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Carrières et falaises de gironde : les risques liés au sol

L’effondrement généralisé : il correspond à un effondrement brutal des terrains, susceptible de former un cratère de quelques mètres de profondeur et de plusieurs centaines de mètres de diamètre. Ce type de phénomène se produit en cas de rupture en chaîne de nombreux piliers en carrière suivi d’une fracturation verticale des terrains de recouvrement.

ILLUSTRATION : photo ou schéma d’effondrement généralisé Saint Germain du Puch

Comme pour les fontis, plus la carrière est profonde plus les répercussions à la surface du sol sont atténuées du fait de l’auto comblement des terrains de recouvrement.

L’affaissement : il se caractérise par la formation lente d’une cuvette à la surface du sol dont la déformation s’opère en général sur plusieurs années voire dizaines d’années. Comme les effondrements généralisés, les affaissements sont induits par la rupture de nombreux piliers en carrière en concernent des zones pouvant atteindre plusieurs de mètres de diamètre. Mais les carrières occasionnant des affaissements de terrain sont en général plus profondes et constituées de piliers moins élancés que les carrières occasionnant des effondrements.

Le débourrage de puits : Les anciens puits de service ou d’extraction des carrières souterraines de la Gironde, ne sont pas tous référencés ou comblés de manière satisfaisante. Des infiltrations d’eau localisées peuvent créer un tassement des remblais de comblement du puits et générer un débourrage brutal. Lors de ce débourrage, les remblais de l’intérieur du puits se répandent dans les galeries vides de carrières. Ce phénomène provoque donc un trou en surface de diamètre égal à celui du puits.

Le risque est défini comme la confrontation entre un aléa et des enjeux humains, économiques ou environnementaux.

Un aléa correspond à la probabilité (ou la susceptibilité) pour qu’un phénomène donné, d’intensité donnée, se produise dans une période donnée.

Les aléas occasionnés par les carrières souterraines

Les aléas les plus fréquemment occasionnés par les carrières souterraines sont des mouvements de terrains. En Gironde, les mouvements de terrain les plus fréquents peuvent être classés de la manière suivante :

 

La remontée de fontis (ou effondrement localisé): c’est le mouvement de terrain le plus observé au-dessus des carrières souterraines de Gironde. Il correspond à un effondrement progressif du ciel de carrière, qui entraîne un amincissement de l’épaisseur des terrains de recouvrement et une montée de vide verticale vers la surface appelée « cloche de fontis ». Ce phénomène localisé et de forme circulaire, se propage de manière lente dans la phase de développement suivie d’une rupture brutal lorsqu’il arrive en surface ; il provoque alors un trou, en général de quelques mètres de diamètre, aux parois abruptes.

L’impact du fontis en surface varie en fonction de la profondeur de la carrière ainsi que de la nature des terrains de recouvrement. Plus la profondeur de la carrière souterraine est importante, plus l’impact du fontis en surface sera atténué en raison d’un phénomène d’auto-comblement des terrains.

 

Vidange de poche karstique : un karst est une cavité naturelle formée par dissolution des roches solubles (le calcaire dans notre cas), au contact des eaux circulant dans les discontinuités géologiques. Les cavités karstiques rencontrées dans les carrières girondines sont anciennes et en générale remplie d’argile.  La vidange de l’argile contenue dans les poches karstiques, lorsqu’elles se situent au ciel de carrière, causent une fragilité locale susceptible d’induire à terme des effondrements localisés.

ILLUSTRATION : Schéma + photos d’un fontis

ILUSTRATION : Poche karstique Cénacv

L’effondrement généralisé : il correspond à un effondrement brutal des terrains, susceptible de former un cratère de quelques mètres de profondeur et de plusieurs centaines de mètres de diamètre. Ce type de phénomène se produit en cas de rupture en chaîne de nombreux piliers en carrière suivi d’une fracturation verticale des terrains de recouvrement.

ILLUSTRATION : schéma d’effondrement généralisé Saint Germain du Puch

Comme pour les fontis, plus la carrière est profonde plus les répercussions à la surface du sol sont atténuées du fait de l’auto comblement des terrains de recouvrement.

L’affaissement : il se caractérise par la formation lente d’une cuvette à la surface du sol dont la déformation s’opère en général sur plusieurs années voire dizaines d’années. Comme les effondrements généralisés, les affaissements sont induits par la rupture de nombreux piliers en carrière en concernent des zones pouvant atteindre plusieurs de mètres de diamètre. Mais les carrières occasionnant des affaissements de terrain sont en général plus profondes et constituées de piliers moins élancés que les carrières occasionnant des effondrements.

Le débourrage de puits : Les anciens puits de service ou d’extraction des carrières souterraines de la Gironde, ne sont pas tous référencés ou comblés de manière satisfaisante. Des infiltrations d’eau localisées peuvent créer un tassement des remblais de comblement du puits et générer un débourrage brutal. Lors de ce débourrage, les remblais de l’intérieur du puits se répandent dans les galeries vides de carrières. Ce phénomène provoque donc un trou en surface de diamètre égal à celui du puits.

Les aléas occasionnés par les falaises

L’éboulement : de nombreuses communes de Gironde sont concernées par l’érosion des falaises de calcaires à Astéries, qui sont naturellement prédisposées à s’ébouler progressivement en raison de l’altérabilité naturelle de la roche notamment en présence d’eau et de végétation. L’érosion peut subir des accélérations temporaires lors d’évènement climatiques particulièrement intenses caractérisées par des chutes de blocs dont le volume peut atteindre plusieurs mètres cubes.

