Le rôle principal du soutènement est d’assurer la sécurité des excavations pratiquées dans les roches et dans le sol (la consolidation des strates et la stabilisation des talus s’appliquent autant aux mines souterraines qu’aux mines à ciel ouvert). Les travaux de génie civil, comme la réalisation de galeries, de centrales hydroélectriques et l’aménagement de dépôts de déchets radioactifs, font également appel aux techniques de soutènement, que l’on peut définir comme étant l’application pratique de la mécanique des roches aux opérations courantes d’exploitation minière. Le Comité national des Etats-Unis sur la mécanique des roches (US National Committee on Rock Mechanics) propose la définition suivante: «La mécanique des roches s’entend de l’étude théorique et appliquée du comportement mécanique des roches et des masses rocheuses; c’est l’aspect de la mécanique qui s’intéresse à la réaction des milieux rocheux et des masses rocheuses aux champs de forces de leur environnement physique».

Le comportement des masses rocheuses est d’une grande complexité; la mécanique des roches et le soutènement ont fait l’objet d’un grand nombre de travaux de recherche fondamentale et appliquée dans le monde depuis les années cinquante. A maints égards, le soutènement tient plus de l’art que de la science. Il suppose une connaissance de la géologie structurale, des propriétés des roches, des eaux souterraines et des régimes de contrainte des terrains ainsi que de l’interaction de ces paramètres les uns sur les autres. Divers outils et méthodes sont nécessaires, notamment la reconnaissance des sols et l’analyse des propriétés des roches, les mesures destinées à réduire les dommages causés à la masse rocheuse par le tir de mines, sans oublier les techniques de conception, de suivi et d’appui au sol au stade de la mise en œuvre. Les dernières années ont connu une évolution importante dans le domaine de la mécanique des sols et du soutènement: élaboration de techniques empiriques de conception et d’analyse informatisée pour les exploitations minières, utilisation de plus en plus répandue d’une grande diversité d’instruments de surveillance du sol et développement de techniques et d’outils spécialisés en matière de soutènement. De nombreuses entreprises d’exploitation minière ont mis en place une section spéciale composée d’ingénieurs et de techniciens spécialisés dans les méthodes de soutènement.

Comme les excavations souterraines sont plus difficiles à réaliser et à entretenir que les talus de surface, les exploitants de mines souterraines doivent généralement consacrer davantage de ressources et d’activités de conception au soutènement que dans le cas des mines à ciel ouvert et des carrières. Avec les méthodes traditionnelles d’exploitation souterraine, par exemple, la méthode par chambres-magasins et la méthode par tranches montantes remblayées, les mineurs sont directement exposés à des terrains potentiellement instables au voisinage des fronts de taille. Avec les méthodes d’extraction en masse, notamment l’abattage aux explosifs, les mineurs ne pénètrent pas dans le massif de minerai. Au cours des dernières décennies, on a pu observer un mouvement d’abandon des méthodes d’extraction en masse au profit des méthodes sélectives.

La structure rocheuse et les contraintes auxquelles la roche est soumise sont des causes importantes d’instabilité des terrains dans les mines.

Une masse rocheuse est composée de roches cohérentes, de structures rocheuses ou de discontinuités de structure. Les principaux types de structures comprennent des plans de stratification (plans séparant les strates individuelles), des plis (courbes dans la strate rocheuse), des failles (fractures soumises à des mouvements), des veines intrusives (intrusions tabulaires de roche ignées) et des joints (cassures d’origine géologique le long desquelles il n’y a pas eu de déplacement visible). Le comportement mécanique des masses rocheuses subit l’influence des discontinuités de structure ci-après: orientation, espacement, persistance, rugosité, orifices et présence de matériaux de remplissage. Dans une exploitation minière, le programme de soutènement doit comporter la collecte d’informations pertinentes en matière de structure par les ingénieurs et les géologues. Il existe maintenant des logiciels perfectionnés qui permettent d’analyser les données relatives à la structure ainsi que la géométrie et la stabilité des coins dans les mines souterraines et les mines de surface.

