Géologie de l'ingénieur

La géologie de l'ingénieur est l'application de la géologie à l'étude d'ingénierie dans le but de garantir que les facteurs géologiques concernant l'emplacement, la conception, la construction, l'exploitation et la maintenance des ouvrages d'ingénierie sont reconnus et pris en compte. Les géologues ingénieurs fournissent des recommandations, des analyses et des conceptions géologiques et géotechniques associées au développement humain et à divers types de structures. Le domaine du géologue ingénieur se situe essentiellement dans le domaine des interactions terre-structure, ou de l'étude de la façon dont la terre ou les processus terrestres impactent les structures construites par l'homme et les activités humaines.

Les études de géologie de l'ingénieur peuvent être réalisées pendant les phases de planification, d'analyse d'impact environnemental, de conception d'ingénierie civile ou structurelle, d'ingénierie de la valeur et de construction de projets de travaux publics et privés, et pendant les phases post-construction et médico-légales des projets. Les travaux réalisés par les géologues ingénieurs comprennent : l'évaluation des risques géologiques , la géotechnique , les propriétés des matériaux, les glissements de terrain et la stabilité des pentes, l'érosion , les inondations , l'assèchement et les enquêtes sismiques , etc. Les études de géologie de l'ingénieur sont effectuées par un géologue ou un géologue ingénieur qui est instruit, formé et a acquis de l'expérience liée à la reconnaissance et à l'interprétation des processus naturels, à la compréhension de la façon dont ces processus impactent les structures construites par l'homme (et vice versa), et à la connaissance des méthodes permettant d'atténuer les risques résultant de conditions naturelles ou artificielles défavorables. L'objectif principal du géologue ingénieur est la protection de la vie et des biens contre les dommages causés par diverses conditions géologiques.

La pratique de la géologie de l'ingénieur est également très étroitement liée à la pratique de l'ingénierie géologique et de l'ingénierie géotechnique . S'il existe une différence dans le contenu des disciplines, elle réside principalement dans la formation ou l'expérience du praticien.

Bien que l'étude de la géologie existe depuis des siècles, du moins sous sa forme moderne, la science et la pratique de la géologie de l'ingénieur n'ont commencé à être reconnues comme discipline qu'à la fin du XIXe et au début du XXe siècle. Le premier livre intitulé Engineering Geology a été publié en 1880 par William Penning. Au début du XXe siècle, Charles Peter Berkey , un géologue de formation américaine considéré comme le premier géologue ingénieur américain , a travaillé sur plusieurs projets d'approvisionnement en eau pour la ville de New York, puis a travaillé plus tard sur le barrage Hoover et une multitude d'autres projets d'ingénierie. Le premier manuel américain de géologie de l'ingénieur a été écrit en 1914 par Ries et Watson. En 1921, Reginald W. Brock , le premier doyen des sciences appliquées de l' Université de Colombie-Britannique , a lancé les premiers programmes de premier et de deuxième cycle en génie géologique, notant que les étudiants ayant une base en ingénierie faisaient des géologues praticiens de premier ordre. En 1925, Karl Terzaghi , un ingénieur et géologue autrichien de formation, a publié le premier texte sur la mécanique des sols (en allemand). Terzaghi est connu comme le père de la mécanique des sols, mais il s'intéressait également beaucoup à la géologie ; il considérait la mécanique des sols comme une sous-discipline de la géologie de l'ingénieur. En 1929, Terzaghi, avec Redlich et Kampe, a publié son propre texte sur la géologie de l'ingénieur (également en allemand). La géologie de l'ingénieur désigne les différents types de roches.

Le besoin de géologues pour les travaux d'ingénierie a attiré l'attention du monde entier en 1928, avec la rupture du barrage de St. Francis en Californie et la mort de 426 personnes. D'autres échecs d'ingénierie qui se sont produits les années suivantes ont également entraîné la nécessité de faire appel à des géologues ingénieurs pour travailler sur de grands projets d'ingénierie.

En 1951, l'une des premières définitions du « géologue ingénieur » ou du « géologue ingénieur professionnel » a été fournie par le Comité exécutif de la Division de géologie de l'ingénieur de la Geological Society of America .

L'un des rôles les plus importants d'un géologue ingénieur est l'interprétation des reliefs et des processus terrestres afin d'identifier les risques géologiques potentiels et les risques d'origine humaine qui peuvent avoir un impact important sur les structures civiles et le développement humain. La formation en géologie permet au géologue ingénieur de comprendre le fonctionnement de la terre, ce qui est essentiel pour minimiser les risques liés à la terre. La plupart des géologues ingénieurs ont également des diplômes d'études supérieures où ils ont acquis une formation spécialisée en mécanique des sols , mécanique des roches , géotechnique , eaux souterraines , hydrologie et conception civile. Ces deux aspects de la formation des géologues ingénieurs leur confèrent une capacité unique à comprendre et à atténuer les risques associés aux interactions terre-structure.

