CHAPITRE IX

DE L'EXÉCUTION ET DU SOUTÈNEMENT DES EXCAVATIONS DANS LES TERRAINS TRÈS-AQUIFÈRES

{ZftB) Nous avons vu, dans les chapitres précédents, les moyens d'exécution et de soutènement qui sont à la disposition du mineur, soit pour les travaux courants que comporte Texploitation des mines, soit pour divers cas spéciaux que Tingénieur peut rencontrer dans sa pratique.

Nous avons fait connaître les principales données élémentaires à Taide desquelles, en supposant qu'on ne soit pas dans des conditions exceptionnelles, Fingénieur pourra apprécier, avec plus ou moins de précision, ce que coûtera, en temps et en argent, un ouvrage déterminé.

Ces conditions exceptionnelles peuvent être : soit la nature excessivement ébouleuse du terrain, soit la grande affluence des eaux.

Dans le premier cas, c'est surtout sur le temps d'exécution que peuvent porter les mécomptes.

Dans le second cas., l'aflluence des eaux peut être telle qu'on soit jeté dans des dépenses d'épuisement considérables, équivalentes à une impossibilité finandère. 11 peut même y avoir impossibilité matéf^Uej par exemple dans l'exécution d'un puits de mine, s'il arrivait que toute la partie de la colonne du puits qui peut être réservée à l'épuisement fût encombrée de pompes ne suffisant pas encore à battre les eaux.

Le cas s'est présenté plus d'une fois dans le bassin houiller du

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nord de la France, à la traversée des morts terrains qui recouvrent la formation houillère.

(1tZ4) Les deux circonstances indiquées, la nature très-ébouleuse des terrains et la grande affluence des eaux, peuvent quelquefois exister l'une sans Fautre : ainsi Ton peut avoir à traverser des sables très-coulants, mais peu ou point aquifères. On peut, au contraire, rencontrer des roches qui soient très-fendillées et très-imprègnées d*eau, sans être difficiles à soutenir. On conçoit que ces deux circonstances soient souvent réunies, un terrain très-désagrégé pouvant être souvent, par cela même, assez perméable aux eaux.

Cette réunion accroît beaucoup les difficultés. Comme il faut, en effet, pour Texécution du travail, que le chantier soit accessible aux ouvriers, les eaux doivent ou s'écouler librement, ou être épuisées. D'une manière ou d'une autre, elles tendent à entraîner le terrain avec elles ; de sorte que la difficulté est moins d'excaver le terrain que de le retenir pour empêcher la création de vides anormaux, et par suite, les mouvements désordonnés et les pressions intenses et inégalement réparties que ces vides peuvent produire, et auxquelles il n'est pas toujours facile ni même possible de résister.

La traversée des terrains aquifères est une question qui intéresse beaucoup l'ingénieur des mines. 11 arrive souvent, en efTet, que de semblables terrains recouvrent des gisements importants et doivent être traversés pour arriver à ces gisements. Nous avons cité l'exemple des départements du Nord et du Pas-de* Calais ; on peut citer celui de l'ancien département de la Moselle, aux environs de Saint-Avold. Des difficultés, non moins considérables, se présentent dans le nordouest du bassin de Mons, dans le bassin de la Ruhr, etc., etc.. et Ton peut croire qu'à mesure que les besoins de l'industrie conduiront à rechercher de plus en plus les bassins houillers qui n'affleurent pas, la question acquerra une importance croissante.

Pendant longtemps la solution de cette question a été uniquement demandée à l'emploi du moyen connu sous le nom de cuvelage , mais, depuis un certain nombre d'années, ce moyen, tel qu'on l'employait, a été reconnu ou insuffisant, ou trop dispendieux dans des circonstances données. On tend aujourd'hui à lui substituer de

MO C!01]R8 D'EXPLOITATION DES HIBiES.

nouTeaux procédés qui semblent pouvoir être appliqués dans tous les cas, et qui constituent ainsi un progrès fort intéressant de l'art des mines.

Nous parlerons d'abord du cuvelage ordinaire ; nous ferons ressortir les points faibles ou insuffisants du procédé, et nous indiquerons ce qui a été fait, ou proposé, pour remédier à ces inconvénients.

j 1. — Du cuvelage ordinaire.

(B1S5) Le cuvelage, pratiqué depuis longtemps dans le bassm de Mons, a été introduit au dernier siècle dans le département du Nord, lors de la création des mines d'Anzin et d'Aniche ; puis il s'est étendu progressivement vers TOuest, à mesure que s'ouvraient de nouvelles exploitations, dans le Nord d'abord, puis dans le Pas-de- Calais.

