L'excavation est une expression dulangage courant qui désigne l'action de creuser unterrain, un sol, et son résultat. Une excavation peut être exécutée de main d'homme (anthropique, typiquement pour réaliser lesfondations d'un bâtiment), ou être le résultat dephénomènes naturels (typiquement unerivière peut réaliser une excavation,ou un glacier). Pour la machine qui permet de réaliser des excavations, les termes excavateur etexcavatrice, sont des emprunts à l'anglo-américainexcavator[1].
Dans le vocabulaire technique de certains métiers, excavation prend un sens particulier. Uneexploitation minière faite dans une excavation ouverte en surface (carrière,mine à ciel ouvert) se nomme « excavation à ciel ouvert». A contrario on parle d'« excavation souterraine ».
Dans le jargon de laconstruction des bâtiments, les excavations réalisées pour desfondations s’appellent aussi « fouille », et pour les opérations deterrassement, « déblai ». Dans le domaine de l'archéologie l'exhumation des vestiges archéologiques se nomme également « fouille ». On parle de « fond d'excavation » ou de fond de fouille, pour désigner le niveau le plus bas d'une excavation ou d'une fouille en construction.
Les métiers associés à ces disciplines sont lesmaçons,terrassiers,tailleurs de parois d'excavations,mineur, etc.
L'excavation désigne l'action de creuser un terrain, notoirement pour établir les fondations d'un bâtiment. Une excavation se dit ensuite du creux fait dans un terrain, « soit de main d'homme ou par quelque instrument, soit par un accident naturel »[2]. Le mot excavation dérive du latinexcavare, creuser. Excavateur, excavatrice, seraient emprunté milieuXIXe siècle à l'anglo-américain, excavator (1843), de même racine[1].
Certains domaines de lagéotechnique, dugénie minier, ou dugénie civil distinguentexcavation mécanique[3] (qui comprendpelle,chargeur,brises-roches, etc.),excavation à l'explosif,excavation par aspiration,excavation au jet,excavation pneumatique, on parle aussi d'excavation descendante, d'excavation de galeries (on parle aussi decreusement de tunnels, ou depercement de tunnels), d'excavation de stross, declasse d'excavation.
L'expression « excavation minière » qui précise la destination de l'excavation, se substitue éventuellement à « opérations minières[4] », qui par ailleurs inclut entre autres activités « l'excavation de terre et de roche[5] ».
On, distingue donc principalement lesexcavation à ciel ouvert[6] etexcavation souterraine[7]. Dès que les travaux atteignent une certaine profondeur, on recourt à l'exploitation souterraine[8].
Les excavations à ciel ouvert comprennent lescarrières, et lesmines à ciel ouvert. Le plan d'une mine à ciel ouvert dépend des caractéristiques géologiques et minéralogiques du terrain, on distingue exploitation par découverte et exploitation par fosse[9],[10]. L'exploitation à ciel ouvert autorise l'emploi d'engins lourds, aux gabarits « hors normes »,pelles hydrauliques,dumper,chargeuses de fort gabarit[10].
Les excavations à ciel ouvert prennent le nom de fouilles, tranchées, entailles et foncements. Les excavations souterraines se nomment galeries, puits, vallées, descenderies, chambres, et tailles d'exploitation[11]:
Lorsqu'il s'agit d'untunnel, on parle de « percement », réalisé par untunnelier. Pour unpuits on parle de « creusement » ou de « forage ».