Des investigations et études en géologie de l'ingénieur peuvent être réalisées :

• pour les développements résidentiels, commerciaux et industriels;
• pour les installations gouvernementales et militaires ;
• pour des travaux publics tels qu'un système de drainage des eaux pluviales, une centrale électrique , une éolienne , une ligne de transmission , une station d'épuration des eaux usées , une station de traitement des eaux , un pipeline ( aqueduc , égout , émissaire ), un tunnel , une construction sans tranchée , un canal , un barrage , un réservoir , une fondation de bâtiment, une voie ferrée , un transport en commun , une autoroute , un pont , une modernisation sismique , un aéroport et un parc ;
• pour les aménagements de mines et de carrières , les barrages à résidus miniers, la remise en état des mines et le creusement de tunnels miniers ;
• pour les programmes de restauration des zones humides et des habitats ;
• pour les sites d’assainissement de déchets dangereux gouvernementaux, commerciaux ou industriels ;
• pour l'ingénierie côtière , la reconstitution du sable , la stabilité des falaises ou des falaises maritimes , l'aménagement des ports , des jetées et du front de mer ;
• pour émissaire offshore , plate-forme de forage et pipeline sous-marin , câble sous-marin ; et
• pour d’autres types d’installations.

Les risques géologiques typiques ou autres conditions défavorables évalués et atténués par un géologue ingénieur comprennent :

• rupture de faille sur des failles sismiquement actives ;
• risques sismiques et sismiques (secousses telluriques, liquéfaction , tangage, propagation latérale, tsunami et seiche ) ;
• risques de glissement de terrain , de coulée de boue , d’éboulement , de coulée de débris et d’avalanche ;
• pentes instables et stabilité des pentes ;
• érosion ;
• affaissement et soulèvement des formations géologiques, tels que le soulèvement dû au gel ;
• affaissement du sol (par exemple en raison du retrait des eaux souterraines , de l’effondrement d’un gouffre , de l’effondrement d’une grotte , de la décomposition des sols organiques et du mouvement tectonique ) ;
• risques volcaniques ( éruptions volcaniques , sources chaudes , coulées pyroclastiques , coulées de débris , avalanches de débris , émissions de gaz volcaniques , tremblements de terre volcaniques ) ;
• roche non déchirable ou peu déchirable nécessitant un déchiquetage ou un dynamitage important ;
• sols fragiles et affaissés, défaillances des fondations ;
• eaux souterraines peu profondes/infiltrations; et
• d’autres types de contraintes géologiques.

Un géologue ou un géophysicien ingénieur peut être appelé à évaluer l' excavabilité (c'est-à-dire la déchirabilité ) des matériaux terrestres (roches) afin d'évaluer la nécessité d'un pré- dynamitage pendant les travaux de terrassement, ainsi que les impacts associés dus aux vibrations pendant le dynamitage sur les projets.

La mécanique des sols est une discipline qui applique les principes de la mécanique de l'ingénieur, par exemple la cinématique, la dynamique, la mécanique des fluides et la mécanique des matériaux, pour prédire le comportement mécanique des sols. La mécanique des roches est la science théorique et appliquée du comportement mécanique des roches et des masses rocheuses ; c'est la branche de la mécanique qui s'intéresse à la réponse des roches et des masses rocheuses aux champs de force de leur environnement physique. Les processus fondamentaux sont tous liés au comportement des milieux poreux. Ensemble, la mécanique des sols et des roches constitue la base de la résolution de nombreux problèmes de géologie de l'ingénieur.

Les méthodes utilisées par les ingénieurs géologues dans leurs études comprennent

• cartographie géologique des structures géologiques, des formations géologiques, des unités pédologiques et des dangers;
• l'examen de la littérature géologique, des cartes géologiques, des rapports géotechniques, des plans d'ingénierie, des rapports environnementaux , des photographies aériennes stéréoscopiques , des données de télédétection , des données du système de positionnement global (GPS), des cartes topographiques et de l'imagerie satellite ;
• l'excavation, l'échantillonnage et la diagraphie de matériaux terrestres et rocheux dans des forages, des puits d'essai et des tranchées de pelle rétrocaveuse, des tranchées de faille et des fosses de bulldozer ;
• levés géophysiques (tels que les relevés de sismique réfraction , les relevés de résistivité , les relevés par radar à pénétration de sol (GPR), les relevés par magnétomètre , les relevés électromagnétiques , le profilage du sous-sol à haute résolution et d’autres méthodes géophysiques);
• surveillance de la déformation en tant que mesure et suivi systématiques de la modification de la forme ou des dimensions d'un objet résultant de l'application d'une contrainte à celui-ci, manuellement ou à l'aide d'un système de surveillance automatique de la déformation ; et
• autres méthodes.

Le travail sur le terrain se termine généralement par l'analyse des données et la préparation d'un rapport d'ingénierie géologique, d'un rapport géotechnique ou d'un cahier des charges, d'un rapport sur les risques de failles ou les risques sismiques, d'un rapport géophysique, d'un rapport sur les ressources en eaux souterraines ou d'un rapport hydrogéologique . Le rapport d'ingénierie géologique peut également être préparé en conjonction avec un rapport géotechnique, mais fournit généralement les mêmes recommandations d'analyse géotechnique et de conception que celles présentées dans un rapport géotechnique. Un rapport d'ingénierie géologique décrit les objectifs, la méthodologie, les références citées, les tests effectués, les conclusions et les recommandations pour le développement et la conception détaillée des travaux d'ingénierie. Les géologues ingénieurs fournissent également des données géologiques sur des cartes topographiques, des photographies aériennes, des cartes géologiques, des cartes du Système d'information géographique (SIG) ou d'autres bases de cartes.