On sait que le terrain houiller est recouvert, partiellement aux environs de Mous, entièrement dans le Nord et le Pas-de-Calais, par des terrains modernes, dits morts terrtUnSy qui appartiennrat au t^rain crétacé.

Des assises de craie voisines du jour sont extrêmement fissuréeset très-perméables aux eaux ; de sorte que dès qu'un puits de mine en fonçage, ou une amleresie^ atteint le niveau des puits domestiques du voisinage, ou tout au plus le niveau des vallées fort peu profondes qui sillonnent la contrée, cette avaleresse eierce sur le terrain une sorte, de drainage qui assèche tous ces puits, dans un rayon étendu qui est parfois d'un kilomètre et plus.

L'afRuence d'eau est considérable, tant qu'on est dans la craie proprement dite, au dans œ qu'on appelle les niveaux.

Grâce au nombreuses fissures qui divisent la roche, le réservoir qui fournit l'eau est, en quelque sorte, indéfini , et ce qui en limite la quantité, c'est la capacité de débit que présente TensemUe des petits canaux souterrains, qui viennent déboudier sur les parois ouvertes du puits.

Ce même terrain crétacé présente fcNrt heureusement, à sa base,

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des assises marneuses connues sous le nom de dièves, qui sont imperméables aux eaux, et en même temps assez puissantes et assez plastiques pour pouvoir suivre, sans se fissurer, les petits mouvements d'affaissement qu'amènent les exploitations inférieures.

Le procédé decuvelage, appliqué pour traverser ces terrains, consiste à garnir les parois du puits d'un revêtement étanche, qu'on pose par reprises, à mesure que Ton descend, pour réduire l'étendue des parois par lesquelles Peau est débitée dans le puits, et, par cela même, diminuer l'affluence des eaux pendant le fonçage.

Ces diverses reprises sont conduites jusque dans les assises imperméables, et les eaux sont alors complètement et définitivement retenues.

Le cuvelage sert ainsi, pendant son exécution^ pour diminuer l'affluence des eaux dans l'avaleresse ; il sert, apriê son exécution^ pour empêcher ces mêmes eaux de pénétrer dans les travaux d'exploitation inférieure.

Sans ce procédé^ les avaleresses ne pourraient pas, ordinairement, franchir les niveaux, et sans la présence des dièveSj les ruptures produites dans les terrains supérieurs, par les travaux souterrains, y amèneraient les eaux abondantes des niveaux, et rendraient bientôt toute exploitation impossible.

(ItZB) Le procédé ordinairement suivi supplique de la manière suivante :

Je suppose qu'on vienne de terminer une reprise qui est venue rejoindre une reprise supérieure. Les eaux venant des parois sont retenues, et il n'en vient plus que du fond. Ce fond est un simple puisard circulaire inscrit à l'intérieur du cuvelage.

On recommence à creuser, en s^élargissant peu à peu, de manière à soutenir la base du cuvelage par une sorte de corniche. A mesure que l'on descend l'alDuence des eaux augmente, et elle doit être enlevée par des appareils d'épuisement d'une puissance convenable, souvent de 200 chevaux et plus.

Dès qu'on est arrivé à une assise qui semble être assez solide et présenter quelque chance de retenir une partie des niveaux supérieurs, on arrête le fonçage ; on se borne à iaire dans l'axe de l'a-

SIS COURS D'ËXPLOIUTIOR DES HKNES.

valeresse un petit puisard de i mètre à l'^SO de profondeur, et Von prépare au pic, avec le plus grand soin, une banquette horizontale qui servira de base à la nouvelle reprise.

Sur cette banquette, on posera d*abord une trousse colletée^ cadre polygonal, en bois de chêne équarri, dont les pièces sont réunies par simple juxtaposition; ces pièces sont serrées contre le terrain par une série de coins qui les maintiennent dans une position invariable, exactement à l'aplomb des côtés de la reprise supérieure. On forme ainsi une base bien horizontale sur laquelle on vient poser la pièce fondamentale de la reprise, la trousse picotée.

La trousse picotée est formée de pièces de bois de chêne de premier choix, assemblées par un travail de menuiserie soigné, vérifiées sur un gabarit, et repérées au jour pour être placées dans le même ordre au fond du puits. Elles laissent à Textërieur, entre elles et le rocher, un espace vide de quelques centimètres, qu'il s'agit de bourrer de manière à former un joint imperméable.

