QCM : Roches : propriétés et essais (22 questions)

Question 1

1. Laquelle décrit le mieux une roche ?

Un matériau naturel solide formé d’un assemblage de minéraux

Un liquide naturel contenant des éléments minéraux dissous

Un cristal isolé constitué d’un seul élément chimique

Une substance solide à formule chimique définie et généralement cristallisée

Explication

Une roche est un matériau naturel solide constitué d’un assemblage de minéraux, auquel peuvent s’ajouter des fossiles ou des fragments d’autres roches. Une substance à formule chimique définie correspond plutôt à la définition d’un minéral.

Answer

Un matériau naturel solide formé d’un assemblage de minéraux

Question 2

2. Quelle propriété permet de distinguer un minéral d’une roche ?

Le minéral possède une formule chimique définie, tandis que la roche est un assemblage

Le minéral contient plusieurs roches associées, tandis que la roche forme un cristal homogène

Le minéral est toujours transparent, tandis que la roche est généralement opaque

Le minéral se forme à la surface, tandis que la roche se forme en profondeur

Explication

Un minéral est une substance solide caractérisée par une formule chimique définie, alors qu’une roche résulte de l’association de plusieurs constituants. La transparence et le lieu de formation ne permettent pas de distinguer systématiquement ces deux notions.

Answer

Le minéral possède une formule chimique définie, tandis que la roche est un assemblage

Question 3

3. Pourquoi une roche peut-elle être qualifiée d’hétérogène, discontinue et anisotrope ?

Parce qu’elle possède une composition uniforme, compacte et identique dans toutes les directions

Parce qu’elle contient de l’eau, du carbone et des cristaux de taille constante

Parce qu’elle est formée en surface, puis enfouie avant de se fissurer

Parce que ses grains, ses pores et l’orientation de ses structures varient

Explication

La diversité des grains rend la roche hétérogène, ses pores et fissures la rendent discontinue, et l’orientation des cristaux ou des fissures la rend anisotrope. Une composition uniforme et des propriétés identiques dans toutes les directions décriraient plutôt un matériau homogène et isotrope.

Answer

Parce que ses grains, ses pores et l’orientation de ses structures varient

Question 4

4. Quelles sont les trois grandes familles de roches ?

Les roches cristallines, poreuses et volcaniques

Les roches magmatiques, métamorphiques et sédimentaires

Les roches profondes, superficielles et détritiques

Les roches silicatées, carbonatées et métalliques

Explication

La classification générale distingue les roches magmatiques, métamorphiques et sédimentaires. Les autres ensembles proposés regroupent des propriétés ou des compositions qui ne constituent pas les trois grandes familles.

Answer

Les roches magmatiques, métamorphiques et sédimentaires

Question 5

5. Une roche présente des cristaux visibles et s’est formée par refroidissement lent en profondeur. De quel type s’agit-il ?

Une roche métamorphique

Une roche sédimentaire

Une roche effusive

Une roche plutonique

Explication

Une roche plutonique se solidifie en profondeur lors d’un refroidissement lent, ce qui laisse le temps aux cristaux de devenir visibles. Une roche effusive se solidifie en surface plus rapidement et possède des cristaux invisibles à l’œil nu.

Answer

Une roche plutonique

Question 6

6. Dans quelle situation une roche métamorphique se forme-t-elle ?

Un magma se refroidit et se solidifie après avoir atteint la surface terrestre

Des cristaux se dissolvent dans l’eau puis précipitent sous forme de magma

Des particules se déposent en couches à la surface ou au fond de l’eau

Une roche préexistante se transforme à l’état solide sous l’effet de variations de température ou de pression

Explication

Une roche métamorphique provient de la transformation à l’état solide d’une roche préexistante, sous l’effet d’une forte variation de température et/ou de pression. La solidification d’un magma décrit la formation d’une roche magmatique.

Answer

Une roche préexistante se transforme à l’état solide sous l’effet de variations de température ou de pression

Question 7

7. Comment une roche sédimentaire se forme-t-elle généralement ?

Par transformation d’une roche solide soumise à une forte pression

Par dépôt de matériaux en couches à la surface de la Terre ou au fond de l’eau

Par cristallisation lente d’un magma dans les profondeurs de la Terre

Par refroidissement très rapide d’un magma en produisant un verre

Explication

Une roche sédimentaire se forme à la surface de la Terre par dépôt en couches initialement sub-horizontales, sur le sol ou au fond de l’eau. La cristallisation d’un magma et la transformation à l’état solide correspondent à d’autres modes de formation.