Le terme « fouille » est préférédans le bâtiment, faisant partie des travaux defondation ou deterrassement[2], et il est vu comme un synonyme. PourErnest Bosc, le terme s'applique la fois au travail d'extraction des terres et au résultat de ce travail, « c'est-à-dire à l'excavation faite dans un terrain pour des matériaux ou pour jeter les fondations d'une construction quelconque ». Les fouilles se font par déblaiement ou par excavation; on donne le nom de sonde, de tranchée, de rigole, suivant les conditions dans lesquelles elles sont faites. Suivant la nature du terrain et les dimensions à donner aux fouilles, on les exécute de diverses manières;
« aussi distingue-t-on lesfouilles en excavation oufouilles couvertes, c'est-à-dire dire souterraines, qui exigent des travaux soutènement des terres au fur et à mesure leur avancement; lesfouilles en rigole, c'est-à-dire qui ne mesurent que 0,90 à 1 m de large, vrais fossés dont l'étroitesse leur a valu leur nom (en rigole), mais qu'il faut étrésillonner quand elles sont profondes; lesfouilles par abattage qui consistent en tranchées pratiquées au-dessous d'une masse de terre qu'on abat ensuite par blocs à l'aide de verticales ou cheminées. Ces dernières ne peuvent être faites que dans des terrains assez compacts car dans les terres trop meubles ou légères elles seraient d'une exécution impossible. Du reste elles présentent toujours de grands dangers aggravés encore par l'imprudence des ouvriers aussi quoique ce mode soit très expéditif ne doit on l'employer qu avec beaucoup de circonspection. On nommefouille en pleine masse une excavation assez considérable dans laquelle on ne laisse subsister aucun terre plein; généralement les fouilles pour les constructions privées sont ainsi faites. Lesfouilles dans l'eau ousous l'eau sont celles qui s'exécutent dans des terrains vaseux ou aquifères, ou qu'on pratique dans l'eau. Lafouille en sous-œuvre est celle qu'on fait pour la reprise de murs en fondation, par exemple les murs qu'on veut descendre à une plus grande profondeur. Enfin on appellefouilles de roche, de maçonnerie, de tuf , etc. des fouilles pratiquées dans des roches ou de vieilles maçonneries on les exécute à la masse et au poinçon et souvent même on est obligé de faire sauter des quartiers de roche ou de maçonnerie avec de la poudre de mine[12]. »
On parle aussi defouille dans le domaine de l'archéologie ou de lapaléontologie. Le temps a tendance à tout enfouir parsédimentation. Des réalisations anthropiques ou autres peuvent aussi se trouver enterrées par différentes calamités. Quelle que soit la façon de procéder les terres doivent toujours être attaquées avec précaution surtout quand il s'agit d'édifices dont les murs n'ont pas beaucoup d'épaisseur et qui sont souvent dans un mauvais état de conservation[2],[12].
Ledragage consiste en l'excavation de sols ou d'alluvions sous l'eau (lacs, fleuves, rivières, watringues, canaux, estuaires, chenaux marins, etc.). Il peut être réalisé à partir de la berge, avec des engins de travaux classiques ou depuis un navire ou une barge spécialisée appelésdrague. Sur certains sites archéologiques enfuis et immergés ou sur certains chantiers de sites pétrolier offshore on parle d'« excavations sous-marine ».
Unfossé est unefosse 
creusée en long[13]. L'établissement des tombes etfosses communes est réalisé par lefossoyeur. Une tombe peut être pour les archéologue qualifiée d'« excavation sépulcrale » (sépulcre ).
Une excavation peut se faire de manière traditionnelle à lapioche, aupic et à lapelle, etc., ou avec desmachines appeléesexcavateur ouexcavatrices , particulièrement:pelle mécanique hydraulique,excavatrice-aspiratrice,excavatrice à roue à godets,excavatrice à chaîne à godets,trancheuse (du domaine de l'abattage), etc. Quelquefois la naturerocheuse/dure,sableuse/meuble,argileuse/compacte du sol, les conditions d'accès au chantier, la taille du chantier imposent d'utiliser tel ou tel outil spécialisé. Lecoût salarial du travail plus que lapénibilité du travail impose surtout dans lespays industrialisés l'usage de machines[14].
