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Un effondrement à Rouvroy-en-Santerre (Somme, France). © BRGM

Évaluation du rôle des aménagements sur l’apparition d’effondrements en contexte karstique

18.10.2017
Les karsts sous couverture comptent parmi les contextes géologiques les plus sensibles à l’aléa effondrement. Un facteur aggravant des effondrements karstiques est la présence de circulation d’eau facilitant le soutirage des matériaux sous couverture vers l’aquifère karstique. Contrairement aux cavités artificielles, dont la localisation est en principe connue, la localisation des vides karstiques est rendue imprévisible par l’extrême hétérogénéité de leur distribution au sein du massif, ce qui complique l’évaluation de l’aléa effondrement. De fait, lors de la réalisation de cartes d’aléa par une approche classique, les secteurs en aléa moyen ou fort pourront être relativement étendus car ils seront essentiellement déterminés sur la base des contextes géologique et hydrogéologique. Cependant, il existe des pistes de réduction de l’aléa basées sur la préconisation de certaines mesures de mitigation dans les secteurs à aléa marqué. Les travaux engagés s’attachent à faire émerger de telles pistes, en particulier en lien avec les aménagements.

Fontis d’Hussigny (Meurthe-et-Moselle). © BRGM

Fontis d’Hussigny (Meurthe-et-Moselle). © BRGM

Objectifs

L’étude a pour objectif d'évaluer le rôle des aménagements anthropiques sur l’apparition d’effondrements en contexte karstique. Elle est plus particulièrement focalisée sur le rôle de l’infiltration, déterminante dans l’apparition d’effondrements, même si les autres facteurs anthropiques (pompages, perturbations physiques du sol) sont également contributifs.

Programme des travaux

En une première phase, une étude bibliographique et une analyse de retours d'expérience ont été menées. L’étude bibliographique n’a concerné que les contextes carbonatés tandis que les retours d’expérience traitaient de tous les contextes karstiques (carbonatés et évaporites).

En une deuxième phase, une modélisation conceptuelle préliminaire des processus a été réalisée afin de permettre la rédaction d'une série de préconisations.

Préconisations pour l’aménagement des bétoires en Haute-Normandie. © BRGM

Préconisations pour l’aménagement des bétoires en Haute-Normandie. © BRGM

Résultats obtenus

L’étude bibliographique a montré que trois grandes catégories d’aménagement peuvent être à l’origine de désordres en contexte karstique : la concentration des eaux d’infiltration, le rabattement de la nappe karstique et les perturbations physiques du sol.

Sur la base des retours d’expérience collectés, la concentration des eaux d’infiltration semble être la plus impactante sur le territoire national. Celle-ci est causée par quatre types d’aménagements : les bassins (32 cas), les canalisations aériennes (15 cas), les canalisations enterrées (15 cas) et les ouvrages d’infiltration ponctuelle (10 cas).

L’analyse des retours d’expérience montre des désordres liés à des aménagements pour tous les types de contexte karstique (40 pour le contexte calcaire, 30 pour la craie, 7 pour le gypse) avec une prépondérance d’événements dans le cas des karsts carbonatés sous couverture meuble. Ce résultat est cohérent avec la forte sensibilité de ces karsts couverts à l’aléa mouvement de terrain. Dans ce contexte, le processus dominant est le soutirage/suffosion et la desquamation des matériaux meubles de la couverture vers les vides karstiques qui en sont le réceptacle. Les aménagements touchés par ces désordres sont presque toujours mis hors d’usage (ouvrages hydrauliques) ou en péril (bâtiments). Quelques cas de ruines ou de victimes liées aux désordres sont retenus comme des cas extrêmes.

La vitesse d’apparition des désordres suite à la mise en place d’un aménagement est très variable (à titre d’exemple : instantané lors de la réalisation d’un forage à plus d’un siècle pour le cas d’un canal de dérivation). La nature de l’aménagement (par exemple flux d’eau ou charge hydraulique imposée en surface) et le contexte géologique (cohésion des matériaux, épaisseur de la couverture, nature du karst, etc.) contrôlent fortement la cinétique du phénomène.

La réalisation d’un aménagement va accélérer des mécanismes déjà actifs mais qui, en temps normal, progressent sur des échelles de temps bien plus longues (accélération de l’érosion interne en karst sous couverture, accélération de la dissolution en contexte de gypse). Elle pourra même initier un processus inopérant en conditions naturelles (mise en place d’un gradient hydraulique, saturation d’un terrain non saturé, augmentation des pressions d’eau interstitielle, etc.).

Les résultats de la modélisation exploratoire montrent que les paramètres principaux dans l’accélération ou l’apparition de l’instabilité sont :

  • Dans le cas d’une concentration de l’infiltration : la perméabilité, la cohésion et l’épaisseur de la couverture ainsi que la nature de l’aménagement (débit d’infiltration, charge imposée, variations de charge ou de débits) ;
  • Dans le cas de modifications du niveau piézométrique : la position de la nappe par rapport à l’interface couverture-karst et la dynamique de la nappe (amplitude des variations, vitesses de variation).

Sur la base de ces résultats, une série de recommandations a été proposée. Ces recommandations pourront ensuite être exploitées dans des documents de gestion du risque gravitaire, en particulier pour des territoires vulnérables aux désordres liés à la présence de karst (karst carbonaté sous couverture, gypse). De telles recommandations présentent également un intérêt pour des documents à portée plus générale sur l’aménagement du territoire (planification, urbanisme), la gestion des eaux superficielles, etc.

De manière générale, si le contexte géologique est sensible, la première étape d’une étude liée à un projet d’aménagement doit comprendre un diagnostic karstique par un bureau d’étude spécialisé afin de bien appréhender l’aléa mouvement de terrain.

En cas d’aléa avéré, et si l’aménagement ne peut pas être déplacé en dehors de la zone d’aléa ou si le risque est considéré comme acceptable, alors il convient d’adapter la construction à l’aléa en prenant les mesures préventives adéquates.

PARTENAIRE

Direction Générale de la Prévention des Risques (DGPR) du Ministère chargé de l’Environnement

BRGM - 3 avenue Claude-Guillemin - BP 36009 45060 Orléans Cedex 2 - France Tél. : +33 (0)2 38 64 34 34