Answer

Par dépôt de matériaux en couches à la surface de la Terre ou au fond de l’eau

Question 8

8. Quel mécanisme décrit l’hydrolyse des silicates par l’eau ?

Le dioxyde de carbone précipite directement les silicates sous forme de cristaux

Les ions hydrogène détruisent le réseau silicaté en déplaçant les cations métalliques

Les ions hydroxyde assemblent les grains en couches sédimentaires compactes

L’eau transporte mécaniquement des fragments sans modifier les minéraux

Explication

Lors de l’hydrolyse, les ions hydrogène attaquent les réseaux silicatés et déplacent les cations métalliques, qui se recombinent avec les ions hydroxyde. Le transport mécanique et la désagrégation relèvent plutôt de l’érosion.

Answer

Les ions hydrogène détruisent le réseau silicaté en déplaçant les cations métalliques

Question 9

9. Quelles sont les caractéristiques de l’eau pure à température ordinaire ?

Elle contient environ

10^{-3}

moles par litre d’ions hydrogène et son pH vaut 3

Elle contient environ

10^{-14}

moles par litre d’ions hydrogène et son pH vaut 14

Elle contient environ

10^{-7}

moles par litre d’ions hydrogène et son pH vaut 7

Elle contient environ

10^{-7}

moles par litre d’ions hydrogène et son pH vaut 1

Explication

À température ordinaire, l’eau pure contient environ $10^{-7}$ moles par litre d’ions hydrogène et possède un pH neutre égal à 7. Un pH de 3 ou de 1 correspondrait à une eau acide, tandis qu’un pH de 14 correspondrait à une solution très basique.

Answer

Elle contient environ $$10^{-7}$$ moles par litre d’ions hydrogène et son pH vaut 7

Question 10

10. Un échantillon possède une masse de 240 g et un volume total de 100 cm³ ; quelle est sa masse volumique naturelle ?

140 g/cm³

2,4 g/cm³

240 g/cm³

0,42 g/cm³

Explication

La masse volumique naturelle se calcule par $\rho=\frac{m}{V}$ , donc $\rho=\frac{240}{100}=2,4\ \text{g/cm}^3$ . La masse sèche et le volume des grains correspondent à d’autres définitions de masse volumique.

Answer

2,4 g/cm³

Question 11

11. Dans un matériau poreux, quelle grandeur représente la fraction des vides effectivement occupée par l’eau ?

Le degré de saturation

La teneur en eau pondérale

La porosité

La masse volumique sèche

Explication

Le degré de saturation est défini par $S_r=100\frac{V_w}{V_V}$ et mesure la part des vides remplie d’eau. La porosité décrit, quant à elle, la proportion de vides dans le volume total.

Answer

Le degré de saturation

Question 12

12. Quelle distinction entre perméabilité intrinsèque et conductivité hydraulique est correcte ?

La perméabilité s’exprime en m², tandis que la conductivité s’exprime en m/s.

La perméabilité s’exprime en m/s, tandis que la conductivité s’exprime en m².

Les deux grandeurs s’expriment en m/s et décrivent la porosité.

Les deux grandeurs s’expriment en m² et dépendent du fluide.

Explication

La perméabilité intrinsèque $k$ caractérise la résistance de la matrice solide et s’exprime en m², alors que la conductivité hydraulique $K$ dépend aussi du fluide et s’exprime en m/s. Les autres réponses inversent les unités ou confondent ces grandeurs avec la porosité.

Answer

La perméabilité s’exprime en m², tandis que la conductivité s’exprime en m/s.

Question 13

13. Pour un fluide de masse volumique $\rho$ , de viscosité $\mu$ , et sous une accélération de la pesanteur $g$ , comment calculer la perméabilité intrinsèque à partir de la conductivité hydraulique $K$ ?

k=\frac{K\mu}{\rho g}

k=\frac{K\rho g}{\mu}

k=\frac{\rho g\mu}{K}

k=K\rho\mu g

Explication

La relation entre les deux propriétés est $k=\frac{K\mu}{\rho g}$ . Multiplier par $\rho g$ ou inverser $K$ ne respecte pas cette relation et conduit à une dépendance incorrecte vis-à-vis du fluide.

Answer

$$k=\frac{K\mu}{\rho g}$$

Question 14

14. Un matériau isotrope possède un coefficient de dilatation linéaire $\alpha$ et subit une variation de température $\Delta T$ ; quelle approximation décrit sa dilatation volumique ?