L'excavation est suivie éventuellement de l'enlèvement des terres, opération qui consiste à sortir les terres et lesgravats d'une fouille ou d'une excavation pour les porter à unedécharge publique. Le procédé le plus simple est celui qui permet aux véhicules affectés au transport de venir buter contre la masse des terres attaquées. Quand l'excavation est assez étendue on a soin de conserver des rampes par lesquelles lestombereaux peuvent accéder jusqu'au fond des fouilles. Lorsque le transport des terres se fait par relais et à l'aide debrouettes on pose des plats bords sur lesrampes. Quand on ne pouvait réserver des rampes on enlevait les terres au moyen debanquettes. Quand les fouilles sont très étroites et atteignent une assez grande profondeur on enlève les terres à l'aide d'un treuil qui monte et descend des seaux ou desbourriquets, procédé long et par suite onéreux (L'enlèvement aux décharges publiques se faisait généralement au tombereau à un ou deux colliers)[15],[12].
Certains domaines de lagéotechnique, dugénie minier, ou dugénie civil distinguentexcavation mécanique[3] (qui comprendpelle,chargeur,brises-roches, etc.),excavation à l'explosif[16] (incluant découpage fin ou prédécoupage[17], le découpage d'une tranchée de travaux publics en plusieurs paliers d'abattage permettant de limiter l'emploi des explosifs).,excavation par aspiration,excavation au jet,excavation pneumatique, etc.
La forme masculine « excavateur » est employée« pour désigner les gros engins de terrassement à fonctionnement continu utilisés pour les travaux à très grand rendement, par exemple dans les carrières et dans les exploitations minières. Ils sont généralement automoteurs et se déplacent au moyen de chenilles ». La forme féminine « excavatrice » est un générique parfois employé pour désigner lespelles hydrauliques et certains excavateurs légers comme latrancheuse[18].
La partie préhensile de l'excavatrice ou d'unechargeuse est legodet (godet chargeur, godet à dent de pelle mécanique[19], godet version butte[20], etc.). On peut par ailleurs distinguerexcavatrice à roue à godets,excavatrice à chaîne à godets[21], dans lesquels les principes d'entrainement diffèrent.
Différente mesures sont prises dans les travaux d’excavation pour assurer la sécurité des ouvriers et empêcher l'effondrement des parois d'une fouille, ou l'effondrement d'une galerie.
Des risques d'effondrement ou deséboulements , sont liés à la profondeur et à la proportion de certaines excavations, à lanature du sol, à certaines disposition duchantier défectueuses, etc.. Les services enfuis (quelquefois appelés impétrants) telsgazoduc,conduites hydrauliques et autrescanalisations, câblage électrique peuvent être source de problèmes importants. Enfin, la proximité d'eaux souterraines et autreseaux de surface, ou lesconditions météorologies, peuvent provoquer desinondations dangereuses des fouilles[25], particulièrement dans les mines (le 11 octobre 1861,Mine de Lalle, un hameau en amont deBessèges sur la Cèze un violent orage provoque le débordement du ruisseau du Long qui s’engouffre dans les galeries de la mine faisant 110 victimes[8]).
Des travaux sont entrepris sur les chantiers degénie civil, ouminiers, appelés « blindage ». Ils désignent l'ensemble des moyens mobilisés pour assurer la stabilité et la résistance des parois ou des plafonds d'une tranchée, d'une fosse, d’une galerie de mine, d'un puits ou d'un tunnel. L'étaiement est un blindage consistant en la pose d’étais. Despalplanches sont éventuellement enfoncées[10]. Pour soutenir les côtés d'une fouille pendant l'excavation, on la remplit quelquefois d'une boue thixotrope (bentonite), le travail d'excavation se fait à travers la suspension. La technique est reprise dans l'établissement desparois moulées ou le forage réalisés pour certainspieux. Desboulons à roche sont employés.
Des mesures depompage ou derabattement de nappe sont réalisées pour soulager la fouille des eaux qui s'y déversent; on parle d'épuisement des eaux d'infiltration, plus spécifiquement dans le vocabulaire minier d'exhaure. Dans certains milieux enterrés comme les mines on se préoccupe également de l'aérage ou de laventilation des galeries et des puits. Les mineurs sont exposés particulièrement à des gaz miniers;grisou,monoxyde de carbone,radon, ou des substances toxiques à l'état de minerai dans l'exploitation duplomb, dumercure, etc.[8].