A cet effet, on applique sur la face externe de chaque pièce une planchette en bois blanc, dite lambourde, ayant la hauteur de la pièce et 20 à 25 millimètres d'épaisseur, et derrière ces lambourdes , on bourre fortement de la mousse. Ensuite, on complète ce bourrage en enfonçant, entre les côtés du cadre et les lambourdes, d'abord deux séries de coins plats en bois blanc, les uns la tête en bas, les autres dans la position inverse, de manière à repousser les lambourdes parallèlement à elles-mêmes, et à comprimer ainsi la mousse contre le terrain. Aux coins plats succèdent les coins à tête carrée, ou picots, que l'on enfonce partout où Ton aperçoit le moindre vide ; ensuite, pour en enfoncer d'autres, on fait leur place avec une aiguille en fer di(c agrappeà picoter, que Ton chasse à grands coups de masse; <iuand les picots de bois blanc n'entrent plus, on emploie les picots en chêne, et l'on ne s'arrête que lorsque toute la masse, entre la lambourde et la pièce, est tellement serrée que l'agrappe à picoter elle-même rebondit sur la surface sans y pénétrer.

Ce travail a tellement tassé la mousse, qu'elle s'est moulée sur la surface inégale du terrain et introduite dans les moindres fissures. Elle n'est plus apparente.

On recèpe tous les picots dont les têtes dépassent la face supé-

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rieure du cadre. Si les pièces de la trousse ont pris un peu de devers sous la pression des picots» on rabote cette face supérieure pour la rétablir bien horizontale.

Sur cette première assise on en pose, s'il y a lieu , une seconde semblable, parfois une troisième et même une quatrième, selon que le terrain parait le demander pour obtenir une imperméabilité suffisante.

Au-dessus de ces trousses picotées se pose le cuvelage courant, qui se compose d'une série de cadres jointifs, assemblés avec la même précision que les trousses, mais d'une moindre épaisseur, puisqu'ils n'ont pas à résister à la pression du picotage. Derrière ces pièces, et à mesure qu'elles s'élèvent, on remblaye simplement avec de la pierraille, ou mieux avec un béton convenablement hydraulique.

Arrivé au voisinage de la reprise précédente, on fait tomber la corniche avec précaution, et on élève de nouveaux cadres jusqu'à ce qu'il n'en reste plus qu'un à poser pour former le raccord. On serre les joints de la reprise en voie d'exécution, au moyen d'un système de vis de serrage s'appuyant sous la trousse colletée ; on mesure alors avec précision Tintervalle à remplir, et l'on donne aux pièces du dernier cadre une hauteur telle qu ils entrent sans jeu sensible. On met ces pièces en place comme à l'ordinaire, en les étançonnant au besoin pour les maintenir contre la poussée de l'eau, et l'on pose la dernière pièce, qui doit fermer le polygone, en l'introduisant obliquement et la ramenant en avant à l'aide de deux tire-fonds.

Il reste à calfater les joints, tant horizontaux que verticaux, ce qui se fait à l'aide d'un ciseau qui ouvre les joints sur 25 à 30 millimètres de profondeur ; on y introduit de l'étoupe goudronnée qu'on bourre avec soin. On fait ce travail de calfatage, ou de brondissage^ d'abord sommairement de haut en bas, et ensuite, pour repasser les joints, de bas en haut.

Ce travail fait, on recommence à foncer, en élargissant le puisard à mesure que l'on descend, et on repasse par la même série d'opérations dès qu'on est arrivé à une assise permettant l'établissement d'un nouveau système de trousses picotées.

914 GODRS D'EXPLOITATION DBS MINES.

La figure 194 représente, en pian et en oonpe, les dispositions générales ci-dessus décrites.

En A se trouve représenté, sur une échelle iplus grande, le détail d'une trousse picotée.

(2S7) Ces dispositions constituent le travail courant ordinair;,. Ce travail du reste comporte quelques variantes :

l"" Souvent on pourra supprimer la trousse colletée, et poser directement sur le terrain la trousse picotée, ou le système des trousses pilotées de la nouvelle rqprise.

2"* J'ai supposé que toutes les pièces d'une même assise avaient la même hauteur.

Quelquefois, au contraire, on s'attache à les Mre de hauteurs déférentes, en donnant pour raisons que Ton fait moins de déchet au débit des bois, et que, lorsqu'une pièee vient à éclater, elle n'entraîne pas la chute des autres pièces de Taraise , qui peuvent être retenues chacune par la pièce correspondante de l'assise supérieure ou inférieure.

Je crois ces raisons insuffisantes pour motiver cette pratique, que je trouve essentiellement mauvaise. Elle ne permet pas aux diverses pièces d'un même cadre de se déplacer librement, pour venir s'appuyer exactement les unes contre les autres par toute l'étendue de leurs faces obliques ; une même face, en contact avec celles de deux pièces superposées, amène des inégalités dans la répartition des pressions, et, par conséquent, des surcharges sur les points les plus pressés.

S"" Certains praticiens établissent ce qu'ils appeUeot le renvoi des niveaux, au moyen de divers artifices dont le but est toujours de ménager, à travers les trousses picotées d'une reprise, la communication avec la reprise inférieure.

