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Les affaissements miniers

L’exploitation des ressources minérales dans des régions habitées posait au mineur un certain nombre de problèmes. Leur extraction pouvait en effet provoquer des mouvements de terrain en surface, influençant plus ou moins l’environnement concerné. Ces problèmes étaient d’autant plus importants qu’une grande partie de l’habitat en surface était due à la présence même de ces ressources et au développement qu’elles ont permis à ces régions.

Pour étudier le problème des affaissements, il faut tenir compte de trois éléments :
  • Le gisement : il représente une richesse naturelle, existant en quantité limitée, qu’on ne peut ni renouveler, ni déplacer.
  • La surface avec ses bâtiments, ses réserves d’eau (nappe, rivières, assainissement…), ses voies de communication : il faut prendre des mesures pour la préserver.
  • Le mineur, qui est l’acteur économique. Il doit exploiter le gisement en tant que richesse et ne pas le gaspiller. Pour cela, il ne doit mettre en œuvre que les méthodes d’exploitation qui assurent sa sécurité. Il est responsable de ce qui peut survenir en surface du fait de son activité. Il agira pour ne pas opposer, mais pour tenter de concilier richesse du sous-sol et richesse du sol.

Le mécanisme de l’affaissement minier

Une exploitation minière souterraine, de par sa nature extractive, crée des vides dans les sous-sols. Dans les méthodes d’exploitation « par foudroyage », ces vides sont comblés par l’éboulement contrôlé des terrains sus-jacents qui remplissent la cavité créée. En effet, lorsque la surface exploitée s’étend, ces terrains sus-jacents fléchissent puis cèdent sous l’effet de l’augmentation du porte à faux et du poids des terrains.

Les terrains ainsi « foudroyés » sont beaucoup plus lâches qu’à l’origine, leur densité apparente est réduite presque de moitié. La conséquence en est que très rapidement la cavité se remplit, les terrains tombés venant au contact des bancs encore en place. Ces bancs, trouvant un appui, ne vont alors plus se fracturer, mais uniquement se déformer, se tasser d’une manière lente. En particulier, les bancs imperméables gardent leur imperméabilité et continuent d’isoler la mine des terrains aquifères supérieurs.

Lorsque la surface exploitée est suffisamment grande, le tassement des terrains se transmet jusqu’en surface, c’est le phénomène de l’affaissement.

La cuvette d’affaissement

Responsable des dégâts de surface, il est primordial pour l’exploitant de connaître les effets de l’exploitation minière sur la surface. Chaque région soumise à affaissement minier pose un problème particulier, fonction de la nature des terrains, de la géologie du gisement.

Dans le cas du bassin potassique d’Alsace, grâce à la plasticité des bancs de sel et à la présence en surface d’une épaisseur de 30 à 40 m de graviers très coulants, les mouvements de surface ont eu une allure régulière et continue sans rupture brutale.

Le profil type de la cuvette d’affaissement que nous donnons ci-après est donc valable uniquement dans le bassin potassique. Il s’agit du profil obtenu à la fin des affaissements, dans le cas d’un gisement quasi-horizontal.

La profondeur de l’exploitation et la hauteur de la couche exploitée sont les éléments déterminants de ce profil.

L’affaissement maximum a atteint 90% de l’ouverture des chantiers, c’est-à-dire de la hauteur exploitée de la couche, soit a maximum 5 m comme au centre de Bollwiller ou de Wittelsheim.

L’affaissement dans le temps

Dans la pratique, il faut considérer deux phases :

  • la phase de démarrage,
  • la phase « régime de croisière ».

Lors du démarrage de l’exploitation d’une taille, les premiers mouvements ne commençaient que quelques mois après ce démarrage. En effet, il fallait que la surface exploitée ait une certaine importance pour que le fléchissement des bancs supérieurs se fasse.

Lorsque le phénomène d’affaissement avait commencé, on passait à un « régime de croisière ».

On constatait alors que :

  • Les mouvements commençaient très faiblement peu de temps avant le passage de la taille.
  • Ces mouvements s’accéléraient au moment du passage de la taille à l’aplomb du point considéré. Les terrains pouvaient alors s’affaisser de 1cm/jour.
  • En général, compte tenu des vitesses d’avancement des fronts de taille, 90% de l’affaissement total était atteint un an après le passage de la taille. Trois ans après ce passage, nous avons pu considérer que les terrains étaient stabilisés.

Les effets des affaissements de surface

L’affaissement pur : il a pu provoquer la formation d’une cuvette. Cette cuvette a pu être inondable par la modification du profil d’un cours d’eau ou par la remontée de la nappe phréatique.

Les désordres qui ont pu en résulter étaient temporaires. Selon le cas, le traitement des berges par la mise en place des digues, le reprofilage des ruisseaux et des fossés ou le creusement de fossés de drainage, permettaient de rétablir des écoulements corrects et d’éviter ainsi les inondations.

La modification de la pente :
elle n’était jamais très importante (on n’a dépassé que très exceptionnellement une pente de 10 mm/m). Elle a pu surtout être gênante pour les canalisations d’écoulement des eaux usées.