\frac{\Delta V}{V}\approx\alpha\Delta T

\frac{\Delta V}{V}\approx\frac{\alpha}{3\Delta T}

\frac{\Delta V}{V}\approx3\alpha+\Delta T

\frac{\Delta V}{V}\approx3\alpha\Delta T

Explication

Pour une dilatation isotrope, les trois directions contribuent, ce qui donne approximativement $\frac{\Delta V}{V}\approx3\alpha\Delta T$ . L’expression sans facteur trois correspond à la dilatation linéaire, pas à la variation de volume.

Answer

$$\frac{\Delta V}{V}\approx3\alpha\Delta T$$

Question 15

15. Quelle interprétation est correcte lorsqu’une roche présente une vitesse élevée des ondes P et une propagation difficile des ondes S dans un milieu fluide ?

Les ondes P sont des ondes de cisaillement, tandis que les ondes S sont des ondes de compression.

Les deux types d’ondes sont des ondes de compression sensibles de la même manière aux fluides.

Les ondes P suggèrent une matrice saine, tandis que les ondes S sont gênées par les fluides.

Les ondes P indiquent une forte saturation, tandis que les ondes S évaluent surtout la matrice solide.

Explication

Les ondes P sont compressives et une vitesse élevée traduit généralement une matrice rocheuse plus saine ; les ondes S sont des ondes de cisaillement qui se propagent mal dans les fluides. La confusion fréquente consiste à attribuer aux ondes P le rôle principal dans l’évaluation de la saturation.

Answer

Les ondes P suggèrent une matrice saine, tandis que les ondes S sont gênées par les fluides.

Question 16

16. Quelles expressions donnent le coefficient de Poisson dynamique et le module dynamique à partir de $V_p$ , $V_s$ et de la masse volumique $\rho$ ?

\nu=\frac{V_p-V_s}{V_p+V_s}

et

E=2\rho V_s(1-\nu)

\nu=\frac{V_s^2-2V_p^2}{2(V_s^2-V_p^2)}

et

E=2\rho V_p^2(1+\nu)

\nu=\frac{V_p^2-2V_s^2}{2(V_p^2-V_s^2)}

et

E=2\rho V_s^2(1+\nu)

\nu=\frac{V_p^2+2V_s^2}{2(V_p^2+V_s^2)}

et

E=\rho V_s(1+\nu)

Explication

Le coefficient de Poisson dynamique suit $\nu=\frac{V_p^2-2V_s^2}{2(V_p^2-V_s^2)}$ , puis le module dynamique vaut $E=2\rho V_s^2(1+\nu)$ . Les autres expressions permutent les vitesses, modifient les signes ou omettent le carré requis pour le module.

Answer

$$\nu=\frac{V_p^2-2V_s^2}{2(V_p^2-V_s^2)}$$ et $$E=2\rho V_s^2(1+\nu)$$

Question 17

17. Quelle distinction décrit correctement le comportement ductile et le comportement fragile d’une roche ?

Le comportement ductile produit une rupture localisée, tandis que le comportement fragile accumule de grandes déformations permanentes.

Le comportement ductile apparaît sous faible pression, tandis que le comportement fragile apparaît sous forte température.

Le comportement ductile accumule des déformations permanentes, tandis que le comportement fragile produit une rupture avec peu de déformation.

Le comportement ductile dépend d’une contrainte constante, tandis que le comportement fragile dépend d’une déformation constante.

Explication

Une roche ductile peut subir une déformation plastique importante avant la rupture, alors qu’une roche fragile se rompt par propagation localisée avec peu de déformation. Confondre l’accumulation de déformations permanentes avec la rupture fragile inverse les deux comportements.

Answer

Le comportement ductile accumule des déformations permanentes, tandis que le comportement fragile produit une rupture avec peu de déformation.

Question 18

18. Dans quelle situation le comportement d’une roche est-il généralement le plus ductile ?

Dans une excavation superficielle, où les contraintes de confinement diminuent.

Près de la surface, où la roche est faiblement confinée.

À grande profondeur, où la pression de confinement est élevée.

Dans un tunnel proche de la surface, soumis à une rupture localisée.

Explication

La profondeur augmente généralement le confinement, ce qui favorise la déformation ductile des roches. À la surface, le faible confinement rend au contraire le comportement plutôt fragile.

Answer

À grande profondeur, où la pression de confinement est élevée.

Question 19

19. Une éprouvette de section $A=0{,}005\ \text{m}^2$ se rompt sous une force $F_{rupture}=150\ \text{kN}$ . Quelle est sa contrainte à la rupture en compression simple ?

