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N° d’ordre 09-ISAL-0075 Année 2009 Présentée devant L’INSTITUT NATIONAL DES SCI

N° d’ordre 09-ISAL-0075 Année 2009 Présentée devant L’INSTITUT NATIONAL DES SCIENCES APPLIQUEES DE LYON ECOLE DOCTORALE : MECANIQUE – ENERGETIQUE – GENIE CIVIL – ACOUSTIQUE (MEGA) Doctorat Génie Civil Par ECLAIRCY-CAUDRON Stéphanie MISE AU POINT D’UNE METHODOLOGIE PERMETTANT L’ADAPTATION DU CREUSEMENT ET DU SOUTENEMENT EN TRAVAUX SOUTERRAINS FONDEE SUR L’AUSCULTATION ET L’ANALYSE NUMERIQUE EN TEMPS REEL Thèse dirigée par Richard Kastner et Daniel Dias Soutenue le 20 octobre 2009 devant la commission d’examen Jury Président SHAHROUR Isam Professeur des Universités (Polytech’Lille) Rapporteur GOMES CORREIA Antonio Professeur des Universités (Minho University Portugal) Rapporteur SUBRIN Didier Ingénieur au CETU (Centre d’Etudes des tunnels) Examinateur KASTNER Richard Professeur émérite (INSA LYON) Directeur de thèse DIAS Daniel Maître de Conférences (INSA LYON) Co-directeur de thèse Cette thèse a été préparée au LGCIE-Géotechnique de l’INSA de Lyon Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2009ISAL0075/these.pdf © [S. Eclaircy-Caudron], [2012], INSA de Lyon, tous droits réservés 2009 SIGLE ECOLE DOCTORALE NOM ET COORDONNEES DU RESPONSABLE CHIMIE CHIMIE DE LYON http://sakura.cpe.fr/ED206 M. Jean Marc LANCELIN Insa : R. GOURDON M. Jean Marc LANCELIN Université Claude Bernard Lyon 1 Bât CPE 43 bd du 11 novembre 1918 69622 VILLEURBANNE Cedex Tél : 04.72.43 13 95 Fax : lancelin@hikari.cpe.fr E.E.A. ELECTRONIQUE, ELECTROTECHNIQUE, AUTOMATIQUE http://www.insa-lyon.fr/eea M. Alain NICOLAS Insa : D. BARBIER ede2a@insa-lyon.fr Secrétariat : M. LABOUNE AM. 64.43 – Fax : 64.54 M. Alain NICOLAS Ecole Centrale de Lyon Bâtiment H9 36 avenue Guy de Collongue 69134 ECULLY Tél : 04.72.18 60 97 Fax : 04 78 43 37 17 eea@ec-lyon.fr Secrétariat : M.C. HAVGOUDOUKIAN E2M2 EVOLUTION, ECOSYSTEME, MICROBIOLOGIE, MODELISATION http://biomserv.univ-lyon1.fr/E2M2 M. Jean-Pierre FLANDROIS Insa : H. CHARLES M. Jean-Pierre FLANDROIS CNRS UMR 5558 Université Claude Bernard Lyon 1 Bât G. Mendel 43 bd du 11 novembre 1918 69622 VILLEURBANNE Cédex Tél : 04.26 23 59 50 Fax 04 26 23 59 49 06 07 53 89 13 e2m2@biomserv.univ-lyon1.fr EDIIS INFORMATIQUE ET INFORMATION POUR LA SOCIETE http://ediis.univ-lyon1.fr M. Alain MILLE Secrétariat : I. BUISSON M. Alain MILLE Université Claude Bernard Lyon 1 LIRIS - EDIIS Bâtiment Nautibus 43 bd du 11 novembre 1918 69622 VILLEURBANNE Cedex Tél : 04.72. 44 82 94 Fax 04 72 44 80 53 ediis@liris.cnrs.fr - alain.mille@liris.cnrs.fr EDISS INTERDISCIPLINAIRE SCIENCES- SANTE Sec : Safia Boudjema M. Didier REVEL Insa : M. LAGARDE M. Didier REVEL Hôpital Cardiologique de Lyon Bâtiment Central 28 Avenue Doyen Lépine 69500 BRON Tél : 04.72.68 49 09 Fax :04 72 35 49 16 Didier.revel@creatis.uni-lyon1.fr Matériaux MATERIAUX DE LYON M. Jean Marc PELLETIER Secrétariat : C. BERNAVON 83.85 M. Jean Marc PELLETIER INSA de Lyon MATEIS Bâtiment Blaise Pascal 7 avenue Jean Capelle 69621 VILLEURBANNE Cédex Tél : 04.72.43 83 18 Fax 04 72 43 85 28 Jean-marc.Pelletier@insa-lyon.fr Math IF MATHEMATIQUES ET INFORMATIQUE FONDAMENTALE M. Pascal KOIRAN Insa : G. BAYADA M.Pascal KOIRAN Ecole Normale Supérieure de Lyon 46 allée d’Italie 69364 LYON Cédex 07 Tél : 04.72.72 84 81 Fax : 04 72 72 89 69 