Synthèse des connaissances actuelles Méthodes de reconnaissances des cavités Ce

Synthèse des connaissances actuelles Méthodes de reconnaissances des cavités Cette publication comprend un logigramme interactif en annexe, celui-ci est susceptible d’une mise à jour par retours des lecteurs utilisateurs. Cet ouvrage est une œuvre collective éditée sous la direction du Cerema. Coordonateu-rédacteur : Raphaël Bénot (Cerema - Dter Ouest - LR de Saint-Brieuc) ont également participé à la rédaction Pierre Azémard (Cerema - Dter Méditerranée – LR Aix) Philippe Cote (Université Gustave Eiffel – Département MACS) Relecteurs V. Berche – Cerema (Hauts-de-France) JM. Watelet - Ineris J. Thomas – BRGM P . Azémard - Cerema (Méditerranée) P . Cote - Université Gustave Eiffel J. Guédon - Université Gustave Eiffel N. Berenger – Cerema (Méditerranée) M. Herbaux - Ministère de la Transition écologique (DGPR) E. Vanoudheusden – BRGM C. Lefebvre – Cerema (Hauts-de-France) F. Lebert – BRGM P . Wawrzyniak – BRGM C. Pinon - Ineris C. Mathon – BRGM Comment citer cet ouvrage : Cerema. Méthodes de reconnaissances des cavités. Synthèse des connaissances actuelles Cerema, 2021. ISBN : 978-2-37180-486-9 (numérique) Toute reproduction intégrale ou partielle, faite sans le consentement du Cerema est illicite (loi du 11 mars 1957). Cette reproduction par quelque procédé que ce soit, constituerait une contrefaçon sanctionnée par les articles 425 et suivants du Code pénal. Méthodes de reconnaissances des cavités Synthèse des connaissances actuelles Éditions Cerema Cerema Risques, Eaux, Mer – 134, rue de Beauvais – CS 60039 – 60280 Margny-lès-Compiègne – Tél. : +33(0)3 44 92 60 00 Siège social : Cité des Mobilités – 25, avenue François Mitterrand – CS 92 803 – F-69674 Bron Cedex – Tél. : +33 (0)4 72 14 30 30 MÉTHODES DE RECONNAISSANCES DES CAVITÉS 1 Table des matières Partie 1 Résumé 3 Introduction 4 Typologie des cavités 5 Cavités naturelles 5 • Contexte favorisant l’existence de cavités 5 • Éléments de karstogénèse 6 • Description de la karstogénèse 7 Cavités anthropiques 11 • Origine des cavités anthropiques 11 • Ressources minérales, carrières 11 • Abris, caves, ouvrages de transport 11 • Carrières souterraines, catiches, marnières, mines antiques 13 Partie 2 Démarche de gestion de l’aléa cavité 15 1.1 Étape Préalable de connaissance du site : l’expertise géologique et la recherche documentaire exhaustive 18 • Expertise géologique 18 • La recherche documentaire 19 exhaustive 19 1.2 Conclusion sur la phase d’identification de l’aléa 22 2.1 Recalage des plans d’archives 24 2.2 Relevés de géométrie des cavités visitables 24 • Relevés par un géomètre expert 24 • Relevés par arpentage 27 • Relevés spéléologiques 28 • Restitutions cartographiques 28 MÉTHODES DE RECONNAISSANCES DES CAVITÉS 2 2.2 Conclusion sur l’étape de reconnaissance 29 3.1 Reconnaissances géophysiques 31 • Principales méthodes adaptées à la localisation de cavités 32 3.2 Perspectives concernant la géophysique 33 3.3 Reconnaissance par sondages géotechniques 35 • Les sondages au tricône  35 • Implantation des sondages 36 • Profondeur des sondages 37 • La coupe des sondeurs 37 • L’interprétation des diagraphies 37 • Auscultation par des moyens vidéos 40 • Rapport 40 • Logigramme décisionnel 41 • Les méthodes « physiques » 42 Conclusion 44 Annexes 45 Documents à consulter 46 Tomographie de résistivité électrique 47 Micro-gravimètrie 50 Radar géologique 53 Méthode radio magnéto tellurique 56 Méthode électromagnétique 57 Sismique en ondes de surface 59 Méthode électromagnétique basse fréquence champ proche 61 Logigramme décisionnel 64 MÉTHODES DE RECONNAISSANCES DES CAVITÉS 3 Résumé Le présent document recense les méthodes actuelles de reconnaissance des cavités. Ce document a été établi dans le cadre de la convention DGPR – IFSTTAR 2011 et constitue un élément de bibliographie pour le Plan National Cavité… Pour aider à répondre à la démarche de gestion de l’aléa cavité proposée (Figure 1) une méthodologie de gestion de l’aléa cavité est proposée sous forme de logigramme (arborescence évolutive) qui permet de choisir (en cliquant sur chaque onglet) le mode de reconnaissance de la cavité, visite ou auscultation géotechnique et/ou géophysique. • Le document aborde dans un premier paragraphe l’importance de la phase de définition de l’aléa qui constitue un préalable à la mise en œuvre des méthodes de reconnaissances. La bonne connaissance de l’aléa permettra d’élaborer une stratégie de reconnaissance qui pourra combiner une ou plusieurs des méthodes abordées. • Le deuxième paragraphe traite plus spécifiquement les modes de reconnaissances, mis en œuvre lorsque la cavité est accessible en toute sécurité. • Le troisième paragraphe aborde les méthodes de reconnaissances qualifiées de physique, la géophy­ sique et le sondage géotechnique. Mots clefs : cavités, aléa, méthodologie, géophysique, géotechnique, logigramme. MÉTHODES DE RECONNAISSANCES DES CAVITÉS 4 Le risque lié aux cavités est particulièrement délicat et difficile à gérer. Les cavités souterraines peuvent générer de fortes perturbations en surface (effondrements) et sont particulièrement préjudiciables en milieu urbain ou sous une infrastructure. Elles sont, souvent, difficiles à localiser et à caractériser. Leur gestion reste délicate par les modifications structurelles qu’elles peuvent engen­ drer au niveau du sol (urbanisation, gestion des eaux…) et du sous-sol (perturbation du fonctionnement hydrogéologique). Cette gestion est également complexifiée par les contraintes juridiques et financières qu’elles imposent. L’aléa cavité doit, donc, être pris en compte selon une démarche organisée depuis la reconnaissance géologique puis géotechnique du site, avec une progressivité des reconnaissances de l’aléa qui peut se rapprocher de ce qui est recommandé dans la norme NF P 94-500 concernant les études géotechniques. L’objectif étant d’aboutir à des solutions de sécurisation des sites ou à des décisions adaptées à la présence ou non de cavités, à leur importance et à leur risque d’évolution. La présence de cavités est liée principalement à des processus naturels de dissolution, de lessivage (origine naturelle) et à des actions humaines de prélèvement de maté­ riaux (origine anthropique). Dans de nombreux cas, les deux types peuvent exister conjointement sur le même territoire. (cf. « Typologie des cavités »). Ce rapport s’inscrit dans la continuité de l’action 6 du Plan National Cavité, et plus particulièrement de son point 3 demandant la production d’un document traitant de la « Synthèse des techniques actuelles de détection à l’usage des Maîtres d’Ouvrages ». “ Introduction MÉTHODES DE RECONNAISSANCES DES CAVITÉS 5 Cavités naturelles • Contexte favorisant l’existence de cavités L’existence de cavités naturelles suppose la présence : • de roches solubles telles que des calcaires ou dolomies (les carbonates au sens large), des roches salines comme le gypse (sulfates) ou le sel gemme ; • de circulations d’eaux souterraines ayant permis ou permettant la dissolution. L’analyse du contexte géologique (nature des roches) doit donc être complétée par une analyse des conditions d’évolution géomorphologique de la zone depuis la mise à l’air libre des roches sédimentaires. De façon plus anecdotique (en France métropolitaine) on peut également citer les types de cavités suivantes : • les tunnels de laves dans les formations volcaniques ; • les cavités formées par entraînement mécanique d’une formation érodable par des circulations d’eau souterraines (suffosion). Figure I : développement d’un réseau karstique dans du tuffeau (région Centre, Mosnes, le niveau de base du réseau (environ à mi-hauteur du front de taille) correspond à un paléo-niveau de la Loire. Typologie des cavités MÉTHODES DE RECONNAISSANCES DES CAVITÉS 6 La caractérisation des cavités naturelles passe nécessairement par une enquête bibliographique et de terrain. L’organisation générale est guidée par la géométrie des couches solubles, leur fracturation et par l’organisation des circulations hydrogéologiques. Des informations sont disponibles dans les bases de données générales (http://www.georisques.gouv.fr) et surtout spéciali­ sées (Comités départementaux de spéléologie, sites de club spéléologiques, de naturalistes (chiroptères, …), qui, au-delà de la position des entrées indiquées par la BD cavité, informent sur les géométries et les volumes des cavités. L’analyse de ces informations permet de déterminer : • la densité des phénomènes karstiques connus (cavités, pertes, sources, …) ; • les types de cavités attendues (puits, avens, gouffres, … ou galeries horizontales) ; • les volumes et sections des cavités connues, leur remplissage éventuel ; • l’organisation spatiale de la karstification (niveaux et orientations préférentiels des cavités). La compréhension des réseaux nécessite la compréhension des phénomènes de karstogénèse, de l’histoire géomorphologique du secteur et de la structure géologique du massif. • Éléments de karstogénèse La karstogénèse, création d’un réseau structuré karstique, débute dès l’émersion des massifs de roches solubles. Schéma standard Dans un premier temps la circulation des eaux se fait le long de fissures et interfaces naturelles (interface lithologique, plan de stratification, diaclases, zones faillées…). Durant cette phase, le massif se comporte hydrogéologiquement comme tout massif rocheux fissuré. Il n’y a pas de chemin hydraulique préférentiel à l’exception du mouvement gravitaire. Les vitesses sont très lentes et tant que les discontinuités ne sont pas suffisamment élargies, seule la dissolution est active. Celle-ci est plus active au niveau des points d’infiltration, l’eau se chargeant ensuite progressivement en minéraux au fur et à mesure de son parcours au contact de la roche. Lorsque les fissures sont suffisamment ouvertes, le régime hydraulique change et les vitesses augmentent. Les eaux non saturées pénètrent alors plus profondément et accélèrent la dissolution tout au long du trajet hydraulique. Avec le développement des circuits karstiques ouverts traversant le massif, uploads/Philosophie/ cerema-cavite-sh-final-07-12-2020-sg.pdf

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