Ils cherchent à expliquer l'utilité de ce renvoi par divers raisonnements qui ne reposent, à mon avis, sur aucune notion saine et précise d'hydrostatique.

Je regarde ce renvoi des niveaux comme parfaitement inutile.

4* Pour assurer le maintien du calfatage et l'impemiéabilîté des joints, on cloue quelquefois sur tous les joints, tant faorisootaux ^ue

TRAYAHI 1M19S UES îBRRAtNS TRtS-4lQUIFÈRES. 919

iFerticaux, de légères tringles de Ikms dont l'abjet est d^empècher les ètoupes du brendissage d'être expulsées par la pression de l'eau.

Cette pratique peut ayoir des avantages.

S* On a proposé égriement de clouer k la face externe de chaque pièce, vers le bas, un couvre-joint iormé d'une bande de toile ion perméable ou de caoutchouc qui empêche la pressbn de I'cbu sur les ètoupes ou même peut rendre celles-ci inutiles.

Cette disposition semble pouvoir être assec eCfieaee.

d"" Enfin, on a quelquefois réuni les cadres les «as aux «tires au moyen de broches et de trouB se correspondant sur les faces oontiguês de deux pièces superposées; l'objet de toelte disposition est d'assurer sans tâtonnement la |>osiiion exacte des pièces à l'aplomb les unes des autres.

Cette dispositMQ est vicieuse en principe ; les cadres suporposés doivent être indépendants les uns des autres, afin que les pièces qui composent chacun d'eux puissent se comporter sous la pression de l'eau comme les voussoirs d'une voâte indépendante.

Il faut, en définitive, qu'il s'établisse dans les joints verticaux de deux cadres superposés la même pression élémentaire, et cda peut demander un petit déplacement relatif des pièces superposées, selon que ces pièces sont plus ou moins flexibles, ou bien ont eu leurs joints plus ou moins serrés au moment de la pose.

Il n^y a donc que de l'inconvénient à rendce ces pièces solidaires.

(in9) Le cuvelage exige des pièces es baîs deichêne de première qualité et sans défaut, qu'il n'est pas toujours fiwile de .se procurer.

Les premiers cuvelages, pour des puits à|i0tite sectioa, étaient carrés.

On les fait ordinairement polygonaux, à 8, 10, 12 côtés et plus. Ce nombre de côtés est d'autant plus grand que le puits a un plus grand diamètre et que le cuvelage doit desoendre fdus bas, afin de ne pas augmenter la difiicnllé de trouver les bois convenables -en s'imposant l'emploi de pièces 4rop longues.

La longueur d'un mètre ne doit pas être dépassée.

Les pièces doivent être préparées à Tavance sur un gabarit soigne et numérotées par assise et par pièce, de manière à assurer la précision dans la pose.

Les pièces, taillées et repérées avec soin sur le gabarit, doivent être conservées jusqu'à l'emploi, à l'abri du soleil, dans un endroit frais et humide, pour éviter une dessiccation qui les gauchirait ou les ferait fendre.

L'épaisseur des pièces de cuvelage peut être calculée théoriquement (voir le Cours de mécanique), et les formules montrent que cette épaisseur augmente avec le rayon du puits et avec la charge d'eau à laquelle elles sont soumises.

Au voisinage du jour on peut donner une épaisseur constante d'environ 0"',10. Puis, à mesure que la pression hydrostatique intervient dans le calcul de cette épaisseur, on augmente successivement par centimètre jusqu'à 20 ou 25 centimètres, limite fort difficile à dépasser en pratique.

C'est ainsi qu'avec les grands puits de 4 mètres et plus que Ton construit aujourd'hui, et avec les grandes hauteurs de morts terrains qu'on a abordées et qui ont été jusqu'à 160 mètres, on reconnaît qu'il est extrêmement difficile, presque impossible, de trouver, pour la partie inférieure de la colonne du puits, des bois parfaitement sains, d'un équarrissage suffisant.

Cette difficulté, qui se traduit par une cherté considérable, et d'autre part le bas prix relatif de la fonte en Angleterre, ont conduit les Anglais d'abord (et depuis lors cette pratique s'est répandue sur quelques points du continent) à remplacer les cuvelages en bois par les cuvelages en fonte.

{1tZ9) Ces cuvelages métalliques peuvent être montés sur le même système de trousse colletée et de trousses picotées que les cuvelages en bois.

Mais les trousses picotées peuvent elles-mêmes être en fonte. Elles sont alors composées de pièces formant, par leur juxtaposition, à l'extérieur un contour polygonal et à Fintèrieur un cercle ayant le diamètre du puits. Ces pièces sont creuses et ouvertes du côté de l'extérieur.