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Les cavités souterraines sont une réalité, elles ont été creusées à différentes périodes de notre histoire, ré-exploitées à d’autres, et sont aujourd’hui, pour la plupart oubliées.

Dans certain secteurs très urbanisés, il est nécessaire de prévenir les risques qu’elles peuvent représenter en réglementant l’aménagement du territoire, notamment l’urbanisation.

Ainsi, avant de construire en secteur sous-cavé, il est essentiel de s’informer et d’adapter son projet pour qu’il résiste à un éventuel mouvement de terrain.

Les cavités souterraines sont des vides qui affectent le sous-sol et dont les origines peuvent être naturelles (creusées par l’eau) ou anthropiques (creusées par l’homme).

Les cavités naturelles, les ouvrages civils et militaires abandonnés, les exploitations de matière non concessibles (craie, sable, argile…) sont régies par le Code de l’environnement et le risque induit est considéré comme un risque naturel.

Les exploitations souterraines de matières concessibles telles que les mines de charbon sont régies par le Code minier et les risques induits n’entrent pas dans la catégorie risque naturel.

Dans le Pas-de-Calais, les principales cavités souterraines rencontrées sont :

Il s’agit d’ouvrages souterrains creusés par l’homme dans l’optique de protéger la population et leurs biens, lors des guerres qui ont frappé la région au Moyen-Âge.

Tout au long de l’histoire et jusqu’aux derniers conflits mondiaux, certains de ces souterrains ont été ré-utilisés avant d’être fermés et oubliés.

Ce type de souterrain est principalement localisé dans le sud du département, il se constitue d’une ou plusieurs galeries desservant plusieurs salles. L’entrée principale est souvent localisée à proximité ou dans une église.

Source : Inventaire SubArtésia

Extrait de plan de souterrain refuge d’Hermies
Source : Inventaire BRGM 2012

Vue d’une salle – souterrain de Vélu
Photo DDTM

Vue d’un couloir – souterrain d’Habarcq
Photo DDTM

Il s’agit d’ouvrages souterrains creusés par l’homme à différentes époques de l’histoire.

En générale, la "bove" est une cave sur 1 à 2 niveaux maçonnée en pierre calcaire et un troisième niveau dans la craie brute. Il s’agit essentiellement de caves individuelles de petites dimensions creusées pour le stockage des denrées.

Sur la commune d’Arras, le 3e niveau a été exploité plus largement comme pierre à bâtir pour la construction des édifices de la ville, connectant plusieurs caves entre elles.

Extrait de plan de bove - Source : Inventaire 2018

À la fin du 19e siècle et au 20e, la région a été frappée par des conflits militaires.
La Première Guerre mondiale a particulièrement remanié le sol et le sous-sol de notre département, par la création de tranchées de surface et ouvrages souterrains attenants (salle de commandement, de repos, entrepôt de munitions, tunnels et sapes de guerre). Après plus de 100 ans, les boisages et tôles utilisés pour les étaiements des parois se sont désagrégés et les parois deviennent instables.
Durant la Seconde Guerre mondiale, de nombreux abris ont été créés ou réutilisés par les communes et les propriétaires afin de se protéger contre les bombardements.
La majorité de ces ouvrages sont aujourd’hui condamnés, souvent non remblayés et oubliés.

Voûte maçonnée en carrière – Réseau Ronville Arras

Cheminement aménagé en carrière – Réseau Ronville Arras

Voûte maçonnée en carrière – Réseau Ronville Arras

Cheminement aménagé en carrière – Réseau Ronville Arras

Vue d’un tunnel mis au jour par un fontis - 2021

Renfort maçonné en carrière – Réseau Ronville Arras

La craie compose une majeure partie du substratum du Pas-de-Calais, sur laquelle repose une couche limoneuse ou argileuse d’épaisseur variable.

Les méthodes principalement rencontrées sont les puits d’extraction localisés, les carrières d’exploitation à ciel ouvert et les exploitations souterraines de type « chambre et pilier ».

Géologie de Nord-Pas-de-Calais
Source : https://www.hauts-de-france.developpement-durable.gouv.fr/

Extrait de pan de carrière chambre et pilier
Source : Inventaire 2018

Le monde souterrain est riche et impressionnant, cependant il présente des risques à prendre en compte : gaz, défaut d’oxygène, absence de lumière, pollution, chute de blocs….

Chute de blocs – réseau Ronville - Arras

Comblement par « déchets » - boves - Arras

Montée de voûte– réseau Ronville - Arras

Chute de blocs – réseau Ronville - Arras

Les cavités souterraines sont également un patrimoine riche en témoignages qui a traversé le temps, comme en témoignent les graffitis de différentes époques.

Les cavités souterraines sont des vides qui évoluent dans le temps plus ou moins rapidement selon les conditions géologiques, environnementales et d’exploitation.

Dans le Pas-de-Calais, les cavités sont principalement creusées dans une roche calcaire : la craie. Celle-ci va se déliter progressivement sous l’effet du poids et des circulations d’eau, faisant remonter le vide jusqu’aux horizons superficiels composés de sables, argiles ou limons. Ces matériaux étant peu cohésifs, un effondrement apparaît en surface.

Lorsque la cavité est de faible dimension ou se situe à grande profondeur, le vide peut s’auto-combler (foisonnement). Dans ce cas, les désordres en surface, s'ils sont observés, seront de type affaissement ou tassement (déformation souple du sol).

Tassement au-dessus d’une carrière de craie à Montdidier

Le poids des matériaux servant à remblayer les cavités peut occasionner des affaissements du terrain. Ces tassements font apparaître des fissures sur les bâtiments, en général avec un angle de 45°.

