AMENAGEMENT DE L’EXPLOITATION POUR LA PRODUCTION D’ENROCHEMENTS

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Géologie, relief et sols

La zone de la carrière est localisée à l’intérieur de la formation du Vohibory, qui est constituée de micaschiste gneissique altéré.
La roche mère de la région de la carrière est un gneiss. La carrière elle-même se développera sur les inclusions de dolérite qui ont pénétré les roches gneissiques plus anciennes. Ce sont ces roches qui seront exploitées pour la fabrication d’agrégats et d’enrochements.
La carrière est géologiquement située sur le Pliocène continental dans le bassin versant de l’Ivondro. La carte 1.02 nous montre un aperçu de la géologie de la région.
Carte 1.02 : Extrait de la carte géologique de la zone d’études (source : Service da la Géologie Ampandrianomby)
A proximité des cours d’eau, les sols se sont développés sur des alluvions constituées d’argiles, limons, sables et graviers provenant des gneiss altérés.
Le relief de la zone est constitué d’une succession de vallées caractérisées par des flancs de coteaux boisés. Les sommets des collines autour de la zone des carrières sont à une altitude de 70 à 85 m.
Les sols développés dans cette zone sont des sols ferralitiques, à l’horizon supérieur enrichi en matières organiques. Ils sont argileux à argilo-sableux, en fonction de la présence de matériaux d’altération de la roche mère de type sableux et de couleur rouge plus ou moins marquée.

Hydrographie et ressources en eau

La région est desservie par de nombreux cours d’eau, la plupart à courant rapide sur la partie moyenne de leur cours.
La Commune de Fanandrana est traversée par deux grandes rivières :
• L’Ivondro située au centre de la commune, d’une longueur totale de 150 km qui relie la Commune d’Ambodilazana située au Nord-Ouest de Fanandrana au canal des Pangalanes ;
• La Fanandrana située au Sud de la commune.
• Au Sud, la rivière Sandranentana qui coule d’Ouest en Est et se jette dans la Fanandrana ;
• Au Nord, les rivières Sahave et Ankadiranobe ;
• Plus au Nord, Vorinkina et Andranonampago ;
• A l’Ouest, Manjozoro et Amboasana qui se jettent dans l’Ivondro.
D’ après le système de classification des eaux de Madagascar, la plupart des plans d’eau du secteur ont été classés comme ayant une qualité d’eau moyenne (classe B) avec quelques plans d’eau classés en qualité médiocre.
Les différentes utilisations de l’eau sont :
• Alimentation en eau potable ;
• Eau de lessive ;
• Abreuvement des animaux ;
• Irrigation des cultures et notamment dans la riziculture.

Flore

La végétation de la zone est composée d’habitats secondaires ayant subi l’influence de toute une gamme de perturbations d’origine anthropique, principalement agricole.
La végétation bordant le périmètre de l’exploitation est de type « savoka » : fouillis d’arbustes, de fougères, de plantes herbacées géantes, que dominent l’éventail caractéristique du ravenala ou la gerbe des bosquets de bambous.
Les herbacées les plus envahissantes sont l’ « harongana » (Harunganamadagascariensis), le « dingadinga » (Psaladiealtissima) et le « longoza » (aframomunagrustifoiu).

Milieu humain

La population est essentiellement rurale, implantée dans la zone depuis plusieurs années.
La population de la Commune de Fanandrana était de 15 027 en 2009 avec une densité de 45 habitants par kilomètre carré.
La principale source de revenus pour les habitants est le commerce des produits locaux qui se répartissent comme suit :
• Céréales : paddy, maïs ;
• Légumineuses : haricot ;
• Tubercules : manioc, patate douce, « saonjo » ;
• Légumes : brèdes, courges ;
• Cultures industrielles temporaires : canne à sucre ;
• Cultures industrielles permanentes : café, palmiers à huile, poivre, girofle ;
• Fruitiers : bananes, mangues, letchis, avocats, ananas.
Cependant, autour de la zone de la carrière nous ne constatons que quelques maisons rustiques qui se sont implantées à l’ouverture de la carrière. Le taux de scolarisation dans le village est encore faible.
La carte 1.03 nous donne un aperçu global de l’occupation des sols dans la Région Atsinanana [1] :