Les efforts auxquels la roche est soumise peuvent également être cause d’instabilité dans les mines; une bonne connaissance du comportement des masses rocheuses (contraintes-déformations) est essentielle à la réalisation d’une étude technique sérieuse. Des essais en laboratoire sur des carottes de sondage peuvent fournir des informations utiles sur la résistance et la déformabilité de la roche en place; chaque type de roche présente un comportement différent, allant de la plasticité du sel à l’élasticité, et la friabilité, de beaucoup de roches dures. La fissuration a de grandes conséquences sur la résistance et la déformabilité de l’ensemble du massif rocheux.

Les mines de surface et les carrières présentent des types communs de fissuration des talus rocheux. Les ruptures de blocs par glissement se produisent lorsqu’il y a mouvement le long d’une ou de plusieurs structures de roche (glissement suivant un plan de cisaillement, gradin de plage, coin, coin en gradin ou fissuration de la roche); une rupture de cisaillement en rotation est possible dans un terrain ou dans le talus d’une masse rocheuse friable. Il existe d’autres modes de rupture, notamment la rupture de tête de blocs formés par des structures plongeantes et par arrachement (par exemple, détachement de blocs par l’action du gel-dégel ou de la pluie). Les éboulements importants de talus peuvent être catastrophiques, même si l’instabilité des talus n’est pas nécessairement synonyme d’éboulement du point de vue des opérations. Dans l’exploitation, on se préoccupe avant tout de la stabilité des gradins individuels, vu le risque de rupture très imprévisible et les dommages qui peuvent être causés aux équipements, sans oublier les risques d’accidents de personnes.

L’instabilité des mines souterraines peut être causée par le mouvement et l’effondrement de masses rocheuses dus à une instabilité structurelle, par la rupture de la roche autour d’une ouverture liée à une concentration des contraintes, par une combinaison de ruptures induites par les contraintes, d’instabilité structurelle et d’instabilité créée par les coups de terrain. La structure rocheuse peut influer sur le choix de la méthode d’exploitation souterraine et la conception de l’aménagement des ouvrages, étant donné son rôle dans la définition des portées stables des excavations, des besoins en soutènement et des conditions d’affaissement. En profondeur, la roche est soumise aux contraintes résultant du poids de la couche supérieure et aux contraintes d’origine tectonique; les contraintes horizontales sont souvent plus importantes que les contraintes verticales. Il existe des instruments qui permettent de déterminer les contraintes du massif avant le début de l’exploitation. Lorsqu’une excavation minière est pratiquée, on observe autour de celle-ci une variation du champ de contraintes susceptible de créer un état d’instabilité.

Les mines souterraines en roche dure sont également le théâtre de ruptures variées. A de faibles contraintes, les ruptures sont en grande partie contrôlées du point de vue structurel, des coins ou des blocs se détachant simplement du toit ou des parements. Ces coins ou ces blocs sont formés par le croisement de discontinuités structurelles. Si les coins ou les blocs lâches ne sont pas supportés, l’affaissement se poursuivra jusqu’à la formation d’une voûte naturelle. Dans les dépôts stratifiés, décollements et ruptures de bancs peuvent se produire le long des plans de stratification. A des contraintes élevées, l’affaissement se manifeste par un écaillage fragile et par un décollement de la roche dans le cas de massifs rocheux comportant peu de fissures, ou par une cassure plus ductile dans le cas de masses rocheuses comportant beaucoup de discontinuités.

Phénomène associé à un événement sismique, le coup de terrain cause des dommages soudains ou violents à une excavation. Divers types de mécanismes ont pu être identifiés, notamment la dilatation ou le flambement de la roche causés par des fractures autour de l’excavation, les éboulements de roches induits par les secousses dues au séisme et la projection de roches consécutive à un transfert d’énergie à partir d’une source sismique éloignée. Les éruptions de roches et de gaz sont catastrophiques, entre autres dans les mines de charbon et de sel, par suite des contraintes élevées dans le massif et de la présence de volumes importants de méthane ou de dioxyde de carbone comprimés. Dans les carrières et les mines à ciel ouvert, on a pu observer des cas de flambement et de soulèvement soudains de dalles rocheuses.