Un travail d'excavation, de creusement, ou de percement n'est donc pas sans risque et toutes sortes d’événements imprévus peuvent entraîné la mise en péril des ouvriers. Les travaux d'excavation sont évidemment encadrés par lescodes de sécurité au travail locaux.
Les chantiers de BTP (canaux, routes en déblai/remblé, chanties urbains) génèrent d’importantes quantités de “terres excavées”. Elles constituent même en France le premier déchet en volume et tonnage (plus de 100 millions de t/an) et leur quantité augmente avec les grands projets (Grand Paris Express,Canal Seine Europe, travaux liés aux Jeux olympiques...). Ces déchets de chantiers en raison de leurs poids et volume et du fait qu'ils sont extraits, manipulés et transportés par des engins lourds fonctionnant avec des énergies fossiles ont une lourde empreinte carbone même s'ils peuvent à terme redevenir des puits de carbone ; et posent souvent des problèmes de gestion : on ne peut pas toujours les réutiliser localement comme remblai, elles peuvent être polluées (parfois gravement et irréversiblement), et alors à inerter, stocker en décharge, ou à réutiliser avec des précautions particulières). Si leur destination est la écharge, elles peuvent saturer les installations[26].
Une fois extraites si elles sont destinées à l'abandon, ces terres prennent un statut de déchets qui implique des contraintes réglementaires de caractérisation, traçabilité et responsabilité souvent non respectées, comme l'on montré maints scandales environnementaux liés à la circuation, à des stockages illicites, à la vente et revente de sols pollués, mensonges sur la nature ou la provenance des terres. Ces dérives ont entaché l’image de la filière, alors que certaines de ces terres, peuvent ou pourraient contribuer à la renaturation et à recréer des sols[26].
En 2012, le BRGM a publié une méthodologie relative à la valorisation « hors site » des terres excavées dans des projets d’aménagement[26].
L'économie circulaire promeut une réutilisation aussi proche que possible du lieu d'extraction et un transport par péniche lorsque cela est possible. La directive européenne sol a été repousée durant plusieurs décennies, mais elle pourrait être bientôt votée, avec une colorationOne Health[26].
Les premières excavations sépulcrales sont à chercher auProche-Orient et datent d'environ 100 000 ans[27]; l'établissement des canaux d'irrigation est général et le propre de toutes les cultures et civilisations où l'eau est rare, à partir duNéolithique.
Lesminières néolithiques signent les premières exploitations minières. Depuis, l'homme n'a cessé de creuser les sols; pour de défendre sous la forme defossés; à la recherche deminerai; pour détourner les eaux, les canaliser ou les contenir; pour établir les fondations de ses constructions et édifices, pour niveler le parcours des routes, voies ferrées et canaux : témoins Égyptiens anciens, la remise en eau duBahr Youssouf et l'aménagement duFayum vers2200 av.J.-C. comptent encore parmi les travaux d'ingénieurs les plus remarquables de tous les temps[28].
Autres témoignages anciens : laGrande Fosse de Falun exploitée au moins depuis leXIIIe siècle[29].
Les travaux d'excavation ont été longtemps réalisés exclusivement à la main. La bêche et le pic ont dû être les premiers instruments du mineur. Ces outils n'ayant pas toujours été suffisants pour entailler toutes sortes de rochers, on a eu recours au feu pour diminuer la consistance des pierres. Enfin, on a employé la poudre[11]. Dans le creusement des canaux, la fouille, la charge, le transport et le dépôt des terres ont été réalisés au moyen de pioches, de pelles, de brouettes, de paniers ; cette méthode disparaît avec la corvée qui livrait la main d'œuvre à un prix relativement faible. Vient ensuite l'emploi des excavateurs, des dragues pour la fouille et la charge ; le chemin de fer et les barges à clapet pour le transport[30].