ENROCHEMENTS

Définition

Un enrochement est un « matériau granulaire utilisé dans les ouvrages hydrauliques et d’autres ouvrages de génie civil » (NF EN 13383) de taille supérieure à 45 mm (dans la norme française, les petits enrochements ont pour unité le mm, et pour les enrochements moyens et gros la T ou le kg). Il peut également être défini comme la « fondation en roche sur un sol submergé » (média dico). Les enrochements sont utilisés dans les structures hydrauliques, maritimes ou terrestres. Notons qu’il y a une différence entre enrochements et blocs de roche. Les blocs ne sont pas régis par une norme et ce sont des matériaux granulaires réservés à d’autres usages, par exemple : décoration. Mais, par abus de langage dans ce livre, les termes bloc de roche et enrochement désignent la même chose.
Photo 2.01 : Tas d’enrochements

Classification des enrochements

Suivant le type d’ouvrage et la position de l’enrochement, les sollicitations subies sont très diverses et les qualités à demander peuvent se répartir sur une échelle assez large.
Une répartition des enrochements en trois classes est alors proposée par le Laboratoire Central des Ponts et Chaussées en France (LCPC) suivant leurs caractéristiques [9], [15] :
• Classes Ai et Ai’ : enrochements de grande qualité (carapaces, musoirs…)
• Classes Bi et Bi’ : enrochements de bonne qualité (pour zones moyennement sollicitées)
• Classes Ci et Ci’ : enrochements pour zones peu sollicitées.

Caractéristiques des enrochements

Nous trouverons toutes ces caractéristiques dans le guide des enrochements. [4]

Caractéristiques géométriques

Classe granulaire

La classe granulaire de l’enrochement est la désignation normalisée des enrochements en terme de :
• limites nominales à rapprocher des spécifications à atteindre.
• limites extrêmes à rapprocher des tolérances.
• Les catégories standards A d’enrochement sont définies par :
– des limites nominales et des limites extrêmes.
– une gamme de masse moyenne.
• Les catégories standard B d’enrochement sont définies par des limites nominales et des limites extrêmes (uniquement).
Figure 2.01 : Classe granulaire des enrochements [4]
ELL : Limite Inférieure Extrême, masse en deçà de laquelle 5 % de passant au maximum est autorisé.
NLL : Limite Inférieure Nominale, masse en deçà de laquelle 10 % de passant au maximum est autorisé.
EUL : Limite Supérieure Extrême, masse en deçà de laquelle 97 % de passant au minimum est autorisé.
NUL : Limite Supérieure Nominale, masse en deçà de laquelle 70 % de passant au minimum est autorisé.
50 50 : Masse ou diamètre moyen(ne) de 50 % de passant.
Pour les enrochements, on a trois familles de classes granulaires :
• L’enrochement grossier ou « petit enrochement » exprimé en mm : 45 mm < NLL et NUL < 250 mm
Catégories CP 45/125, CP 63/180, CP 90/250, CP 45/180 et CP 90/180
• L’enrochement léger ou « enrochement moyen » exprimé en kg : 5 kg < NLL et NUL < 300 kg