De nombreuses recherches ont été menées dans plusieurs pays afin d’étudier les causes des éruptions de roches et les moyens possibles de les atténuer ou de les éviter. Parmi les techniques destinées à réduire au minimum les éruptions de roches, on peut ranger la modification de la forme, de l’orientation et de la séquence de l’extraction, la pratique de tirs de détente des contraintes, la mise en place de remblais stables et l’utilisation de systèmes spéciaux de soutènement. Des systèmes perfectionnés, utilisés localement ou à l’échelle de la mine, peuvent contribuer à détecter et à analyser l’activité sismique; malgré ces progrès, la prévision des coups de terrain demeure peu fiable.

Dans la province canadienne de l’Ontario, près du tiers de tous les accidents mortels qui surviennent dans les mines souterraines hautement mécanisées sont le résultat d’éboulements et de coups de terrain; pour la période comprise entre 1986 et 1995, le taux de fréquence de ces accidents était de 0,014 par 200 000 heures de travail au fond. On peut s’attendre à des taux considérablement plus élevés de lésions et d’accidents mortels causés par les éboulements et les coups de terrain dans les mines souterraines moins mécanisées ou dans lesquelles la mise en place d’un soutènement n’est pas généralisée. Enfin, les mines exploitées à ciel ouvert et les carrières offrent, en matière de soutènement, davantage de sécurité que les mines souterraines.

La conception des excavations souterraines nécessite des prises de décisions à caractère technique sur des questions comme l’emplacement, les dimensions et les formes des excavations et des piliers rocheux, la séquence d’exploitation et la mise en œuvre de systèmes de soutènement. En exploitation à ciel ouvert, il importe de choisir un angle de talus optimal pour chaque section de l’excavation, sans pour autant négliger les autres aspects techniques et la stabilisation des talus. La conception d’une mine est un processus dynamique mis à jour et perfectionné au fur et à mesure de l’acquisition d’informations supplémentaires résultant de l’observation et de la surveillance de l’exploitation. Les méthodes de conception généralement employées sont les méthodes empiriques, les méthodes fondées sur l’observation et les méthodes analytiques.

Les méthodes empiriques s’appuient souvent sur la classification des massifs rocheux (plusieurs systèmes du genre ont été mis au point, par exemple, la méthode d’étude des massifs rocheux et l’indice de qualité des galeries creusées dans la roche), que viennent compléter des recommandations techniques fondées sur des pratiques éprouvées. Plusieurs méthodes empiriques ont été appliquées avec succès, entre autres la méthode graphique de stabilité pour l’exploitation par chambres vides (il s’agit d’un procédé d’exploitation dans lequel les vides créés par l’enlèvement du minerai ne sont comblés ni par remblayage ni par foudroyage pendant le cycle d’exploitation).

Les méthodes fondées sur l’observation reposent sur la surveillance des mouvements de terrain durant l’excavation afin de déceler toute instabilité mesurable et sur l’analyse de l’interaction entre le massif et les ouvrages de soutènement. La nouvelle méthode autrichienne de construction des tunnels et la méthode de convergence-confinement sont autant d’exemples de cette approche.

Les méthodes analytiques ont recours à l’analyse des contraintes et des déformations sur le périmètre des excavations. Certaines des premières techniques d’analyse des contraintes faisaient appel à des formules mathématiques ou à la photoélasticité, mais la forme tridimensionnelle complexe de la plupart des excavations souterraines a limité leur application. Plus récemment, plusieurs méthodes numériques informatisées ont été développées. Toutes fournissent les outils nécessaires pour trouver des solutions approchées aux problèmes liés aux contraintes, aux mouvements et aux fissures du massif rocheux au voisinage des zones excavées.

Parmi les perfectionnements récents, il est intéressant de signaler les modèles tridimensionnels, la modélisation des discontinuités structurales et des interactions roches-ouvrages de soutènement ainsi que les interfaces graphiques conviviales. Les modèles numériques, malgré leurs limitations, peuvent fournir une bonne idée du comportement complexe des roches.