Dans certain secteur, l’exploitation de carrières souterraines débutait par le cavage des falaises. La présence de cavages fragilise les falaises et peuvent augmenter considérablement la susceptibilité d’éboulement des falaises.

ILLUSTRATION : Falaise de Bayon-sur-Gironde

FACTEURS AGGRAVANTS

Les différents types de désordres sont souvent influencés par des facteurs aggravants tels que la géométrie de la carrière, la résistance de la roche exploitée (le calcaire dans notre cas), la hauteur des terrains de recouvrement, ou encore la présence d’infiltration d’eau en ciel de carrière.

La géométrie de la carrière est l’un des facteurs les plus déterminants vis-à-vis de la stabilité de celle-ci.

Certaines carrières souterraines situées dans le département de la Gironde, ont été exploitées de manière empirique, parfois sur plusieurs niveaux plus ou moins bien superposés, ce qui génère des hauteurs de galeries cumulées importantes et des piliers élancés. C’est le cas de certains secteurs de carrières des communes de Cénac, Latresne, ou même Saint-Germain-du-Puch.

Le taux de défruitement, qui représente la surface exploitée sur la surface totale de la carrière est un des principaux paramètres à prendre en compte pour la stabilité de la carrière. En effet, si le taux de défruitement est trop important, c’est-à-dire si la carrière a été trop exploitée et que les piliers ne sont pas assez conséquents pour soutenir la charge des terrains du dessus, il arrive que des désordres surviennent en surface.

La dimension et l’agencement des chambres et piliers des galeries d’une carrière souterraine ont également une incidence directe sur la stabilité de la carrière. Par exemple, une portée (distance entre deux piliers) importante ou un nombre de piliers insuffisants peut engendrer une instabilité forte.

La géologie : Suivant la qualité de la roche, l’instabilité ne sera pas la même. Si le calcaire à Astéries du secteur étudié possède de nombreux horizons argileux, ceci peut occasionner une fissuration des piliers ou même le décollement du toit, engendrant par la suite des effondrements en surface.

Dans les carrières souterraines de la Gironde, le calcaire à Astéries est souvent recoupé par des réseaux de cavités résultant d’un phénomène d’érosion ou de dissolution karstique de la roche. Aujourd’hui ces cavités sont le plus souvent remplies d’argile marron rouille provenant d’un phénomène d’entraînement des particules fines argileuses des terrains de recouvrement à travers les fractures du versant. Ces réseaux karstiques remplis d’argile correspondent à d’anciens réseaux naturels, aujourd’hui ils, ne sont plus en activité. La fracturation de la carrière va réduire la capacité portante des piliers et fragiliser le ciel de carrière.

La fissuration du massif rocheux peut entraîner une instabilité des terrains. Il existe deux types de fissuration :

  • Les fissurations géologiques naturelles qui sont présentes dans le massif calcaire avant l’exploitation de la carrière souterraine. Ce type de fissuration du versant est lié à la tectonique des plaques. Ces fractures naturelles présentent pour la plupart d’entre elles des dépôts argileux résultant de la circulation d’eau de pluie de surface ayant entrainé progressivement des particules fines des terrains sus-jacents.
  • Fissuration mécanique qui résulte de l’exploitation et de la nouvelle répartition des contraintes dans la carrière souterraine.

Notons que les fissures géologiques anciennes peuvent évoluer en fissures mécaniques avec le poids important des terrains de recouvrement et le mauvais état des galeries.

La Végétation peut avoir un effet positif puisqu’elle permet l’évacuation d’une partie des eaux infiltrées dans les terrains de recouvrement. Mais le plus souvent elle a un effet néfaste sur la stabilité de la carrière souterraine et notamment dans les carrières souterraines peu profondes. Les racines pénètrent dans les fissures existantes de la carrière et génèrent des sur-contraintes : élargissement des fissures, dégradation de la roche et pénétration de l’eau à l’intérieur des carrières souterraines.

ILLUSTRATION : Photo racine Nérigean

L’eau : Lors des visites d’inspection en carrière, nous constatons que certaines zones possèdent des infiltrations d’eau, se manifestant par un goute à goute dans le ciel de carrière ou par des traces d’infiltration au sol.

L’eau peut être un facteur déclencheur ou aggravant pour la stabilité de la carrière souterraine. En effet, les infiltrations d’eau dans le ciel de carrière peuvent entrainer une augmentation de la fissuration ainsi que des mouvements de terrains plus importants en surface.

De plus, suite à de fortes précipitations, les terrains de recouvrement chargés en eau, deviennent plus lourds, et engendrent une surcharge sur les piliers de la carrière souterraine.

Les eaux des nappes souterraines, quant à elle, accentuent la dissolution de la roche calcaire lorsque les piliers de carrière se retrouvent dans la zone de battement de la nappe.

LES FACTEURS ANTHROPIQUES

L’activité humaine peut engendrer des contraintes et des vibrations dans le sol, accélérant la dégradation des conditions de stabilité de la carrière souterraine.

Si les secteurs situés au dessus des carrières souterraines sont occupés par de l’activité humaine, cela peut :

  • Créer des fuites d’eau au niveau des réseaux humides des propriétés alentours et engendrer des zones d’infiltrations préférentielles dans le ciel de carrière
  • Créer des surcharges sur les piliers et le toit des carrières souterraines sous jacentes. En effet, avec les constructions et les aménagements en surface, les contraintes verticales dans les piliers augmentent.
  • Créer des vibrations engendrées par la circulation des véhicules et des poids lourds.