Affaissement et effondrement miniers - Définition
La liste des auteurs de cet article est disponible ici.
Bassin ferrifère de Lorraine
L'exploitation minière désormais terminée a laissé, du fait de la méthode employée "par chambres et piliers" de grands volumes de galeries abandonnées. Ces galeries se trouvent à des profondeurs variant, selon les zones de quelques mètres à près de deux cents mètres de profondeur.
La méthode d'exploitation était basée sur le principe que, en laissant des piliers de dimensions suffisantes, ces piliers seraient capables de résister dans le temps, sans s'effondrer. Les experts de l'époque avaient cependant sous-estimé la perte de résistance de ces piliers dans le temps.
Des sinistres récents, à partir de 1996 notamment, ont amené à reconsidérer complètement le problème et à étudier le risque de mouvement de terrain. Des études menées depuis 1997 ont permis de caractériser plusieurs types de risques :
Le fontis
Le fontis est l'apparition soudaine en surface d'un entonnoir de quelques mètres de rayon et quelques mètres de profondeur. Les dimensions du fontis dépendent de l'importance du vide et de la nature des terrains qui le séparent de la surface. Le fontis fait suite à une dégradation progressive de la voûte d'une galerie qui remonte peu à peu dans le recouvrement, jusqu'à percer au jour. Le fontis ne se produira pas si la galerie est suffisamment profonde, car le foisonnement des blocs du toit vient combler le vide avant qu'il n'atteigne la surface. Le risque de fontis peut également être écarté si un banc épais et résistant arrête la dégradation progressive.
L'affaissement progressif
L'affaissement progressif peut survenir au-dessus d'une exploitation par chambres et piliers. Il se traduit par la formation en surface d'une cuvette de quelques dizaines à quelques centaines de mètres de diamètre. Au centre de la cuvette les terrains descendent verticalement. Sur les bords, les terrains se mettent en pente avec un étirement sur les bords extérieurs (ouverture de fractures) et un raccourcissement sur les bords intérieurs (apparition de bourrelets). L'affaissement de la surface se produit généralement progressivement en quelques jours ou en quelques mois selon une dynamique propre au contexte minier et géologique.
Les bâtiments en surface sont sensibles à la mise en pente des terrains ainsi qu'aux effets d'extension dans la zone d'étirement et de compression dans la zone de raccourcissement. Les effets sont d'autant plus élevés que l'amplitude de l'affaissement au centre de la cuvette est grande et que la profondeur des travaux miniers est faible.
Les bâtiments sont d'autant plus vulnérables qu'ils sont longs et élancés.
L'effondrement brutal
Dans certains cas, la ruine de l'édifice minier ne se fait pas progressivement mais on observe l'effondrement en bloc de l'ensemble des terrains compris entre le fond et la surface. L'effondrement de la surface se produit alors de manière dynamique, en quelques secondes. Une forte secousse tellurique est ressentie. Les bords de la zone affectée sont plus abrupts que dans le cas de la cuvette d'affaissement, des crevasses ouvertes y apparaissent.
Pour qu'un effondrement brutal se produise, deux conditions au moins doivent être remplies :
- Les travaux du fond doivent être très fragiles (fort taux de défruitement, piliers élancés) : Ceci constitue le critère géométrique.
- Un banc épais et résistant doit exister dans le recouvrement. La rupture de ce banc qui protégeait les piliers du poids des terrains déclenche le processus d'effondrement. Ceci constitue le critère géologique.
La prévention et gestion des risques
Le risque d'effondrement brutal est jugé relativement stabilisé dans les bassins houillers en France, sans certitude absolue, mais les mouvements de terrain dans le bassin ferrifère peuvent encore se produire. Ils constituent donc des risques que l'État doit gérer : cela se traduit en particulier par des mesures préventives de surveillance et de maîtrise de l'urbanisme. L'INERIS a instrumenté de nombreux capteurs 2005 à 2008 en France une carrière souterraine de sel exploitée par dissolution du sel par l'eau destinée à un effondrement volontaire, près de Nancy. Il s'agit de repérer les signes précurseurs de l'effondrement d'une grande cavité (ici située à moins de 200 m de profondeur et mesurant 150 à 160 m de diamètre et une hauteur d'environ 50 m), pour ailleurs mieux les détecter.
Il ne semble pas y avoir de problème d'acidification minière en France, mais ce phénomène peut avoir de graves conséquences là où il existe (sur un site aux USA, un lac extrêmement acide (pH 1) s'est ainsi formé, l'acidité du milieu favorisant la circulation des métaux lourds toxiques).
Restent des problèmes liés à la pollution des sols et donc des nappes, et au fait que les affaissements ont souvent fracturé les réseaux de distribution d'eau potable et les réseaux d'égouts qui fuient abondamment.
Enfin dans les bassins houillers dont celui du Nord-Pas-de-Calais, une production continue de méthane (CH4, dit grisou en zone minière) perdurera longtemps. Dans le Nord de la France (plus grand bassin minier souterrain exploité du monde), une partie est récupérée par Méthamine et injectée dans le réseau de gaz, mais aux extrémités est et ouest du bassin, le gaz s'enfuit dans l'air, or le méthane est 21 fois plus actif pour l'effet de serre que le CO2.