Parmi les difficultés que présente l'exécution de travaux de vaste envergure, comme le creusement des canaux par exemple, se trouve celui de réunir en un même ou divers endroits un nombre assez considérable d'acteurs (« tout à la fois habiles dans leurs travaux et modérés dans leurs prétentions[31] »). Dans les premières sociétés agricoles desIIIe etIVe millénaire av. J.-C., pour les excavationsmégalithiques, ou pour les sépultures collectives, les travaux sont soustraits au nombre d'heures employées à des tâches vivrières, notamment la morte-saison[32]. Les ouvrages depoliorcétique sont chez les Romains assurées par lelégionnaire[33]. À laRenaissance, malgré les besoins pressants d’innovation dans le creusement des canaux, hormis quelques machines élévatrices fixes, rien n'a encore réussi à remplacer pics, pioches et pelles.Léonard de Vinci employé dans le projet de déviation de l’Arno parNicolas Machiavel, esquisse l'avenir de ces machines d'excavation et dedragage; une grue excavatrice de son invention doit raccourcir les délais d'exécution du canal, qui finalement ne sera jamais finalisé, et qu'il a estimé à 57 000 jours de travail d'ouvriers[34]. Les travaux decirconvallation et contrevallation sous Vauban pouvaient employer 5 à 18 000paysans,recrutés « a raison de six sols par jour, et le pain double, cela leur fera prendre patience et les empêchera de déserter »[35]. Lecanal de Briare, commencé en juin 1605 et achevée en 1642 emploie entre 6 et 12 000 ouvriers. Singularité étonnante, pour le creusement ducanal du Midi, commencé en 1667 et terminé en 1685, le plus gros chantier duXVIIe siècle,Pierre-Paul Riquet, se refuse, comme l'y autorise le roi, à employer des paysans suivant le régime de la corvée ou de laréquisition ; on placarde des affiches partout dans le royaume en vue de recruter les 10 000 ouvriers que le chantier emploiera pendant 15 ans. Le salaire est le double du salaire d'un ouvrier agricole[36]. Bien quebannie en France dès 1787, 20 000fellahs de la corvée égyptienne sont employés jusque 1863 sur le chantier ducanal de Suez; sous la pression internationale unfirman y met fin, et ce sont 15 000 ouvriers italiens, grecs, dalmates, marocains, syriens, etc. qui les remplacent[37]. En France, sur les chantiers du chemin de fer, les ouvriers qu'ils viennent d'Allemagne, de Flandre d'Espagne ou d'Italie sont tous nomades, allant de grand chantier en grand chantier. Pendant la période française du canal de Panama, en 1886, le nombre d'ouvriers est de 14 605,« tous noirs, les conditions sanitaires excluant absolument, sous peine de décès dans les trois mois, l'emploi de manœuvres ou d'ouvriers européens, sauf d'infimes exceptions. »; il faut y ajouter les 670 employés de laCompagnie universelle du canal interocéanique de Panama[38]. Après lesabolitions de l'esclavage, les descendants d'esclaves qui sont libres mais n'ont pas accès au travail vont migrer des îles et du continent, vers toute laCaraïbe et vers des chantiers comme celui de Panama[39].
Les États-Unis d'Amérique auXIXe siècle déjà riches en voies ferrées mais encore pauvres en population relativement à l'immensité de leur territoire souffrent de la rareté des travailleurs. Ils vont donc innover dans les machines[31]. La première excavatrice à vapeur, lacrane-excavator est brevetée en 1839 parWilliam Otis[40]. Elle est appelée en France « excavateur américain[31], et c'est probablement la première occurrence du mot « excavateur » en français; le mot apparait dans leLittré de 1873, comme étant un terme de chemin de fer, un appareil destiné à faciliter les déblais[41]. ÀAirion, en 1843, une brigade d'ouvriers belge empêche le déchargement d'une telle machine, pouvant les conduire à leur mise au chômage[42].Alphonse Couvreux invente en 1860 l'excavatrice à chaîne à godets, employée à Suez après la retraite des contingents, cinq cents ouvrier permettent d'en remplacer six mille[43]; et au Panama[44]. Bien plus encore que pour Suez, les conditions climatique s'opposent pour lecanal de Panama, débuté en 1880 et terminé en 1914, à la réunion d'un grand nombre d'ouvriers ; la difficulté du travail en lui-même conduit définitivement à l'utilisation des machines[45].
