Marnières et vides karstiques : garder les pieds sur terre
Régulièrement, la presse se fait l’écho d’accidents consécutifs à des effondrements souterrains se répercutant en surface avec comme conséquences les plus fréquentes, la déstabilisation, voire la destruction de bâtiments ou de routes. D’origine naturelle pour les vides karstiques ou humaine pour les marnières, ces incidents ne sont heureusement que rarement corporels mais leur caractère spectaculaire est source d’une inquiétude grandissante de la population d’autant plus que le phénomène semble aujourd’hui s’accélérer.
Les vides karstiques résultent de la dissolution de roches tendres, et en particulier de la craie, par les eaux d’infiltration chargées d’acide carbonique et la circulation de ces eaux génère des grottes et des conduites de taille variable et de géométrie très complexe.
Dans de nombreuses régions de France, le sol composé de roches sédimentaires se prête à ce phénomène, en particulier en présence de sous-sols crayeux. La craie est en effet une roche sédimentaire non métamorphisée, c’est-à-dire qu’elle n’a pas subi de grandes transformations sous l’effet de fortes températures et de pressions (remontées magmatiques par exemple). Elle ne dispose donc pas d’un système cristallin lui permettant d’atteindre une dureté élevée et une porosité faible.
Forte en apparence, comme en témoignent les falaises dont certaines dépassent la centaine de mètres, elle conserve un cœur tendre et hétérogène, fragile face aux agressions diverses des éléments naturels dont la principale et la plus pernicieuse aussi est l’attaque chimique acide. Cette attaque est véhiculée par les pluies qui s’en prennent certes aux gargouilles de nos cathédrales mais également à nos sols en formant des vides naturels nommés vides karstiques pouvant conduire à des effondrements (fontis). Ces effondrements restent en général souterrains mais peuvent également apparaître en surface de façon plus dramatique.
Dans certaines régions, la craie souterraine est protégée par des marnes et argiles de surface qui, plus ou moins étanches, peuvent constituer d’excellents filtres de protection de la craie en profondeur. Aussi, selon la nature et l’épaisseur de ces argiles, mais également selon la position des nappes phréatiques et leur degré de pollution, la craie sera plus ou moins protégée et donc plus ou moins sujette aux formations karstiques. Les sols sujets aux formations karstiques sont généralement connus des bureaux d’études de sols locaux.
Une pollution humaine
Les marnières sont des cavités creusées, essentiellement aux XVIII e et XIX e siècles, pour extraire de la "marne" (en fait de la craie) destinée à l'amendement des sols (d'une part, renouvellement en ions calcium indispensables à la croissance des plantes et, d'autre part, neutralisation des terres trop acides).
Préfiguration de la culture intensive, les agriculteurs prenaient ainsi la craie dessous pour l’épandre dessus. Louis XIV déjà encourageait cette pratique et, plus tard, les baux d’exploitation des terrains agricoles faisaient état d’une obligation de l’exploitant d’amender ou d’aider à l’amendement des sols par ces marnes. Une extraction massive a ainsi eu lieu jusqu’au début du 20e siècle.
Bien entendu, lorsque les exploitations agricoles disposaient d’affleurements, les marnes étaient extraites en carrières à ciel ouvert comme c’est d’ailleurs le cas aujourd’hui. Mais les besoins étaient tels que ces affleurements ne suffisaient pas en nombre et en répartition (les moyens de transports étaient limités). Aussi leur extraction s’est rapidement orientée vers les profondeurs (30 mètres en moyenne mais certaines atteignent localement 50 à 70 mètres de profondeur…).
Le plus souvent, les marnières étaient constituées d'un puits vertical de 1,5 à 2 mètres de diamètre, et de plusieurs dizaines de mètres (jusqu'à une trentaine) de profondeur : ce puits donnait l'accès aux galeries ou chambres d'exploitation, d’environ 2,5 mètres de hauteur, creusées horizontalement en conservant, pour les plus grandes exploitations, des piliers rocheux intermédiaires.
Une fois l'exploitation terminée, seul le puits était sommairement rebouché en surface sur quelques mètres au moyen d'un assemblage de poutres de bois et de terre, lorsqu’il ne servait pas de poubelle où l’on enterrait toutes sortes d’objets et détritus. Une fois la couverture végétale reconstituée, les entrées de puits devenaient invisibles.
Les déclarations d'ouverture de marnière avaient bien été rendues obligatoires en 1853, mais, pour échapper à l'impôt, cette obligation a été trop souvent ignorée. C’est bien là le principal problème car beaucoup d’extractions sont restées secrètes si bien que ni leur nombre, ni leur localisation ne sont connus précisément. Des estimations font état de plus de 140 000 marnières pour l'ensemble de la région Haute-Normandie.