0{,}033\ \text{MPa}

3\ \text{MPa}

30\ \text{MPa}

750\ \text{MPa}

Explication

La contrainte se calcule avec $\sigma_c=\frac{F_{rupture}}{A}$ , soit $\frac{150\,000}{0{,}005}=30\,000\,000\ \text{Pa}=30\ \text{MPa}$ . Multiplier la force par la section, au lieu de la diviser, conduit à une valeur incorrecte.

Answer

$$30\ \text{MPa}$$

Question 20

20. Quelle procédure caractérise un essai de compression simple sur une éprouvette cylindrique ?

Appliquer une pression latérale croissante avant de supprimer la charge axiale.

Maintenir une contrainte axiale constante et mesurer la déformation au cours du temps.

Appliquer une contrainte axiale croissante jusqu’à la rupture de l’éprouvette.

Soumettre l’éprouvette à une traction diamétrale afin de provoquer son fendage.

Explication

L’essai de compression simple augmente progressivement la contrainte axiale jusqu’à la rupture de l’éprouvette. L’application d’une pression latérale correspond à un dispositif triaxial, tandis que la traction diamétrale caractérise l’essai brésilien.

Answer

Appliquer une contrainte axiale croissante jusqu’à la rupture de l’éprouvette.

Question 21

21. Quel essai permet d’estimer la résistance à la traction par fendage d’une roche à partir de la force maximale, du diamètre et de la hauteur de l’éprouvette ?

L’essai de compression simple, avec

\sigma_{tb}=\frac{F_{max}}{A}

L’essai de fluage, avec

\sigma_{tb}=\frac{2DH}{\pi F_{max}}

L’essai triaxial, avec

\sigma_{tb}=\frac{F_{max}}{DH}

L’essai brésilien, avec

\sigma_{tb}=\frac{2F_{max}}{\pi DH}

Explication

L’essai brésilien provoque une rupture par traction indirecte et utilise la relation $\sigma_{tb}=\frac{2F_{max}}{\pi DH}$ . La compression simple mesure une résistance sous charge axiale, tandis que l’essai triaxial impose en plus un confinement.

Answer

L’essai brésilien, avec $$\sigma_{tb}=\frac{2F_{max}}{\pi DH}$$

Question 22

22. Quelle différence distingue le fluage de la relaxation dans le comportement mécanique des roches ?

Le fluage impose un confinement constant, tandis que la relaxation impose une contrainte axiale croissante.

Le fluage mesure une rupture sous traction, tandis que la relaxation mesure une rupture sous compression axiale.

Le fluage suit les contraintes sous déformation constante, tandis que la relaxation suit les déformations sous charge constante.

Le fluage suit les déformations sous charge constante, tandis que la relaxation suit les contraintes sous déformation constante.

Explication

Le fluage décrit l’évolution de la déformation lorsque la charge reste constante, alors que la relaxation décrit l’évolution de la contrainte lorsque la déformation reste constante. Les deux notions ne se distinguent donc pas par le type de rupture ou par le confinement imposé.

Answer

Le fluage suit les déformations sous charge constante, tandis que la relaxation suit les contraintes sous déformation constante.

QCM : Roches : propriétés et essais (22 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Laquelle décrit le mieux une roche ?

2. Quelle propriété permet de distinguer un minéral d’une roche ?

3. Pourquoi une roche peut-elle être qualifiée d’hétérogène, discontinue et anisotrope ?

4. Quelles sont les trois grandes familles de roches ?

5. Une roche présente des cristaux visibles et s’est formée par refroidissement lent en profondeur. De quel type s’agit-il ?

6. Dans quelle situation une roche métamorphique se forme-t-elle ?

7. Comment une roche sédimentaire se forme-t-elle généralement ?

8. Quel mécanisme décrit l’hydrolyse des silicates par l’eau ?

9. Quelles sont les caractéristiques de l’eau pure à température ordinaire ?

10. Un échantillon possède une masse de 240 g et un volume total de 100 cm³ ; quelle est sa masse volumique naturelle ?

11. Dans un matériau poreux, quelle grandeur représente la fraction des vides effectivement occupée par l’eau ?

12. Quelle distinction entre perméabilité intrinsèque et conductivité hydraulique est correcte ?

13. Pour un fluide de masse volumique $\rho$ , de viscosité $\mu$ , et sous une accélération de la pesanteur $g$ , comment calculer la perméabilité intrinsèque à partir de la conductivité hydraulique $K$ ?

14. Un matériau isotrope possède un coefficient de dilatation linéaire $\alpha$ et subit une variation de température $\Delta T$ ; quelle approximation décrit sa dilatation volumique ?