Les trois méthodes décrites ci-dessus sont des éléments essentiels d’une approche intégrée pour la conception de l’exploitation souterraine. Les ingénieurs des bureaux d’études doivent être prêts à utiliser une variété d’outils et à réévaluer leur stratégie de conception chaque fois que la quantité et la qualité des données disponibles le justifient.

Le tir à l’explosif en massif rocheux soulève des préoccupations particulières, entre autres pour ce qui est de ses conséquences sur la roche à proximité immédiate d’une excavation. Des tirs mal conçus ou des techniques de foration inappropriées peuvent provoquer des fissures locales intenses et compromettre la cohésion des terrains avoisinants. Des dommages plus importants peuvent être induits par la transmission de l’énergie de l’explosion à des zones éloignées, et donc menacer la stabilité des ouvrages.

Les résultats des tirs sont conditionnés par le type de roche, le régime des contraintes, la géologie structurale et la présence d’eau. Des mesures doivent être prises pour réduire au minimum les dommages causés par les tirs, en choisissant un explosif approprié, en utilisant des techniques de tir périmétrique, par exemple le tir à deux temps (trous parallèles, à intervalles rapprochés, qui serviront à définir le périmètre de l’excavation), en centrant les charges (explosif de diamètre inférieur à celui du trou dans lequel il est placé), en utilisant des détonateurs retard et des trous tampons. La précision des abattages dépend de la géométrie des trous; leur disposition et leur alignement doivent être contrôlés étroitement.

Pour optimiser le plan de tir et empêcher que des dommages ne soient causés au massif rocheux, on contrôle souvent les vibrations engendrées par le tir. Des critères empiriques ont été établis pour l’évaluation des dommages causés par les tirs. La surveillance des tirs est effectuée à l’aide de transducteurs installés au jour ou en fond de trou, de câbles reliés à un système d’amplification et d’un enregistreur numérique. L’élaboration de modèles informatiques a permis d’améliorer les modalités de tir par la prédiction de la fragmentation, du profil des déblais et de la profondeur des fissures au-delà des trous de tir. Les données qui ont contribué à la réalisation de ces modèles informatiques concernent entre autres la géométrie de l’excavation, la géométrie de la foration et du chargement des explosifs, les caractéristiques des explosifs employés et les propriétés dynamiques de la roche.

Le purgeage consiste à abattre les blocs instables du toit et des parois des excavations; l’opération peut être effectuée manuellement à l’aide d’une barre de purgeage en acier ou en aluminium ou au moyen d’une purgeuse mécanique. Lorsqu’il effectue un purgeage à la main, le mineur frappe le toit pour vérifier la solidité de la roche; un bruit creux indique habituellement que le matériau est instable et doit être abattu. Le mineur doit observer des précautions rigoureuses pour éviter d’être blessé pendant cette opération (par exemple, il doit procéder à partir de la zone saine en se dirigeant vers les zones non vérifiées, prendre un bon appui au sol, disposer d’une aire de repli sûre et s’assurer que les blocs tomberont à un endroit approprié). Le purgeage manuel nécessite un effort physique considérable et peut comporter des risques élevés. En Ontario, le tiers des lésions causées par les chutes de blocs surviennent durant le purgeage.

L’utilisation de paniers de repêchage montés sur des bras extensibles et permettant aux mineurs d’effectuer à la main le purgeage de toits élevés occasionne des risques supplémentaires, comme le renversement de la plate-forme de purgeage par des chutes de blocs. Le purgeage mécanique est utilisé aujourd’hui couramment dans beaucoup de grandes exploitations minières. La machine est constituée d’un véhicule portant un bras manœuvrable terminé par un pic qui permet d’assurer la purge mécanique de toits même très hauts.

Le rôle principal du soutènement est de contribuer à la stabilité du massif rocheux. On peut mettre en place des boulons d’ancrage ou un soutènement porteur dans lequel des étançons ou des cadres en acier ou en bois fournissent au massif un support externe. Le soutènement n’est pas très répandu dans les carrières et dans les mines à ciel ouvert, en partie à cause des problèmes de corrosion et des incertitudes quant à la géométrie définitive de l’excavation. Il existe un grand choix de systèmes de boulonnage. Plusieurs facteurs doivent être pris en considération lorsqu’il s’agit de sélectionner un système en particulier, entre autres les conditions du terrain, la durée de vie utile prévue de l’excavation, la facilité d’implantation de l’installation, la disponibilité et le coût.

