Mouvements de terrain

Pour les travaux miniers proches de la surface, les phénomènes d’instabilité susceptible d’apparaître sont les fontis, effondrements coniques de quelques mètres de diamètres. Ils résultent de la dégradation progressive de la voûte d’une galerie qui remonte peu à peu dans le recouvrement jusqu’à percer au jour soudainement. Dans les conditions du bassin ferrifère lorrain, les fontis ne peuvent pas apparaître pour des vides situés à une profondeur supérieure à 50 m. Cette valeur limite peut être abaissée dans certains cas par une étude particulière de la zone. Par ailleurs, l’exploitation du minerai sur le territoire national a donné lieu au creusement de plus de 9300 puits. L’arrêt des exploitations minières a conduit à l’abandon d’un grand nombre de ces ouvrages. La grande hétérogénéité de leurs caractéristiques (diamètre, profondeur ou bien encore cuvelage), ainsi que la mémoire des sites qui s’éteint au fil du temps, font aujourd’hui des puits un risque potentiel pour les biens et les personnes. Selon le contexte, différents scénarios peuvent aboutir à l’effondrement de la tête du puits :
  • soit le puits n’a pas été remblayé et il se produit une rupture du cuvelage puis l’effondrement de la tête de puits ;
  • soit le puits a été remblayé en fin d’exploitation et il se produit un débourrage c’est à dire un lessivage des matériaux de remblaiement dans les galeries communicant avec le puits. Celui-ci ainsi vidé, ne dispose plus de soutènement pour son cuvelage qui se rompt ce qui aboutira à l’effondrement de la tête du puits.
Ces instabilités peuvent s’apparenter aux effets d’une remontée de voûte qui aboutirait en surface à la formation d’un fontis.
L’affaissement progressif résulte de la ruine progressive des piliers au fond, suffisamment étendu pour que les effets remontent en surface. Il se traduit par l’apparition d’une cuvette semblable à celle provoquée par un dépilage volontaire. Au centre de la cuvette, les terrains descendent verticalement. Sur les bords internes de la cuvette, des manifestations de compressions se manifestent (bourrelets). Les bords externes mettent pour leur part en évidence des figures d’extension (ouverture de fissures). La cinétique d’apparition de la cuvette en surface varie d’un affaissement à l’autre mais s’étale classiquement entre une journée pour les plus rapides (Auboué-Coinville en 1996, Moutiers en 1997) à plusieurs mois pour les plus lents (Roncourt en 1998, Angevillers en 2009). Après cette phase active, des mouvements de type tassement peuvent se prolonger pendant quelques années, comme ceux observés à l’aplomb des dépilages.
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. Il s’accompagne fréquemment d’une secousse sismique, certaines ayant déjà été enregistrées à Strasbourg et l’une d’elle-même jusqu’à Moscou (Roncourt en 1959). La brutalité de l’effondrement des travaux au fond est attestée par le souffle d’air dont les effets peuvent être dévastateurs sur l’ensemble de la mine.  Des signes précurseurs (craquements, signes de pressions, de convergence), ayant parfois permis l’évacuation préventive des chantiers, ont souvent été mis en évidence durant les jours précédant l’effondrement. Cependant, les chantiers demeurent accessibles, sans dégradation importante avant le déclenchement du phénomène. En surface, des crevasses ouvertes, jusqu’à 1 m selon les témoignages, apparaissent immédiatement sur le pourtour de la zone effondrée. Contrairement au phénomène d’affaissement, l’effondrement brutal est donc un phénomène discontinu dans le temps et dans l’espace. 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.
Le phénomène d’effondrement brutal peut également se produire en présence de cavités de sub-surface, se caractérisant par des portées de toit importantes et des piliers de petites dimensions supportant des contraintes fortes Du fait de la rapidité de sa mise en place (quelques jours) et de la brutalité de sa manifestation, l’effondrement brutal présente une dangerosité particulière tant au cours de l’exploitation qu’après la fermeture de la mine. Ceci explique l’attention toute particulière portée à l’élaboration d’une méthode, décrite ci-après, permettant de discriminer les contextes géologiques et d’exploitation favorables au déclenchement d’un tel phénomène.

Les tassements sont des réarrangements des terrains de surface se caractérisant par des mouvements différentiels de faibles amplitudes sans danger pour les personnes mais pouvant avoir des conséquences pour les infrastructures ou les bâtiments. Les tassements peuvent affecter des anciens travaux miniers souterrains, des ouvrages de dépôts, des découvertes ou des ouvrages remblayés. Ils peuvent également avoir pour origines des perturbations hydrogéologiques liés à d’anciennes exploitations minières ou des phénomènes de combustion. 

L’exploitation minière peut s’accompagner, dans des cas particulier, de manière concomitante à la formation des cuvettes d’affaissement, de la création de crevasses dans le recouvrement. Certaines crevasses apparaissent au jour au moment  de l’exploitation, mais certaines d’entre-elles sont mises au jour ou apparaissent en surface plusieurs année après celle-ci. Les crevasses se présentent sous la forme de fissure d’ouverture pluri-décimétrique. La profondeur « visible » est pluri-métrique mais la profondeur réelle des crevasses n’est pas connue.
Ces phénomènes sont observés sur les flancs des dépôts miniers ou les versant de mines à ciel ouvert constitués dans des terrains meubles. On distingue :
  • Les glissements superficiels, mettant en jeu des volumes de quelques dizaines de m3 de roche
  • Les mouvements profonds, mettant en jeu des volumes très importants glissant le long d’une surface, souvent circulaire.
Un éboulement rocheux est un mouvement de pente soudain au cours duquel des masses rocheuses plus ou moins volumineuses, se détachent d’une paroi généralement très raide et sont mobilisées au pied du front. Ce type de phénomène concerne donc essentiellement les fronts de mines à ciel ouvert creuses dans des massifs de roches dures, avec de fort angles de talus. En fonction du volume de roche éboulé, on parle de chutes de pierres, de blocs, d’écroulements voire d’écroulements majeurs.