IRSST - Institut de recherche Robert-Sauvé en santé et en sécurité du travail

Essai sur le terrain du Mini Pipe Strain Meter du JNIOSH comme système d’alerte de sécurité lors des travaux en tranchée

Résumé

Les travaux en tranchée exposent les travailleurs à de nombreux risques. Le risque d'effondrement est le plus important et le plus fréquent lors de tels travaux, mais il est malheureusement très souvent sous-estimé, car même un effondrement mineur ou partiel de moins de 1 m3 de sol peut mortellement blesser un travailleur. L'analyse de 59 rapports de la Commission des normes, de l'équité, de la santé et de la sécurité du travail (CNESST) concernant des accidents graves et mortels survenus lors de travaux d'excavation et en tranchée réalisés entre juin 1973 et mai 2015 montre qu'il y a eu 51 décès et 25 accidents graves au Québec au cours de cette période. L’effondrement de parois provoque fréquemment des accidents de travail sur les chantiers de construction, et il doit être évité à tout prix. Pour ce faire, les pentes doivent être excavées à un angle sécuritaire, selon le type de sol, ou des murs de soutènement temporaires doivent être érigés pour soutenir les pentes.

Les accidents d'effondrement nous rappellent que la résistance au cisaillement des dépôts de sol naturels n'est pas uniforme et que la stabilité des tranchées varie d'un point à un autre au sein d'un dépôt. Bien que les règlements de l'Occupational Safety and Health Administration (OSHA), les règlements sur la santé et la sécurité au travail, et divers règlements provinciaux canadiens prescrivent des pentes maximales admissibles pour des excavations sécuritaires, il existe toujours un risque de glissement de terrain dans un remblai.

Des effondrements surviennent fréquemment dans le cadre de petits projets de construction, et y sont cause de décès ou de blessures graves. Bon nombre de ces décès et blessures graves pourraient être évités si les travailleurs pouvaient déceler les signes avant-coureurs d'un effondrement, et ainsi évacuer l'excavation à temps. Des études de cas révèlent que les travailleurs n'ont pas toujours le temps d'évacuer l'excavation pour l’une ou l’autre des raisons suivantes : 1) le temps écoulé entre la fin de l’excavation et la survenue d’un effondrement amène les travailleurs à mal évaluer la stabilité de la masse de sol; 2) des phénomènes de fluage surviennent avant l'effondrement; 3) les mouvements de terrain sont initialement trop faibles pour être détectés par simple observation.

De fait, un glissement de paroi est très difficile à prévoir par simple observation visuelle. Des capteurs de surveillance peuvent être utilisés pour détecter de petits mouvements dans une pente ou une paroi – indicatifs d’un risque accru d'effondrement –, et ainsi prévenir les travailleurs d’un risque imminent. Ceux-ci peuvent alors évacuer l'excavation à temps de sorte à éviter des accidents graves ou mortels. Compte tenu de l'environnement dans lequel de tels capteurs de surveillance sont temporairement utilisés sur les chantiers de construction, ils doivent être rapides à installer et faciles à utiliser.

Le Mini Pipe Strain Meter (MPSM) a précédemment été développé au National Institute of Occupational Safety and Health, Japon (JNIOSH), et testé dans leur laboratoire avec des sols japonais pour mesurer une éventuelle augmentation de la déformation de cisaillement dans le sous-sol peu profond des remblais. Une déformation accrue est indicative d’un effondrement imminent, et le MPSM émet, le cas échéant, des signaux sonores et lumineux pour prévenir les travailleurs à temps d'évacuer la tranchée.

Des essais de glissement de pente et de paroi sur un modèle à l’échelle réelle réalisés au laboratoire du JNIOSH ont montré que :

  • le MPSM avait détecté le risque de glissement de pente lors des essais;
  • de petites déformations de cisaillement à faible profondeur étaient clairement mobilisées, ce qui correspondait au développement de surfaces de glissement plus en profondeur;
  • la détection du deuxième ou du troisième fluage pourrait laisser quelques minutes aux travailleurs pour évacuer les lieux;
  • lorsque le risque de glissement de pente ou d'effondrement de paroi augmente, il n'est pas perceptible par simple observation;
  • aucune fissure et aucun mouvement de terrain n'avaient pu être observés avant glissement lors des essais;
  • le temps écoulé avant glissement dépendait du sol et des conditions d'excavation;
  • le glissement d'une pente ou l'effondrement d'une paroi peut être prédit par des mesures; par conséquent, le risque peut être détecté à l’avance.

En prévenant d'un effondrement imminent, le MPSM aide à réduire le risque de blessure par effondrement. Bref, le MPSM n'est pas un système de prévention de glissement de pente ou d'effondrement de paroi, mais une méthode de surveillance des risques. D'autres mesures de sécurité doivent être utilisées conjointement au MPSM.

Bien que le MPSM ait été développé et testé avec succès pour surveiller la stabilité des tranchées et l'effondrement des parois dans des sols types du Japon, ses performances avec d'autres types de sols demeuraient inconnues. La présente expertise visait donc à déterminer si le MPSM fonctionnerait efficacement in situ dans l'argile sensible, un sol type de la mer de Champlain et de la sous-surface de plus de 80 % du territoire habité de la province de Québec. Cette expertise a été possible grâce à la réalisation concomitante d’une étude plus étendue intitulée Classification des sols et sélection des systèmes d'étançonnement pour l'excavation des tranchées (projet de l’IRSST no 0099-5290).

Les résultats d’essai ont montré que :

  • le MPSM est facile à installer manuellement sur un site avec une clé à molette;
  • le MPSM a bien fonctionné lors des essais in situ dans l'argile type de la mer de Champlain;
  • lors des essais, le premier signal d'avertissement (D1 : feu jaune) et le deuxième signal d'avertissement (D2 : feu rouge) se sont déclenchés, indiquant un effondrement imminent; la durée du D1 a été de 22 minutes, et celle du D2, de 50 secondes;
  • le MPSM a permis de mesurer toute augmentation du risque d'effondrement durant l'excavation de la tranchée;
  • le MPSM pourrait être utilisé sur les sites québécois d'argile Champlain s'il était offert à un prix raisonnable. Il se vend actuellement environ 7000 $ US au Japon.

Le MPSM doit néanmoins faire l’objet d’essais ultérieurs avec d'autres types de sols québécois, de même que pour évaluer sa fiabilité et sa sensibilité quant à l'influence de son positionnement par rapport à une tranchée ou à une pente.

Informations complémentaires

Catégorie : Rapport de recherche
Auteur(s) :
  • André Lan
  • Bertrand Galy
  • Satoshi Tamate
  • Tomohito Hori
  • Nabutaka Hiraoka
Mis en ligne le : 31 janvier 2022
Format : Texte