Rock Bolting
Ed. Trans Tech Publications.
Annexes

<figure><img src="image_141.png" /></figure>
## A.1 Charte Internationale sur la Conservation et la Restauration des Monuments et des Sites, (ICOMOS - VENISE - 1966).

Chargées d'un message spirituel du passé, les oeuvres monumentales des peuples demeurent dans la vie présente le témoignage vivant de leur traditions séculaires. L'humanité, qui prend chaque jour conscience de l'unité des valeurs humaines, les considère comme un patrimoine commun, et, vis-à-vis des générations futures, se reconnait solidairement responsable de leur sauvegarde. Elle se doit de les leur transmettre dans toute la richesse de leur authenticité.

Il est dès lors essentiel que les principes qui doivent présider à la conservation et à la restauration des monuments soient dégagés en commun et formulés sur un plan international, tout en laissant à chaque nation le soin d'en assurer l'application dans le cadre de sa propre culture et de ses traditions.

En donnant une première forme à ces principes fondamentaux, la Charte d'Athènes de 1931 a contribué au développement d'un vaste mouvement international ; qui s'est notamment traduit dans des documents nationaux, dans l'activité de l'ICOM et de l'UNESCO, et dans la création par cette dernière du Centre international d'études pour la conservation et la restauration des biens culturels. La sensibilité et l'esprit critique se sont portés sur des problèmes toujours plus complexes et plus nuancés ; aussi l'heure semble venue de réexaminer les principes de la Charte afin de les approfondir et d'en élargir la portée dans un nouveau document.

En conséquence, le IIè Congrès International des Architectes et des Techniciens des Monuments Historiques, réuni à Venise du 25 au 31 mai 1964, a approuvé le texte suivant :

### Définitions

ART. 1. La notion de monument historique comprend la création architecturale isolée aussi bien que le site urbain ou rural qui porte témoignage d'une civilisation particulière, d'une évolution significative ou d'un événement historique. Elle s'étend non seulement aux grandes créations mais aussi aux oeuvres modestes qui ont acquis avec le temps une signification culturelle.

ART. 2. La conservation et la restauration des monuments constituent une discipline qui fait appel à toutes les sciences et à toutes les techniques qui peuvent contribuer à l'étude et à la sauvegarde du patrimoine monumental.

### But

ART. 3. La conservation et la restauration des monuments visent à sauvegarder tout autant l'oeuvre d'art que le témoin d'histoire.

### Conservation
ART. 4. La conservation des monuments impose d'abord la permanence de leur entretien.

ART. 5. La conservation des monuments est toujours favorisée par l'affectation de ceux-ci à une fonction utile à la société ; une telle affectation est donc souhaitable mais elle ne peut altérer l'ordonnance ou le décor des édifices. C'est dans ces limites qu'il faut concevoir et que l'on peut autoriser les aménagements exigés par l'évolution des usages et des coutumes.

ART. 6. La conservation d'un monument implique celle d'un cadre à son échelle. Lorsque le cadre traditionnel subsiste, celui-ci sera conservé, et toute construction nouvelle, toute destruction et tout aménagement qui pourrait altérer les rapports de volumes et de couleurs sera proscrit.

ART. 7. Le monument est inséparable de l'histoire dont il est le témoin et du milieu où il se situe. En conséquence le déplacement de tout ou partie d'un monument ne peut être toléré que lorsque la sauvegarde du monument l'exige ou que des raisons d'un grand intérêt national ou international le justifient.

ART. 8. Les éléments de sculpture, de peinture ou de décoration qui font partie intégrante du monument ne peuvent en être séparés que lorsque cette mesure est la seule susceptible d'assurer leur conservation.

## Restauration

ART. 9. La restauration est une opération qui doit garder un caractère exceptionnel. Elle a pour but de conserver et de révéler les valeurs esthétiques et historiques du monument et se fonde sur le respect de la substance ancienne et de documents authentiques. Elle s'arrête là où commence l'hypothèse : sur le plan des reconstitutions conjecturales, tout travail de complément reconnu indispensable pour raisons esthétiques ou techniques relève de la composition architecturale et portera la marque de notre temps. La restauration sera toujours précédée et accompagnée d'une étude archéologique et historique du monument.

ART. 10. Lorsque les techniques traditionnelles se révèleht inadéquates, la consolidation d'un monument peut être assurée en faisant appel à toutes les techniques modernes de conservation et de construction dont l'efficacité aura été démontrée par des données scientifiques et garantie par l'expérience.

ART. 11. Les apports valables de toutes les époques à l'édification d'un monument doivent être respectés, l'unité de style n'étant pas un but à atteindre au cours d'une restauration. Lorsqu'un édifice comporte plusieurs états superposés, le dégagement d'un état sous-jacent ne se justifie qu'exceptionnellement et à condition que les éléments enlevés ne présentent que peu d'intérêt, que la composition mise au jour constitue un témoignage de haute valeur historique, archéologique ou esthétique, et que son état de conservation soit jugé suffisant. Le jugement sur la valeur des éléments en question et la décision sur les éliminations à opérer ne peuvent
dépendre du seul auteur du projet.

ART. 12. Les éléments destinés à remplacer les parties manquantes doivent s’intégrer harmonieusement à l’ensemble, tout en se distinguant des parties originales, afin que la restauration ne falsifie pas le document d’art et d’histoire.