La forme

La mesure des formes est réalisée à l’aide d’un mètre de chantier. Trois dimensions sont à mesurer et permettent la détermination de l’élancement et du rapport (L+G)/2E > 3 qui permet le contrôle des blocs trop plats :
• La longueur L : plus grande dimension du bloc, mesurée entre deux plans parallèles tangents à la plus grande dimension apparente du bloc ;
• La largeur G : la plus grande largeur du bloc mesurée dans le plan perpendiculaire à la direction de L ;
• L’épaisseur E : la plus petite largeur du bloc mesurée dans le plan perpendiculaire à la direction de L ;
Pour des usages spécifiques, les exigences complémentaires du guide LCPC-CETMEF peuvent être requises (L+G)/2E < 2 ou 2.5.
C’est la proportion d’enrochement dont le rapport de la longueur (L) à l’épaisseur (E) est supérieur à 3. (Catégorie LTA).
• Cette proportion doit être inférieure ou égale à 20 % (en masse) pour l’enrochement grossier ou l’enrochement léger (respectivement « petit enrochement» et « moyen enrochement »)
• Elle doit être inférieure ou égale à 5 % (en nombre) pour l’enrochement lourd ou « gros enrochement »

Proportion des surfaces cassées (catégorie RO5)

On désigne par « surface cassée » la surface mécaniquement créée lors de l’abattage ou de la fragmentation (y compris discontinuités naturelles). Le pourcentage de surface cassée d’un bloc est déterminé visuellement et doit être supérieur à 50 %. Pour entrer dans la catégorie RO5, 95 % des blocs (en nombre) doivent avoir une proportion de surface cassée supérieure à 50 %.

Caractéristiques physiques

Concernant les caractéristiques physiques, nous allons voir quelques paramètres :

La masse volumique

Il existe différents types de masses volumiques de la roche qui sont parfois confondus.
La masse volumique réelle de la roche notée ρréelle (kg/m3 ou t/m3) est la masse volumique des constituants minéraux de la roche, telle que définit la norme EN 1936. Celle-ci est déterminée par la pétrographie et n’est pas utilisée pour le dimensionnement.
La masse volumique réelle de l’enrochement doit être supérieure à 2,30 t/m3. Elle est calculée à partir du rapport de la masse, obtenue par pesée hydrostatique, au volume de l’éprouvette. La masse volumique apparente notée ρa (kg/m3 ou t/m3), est le rapport de la masse au volume d’un échantillon dont les pores sont susceptibles de contenir de l’eau. Elle dépend principalement de la masse volumique réelle et de la quantité des vides de la roche, mais varie également avec le degré de saturation de la roche.
Lorsque la roche est dans un état totalement sec, le degré de saturation est nul. Dans ce cas, la masse volumique apparente est appelée ρroche. Mais ρroche n’est pas la masse volumique à prendre en compte dans le dimensionnement, il s’agit plutôt de la masse volumique apparente ρa.

Résistance à la fragmentation

Résistance à la traction des roches
La résistance à la traction des roches est beaucoup plus faible que la résistance à la compression ; cette propriété est mise à profit dans toutes les opérations de concassage et de fragmentation des roches.
L’essai de traction le plus couramment utilisé est un essai indirect, l’essai brésilien. Le plan de rupture sur lequel s’exercent les contraintes de traction est le plan diamétral de l’éprouvette. Voici quelques fourchettes de résistance en traction σt de roches, mesurées par l’essai brésilien :
• Calcaires : 1 à 15 MPa
• Granites : 10 à 20 MPa
• Basaltes : 15 à 35 MPa
• Résistance en traction très forte : σt > 30 MPa
• Résistance en traction forte : 10 MPa <σt < 30 MPa
• Résistance en traction moyenne : 5 MPa <σt < 10 MPa
• Résistance en traction faible : 2 MPa <σt < 5 MPa
• Résistance en traction très faible : σt < 2 MPa
Mais la caractéristique mécanique la plus universellement utilisée pour les roches est la résistance à la compression simple σc. C’est le paramètre de base de la plupart des classifications proposées en mécanique des roches.