Les boulons d’ancrage, qui agissent par action mécanique dans des trous forés, consistent en une coquille d’expansion (de modèle différent selon le type de roche), une tige d’acier (filetée ou munie d’une tête forgée) et une plaque d’appui. La coquille d’expansion est généralement composée de lames cannelées en fonte malléable et d’un coin conique fileté installé à une extrémité de la tige. Le serrage de l’écrou à l’intérieur du trou foré force le cône contre les lames qu’il pousse alors contre les parois du trou. Plus la tension du boulon est forte, plus la coquille d’expansion est serrée contre la roche. Les boulons d’ancrage sont de diverses longueurs et sont fournis avec des accessoires variés. En raison de leur coût relativement peu élevé, ce sont les outils les plus utilisés pour les soutènements de courte durée dans les mines souterraines.

Le boulon bétonné est une barre d’armature nervurée implantée dans un trou foré et scellée sur toute sa longueur dans la masse rocheuse, assurant ainsi un renforcement à long terme de cette masse. On emploie plusieurs types de laits de ciment et de résines de polyester pour le scellement des boulons. Le coulis peut être pompé dans le trou ou y être introduit à l’aide de cartouches si l’on recherche une solution à la fois rapide et pratique. Il existe des boulons à bétonner en acier et en fibres de verre de divers diamètres, qui peuvent ou non être mis sous tension.

Le tube à friction consiste le plus souvent en un tube d’acier fendu sur toute sa longueur. Lorsqu’il est enfoncé dans un trou foré légèrement sous-dimensionné, le tube est comprimé et il se développe un frottement entre le tube et la roche. L’efficacité de ce type de boulon repose toutefois sur la foration d’un trou dont le diamètre respecte des tolérances serrées.

Les boulons d’ancrage Swellex sont des tubes à développante, en acier, introduits dans un trou foré et dont l’expansion est assurée par une pression hydraulique fournie par une pompe portative. Ces boulons existent en différentes longueurs et sont de types variés.

L’utilisation de câbles bétonnés est courante pour contrôler les éboulements et stabiliser les toits et les parements des chantiers souterrains. Si le coulis de scellement employé est généralement à base de ciment Portland, la géométrie des câbles et les techniques de mise en place peuvent varier. On utilise également des boulons d’ancrage et des barres d’armature de grande capacité ainsi que d’autres types de dispositifs comme les boulons tubulaires ancrés mécaniquement et pouvant être bétonnés.

On applique fréquemment des bandes ou des treillis de fils soudés en acier sur le toit ou les parements des excavations afin de soutenir la roche entre les boulons.

Les exploitants devraient élaborer un programme de contrôle de la qualité qui pourrait comprendre une série d’essais sur place destinés à vérifier que les mesures de soutènement donnent les résultats escomptés. La mauvaise qualité d’un soutènement peut avoir pour origine: une conception inadéquate (choix incorrect du type, de la longueur ou du modèle de soutènement compte tenu des caractéristiques du massif); des matériaux de soutènement de qualité inférieure (fournis tels quels ou endommagés en cours de manutention ou par les conditions d’entreposage à la mine); des anomalies reliées à la mise en place (matériel défectueux, mise en œuvre à un moment inopportun, préparation inadéquate de la surface rocheuse, formation insuffisante des équipes, inobservation des procédures recommandées); des effets imprévus de l’abattage (variations des contraintes, fissures/effritement induits par les tirs à l’explosif, détente des joints ou coups de terrain); des changements de configuration de la mine (changements de la géométrie des excavations ou durée de vie plus longue que ce qui avait été initialement prévu).

