Affaissement et effondrement miniers - Définition

Introduction

Les affaissements et les effondrements miniers sont les phénomènes mécaniques résultant des comblements spontanés ou non de vides souterrains laissés par l'exploitation minière.

Ces comblements conduisent à deux types de désordres en surface :

• des affaissements, sans ouverture de cavité en surface ;
• des effondrements dans le cas contraire.

Le phénomène d'affaissement est relativement lent et progressif (pouvant durer des décennies). Il se produit lorsque les terrains sont plutôt plastiques et que la profondeur d'exploitation est importante par rapport à l'épaisseur de la taille.
Il résulte le plus souvent d'un choix délibéré d'exploitation (méthode dite « du foudroyage » (exploitation totale du minerai à l’aide d’un coffrage marchant).
Ce phénomène est par exemple observé à grande échelle dans le bassin minier du Nord-Pas-de-Calais.

Le phénomène d'effondrement est au contraire plus rapide, voire brutal. Il peut intervenir par rupture brusque du toit de l'exploitation. Il se traduit en surface par une variation instantanée de la topographie locale (cuvette d’affaissement), voire - lorsque la profondeur de l’excavation est faible relativement à son épaisseur - à un trou béant en surface qualifié de « fontis » (à ne pas confondre avec les dolines qui sont dues à un phénomène naturel de dissolution karstique).
L’effondrement peut être délibéré mais il est généralement la conséquence accidentelle de l’évolution des chambres à piliers après l’abandon de l’exploitation (cas de certaines mines lorraines ou des carrières souterraines de craie en Normandie par exemple). La capacité de résistance des piliers se dégrade en effet sensiblement à long terme : leur aire de soutènement peut diminuer par écaillement et leurs propriétés mécaniques peuvent changer en présence d'eau. Selon l'Ineris, en France, les piliers et cavités souterraines situés au niveau de la battance du plafond de la nappe pourraient être rendus plus vulnérables dans un futur proche, suite aux dérèglements climatiques qui selon les météorologues induiront des pluies plus fortes et fréquentes en hiver, et des sécheresses plus fréquentes en été.

Influence de l’eau sur la stabilité mécanique des sites miniers à l'abandon

L’exploitation minière exige souvent un pompage d’assèchement (exhaure) pour rabattre la nappe phréatique et éviter l'inondation des galeries et autres excavations. Au terme de l’exploitation, si l'on ne poursuit pas l’exhaure, le niveau de la nappe remonte jusqu'à trouver un nouvel état d’équilibre hydrogéologique (le temps nécessaire au rééquilibrage du niveau phréatique pouvant varier de quelques mois à quelques décennies, voire plus d'un siècle dans les mines profondes (celles du Nord-Pas-de-Calais par exemple).

L'effet de l'eau sur la stabilité mécanique des exploitations minières abandonnées est complexe, car pouvant se traduire positivement et négativement. Une roche saturée en eau perd de sa résistance, dans des proportions variable selon le type de roche (les matériaux siliceux sont généralement plus sensibles à l'eau que les matériaux calcaires). Mais la pression hydrostatique peut aussi jouer un rôle de support du toit (déjaugeage), qui soulage les piliers, à condition que cet effet ne soit pas contrebalancé par la perte de confinement horizontal à l'intérieur des piliers. Le risque est accru lors de la phase transitoire d’ennoyage, durant laquelle de fortes pressions hydrauliques peuvent augmenter sensiblement la fracturation du milieu.