Fabrication de capteurs de déplacements pour les tunnels et les ouvrages souterrains

Abstract

الملخص بالعربية تهدف هذه المذكرة إلى دراسة سلوك التربة والإنشاءات المحيطة أثناء حفر الأنفاق والمنشآت تحت الأرض، مع التركيز على التشوهات الناتجة عن عمليات الحفر وضرورة مراقبتها باستخدام وسائل المراقبة الحديثة .يتناول الفصل الأول عرض حالة لطرق حفر الأنفاق، سواء التقليدية مثل الطريقة النمساوية الجديدة ) (NATMأو الميكانيكية باستخدام آلات الحفر) (Slurry Shield ،EPB ، TBMمع تحليل آليات التفاعل بين التربة والنفق، وأنواع التشوهات مثل التقارب، الهبوطات السطحية، والحركات الجانبية، إضافة إلى العوامل المؤثرة عليها والنماذج التحليلية والعددية المستعملة في التنبؤ بها .يركز الفصل الثاني على مراقبة الأنفاق، من خلال عرض أهداف المراقبة الجيوتقنية، وطرق القياس المختلفة مثل الأجهزة الميدانية، القياسات الطبوغرافية، وأنظمة المراقبة الآلية في الزمن الحقيقي، مع التطرق إلى المعايير والتنظيمات التقنية والتحديات التشغيلية .أما الفصل الثالث فيُخصص لـ تصنيع وتوصيف حساسات الإزاحة الجيوتقنية، حيث يتم شرح مبادئ عمل الحساسات، اختيار المواد، تقنيات التصنيع، طرق المعايرة، والصعوبات المرتبطة بالعمل تحت الأرض من حيث الرطوبة، الضغط، والاهتزازات .وتخلص هذه المذكرة إلى أن الدمج بين النمذجة الجيوتقنية و المراقبة الدقيقة باستخدام حساسات موثوقة يعد عنصرا أساسيا لضمان سلامة وديمومة الأنفاق والمنشآت الجوفية. Résumé en français Ce mémoire porte sur l’étude du comportement géotechnique des sols et des ouvrages souterrains lors du creusement des tunnels, en mettant l’accent sur les déformations induites et la nécessité d’une auscultation rigoureuse pour assurer la sécurité et la durabilité des structures. Le premier chapitre présente un état de l’art des méthodes de construction des tunnels, incluant les méthodes traditionnelles (NATM, tranchée couverte) et mécanisées (TBM, EPB, SlurryShield). Il analyse les mécanismes d’interaction sol–tunnel, les différents types de déformations (convergence, tassements de surface, déplacements latéraux), ainsi que les facteurs influençant ces phénomènes et les modèles empiriques et numériques utilisés pour leur prédiction. Le deuxième chapitre est consacré à l’auscultation des tunnels, en décrivant les objectifs de la surveillance géotechnique, les méthodes in situ et topographiques, les systèmes de monitoring automatisés, ainsi que les normes applicables et les enjeux techniques liés à la précision, à la fiabilité et à la gestion des données. Le troisième chapitre traite de la fabrication et de la caractérisation des capteurs géotechniques de déplacement, en détaillant lesprincipes physiques, le choix des matériaux, les procédés de fabrication, les méthodes d’étalonnage et les contraintes de déploiement en milieu souterrain. En conclusion, ce travail met en évidence l’importance de l’instrumentation intelligente et de la surveillance continue comme outils indispensables pour la maîtrise des risques et l’optimisation des projets de tunnels et d’ouvrages souterrains. Abstract in English This thesis focuses on the geotechnical behavior of soils and underground structures during tunnel excavation, with particular emphasis on induced deformations and the importance of systematic monitoring to ensure structural safety and long-term performance. The first chapter presents a state-of-the-art review of tunnel construction methods, including traditional techniques (NATM, cut-and-cover) and mechanized methods (TBM, EPB, slurry shield). It analyzes soil–tunnel interaction mechanisms, different types of ground movements such as tunnel convergence, surface settlements, and lateral displacements, as well as the main influencing factors and empirical and numerical models used for deformation prediction. The second chapter addresses tunnel instrumentation and monitoring, describing the objectives of geotechnical monitoring, in-situ and topographic measurement techniques, automated real-time monitoring systems, and the applicable standards and technical challenges related to data accuracy and reliability. The third chapter is dedicated to the manufacturing and characterization of geotechnical displacement sensors, detailing their operating principles, material selection, fabrication processes, calibration methods, and the constraints associated with underground environments such as humidity, pressure, and vibrations. The study concludes that the integration of reliable sensors with advanced monitoring systems is essential for effective risk management and the sustainable design of tunnels and underground structures