La petite commune d’Yvetot de 11 000 habitants en Seine-Maritime en dénombrerait par exemple plus de 140 enregistrées depuis 1830 : mais qu’en est -il des autres, celles qui sont passées dans l’oubli collectif ? Quand on sait que les besoins de marne étaient d’environ 1m3 /ha/an selon le CETE, il devrait donc y avoir près de 10 marnières tous les km2... Le sous-sol des deux départements normands ressemble, dit-on, à un gigantesque morceau de gruyère. Des cavités, creusées par la main de l’homme, qui constituent aujourd’hui une véritable pollution.
De nos jours, la localisation des marnières est possible dans une certaine mesure, mais nécessite des techniques parfois très avancées. L'inventaire est jugé encore incomplet.
La malédiction des marnières
Les dernières exploitations sont fermées depuis le début de 20e siècle et ne font donc plus l’objet de visites régulières et d’entretien particulier depuis longtemps. La taille de certaines d’entre elles dépasse 1 000 m2 en surface d’exploitation et bien plus en emprise globale au sol (galeries dispersées).
Même si toutes les marnières ne sont évidemment pas sur le point de s’effondrer, le risque s’accentue d’année en année : les piliers marneux s’érodent sous l’effet des poussées d’argiles gorgées d’eau menaçant la stabilité des toits des galeries. Les effondrements de marnières se multiplient ; un article de Paris Normandie estime que 20 effondrements par jour se manifesteraient actuellement alors que seulement 4 par an étaient signalés il y a une quinzaine d’années.
Si les accidents corporels restent heureusement rares, des cas dramatiques ont fait la une des journaux, témoignant d’une inquiétude grandissante de la population à l’égard de ce que certains qualifient de "malédiction des marnières". L’accélération de ce phénomène est due pour l’essentiel à un facteur aggravant : le temps, celui qui passe et le temps qu’il fait. Une addition temporelle dévastatrice, pluies régulières, nappe phréatique et marnières vieillissantes ne font pas bon ménage.
Cette querelle souterraine se termine souvent par le plus grand désarroi car l’effondrement peut être violent notamment lorsqu’il se produit au niveau d’un puits d’accès. Dans la majorité des cas, heureusement, les effondrements sont plus progressifs et moins spectaculaires. Ils restent profonds et "invisibles" mais les couches supérieures des terrains connaissent des décompressions importantes nuisibles à la stabilité des fondations des ouvrages.
Or, le nombre potentiel de ces cavités inconnues et difficiles à localiser, lié à la raréfaction du foncier qui conduit à s’intéresser à des terrains jusqu’à ce jour exclus des domaines constructibles, aggrave le risque de construire sur ou à proximité d’anciennes marnières, d’autant plus que les études géotechniques préalables sont souvent sommaires et limitées.
Pour que le sol ne se dérobe pas sous nos pieds
La plupart du temps, les marnières se révèlent accidentellement par effondrement localisé de l’ancien puits d’accès sous l’effet du tassement des remblais et détritus de remplissage.
La marnière reconnue, la méthode la plus radicale consiste à son comblement : cette technique s’applique uniquement aux marnières de volumes limités compte tenu de l’enjeu financier (volume moyen d’une petite marnière : 400m3 pour un coût unitaire de comblement de 100 à 200 €/m3 soit environ 60 000 € pour une petite marnière et plus de 350 000 € pour les exploitations plus importantes…).
Si la marnière est globalement en bon état, des renforts ponctuels peuvent être envisagés localement sous les ouvrages bâtis : cette solution reste peu pratiquée, le risque d’effondrement à proximité des ouvrages renforcés ne pouvant être exclu à long terme.
Si la marnière est en très bon état, une simple surveillance régulière peut être envisagée si les conditions d’accès le permettent.
L’expropriation est la règle lorsque le coût est trop important par rapport à la valeur de l’ouvrage à protéger.
Mais le plus important pour l’avenir reste évidemment la prévention grâce à l’identification des marnières. Une cartographie précise est enfin prise en charge par l’Etat en relation avec le BRGM (Bureau de recherche géologique et minière) et les mairies sont de plus en plus averties des risques sur leur commune.
Les méthodes et leurs limites
Il existe de multiples méthodes de recherche, de la reconnaissance visuelle, la plus empirique, aux plus sophistiquées, telles que les méthodes géophysiques car une seule d’entre elles ne peut convenir à régler tous les cas.