ART. 13. Les adjonctions ne peuvent être tolérées que pour autant qu’elles respectent toutes les parties intéressantes de l’édifice, son cadre traditionnel, l’équilibre de sa composition et ses relations avec le milieu environnant.

## Sites Monumentaux

ART. 14. Les sites monumentaux doivent faire l'objet de soins spéciaux afin de sauvegarder leur intégrité et d'assurer leur assainissement, leur aménagement et leur mise en valeur. Les travaux de conservation et de restauration qui y sont exécutés doivent s'inspirer des principes énoncés aux articles précédents.

## Fouilles

ART. 15. Les travaux de fouilles doivent s'exécuter conformément à des normes scientifiques et à la "Recommandation définissant les principes internationaux à appliquer en matière de fouilles archéologiques" adoptée par l'UNESCO en 1956.

L'aménagement des ruines et les mesures nécessaires à la conservation et à la protection permanente des éléments architecturaux et des objectes découverts seront assurés. En outre, toutes initiatives seront prises en vue de faciliter la compréhension du monument mis au jour sans jamais en dénaturer la signification.

Tout travail de reconstruction devra cependant être exclu a priori, seule l'anastylose peut être envisagée, c'est-à-dire la recomposition des parties existantes mais démembrées. Les éléments d'intégration seront toujours reconnaissables et représenteront le minimum nécessaire pour assurer les conditions de conservation du monument et rétablir la continuité de ses formes.

## Documentation et Publication

ART. 16. Les travaux de conservation, de restauration et de fouilles seront toujours accompagnés de la constitution d'une documentation précise sous forme de rapports analytiques et critiques illustrés de dessins et de photographies. Toutes les phases de travaux de dégagement, de consolidation, de recomposition et d'intégration, ainsi que les éléments techniques et formels identifiés au cours des travaux y seront consignés. Cette documentation sera déposée dans les archives d'un organisme public et mise à la disposition des chercheurs ;
sa publication est recommandée.

Ont participé à la Commission pour la rédaction de la Charte Internationale pour la
Conservation et la Restauration des Monuments :

M. PIERO GAZZOLA (Italie), Président

M. RAYMOND LEMAIRE (Belgique), Rapporteur

M. J. BASSEGODA NONELL (Espagne)

M. LUIS BENAVENTE (Portugal)

M. DJURDJE BOSKOVIC (Yougoslavie)

M. HIROSHI DAIFUKU (U.N.E.S.C.O.)

M. P.L. DE VRIEZE (Pays-bas)

M. HARALD LANGBERG (Danemark)

M. MARIO MATTEUCCI (Italie)

M. JEAN MERLET (France)

M. CARLOS FLORES MARINI (Mexique)

M. ROBERTO PANE (Italie)

M. S.C.J. PAVEL (Tchécoslovaquie)

M. PAUL PHILIPPOT (Centre international d'études pour la conservation et la restauration des biens culturels).

M. VICTOR PIMENTEL (Pérou)

M. HAROLD PLENDERLEITH (Centre international d'études pour la conservation et la restauration des biens culturels)

M. DEOCLECIO REDIG DE CAMPOS (Cité du Vatican)

M. JEAN SONNIER (France)

M. FRANCOIS SORLIN (France)

M. EUSTATHIOS STIKAS (Grèce)

Me GERTRUD TRIPP (Autriche)

M. MUSTAFA S. ZBISS (Tunisie)
## A.2 Les Organismes, les Services et les Centres de Documentation (liste non exhaustive).

Ministère de la Culture, Mission de la Recherche et de la Technologie
3 rue de Valois
75041 Paris Cedex

ICOMOS International (International Council On Monuments and Sites) et Centre de Documentation de l'ICOMOS-UNESCO
Hôtel Saint Aignan
75, rue du Temple
75003 Paris

Section Française de l'ICOMOS
Hôtel Béthune-Sully
62, rue Saint-Antoine
75004 Paris

Caisse Nationale des Monuments Historiques et des Sites (CNMHS) et Centre de Documentation.
Hôtel Béthune-Sully
62, rue Saint-Antoine
75004 Paris

Section Française de l'ICC (Institut International de Conservation)
29, avenue de Paris
77420 Champs-sur-Marne

Centre de Recherche des Monuments Historiques
Palais de Chaillot
Aile Paris, 1 Place du Trocadéro
75116 Paris

Laboratoire de Recherche des Monuments Historiques (LRMH) et Centre de Documentation
Château de Champs-sur-Marne
29, avenue de Paris
77420 Champs-sur-Marne

Bibliothèque et Archives du Patrimoine
Hôtel de Croisilles
12, rue du Parc Royal
75003 Paris
Bibliothèque de l'Ecole du Louvre
4, quai des Tuileries
75001 Paris

Service Photographique de la Caisse Nationale des Monuments Historiques et des Sites
4, rue de Turenne
75004 Paris

Centre National de Documentation du Patrimoine
Hôtel de Vigny
10, rue du Parc Royal
75003 Paris

Bibliothèque du Centre National d'Archéologie Urbaine (CNAU)
Château de Tours, Logis des Gouverneurs
25, quai d'Orléans
37000 Tours

Documentation Française
29-31, quai Voltaire
75340 Paris Cedex 07

Bibliothèque Nationale
58, rue de Richelieu
75084 Paris Cedex