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La fouille des mines était autrefois un supplice des criminels les plus coupables. On sait que les premierschrétiens étaient souvent condamnés à l'extraction des métaux[8]. AuXIXe siècle, malgré les progrès apportés par les siècles et une certaine sollicitude qui environne les travailleurs, la profession de mineur laisse encore beaucoup à désirer; si la mortalité des ouvriers n'est plus énorme comme chez les anciens, ils sont en général actuellement soumis encore à des conditions hygiéniques déplorables et à des risques de mort nombreuses[8]. Les exploitations minières s'intensifient à larévolution industrielle et modifient lespaysages; en Angleterre, les principales concentrations de mines vont au plomb enDerbyshire, au cuivre et à l'étain enDevon etCornouailles,Parys Mountain (en), situé au sud de la ville d'Amlwch, dans le nord-est d'Anglesey, au pays de Galles est le site d'une grandemine de cuivre qui a été largement exploitée à la fin duXVIIIe siècle[46].
Les déblais sous l'eau sont réalisés au moyen de ladragues; tant que les terrains ne présentent pas un degré de consistance qui résiste à la drague, et tant que les déblais peuvent être reçus et transportés dans des bateaux à clapets de fond par lesquels ils sont déchargés, ce procédé prend une supériorité très évidente sur le chemin de fer (procédé expéditif et très économique mais qui ne change rien à la fouille et à la charge), sous le triple rapport de la rapidité, de l'économie et de la simplicité du moyen. Le touage appliqué, dans ce cas, à la remorque des bateaux à clapet, ajoute une nouvelle valeur à ce procédé. Malheureusement l'application ne peut être aussi étendue que le feraient croire le nombre et la superficie des lacs qui séparent les divers seuils à ouvrir pour le passage du canal maritime. Ces lacs manquent de profondeur; il faut donc déposer sur berges les déblais dragués, et là se présente, par suite de la grande section du canal, de la faible inclinaison de ses berges et de la hauteur des cavaliers de dépôt, un ordre de questions dignes d'un grand intérêt[30].
MilieuXIXe siècle,Hildevert Hersent etConrad Zschokke innovent dans lecaisson à air comprimé pour l'établissement subaquatique despiles de ponts[44].
Au plus profond de la terre sont enterrés l'enfer et le Tartare. Creusant trop profondément lesnains dans laMoria, libèrent leBalrog. Lesfictions souterraines font se rencontrer accidentellement l'humanité avec des mondes souterrains. Des légendes et d'innombrables canulars sont nés de ces inaccessibles territoires soudains rendus accessibles. LeTartare est une prison d'une telle profondeur ditHomère qu'elle est aussi éloignée des enfers que les enfers le sont du ciel; c'était dans les enfers la prison des impies et des scélérats dont les crimes ne pouvaient s'expier; c’était aussi la prison des dieux déchus comme lesTitans et desGéants, et tous les anciens dieux qui s’étaient opposés auxOlympiens[47]. Le fin fond de l'enfer penseAristote doit être la partie la plus affreuse de ce séjour et par conséquent celle où s expient les plus grands péchés; or comme les fautes moins graves sont punies dans la partie supérieure de l'enfer et que le nombre de pécheurs décroît en proportion de la gravité de leurs péchés, l'espace nécessaire pour les loger décroît aussi à mesure qu'on descend plus au fond de sorte que l'enfer est un vaste gouffre de formeconique dont les galeries circulaires se rétrécissent de plus en plus aux différents étages comme les gradins d'unamphithéâtre[48].
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