Le comportement des masses rocheuses renforcées ou supportées est encore mal connu. Des règles approximatives ou empiriques fondées sur la classification des roches existent, et des programmes informatiques ont été élaborés. Toutefois, les résultats dépendent fortement des connaissances et de l’expérience des ingénieurs responsables du contrôle des pressions de terrain. Un massif rocheux de bonne qualité, comportant peu de solutions de continuité structurale et de petites ouvertures de durée limitée ne nécessitera que peu ou pas de soutènement. Cependant, il se peut que des boulons d’ancrage soient requis en des points précis pour stabiliser des blocs potentiellement instables. Dans bien des mines, on adopte un plan de boulonnage pour toutes les excavations, c’est-à-dire la pose systématique de boulons d’ancrage dans le toit et les parements selon une grille type. Dans tous les cas, les mineurs et le personnel d’encadrement devraient posséder suffisamment d’expérience pour repérer les endroits qui appellent un soutènement additionnel.

La forme la plus ancienne et la plus simple de soutènement est le poteau de bois; on utilise parfois des étançons et des cadres porteurs en bois pour les opérations en terrain instable. Eléments à forte capacité de charge, les cintres et les cadres métalliques assurent le soutènement des galeries. Dans le cas des mines souterraines, le remblayage constitue un moyen de soutènement supplémentaire important; les remblais peuvent être constitués de roches stériles, de sable ou de résidus de broyage et d’un agent de cimentation; ils sont utilisés pour combler les vides créés par l’abattage. Parmi ses nombreuses fonctions, le remblayage contribue à empêcher les éboulements à grande échelle, joue un rôle de confinement et fournit ainsi la résistance résiduelle nécessaire aux piliers rocheux; il permet le report des contraintes sur le massif rocheux, contribue à réduire l’affaissement en surface, optimise l’extraction du minerai et, selon la méthode d’abattage utilisée, offre un plancher de travail.

Dans bon nombre de mines, on a innové en projetant un laitier de ciment ou du béton très fluide sur les fronts et les parements rocheux. L’opération — le gunitage — peut se faire directement sur la roche sans aucune forme de support ou peut être effectuée par projection sur un grillage et des boulons d’ancrage, faisant ainsi partie d’un système intégré de soutènement. Il est possible de conférer au béton des propriétés particulières par l’inclusion de fibres d’acier ou d’autres adjuvants et en modifiant le dosage des éléments constitutifs. La projection peut être exécutée par voie sèche ou par voie humide. Cette méthode a trouvé de nombreuses applications dans les mines, permettant de stabiliser des parois rocheuses qui, autrement, s’effriteraient. Les mines à ciel ouvert ont également recours avec succès au gunitage pour contrôler des conditions d’effritement progressif. Une innovation plus récente recourt à des machines qui pulvérisent des mélanges à base de polyuréthane.

L’efficacité des systèmes de soutènement en cas de coup de terrain repose sur certaines caractéristiques importantes (déformation et absorption d’énergie, en particulier). Des recherches sont en cours dans plusieurs pays sur les techniques de soutènement en cas de coup de terrain et des recommandations ont été formulées pour la réalisation de nouveaux systèmes.

Dans les petites excavations souterraines, des moyens manuels de soutènement sont couramment mis en œuvre à l’aide d’un marteau perforateur sur affût. Pour les excavations plus importantes, il existe des équipements semi-mécanisés (foration mécanique avec pose manuelle de boulons d’ancrage) et des matériels entièrement mécanisés (foration mécanique et pose de boulons d’ancrage commandée à partir d’un pupitre installé sous un toit boulonné). La mise en place manuelle d’un soutènement est une activité à risque élevé. En Ontario, le tiers de tous les accidents causés par des chutes de blocs durant la période comprise entre 1986 et 1995 se sont produits durant la pose de boulons d’ancrage, et 8% des accidents au fond sont survenus durant cette opération.

Les autres risques associés aux travaux de soutènement comprennent la fatigue, les projections de laitier de ciment ou de résine dans les yeux et les réactions allergiques suite à des déversements de produits chimiques. La mécanisation du boulonnage a toutefois permis de rendre la pose de grandes quantités de boulons moins dangereuse et plus efficace.

Plusieurs motifs peuvent justifier une telle surveillance: collecter les données nécessaires au plan d’exploitation (intéressant notamment la déformabilité du massif rocheux et le champ des contraintes), valider les hypothèses de calcul afin de mettre au point les modèles informatiques et d’ajuster les méthodes d’exploitation pour améliorer la stabilité, évaluer l’efficacité du soutènement existant et la nécessité d’un soutènement additionnel, le cas échéant, et détecter les signes de rupture du massif.

