La contribution de la géostatistique à la caractérisation des “bimrock”

Les bimrocks (block-in-matrix rocks) sont des formations structurellement complexes constituées d’un mélange de matériaux solide de taille variable, avec des ordres de grandeur différents, plongés dans une matrice limono-argileuse ; typiquement, la texture est soutenue par la matrice (Medley 1994, 2002, 2007). Ces matériaux sont difficiles à caractériser par les approches ou les techniques traditionnelles de la géotechnique ou de la mécanique des roches. En particulier les caractéristiques mécaniques, nécessaires par exemple à l’évaluation de la stabilité du front, sont difficiles à déterminer. De plus, l’échelle pertinente n’est pas celle du laboratoire (Lindquist & Goodman 1994, Goodman & Ahlgren 2000, Kim et al. 2004, Pan et al, 2008, Coli et al. 2009). Afin d’être représentatives, les analyses granulométriques doivent être effectuées à l’échelle du chantier, et en utilisant des volumes importants de matériaux, ce qui pose des problèmes. La résistance mécanique, mesurable seulement par des tests in situ, dépend de la granulométrie des blocs et de leur distribution spatiale. La caractérisation des ces matériaux est aujourd’hui plutôt empirique ; elle résulte d’une analyse comparée des différentes formations et de l’utilisation de courbes expérimentale, et n’est pas fondée sur une modélisation adéquate (Medley & Lindquist 1995, Medley 2002). A vrai dire, il n’existe pas d’étude pour quantifier la variabilité spatiale des caractéristiques ou pour définir le support approprié sur lequel quantifier des propriétés utiles comme la granulométrie. Par suite, le problème de l’upscaling des variables à utiliser dans les modèles habituels de stabilité par éléments finis n’a pas été abordé. L’étude, encore en phase initiale, a été développée sur une formation Bimrock en Toscane, nommé “Caotico”, où des affleurements de l’ancienne mine de lignite de Santa Barbara sont disponibles. Des images bidimensionnelles ont été utilisées pour extraire de l’information. On a commencé par les images 2mx2m, en tentant une quantification des paramètres caractéristiques, au moyen des simples outils de la morphologie mathématique et de la géostatistique. En complément des paramètres élémentaires de l’analyse morphologique de la granulométrie, l’analyse variographique de l’indicatrice des matériaux solides a été intéressante. Après binarisation des images, la structure gigogne des variogrammes modélisés (composée de trois échelles bien définies) est toujours stable dans les différentes images, malgré la non-stationnarité des variables régionalisées étudiées (ex. granulométrie ou indicatrices), ceci pour l’échelle décamétrique à hectométrique. Reste à intégrer ces résultats dans un modèle plus général de quasi-stationnarité, d’effet proportionnel, ou d’hypothèse fractale. Actuellement, deux directions sont suivies : a) la généralisation de cette analyse, par l’application à d’autres images et d’autres formations analogues ; b) l’étude des images à différentes échelles et différents supports. Enfin, on analyse actuellement la corrélation entre les paramètres caractéristiques des images (2D) et des grandeurs physiques (3D) comme la granulométrie et la résistance mécanique. Le problème de la caractérisation 3D de la variabilité spatiale de la distribution des blocs reste ouvert.