Cavités souterraines

Le Phénomène

Les cavités souterraines d’origine naturelle (phénomène de dissolution ou de suffosion) ou anthropique (exploitation de carrières souterraines, mines, marnières, sapes de guerre) peuvent évoluer avec le temps. Les manifestations en surface peuvent être lentes et progressives (affaissement) ou rapides et brutales (effondrement).

Mines et Carrières

La distinction entre mines et carrières se fait sur la nature des produits exploités et non sur le mode d'exploitation. Les mines peuvent être souterraines ou à ciel ouvert. Il en est de même des carrières.

Les mines exploitent :

  • des combustibles (charbon, houille, anthracite, lignite, tourbe, etc.) mais aussi pétrole et gaz naturels ;
  • des minerais (de fer, cuivre, plomb, or, argent, uranium, etc., dont on tire les métaux) ;
  • des sels (gemme, de potasse) ;
  • des terres rares (ce sont 17 métaux : le scandium, l'yttrium, et les quinze lanthanides. Ces matières minérales aux propriétés exceptionnelles sont utilisées dans la fabrication de produits de haute technologie).
Les carrières exploitent tous les autres matériaux, principalement utilisés dans la construction (argile, sable, gravier, roche : calcaire, marbre, ardoise, granite, basalte, gypse, etc.).

Les marnières sont des exploitations de craie en sub-surface à des fins d'exploitation agricole (amendements calciques) fréquentes dans certaines régions métropolitaines (Normandie, bassin parisien, Nord-Picardie, etc.). En fin d'exploitation, les entrées de marnières ont souvent été obstruées mais les cavités ne sont quasiment jamais remblayées. La présence de ces vides n'est souvent révélée que par l'effondrement du toit de la cavité, ouvrant en surface un ​« œil de marnière ». Les marnières sont considérées comme des carrières abandonnées.

Aspect réglementaire

Les mines sont régies par le code minier, tandis que les carrières sont réglementées par le code de l'environnement.

Les risques naturels et miniers doivent être pris en compte lors de l'élaboration des documents d'urbanisme (SCOT, PLU, PLUi, cartes communales). L'article R.123-11-b du code de l'urbanisme impose également que les documents graphiques du règlement fassent apparaître les secteurs où l'existence de risques naturels, tels affaissements et éboulements ou de risques technologiques justifient que soient interdites ou soumises à des conditions spéciales les constructions et installations de toute nature, permanentes ou non.

L’article L. 563-6 du Code de l’Environnement stipule que les communes ou leurs groupements compétents en matière de documents d’urbanisme élaborent, en tant que de besoin, des cartes délimitant les sites où sont situées des cavités souterraines et des marnières susceptibles de provoquer l’effondrement du sol.

Les mines et les carrières souterraines accueillent fréquemment des populations de chiroptères (chauves-souris). Ces mammifères étant protégés en France, ils doivent faire l'objet d'une attention particulière lors des visites et des travaux en galerie.

Les cavités naturelles

Les cavités souterraines résultent de la dissolution de roches solubles (gypse, calcaire) lors du passage d'eau dans le réseau de fissures du massif. On parle de réseau karstique. Ce réseau peut-être très étendu et le développement des vides très important. Si ce phénomène est lent dans les calcaires, au contraire, dans le gypse, les évolutions sont souvent très rapides.

Les manifestations en surface sont des tassements du sol et la fissuration du bâti, des affaissements circulaires (entonnoirs de dissolution ou dolines) ou des ouvertures au jour (avens dont les termes locaux : sialet, chourum, tindoul, désignent le même phénomène).

Désordres au bâti suite à un affaissement

Doline dans le gypse

Aven sur le plateau du Vercors (sialet)

Effondrement localisé dans le gypse (fontis)

La suffosion

La suffosion résulte du départ des particules fines du sol (sans dissolution) sous l'effet de la circulation des eaux souterraines. Ce sont d'abord les éléments les plus fins (argiles et limons) qui sont concernés. Le départ de ces particules se traduit aussi par une augmentation de la perméabilité ce qui entraîne, de fait, une augmentation de la vitesse d'écoulement des eaux souterraines. Les sables et les graviers, voire les galets, sont à leur tour arrachés. Il en résulte un sol décomprimé, appauvri en éléments fins, qui peut s'affaisser ou s'effondrer localement. Les désordres restent généralement limités.

Sape de guerre

Les conflits laissent souvent des cavités creusées pour se protéger, se défendre ou pour attaquer.

La sape de guerre consiste à creuser sous les lignes ennemies pour saper les fondations et ainsi mettre à mal les défenses adverses. La sape a notamment été utilisée comme technique militaire pendant la première guerre mondiale dans le Nord et l'Est de la France. Le génie militaire a en effet creusé des galeries sous le no man's land compris entre les belligérants pour les faire exploser de grandes quantités d'explosifs sous les tranchées adverses.

​Certaines de ces sapes sont restées inachevées, n'ont pas été minées ou n'ont pas explosé.

La qualification de l'aléa

La qualification de l'aléa effondrement de cavités souterraines est fondée sur l'appréciation de la probabilité d’occurrence (basée sur l’évaluation de la prédisposition à l’apparition d’instabilité en surface) et sur l'estimation de l'intensité des manifestations probables en surface.

A cette fin, il est nécessaire de connaître, de la façon la plus précise possible, la position des cavités, leur profondeur, l'épaisseur du toit. La connaissance de la géologie locale (nature de la roche, pendage, état de fracturation, etc.) est un élément déterminant. La taille des cavités, mais surtout le taux de défruitement (pourcentage de matière extraite sur la surface de l'exploitation), le mode d'exploitation, l'état des piliers et de la voûte, etc. interviennent également dans l'appréciation de la prédisposition .

Nos prestations

Dans le cadre de PPRN Effondrements de cavités souterraines ou d'expertises ponctuelles, nous réalisons les prestations suivantes :

  • recherches documentaires (plans anciens, mode d'exploitation, accidents, etc.) ;
  • étude géologique (pétrologie, analyse structurale, fracturation, etc.) ;
  • relevés topographiques de piliers, puits, fissures, etc. ;
  • le calcul du taux de défruitement ;
  • l'analyse géomécanique.
Ces expertises débouchent sur :

  • la cartographie détaillée des aléas ;
  • des propositions de confortement et de sécurisation.

Descente en technique alpine

Levés topographiques

Examen des piliers

Observation de la fissuration du ciel

Ils nous ont fait confiance

DDTM14, DDTM16, DDT17, DDT28, DDT60, Conseil Départemental de l'Orne, Ville de Dieulefit, Ville d'Avilly-Saint-Léonard, etc.