La mise en place de pompes de relevage sur les réseaux d’eaux usées ont limité dans un premier temps la gêne, puis le reprofilage des réseaux de canalisations a assuré à nouveau un écoulement normal.

Les déformations subies par la surface

Le schéma montre les différentes phases par lesquelles passait un bâtiment au fur et à mesure de l’avancement des travaux :

  • La première phase était une mise en tension au cours de laquelle la vitesse d’affaissement augmentait.
  • La deuxième phase était une mise en compression au cours de laquelle la vitesse d’affaissement diminuait.
  • La troisième phase était celle de la stabilisation avec un retour à la normale.

Notons que les dégâts ont été provoqués par les déformations. Dire d’un bâtiment qu’il s’était affaissé de X mètres ne permettait pas de tirer des conclusions quant aux dégâts subis.

Dans la pratique, ces déformations ont eu un effet sur les canalisations qui ont pu se casser, les voies ferrées qui ont pu se déformer par compression (flambage), les bâtiments qui ont pu se fissurer.

L’effet de ces déformations ont été d’autant plus faible que les longueurs en contact avec le sol étaient petites.

Dans le cas des bâtiments, les dégâts tant par mise en tension que par mise en compression, n’ont jamais été brutaux.

Les moyens de limiter les dégâts de surface

Abandon de gisement

Le premier moyen mis en avant était la non exploitation du gisement.

Ce moyen était extrêmement pénalisant : le schéma (zoom en images) montre que la surface au sol affectée par l’affaissement est bien plus importante que la surface exploitée. A l’inverse, pour protéger en surface une zone de 100 m de diamètre par exemple, il aurait fallu abandonner une surface de 600 m de diamètre si la couche était à 500 m de profondeur, de 1100 m de diamètre si la couche se trouvait à 1000 m de profondeur.

Cette méthode ne répondait pas à la mission première du mineur : extraire le maximum de minerai. Elle a cependant été appliquée pour protéger les puits de mine et les préserver de tout affaissement.

Elle aurait été anti-économique : perte de richesse de l’entreprise, de la région, perte d’emplois. Aussi, cette méthode n’a-t-elle été employée que dans les cas extrêmes, par exemple pour protéger un puits de mine.

Remblayage au fond

Cette méthode ne supprimait pas les affaissements, elle réduisait leurs effets au mieux de 50%. Elle a été employée pendant quelque temps aux MDPA mais a été abandonnée au profit des méthodes par foudroyage offrant une meilleure sécurité au personnel.

En effet, le remblayage de l’arrière taille engendrait des pressions anormales, qui s’exerçaient dans l’allée de travail de la taille.

Le foudroyage, au contraire, permettait une détente des terrains et réduisait de ce fait les pressions dangereuses.

Mesures préventives sur les constructions

Le problème s’est posé différemment suivant que la construction existait ou non et suivant l’importance du bâtiment.

Pour les constructions existantes et dans le cas d’immeubles importants (écoles, églises, HLM…), les moyens mis en œuvre ont été les tranchées de décompression, le renforcement par étaiement, le ceinturage, la création de joints de dilatation.

Pour les maisons individuelles, l’expérience a prouvé que les dégâts étaient relativement faibles, en général aucune mesure préventive n’était nécessaire.

Pour les immeubles à construire soumis au permis de construire, les mesures confortatives indiquées dans le permis par la DRIRE (Direction Régionale de l’Industrie, de la Recherche et de l’Environnement) et subventionnées par les MDPA ont été de nature à réduire considérablement les effets des affaissements. Dans certains cas, un avis défavorable de construction pouvait être donné. Le report de la construction jusqu’après stabilisation des terrains s’imposait alors.

Dans la plupart des cas, l’application des normes DTU (document technique unifié) a suffi pour la maison individuelle.

Conclusion

Les affaissements miniers ont été la conséquence inévitable de l’exploitation du gisement potassique. La gêne qui en a résulté est réelle mais la longue expérience des MDPA dans ce domaine a permis la mise en œuvre des mesures préventives et curatives réduisant ou limitant dans le temps les effets des affaissements miniers.

Zoom en images

Schématiquement

Schématiquement

Relevage d'une maison à Bollwiller en 2002

Relevage d'une maison à Bollwiller en 2002

Relevage d'une maison à Bollwiller en 2002

Relevage d'une maison à Bollwiller en 2002

Relevage d'une maison à Bollwiller en 2002

Relevage d'une maison à Bollwiller en 2002

Relevage d'une maison à Bollwiller en 2002

Relevage d'une maison à Bollwiller en 2002

Relevage d'une maison à Bollwiller en 2002

Relevage d'une maison à Bollwiller en 2002

Relevage d'une maison à Bollwiller en 2002

Relevage d'une maison à Bollwiller en 2002

Limite de la zone influencée par les travaux miniers

Limite de la zone influencée par les travaux miniers

Cartographie des affaissements miniers en surface

Cartographie des affaissements miniers en surface