La surveillance peut être effectuée soit visuellement, soit au moyen d’instruments spéciaux. L’inspection des mines à ciel ouvert et des mines souterraines doit être faite avec la plus grande attention, au besoin en utilisant des appareils d’éclairage puissants; les mineurs, les cadres et les géologues ont tous un rôle important à jouer dans les inspections régulières. Les changements structuraux du massif peuvent se manifester par des indications visuelles ou sonores: l’état des carottes prélevées par soudage au diamant, les contacts entre les types de roche, une sonorité creuse, la présence de caractéristiques structurales particulières, la surcharge manifeste des ouvrages de soutènement, le soulèvement du mur, l’apparition de fissures dans les parements ou le toit, la présence d’eaux souterraines, l’effondrement de piliers, etc. Les mineurs se fient souvent à des instruments simples (par exemple, coin de bois enfoncé dans une fissure) pour obtenir une indication visuelle des mouvements du toit.

Etablir et mettre en œuvre un programme de surveillance suppose de définir préalablement l’objectif de ce programme ainsi que les paramètres à contrôler, de déterminer le degré requis de précision des mesures, de sélectionner et d’installer l’équipement, de déterminer la fréquence des observations et la forme de présentation des données recueillies. L’installation du matériel de surveillance devrait être confiée à des personnes expérimentées. Pour le choix des appareils, on accordera davantage d’importance à des critères comme la simplicité, la redondance et la fiabilité. Il faudra déterminer ce qui constitue une menace à la sécurité ou à la stabilité, et établir des plans d’urgence en cas de dépassement des seuils de danger fixés.

Le matériel de surveillance comprend d’ordinaire des capteurs réagissant aux variations des paramètres surveillés, un système qui transmet les indications des capteurs à un panneau d’affichage (par des moyens mécaniques, électriques, hydrauliques ou de télémesure), des instruments d’affichage ou de lecture (par exemple, jauges à cadran, manomètres, systèmes d’enregistrement multi-paramétrique ou affichages numériques), et un système d’enregistrement/traitement (par exemple, enregistreur sur bande, consignateur de données ou micro-ordinateur).

Les différents instruments de surveillance peuvent être classés comme suit selon leur mode de fonctionnement:

•   les instruments mécaniques : ce sont souvent les plus simples, les plus économiques et les plus fiables pour la détection, la transmission et la lecture. Les détecteurs mécaniques de mouvements comportent une tige ou une bande en acier qui ausculte la roche qui est reliée à un comparateur à cadran ou à un dispositif électrique. Leur principal inconvénient est de ne pas permettre la lecture à distance ou l’enregistrement en continu;
•   les instruments optiques : ils sont utilisés pour les levés traditionnels, les mesures de précision et la photogrammétrie. Ils permettent d’établir le profil d’excavations, de mesurer les mouvements des bords des excavations et de surveiller les affaissements de surface;
•   les instruments hydrauliques et pneumatiques : cette catégorie comprend les transducteurs à membrane utilisés pour mesurer les pressions hydrauliques, les charges des étançons et les autres grandeurs de nature similaire. Ces appareils mesurent la pression d’un fluide agissant sur la paroi d’une membrane flexible en métal, en caoutchouc ou en plastique;
•   les instruments électriques : ce sont les plus couramment employés dans les mines, bien que l’utilisation d’instruments mécaniques soit encore assez répandue pour la surveillance des mouvements de terrain. Les appareils électriques sont de trois types: extensomètres, jauges à corde vibrante et jauges à auto-induction.

Les paramètres les plus fréquemment contrôlés comprennent les mouvements de terrain au moyen de levés topographiques, de dispositifs installés en surface (fissuromètres, extensomètres, inclinomètres), les contraintes du massif rocheux (en valeur absolue ou selon leurs variations), les charges, déformations et contraintes des ouvrages de soutènement, et les phénomènes sismiques ainsi que les vibrations provoquées par le tir de mines.