Pascal.koiran@ens-lyon.fr Secrétariat : Fatine Latif - latif@math.univ-lyon1.fr MEGA MECANIQUE, ENERGETIQUE, GENIE CIVIL, ACOUSTIQUE M. Jean Louis GUYADER Secrétariat : M. LABOUNE PM : 71.70 –Fax : 87.12 M. Jean Louis GUYADER INSA de Lyon Laboratoire de Vibrations et Acoustique Bâtiment Antoine de Saint Exupéry 25 bis avenue Jean Capelle 69621 VILLEURBANNE Cedex Tél :04.72.18.71.70 Fax : 04 72 18 87 12 mega@lva.insa-lyon.fr ScSo ScSo* M. BRAVARD Jean Paul Insa : J.Y. TOUSSAINT M. BRAVARD Jean Paul Université Lyon 2 86 rue Pasteur 69365 LYON Cedex 07 Tél : 04.78.69.72.76 Fax : 04.37.28.04.48 Jean-paul.bravard@univ-lyon2.fr *ScSo : Histoire, Geographie, Aménagement, Urbanisme, Archéologie, Science politique, Sociologie, Anthropologie Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2009ISAL0075/these.pdf © [S. Eclaircy-Caudron], [2012], INSA de Lyon, tous droits réservés Remerciements - 5 - REMERCIEMENTS Au terme de ce travail, je tiens à remercier toutes les personnes qui m’ont ac- compagnées dans ce projet, et plus particulièrement mon directeur de thèse M. Richard Kastner pour ses judicieux conseils et sa disponibilité et M. Daniel Dias, mon co-directeur de thèse, qui s’est impliqué au quotidien dans mes tra- vaux de recherche et qui m’a aidé à mener ce travail jusqu’au bout. Je tiens également à remercier M. Didier Subrin, M. Laurent Chantron et M. Adrien Saïtta, qui ont été successivement mes encadrants au sein du Centre d’Etudes des Tunnels (CETu), et M. Michel Deffayet et M. Philippe Sardin successive- ment directeur du CETu et sans qui ce travail n’aurait pu aboutir. Je les remer- cie pour leur aide et leurs conseils et pour avoir mis à ma disposition un chan- tier support. Je voudrais également exprimer ma reconnaissance à M. Philippe Pilvin et M. Lino A Costa qui ont mis à ma disposition les deux logiciels d’optimisation uti- lisés dans le cadre de cette thèse. Je remercie également les autres membres du comité de suivi de thèse mis en place, à savoir Mme Odile Vannière, M. Pascal Dubois et M. Jean-François Serratrice pour leur participation à ce travail. Un grand merci également à toutes les personnes qui ont contribué à un mo- ment ou à un autre au bon déroulement de cette thèse. Je pense particulièrement aux membres (techniques et administratifs) du Laboratoire de Génie Civil et d’Ingénierie Environnementale, au personnel du CETu, et plus précisément du pôle Géologie Géotechnique et Dimensionnement, et au personnel de la DDE du Doubs et surtout aux contrôleurs des travaux. Je voudrais également exprimer ma reconnaissance vers mes collègues, docto- rants et enseignants, pour leurs conseils, encouragements, bonne humeur et pour leur savoir vivre. Je n’oublierais pas la grande sympathie et la bonne en- tente qui ont régné au sein du laboratoire durant ces trois années passées. Ma plus grande reconnaissance s’adresse également à ma famille qui a toujours été à mes côtés pour me soutenir et m’encourager. Je présente tous mes remer- ciements à mon mari et à mes parents qui ont toujours trouvé les mots pour me réconforter et m’encourager même dans les moments les plus difficiles. Merci encore à tous. Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2009ISAL0075/these.pdf © [S. Eclaircy-Caudron], [2012], INSA de Lyon, tous droits réservés Résumé en français - 7 - RESUME Ce travail traite de la problématique de l’application de la méthode observa- tionnelle durant le creusement d’un tunnel. L’objectif de cette méthode en tra- vaux souterrains est l’optimisation du creusement, du soutènement mis en place et du coût de l’ouvrage tout en maîtrisant la sécurité. Pour cela deux outils sont couplés, les moyens de mesures et les simulations numériques. Après un rappel des principes de la méthode observationnelle et des auscultations communé- ment réalisées en travaux souterrains, un autre outil, utile à l’optimisation du dimensionnement est présenté. Il s’agit des techniques d’analyse inverse et plus particulièrement des méthodes d’optimisation. Le but du travail est d’utiliser un chantier support, le tunnel routier de Bois de Peu (Besançon, France) pour tester différentes méthodes. Après une description du chantier support, les mesures réalisées durant le creusement de ce dernier sont analysées. Les sections de mesures les plus intéressantes sont utilisées pour essayer de retrouver les conditions réelles de creusement, c'est-à-dire la qualité des terrains rencontrés et de voir par rapport aux prévisions initiales quelles auraient pu être les actions à mettre en œuvre pour optimiser. Des mo- délisations numériques sont utilisées pour prédire les déplacements. Une ré- flexion est menée pour proposer une démarche d’application de la méthode ob- servationnelle sur ce chantier test. La réflexion montre le besoin de coupler des modélisations numériques à des logiciels d’optimisation pour évaluer, à partir des mesures réalisées, les paramètres du terrain réellement rencontrés. Des re- présentations graphiques tracées à partir d’études paramétriques permettent de déterminer le scénario dans lequel l’ouvrage se situe et de décider d’une éven- tuelle adaptation. Finalement, cette étude permet de montrer les difficultés rencontrées pour mettre en place une démarche de méthode observationnelle pendant le creuse- ment d’un tunnel. Les limites de la démarche d’application proposée sont mises en évidence. Il ressort également de ce travail que l’utilisation des techniques d’analyses in- verses nécessite d’être extrêmement prudent et que la redondance et la variété des mesures sont obligatoires dans un tel contexte. En effet, il est mis en exergue qu’avec seulement les mesures traditionnellement réalisées en travaux souterrains, les techniques d’optimisation testées ne permettent l’identification que de quelques paramètres. Ce travail montre quelles sont les mesures nécessaires en fonction des moyens disponibles (type de techniques d’optimisation, types de modélisations : 2D ou 3D et type de traitement : temps réel ou non) et laisse apparaître les perspec- tives d’utilisation de la méthode observationnelle en travaux souterrains. Mots clés : Tunnels, méthode observationnelle, analyse inverse, méthode d’optimisation, modélisation numérique, auscultations Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2009ISAL0075/these.pdf © [S. Eclaircy-Caudron], [2012], INSA de Lyon, tous droits réservés Résumé en anglais - 8 - ABSTRACT Development of a methodology allowing the adaptation of the digging and the support in underground works based on measurements and numerical analysis in real time This work deals with the problem of applying the observational method during the construction of a tunnel. The objective is the uploads/Geographie/ th-0.pdf