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Origines et conséquences des phénomènes associés

Cavités souterraines

Origines et conséquences des phénomènes associés

La présence d’une cavité engendre la modification de l’équilibre des éléments dans le sol. Pour tous les types de cavités, des dégradations sont à prévoir du fait que les caractéristiques mécaniques du matériau encaissant diminuent progressivement.

Les cavités souterraines et les désordres qu’elles sont susceptibles d’entraîner constituent un risque majeur pour les aménagements et parfois pour la vie humaine.

Les affaissements

Un affaissement est une déformation souple, sans rupture et progressive de la surface du sol se traduisant par une dépression en forme de cuvette, généralement à fond plat, et sur des terrains plutôt élastiques qui vont supporter la déformation sans rompre.

Ce type de désordre se développe parfois sur plusieurs hectares au droit de vastes carrières ou mines.

Il s’agit souvent d’un phénomène symptomatique des carrières souterraines soit mal remblayées soit, lorsqu’elles sont profondes, recouvertes par des formations "souples".

Généralement, ce ne sont pas tant les affaissements à proprement parler (déplacements verticaux) qui affectent les bâtiments et infrastructures de surface, mais plutôt les déformations du sol (déplacements horizontaux, flexions, etc.)

Si des désordres sensibles peuvent affecter le bâti et les infrastructures (notamment les réseaux enterrés) présents dans l’emprise des cavités, les affaissements de surface ne présentent que très exceptionnellement et souvent indirectement un danger pour les personnes en raison de la progressivité du phénomène.

 

Illustration animée schématique d'un affaissement © BRGM

Les effondrements localisés

Un effondrement localisé se manifeste classiquement par l’apparition soudaine d’un cratère d’effondrement dont l’extension varie de moins d’un mètre de diamètre à quelques dizaines de mètres au maximum.

Plusieurs phénomènes peuvent être à l'origine de ce type de désordre en surface :

  • la remontée de cloche de fontis ;
  • le débourrage  ;
  • la suffosion.
 
La remontée de cloche de fontis

Effondrement brutal et localisé se manifestant sous la forme d’un entonnoir ou d’un cratère, le fontis est le plus souvent provoqué par la remontée, plus ou moins lente, d'une cloche de vide vers la surface à la suite de la rupture du toit d’une cavité.

 

Illustration animée schématique d’une remontée de fontis à partir d’un karst © BRGM

 

Ce phénomène peut être à l’origine de dégâts importants aux ouvrages et est associé à un risque élevé de victimes physiques en raison de la rapidité et des dimensions du phénomène.

 
Le débourrage

Le plus souvent provoqué par des circulations d’eau massive, le débourrage correspond à l’entraînement gravitaire du matériau de comblement d’une cavité :

  • poche d’argile dans une cheminée ou une fissure karstique ;
  • bouchon remblayé d’un puits de marnière ou de carrière.

 

Ce phénomène peut conduire à l’apparition, brutale ou progressive, d’un vide en surface, généralement d’assez petite dimension (quelques m2).

Il touche particulièrement les réseaux naturels de circulation d'eaux souterraines développés dans les massifs calcaires (réseaux karstiques). En effet, lors de précipitations importantes, la circulation d’eau dans les fissures et les cheminées karstiques incite au débourrage des matériaux de comblement de ces cavités.

 

lllustration animée schématique d’un débourrage dans un réseau karstique © BRGM

 

Les opérations de remblayage consécutives à la fin de l'exploitation de carrières et de marnières se limitent souvent aux puits, laissant les galeries et chambres d’exploitation souterraines vides. Avec ou sans action de l’eau, le remblai présent dans les puits dispose ainsi d’un vide dans lequel il est susceptible de débourrer. Ainsi, il arrive que des puits pourtant bouchés par le passé réapparaissent en surface, sous la forme d'effondrements localisés.

 
La suffosion

Phénomène d’érosion interne, la suffosion affecte principalement les sables et les limons. Causée par des circulations rapides d’eau interstitielle, elle provoque le développement de boyaux de diamètre décimétrique par entraînement des particules fines dans la masse du sol. Lorsque la taille de ces vides devient trop importante, des effondrements brutaux de terrain peuvent localement survenir entraînant souvent des désordres en surface.
La suffosion peut être provoquée par une circulation naturelle d’eau, mais elle est plus fréquente au droit de canalisations enterrées fuyardes.

Les effondrements généralisés

Les effondrements généralisés, également appelés effondrements en masse, se traduisent par un abaissement à la fois violent et spontané de la surface sur parfois plusieurs hectares et plusieurs mètres de profondeur, tout le terrain au dessus de la cavité s’effondrant d’un coup.

Généralement associés aux carrières présentant une extension latérale importante, les effondrements généralisés sont le plus souvent initiés par une rupture en chaîne des piliers de l’exploitation, le toit (plafond) descendant alors en masse.

Ils supposent l’existence d’une zone d’exploitation avec des taux de défruitement (rapport de la surface des vides à la surface totale) élevés, des volumes de vides importants et des configurations d’exploitation fragiles (piliers sous-dimensionnés, élancement important, etc.).

Ces phénomènes, heureusement exceptionnels, sont susceptibles de générer des conséquences très dommageables pour les personnes et les biens situés dans leur emprise car la répercussion du désordre en surface se fait généralement de manière soudaine et brutale.

 

Illustration animée schématique d’un effondrement généralisé © BRGM