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ALÉA-Karst : vers une approche multicritère de l’aléa lié à la présence et à l’effondrement de cavités karstiques en contexte calcaire

03.12.2014
L’étude a pour objectif de proposer une approche multicritère d’évaluation de l’aléa lié à la présence et à l’effondrement de cavités karstiques en contexte calcaire. Les critères explicatifs de l’occurrence de désordres sont d’ordre géologique, géomorphologique, géotechnique, hydrologique et hydrogéologique.

L’étude a pour objectif de proposer une approche multicritère d’évaluation de l’aléa lié à la présence et à l’effondrement de cavités karstiques en contexte calcaire. En première phase, une approche bibliographique a permis de définir les différents types de processus qui mènent à l’apparition de désordres en surface : dolines de soutirage, fontis, dolines d’effondrement, pertes, etc. L’occurrence de ces processus et leurs morphologies associées sont fortement conditionnées par la typologie du karst (karst sous couverture, karst de contact, karst nu). Les critères explicatifs de l’occurrence de désordres sont d’ordre géologique, géomorphologique, géotechnique, hydrologique et hydrogéologique.

L’inventaire des désordres sur les trois sites d’étude sélectionnés (Val d’Orléans, Lorraine, Franche-Comté) confirme le rôle prépondérant de la typologie du karst sur leur distribution spatiale. Les études de sites ont montré la difficulté de constituer un inventaire représentatif des désordres, du fait du caractère très ponctuel à la fois dans l’espace et dans le temps des désordres et des informations souvent fragmentaires qui les renseignent.

Exemple de désordre (commune de Roquefort, 40).  © BRGM - T. Gutierrez

Exemple de désordre (commune de Roquefort, 40).  © BRGM - T. Gutierrez

Contexte de réalisation

Cette étude s’inscrit dans le cadre de l’action 8 "Structurer et mettre en œuvre un programme national de recherche et développement" du Plan National Cavité. Elle a pour objectif de mener à bien un programme destiné à faire progresser les connaissances requises pour des diagnostics précis et partagés sur les risques d’instabilités liés à la présence de cavités.

Exemple de désordres

Exemple de désordres (points rouges : dolines de soutirage) dans un contexte de karst de contact (j3C : calcaires compacts du Bathonien, j4D : Dalle nacrée du Callovien surmonté par j4-5O : marnes du Callovien sup.-Oxfordien inf.) à proximité du village de Gézier (70). Les points gris indiquent les dolines colmatées (essentiellement en karst nu).

Objectifs

L’étude a pour objectif de proposer une approche multicritère d’évaluation de l’aléa lié à la présence et à l’effondrement de cavités karstiques en contexte calcaire. Elle se décline en deux phases :

  • phase 1 - Étude bibliographique et travaux de terrain sur 3 sites représentatifs dans le but de définir les critères explicatifs à prendre en compte et de les hiérarchiser.
  • phase 2 - Développement de la méthodologie multicritère puis validation.

Programme des travaux

Étude bibliographique : La première étape consiste à proposer une définition des termes utilisés dans le cadre de l’étude. Ensuite, une analyse de la présence des cavités karstiques et de leur répartition a été effectuée ainsi qu’une description des désordres liés aux cavités karstiques, principalement les formes instables qui constituent des désordres en surface (dolines de soutirage, fontis, pertes, inversacs, etc). Les méthodologies d’évaluation de la susceptibilité / aléa effondrement de cavités karstiques relevées dans la littérature ont alors été analysées afin de proposer un cadre conceptuel d’approche de l’aléa.

Étude de sites : Les trois sites d’étude sélectionnés présentent des contextes karstiques contrastés : Val d’Orléans (prédominance de karst sous couverture meuble), Lorraine (karst de contact), Franche-Comté (karst nu, karst de contact et karst sous couvertures meuble et compétente). Ces sites sont suffisamment documentés aux plans géologique, hydrogéologique et sur les désordres induits par la présence de karst. Des campagnes de terrain ont été effectuées afin d’inventorier et de cartographier ces désordres et évaluer les critères explicatifs potentiels. Ensuite, chaque critère est confronté à la distribution des désordres répertoriés au sein de la zone d’étude par une approche statistique (théorie du poids des évidences) ; cette approche permet une sélection objective des critères à retenir et de tester leur indépendance.

La méthodologie d’évaluation de l’aléa en cours de développement s’appuie sur les résultats obtenus sur les sites tests et sur les concepts issus de l’étude bibliographique.

Effondrement d'une habitation

Effondrement d’une habitation suite à l’apparition d’un fontis, St-Pryvé-St-Mesmin, 22 mai 2010 © BRGM - A. Gutierrez

Résultats obtenus

L’étude bibliographique a permis de définir les différents types de processus menant à des désordres : suffosion/soutirage, débourrage, effondrement localisé par montée progressive de la voûte et effondrement généralisé par rupture brutale du toit, auxquels sont associés différentes morphologies de désordres : dolines de soutirage, fontis, dolines d’effondrement, pertes, et inversacs.

L’occurrence de ces processus et morphologies associées est fortement conditionnée par la typologie du karst, qui a pu être classée en 4 catégories : karst nu, karst de contact, karst sous couverture meuble et karst sous couverture compétente. La fréquence d’apparition des désordres est également liée à la typologie du karst.

Dans la littérature, un certain nombre de critères explicatifs de l’occurrence de désordres sont décrits et peuvent être d’ordre géologique (encaissant & couverture), géomorphologique, hydrologique et hydrogéologique, hydrochimique, climatique et anthropique. Cependant ces critères sont rarement rattachés à des processus explicites.

L’histoire de la karstification peut également être un critère à prendre en compte car elle permet de définir le degré de karstification d’un massif calcaire, c’est-à-dire la densité de vides dans la masse rocheuse. A priori, un massif plus intensément karstifié présentera une occurrence de désordres plus forte qu’un karst peu développé.

L’inventaire des désordres et les premières analyses sur chacun des sites d’étude confirment le rôle prépondérant de la typologie du karst sur la distribution spatiale des désordres. Sur le site du Val d’Orléans, une première approche par la théorie du poids des évidences a été mise en œuvre pour valider et hiérarchiser les critères explicatifs potentiels. Des sept critères évalués, deux critères indépendants sont mis en évidence à l’échelle du site : la typologie du karst et la distance aux cours d’eau. Les études de site ont également montré la difficulté de constituer un inventaire représentatif des désordres, du fait du caractère très ponctuel, à la fois dans l’espace et dans le temps, des désordres et des informations souvent fragmentaires qui les renseignent.

Exemples de dolines d’effondrement

Exemples de dolines d’effondrement : aven de Padirac (Lot). © BRGM

PARTENAIRE

  • MEDDE/DGPR, convention 2012 n°2200626840