Résistance à la compression

Elle est déterminée avec l’essai de résistance à la compression (conformément à l’annexe A de l’EN 1926) dans une éprouvette cylindrique d’élancement 2 (50 mm). Cet essai consiste à l’application d’un effort de compression croissant, dans l’axe de l’éprouvette, jusqu’à sa rupture.
Les roches qualifiées doivent être de catégorie :
• CS 80 (σc ≥ 80 MPa) pour un usage en carapace et filtre
• CS 60 (σc ≥ 60 MPa) pour un usage non-sollicité.
Cela veut dire que la valeur moyenne de la résistance des 9 meilleures éprouvettes doit être supérieure ou égale à ≥ 80 ou 60 MPa selon l’usage et la résistance de moins de 2 éprouvettes sur 10 inférieures à 60 ou 40 MPa.
Le schéma suivant montre les éléments constituant une digue de protection nécessitant des enrochements.
Résistance à l’usure
Les spécifications suivantes sont applicables aux couches supérieures d’enrochements qui sont connues pour être sujettes à une abrasion par les sédiments. Les catégories et leurs suggestions d’usage sont les suivantes :
• MDE 10 (coefficient micro-deval ≤ 10) : usage pour un environnement extrêmement abrasif comme mers avec fréquentes tempêtes et interaction entre l’ouvrage et des galets, torrents, ouvrages dynamiques.
• MDE 20 (coefficient micro-deval ≤ 20) : usage pour un environnement très abrasif comme mers avec tempêtes occasionnelles avec plage de galets ou de sable.
• MDE 30 (coefficient micro-deval ≤ 30) : usage pour un environnement modérément abrasif comme mers avec grosses vagues occasionnelles ou une action du courant chargé de sédiment.

Caractéristiques associées au scellement

Enrochement utilisé avec scellement bitumineux ou au ciment. Il ne devrait pas inclure de taches visibles d’argiles ou autres sols.

Couleur

Pour la livraison, la couleur ne doit pas être un motif de rejet.

Essai de chute

La prise d’essai doit comporter au moins 30 blocs (conseillé : 50 blocs). Cet essai consiste à comparer le poids de la roche avant et après la chute. Le bloc à tester est soulevé à une hauteur de 3 m à partir de laquelle il sera lâché sur une enclume de réception (utiliser un grappin et une chaîne de contrôle pour la hauteur), le pourcentage acceptable de blocs cassés (en nombre) est généralement :
• 5 % pour des ouvrages particulièrement exposés,
• 15 % dans le cas d’ouvrages normalement exposés,
• 30 % dans le cas d’ouvrages peu exposés.

Caractéristiques chimiques

Pour ce qui est des caractéristiques chimiques, il y a :

Les impuretés

L’enrochement doit être exempt de toutes substances qui pourraient nuire aux structures ou à l’environnement où il est utilisé.
Par exemple : des dépôts toxiques à la surface de la roche. Ceci donc nécessite un contrôle visuel du responsable.

Les constituants solubles à l’eau

Si requis, une détermination des constituants solubles à l’eau doit être réalisée (test de lixiviation suivant EN 1744-3).

Les caractéristiques de durabilité

• L’absorption d’eau (WA, % en masse) comme essai crible pour la résistance au gel dégel et la résistance à la cristallisation du sel. Si l’absorption d’eau moyenne (test effectué sur 10 morceaux d’enrochement) par l’enrochement n’est pas supérieure à celle de la catégorie WA0,5, qui signifie que la masse d’eau dans un élément est inférieure à 0,5 % de sa masse, l’enrochement est considéré comme :
– résistant au gel-dégel
– résistant à la cristallisation du sel
Dans le cas contraire (WA > 0,5), les essais de résistance au gel-dégel et à la cristallisation doivent être effectués.
• La résistance au gel-dégel
• La résistance à la cristallisation du sel
• Le coup de soleil
Porter le bloc d’enrochement à ébullition durant 36 h (total de 20 blocs d’enrochement). Au plus 1 des morceaux testés présente des signes de « coup de soleil » et aucun des morceaux testés en compléments, sinon l’on répète l’essai sur 20 morceaux supplémentaires. Chez les roches le « coup de soleil est marqué par des points gris/blancs en forme d’étoile, des fissures plus grandes, une fragmentation, Catégorie SBA.
Dans notre cas en particulier, [5] les principales caractéristiques exigées par le projet sont récapitulées dans le tableau suivant 2.05.
Ce tableau montre que pour produire de bons enrochements et dans les normes, il est primordial de respecter ces quelques caractéristiques des roches.