Le bouche-à-oreille (enquêtes de voisinages par exemple) et la reconnaissance visuelle ne doivent certainement pas être écartés et s’avèrent pertinents dans de nombreux cas : dépressions de terrains inexplicables, anomalies végétales constituent effet des indices probants. La reconnaissance visuelle aéroportée est d’ailleurs la technique la plus fréquemment utilisée par le BRGM pour dresser ses cartographies : les anomalies sont plus facilement détectables du ciel.
Mais à côté de ces méthodes dont on comprend aisément les limites lorsqu’il s’agit de détecter des ouvrages "invisibles et profonds", il en existe bien sûr de plus techniques.
La plus connue est bien entendu l’étude des sols par sondages. Toutefois, une marnière est un puits vertical de section très limitée (diamètre métrique) reliant un réseau de galeries souterraines très profondes. Si la marnière n’est pas effondrée, il y donc de grands risques pour que les 2 ou 3 sondages classiques passent au-dessus des galeries et à côté de leur puits d’accès… Lorsque la présence de marnière est suspectée, on augmente bien sûr le nombre (création d’un maillage -très onéreux-) et la profondeur des sondages : malgré cela, ce type de campagne ne permet pas toujours de détecter les marnières. Ces études sont, par contre, très efficaces en présence d’une marnière effondrée, car elles permettent de mettre en évidence la décompression de sols.
La microgravimétrie est une méthode non destructive, légère (appareillages réduits) qui consiste à mesurer les variations de la pesanteur g à la surface étudiée. Des valeurs faibles de g déterminent des densités apparentes faibles et ainsi une probabilité de vide dans le sol. Des valeurs élevées renseignent la présence de matériaux lourds ou d’affleurements rocheux enterrés. On comprend donc rapidement que, d’une part, les résultats sont d’autant plus fiables que l’anomalie est proche de la surface et que, d’autre part, une anomalie peut en cacher une autre : la présence d’un bloc lourd enterré au-dessus d’un puits par exemple sera difficile à détecter. De même une diminution de densité ne signifie pas systématiquement la présence d’un vide : il faut donc systématiquement vérifier les anomalies par un sondage profond au droit de ces dernières. Enfin, le maillage des stations de mesure est également déterminant : compte tenu du coût élevé de cette étude, le nombre de stations pourra être trop faible pour la détection de petites marnières. A l’opposé, un nombre trop important donne une surabondance de renseignements qui peut polluer le résultat final… Cette technique est donc très dépendante de l’expérience de son utilisateur et de sa connaissance géologique du site. Elle deviendra de plus en plus improbable au-delà de 30 m de profondeur.
La prospection sismique dont le principe est le même que celui utilisé pour vérifier la continuité d’un pieu béton enterré : on étudie le trajet aller et retour d’une onde sonore à travers les couches du sous-sol. Ce sont les ondes dites P (Premières ou longitudinales qui agissent en compression) qui font l’objet d’analyse. Les trajets d’ondes ainsi que leurs réflexions (ondes secondaires réfléchies) permettent de détecter les variations et anomalies profondes.
La télédétection, méthode par radar embarqué (avions ou satellites) qui enregistre les quantités d’énergie réfléchies sous l’effet des ondes électromagnétiques envoyées. On comprend rapidement que ce type de méthode est réservé à la détection des grands accidents souterrains.
Et la loi dans tout ça ?
Juste quelques mots dans un domaine bien mieux maîtrisé par les juristes, sans s’égarer dans les diverses jurisprudences relatives aux dommages résultant d’un vice du sol, à la responsabilité des constructeurs en présence ou non d’études de sols spécifiques dues par le maître d’ouvrage, à l’acceptation délibérée des risques par ce dernier, à la responsabilité du propriétaire du sol, aux effondrements du fait d’un terrain voisin tiers, etc.
Le fait marquant pour les marnières est la parution de la loi n° 2002-276 du 27 février 2002 à l’initiative de Gérard Fluchs, député de Seine-Maritime, modifiant l’article L. 125-1 du Code des assurances pour amener ce risque, pourtant d’origine humaine, au niveau des garanties cat’ nat’. En effet, l’article 159 de cette loi écarte désormais les marnières du régime du Code minier pour assimiler leur effondrement au régime des catastrophes naturelles.
La loi Bachelot du 30 juillet 2003 complique un peu les choses en instituant l’obligation d’un arrêté de cat’ nat’.
Outre ces éléments, la loi de 2002 renforce l’obligation de cartographie des sites à risques et donc la prévention des aléas.
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