15. Quelle interprétation est correcte lorsqu’une roche présente une vitesse élevée des ondes P et une propagation difficile des ondes S dans un milieu fluide ?

16. Quelles expressions donnent le coefficient de Poisson dynamique et le module dynamique à partir de $V_p$ , $V_s$ et de la masse volumique $\rho$ ?

17. Quelle distinction décrit correctement le comportement ductile et le comportement fragile d’une roche ?

18. Dans quelle situation le comportement d’une roche est-il généralement le plus ductile ?

19. Une éprouvette de section $A=0{,}005\ \text{m}^2$ se rompt sous une force $F_{rupture}=150\ \text{kN}$ . Quelle est sa contrainte à la rupture en compression simple ?

20. Quelle procédure caractérise un essai de compression simple sur une éprouvette cylindrique ?

21. Quel essai permet d’estimer la résistance à la traction par fendage d’une roche à partir de la force maximale, du diamètre et de la hauteur de l’éprouvette ?

22. Quelle différence distingue le fluage de la relaxation dans le comportement mécanique des roches ?

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QCM : Roches : propriétés et essais (22 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Laquelle décrit le mieux une roche ?

2. Quelle propriété permet de distinguer un minéral d’une roche ?

3. Pourquoi une roche peut-elle être qualifiée d’hétérogène, discontinue et anisotrope ?

4. Quelles sont les trois grandes familles de roches ?

5. Une roche présente des cristaux visibles et s’est formée par refroidissement lent en profondeur. De quel type s’agit-il ?

6. Dans quelle situation une roche métamorphique se forme-t-elle ?

7. Comment une roche sédimentaire se forme-t-elle généralement ?

8. Quel mécanisme décrit l’hydrolyse des silicates par l’eau ?

9. Quelles sont les caractéristiques de l’eau pure à température ordinaire ?

10. Un échantillon possède une masse de 240 g et un volume total de 100 cm³ ; quelle est sa masse volumique naturelle ?

11. Dans un matériau poreux, quelle grandeur représente la fraction des vides effectivement occupée par l’eau ?

12. Quelle distinction entre perméabilité intrinsèque et conductivité hydraulique est correcte ?

13. Pour un fluide de masse volumique ρ\rhoρ, de viscosité μ\muμ, et sous une accélération de la pesanteur ggg, comment calculer la perméabilité intrinsèque à partir de la conductivité hydraulique KKK ?

14. Un matériau isotrope possède un coefficient de dilatation linéaire α\alphaα et subit une variation de température ΔT\Delta TΔT ; quelle approximation décrit sa dilatation volumique ?

15. Quelle interprétation est correcte lorsqu’une roche présente une vitesse élevée des ondes P et une propagation difficile des ondes S dans un milieu fluide ?

16. Quelles expressions donnent le coefficient de Poisson dynamique et le module dynamique à partir de VpV_pVp​, VsV_sVs​ et de la masse volumique ρ\rhoρ ?

17. Quelle distinction décrit correctement le comportement ductile et le comportement fragile d’une roche ?

18. Dans quelle situation le comportement d’une roche est-il généralement le plus ductile ?

19. Une éprouvette de section A=0,005 m2A=0{,}005\ \text{m}^2A=0,005 m2 se rompt sous une force Frupture=150 kNF_{rupture}=150\ \text{kN}Frupture​=150 kN. Quelle est sa contrainte à la rupture en compression simple ?

20. Quelle procédure caractérise un essai de compression simple sur une éprouvette cylindrique ?

21. Quel essai permet d’estimer la résistance à la traction par fendage d’une roche à partir de la force maximale, du diamètre et de la hauteur de l’éprouvette ?

22. Quelle différence distingue le fluage de la relaxation dans le comportement mécanique des roches ?

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13. Pour un fluide de masse volumique $\rho$ , de viscosité $\mu$ , et sous une accélération de la pesanteur $g$ , comment calculer la perméabilité intrinsèque à partir de la conductivité hydraulique $K$ ?

14. Un matériau isotrope possède un coefficient de dilatation linéaire $\alpha$ et subit une variation de température $\Delta T$ ; quelle approximation décrit sa dilatation volumique ?

16. Quelles expressions donnent le coefficient de Poisson dynamique et le module dynamique à partir de $V_p$ , $V_s$ et de la masse volumique $\rho$ ?

19. Une éprouvette de section $A=0{,}005\ \text{m}^2$ se rompt sous une force $F_{rupture}=150\ \text{kN}$ . Quelle est sa contrainte à la rupture en compression simple ?