Table des matières

INTRODUCTION
Partie I : GENERALITES
CHAPITRE 1 : PRESENTATION DE LA SOCIETE ET DE LA ZONE D’ETUDES
1.1 Historique
1.2 Contexte historique de la carrière
1.2.1 Localisation
1.2.2 Géologie, relief et sols
1.2.3 Hydrographie et ressources en eau
1.2.4 Flore
1.2.5 Milieu humain
CHAPITRE 2 : ENROCHEMENTS
2.1 Définition
2.2 Classification des enrochements
2.3 Caractéristiques des enrochements
2.3.1 Caractéristiques géométriques
2.3.2 Caractéristiques physiques
2.3.3 Caractéristiques chimiques
CHAPITRE 3 : DIFFERENTES METHODES D’ABATTAGE
3.1 Abattage à l’explosif
3.2 Méthode mécanique par haveuse ou par scie diamantée
3.3 Méthode du ripage
3.4 Dragage
3.5 Exploitation marine
Partie II : ETUDE TECHNIQUE DU PROJET
CHAPITRE 4 : EXPLOSIFS ET TIR DE MINE
4.1 Généralités sur le mode de tir
4.2 Conditions de foration
4.2.1 Le diamètre du trou
4.2.2 La longueur totale du trou
4.2.3 La banquette
4.2.4 Espacement E
4.2.5 La surforation
4.2.6 Le mode de chargement
4.2.7 Le bourrage
4.3 Caractéristiques des explosifs
4.3.1 Définition
4.3.2 Mode de propagation
4.3.3 Caractéristiques de performance des explosifs
4.4 Différents types d’explosifs et d’éclateurs non explosifs
4.5 Caractéristiques de mise à feu (mécanisme d’explosion)
4.5.1 Accessoires de tir
4.5.2 L’exploseur
4.6 Différents types d’amorçage
4.6.1 Charge amorce (cartouche amorce)
4.6.2 Types d’amorçage
4.7 Conditions de sécurité
CHAPITRE 5 : ETUDE TECHNIQUE DU PROJET
5.1 Modèles prédictifs empiriques de fragmentation
5.2 Quelques suggestions pratiques à appliquer sur terrain pour la fabrication d’enrochements
Partie III : ORGANISATION DE CHANTIER ET ETUDE ENVIRONNEMENTALE
CHAPITRE 6 : AMENAGEMENT DE L’EXPLOITATION POUR LA PRODUCTION D’ENROCHEMENTS
6.1 Matériels utiles
6.1.1 Matériels utilisés à la carrière
6.1.2 Matériels utilisés à la zone de tri
6.1.3 Matériels pour le grizzly
6.1.4 Matériels utilisés pour le transport du produit
6.1.5 Matériels accessoires
6.2 Moyens humains
6.3 Rythme de travail
6.3.1 Poste de travail
6.3.2 Rythme de production
CHAPITRE 7 : APPROCHES ENVIRONNEMENTALE ET ECONOMIQUE
7.1 Impacts environnementaux et mesures d’atténuation
7.2 Cadre institutionnel et législatif de l’environnement à Madagascar
7.3 Description du cadre environnemental initial du site
7.4 Enjeux environnementaux majeurs et mesures d’atténuation
7.4.1 Impacts sur le milieu physique
7.4.2 Impact sur les valeurs sociales
7.4.3 Impacts positifs directs du projet
7.4.4 Aspects économiques du projet
7.4.5 Idées de base, objectif et stratégie
Dépenses d’investissement
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ET WEBOGRAPHIQUES
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
REFERENCES WEBOGRAPHIQUES

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