Les têtes des anciens puits d’exploitation et les voûtes de catiches sont fréquemment soumises aux agressions extérieures telles que les infiltrations d’eau, les vibrations ou surcharges, qui peuvent conduire à leur ruine (débourrage) et provoquer la réouverture du puits.

Vue d’un puits en carrière

Rupture de tête de puits vue en surface

Les fontis correspondent à l’effondrement brusque du sol du fait de la rupture d’un pilier et / ou l’éboulement d’une galerie.

Montée de voûte : vue en carrière

Fontis : vue de la surface

Fontis : vue en carrière

Comblement depuis la surface : vue en carrière

Les piliers, qui soutiennent le toît des cavités souterraines, doivent supporter le poids considérable des couches supérieures. Du fait de l’humidité ou de l’altération des roches, ils peuvent rompre ou éclater, entraîner la rupture du toît et un effondrement localisé.

Rupture de piliers à Saint-Même-les-Carrières

Pilier en « diabolo » : dégradation progressive entraînant un amincissement du pilier jusqu’à la rupture : vue en carrière

Prévenir ou réduire le risque lié aux cavités souterraines sont les clés d’un développement serein d’un territoire et d’une population.

La survenue de désordre, parfois spectaculaire, génère anxiété, colère et sentiments d’impuissance pour les personnes impactées, et indirectement pour les personnes concernées par ce risque lorsque les événements sont relayés par la presse.

Les questions légitimes des sinistrés portent principalement sur l’absence d’information sur l’existence de ce risque, les conséquences sur leur sécurité et la valeur de leur bien et les démarches à faire en cas de sinistre.

Exemple de diagnostic sur une carrière d’Arras
Source : Alp’Géorisque 2020

Savoir qu’une cavité existe, qu’elle est accessible et qu'elle a été diagnostiquée permet une meilleure anticipation des désordres qui pourraient se produire et du traitement à engager.
Cela permet également de se rassurer sur les possibilités d'utilisation et d'aménagement du terrain en prenant en compte le risque, et sur la pérennité de son habitation.

Plus la connaissance est fine, plus la gestion du risque est adaptée et mieux perçue.

Les outils d’amélioration sont l'inventaire des données, l'étude géotechnique, l'aménagement des ouvertures, la levée topographique et le diagnostic.

Toute cavité souterraine accessible doit faire l’objet d’une surveillance régulière afin d’intervenir le plus tôt possible.
La fréquence (semestrielle, annuelle, bisannuelle…) dépend de l’état général et des désordres observés lors du diagnostic initial.

La surveillance permet d’anticiper un événement pour informer, alerter et traiter.

Avec le temps, une cavité souterraine tend à se dégrader par des processus naturels (circulation d’eau, poids des couches supérieures) et anthropiques (fuites de réseau, rejet d’eaux usées, phénomènes vibratoires).
Suivant l’état de dégradation, il peut être nécessaire de traiter ou combler, partiellement ou totalement, la cavité.

Privilégier le renforcement de la cavité, ne la combler que si l'état général l'exige.

Les traitements ponctuels sont la réalisation de pilier de confortement, le renforcement de voûte, le comblement partiel avec maintien d’un accès. Le traitement définitif consiste en un comblement total.

• délimiter et hiérarchiser les zones exposées aux risques ;
• prescrire, interdire ou recommander suivant les règles d’urbanisme, de construire et d’utiliser ;
• définir des mesures sur les biens et activités existantes dans le but de réduire leur vulnérabilité ;
• prescrire aux particuliers, collectivités et gestionnaires d’infrastructures et réseaux, des mesures générales de prévention, de protection et de sauvegarde.

Recensement des cavités : exploitation des archives, de la bibliographie, des enquêtes de terrain, de témoignages, des études menées…

Évaluation et caractérisation de l’aléa : délimiter et hiérarchiser en plusieurs niveaux les zones exposées à des phénomènes suivant leur intensité et la probabilité d’occurence.

Évaluation et caractérisation des enjeux : identifier les enjeux et déterminer la vulnérabilité (écoles, hôpitaux, services de secours, projets envisagée...).

Élaboration des documents réglementaires : note de présentation, règlement, zonage réglementaire, bilan de la concertation.

Le recensement des cavités sur Achicourt, Arras et Beaurains s’est déroulé en 2018. Depuis, il a fait l’objet d’une mise à jour régulière, pour prendre en compte les découvertes hors zones définies.

Associées à ces cartes, des fiches d’identification par cavités et indices de cavités ont été produites. Elles permettent d’obtenir des informations telles que les emprises, les dimensions lorsqu’elles sont connues, les sources.

La notion d’aléa traduit la probabilité d’occurrence, en un point donné, d’un phénomène naturel de nature et d’intensité définie.

Probabilité d’occurrence : Risque que le phénomène se produise. Les mouvements de terrain ne sont pas des phénomènes périodiques. Ainsi la probabilité d’occurrence s’estime en fonction de la prédisposition à la rupture.
Plusieurs niveaux sont retenus : faible, moyen et élevé.

Intensité du phénomène : Ampleur de l’impact subi par le secteur affecté par le phénomène. Elle peut également être estimée en tenant compte des difficultés et du coût de réparation des dommages causés par le phénomène.
Plusieurs niveaux sont retenus : limité, modéré et élevé.

Aléa de référence

L’aléa est défini en prenant en compte les phénomènes historiques connus les plus forts observés sur le territoire.
Contrairement aux inondations, aucune "période de retour" ne peut être définie pour les mouvements de terrain, qui sont des phénomènes ponctuels instantanés ou progressifs.

Sur le territoire, les phénomènes de référence retenus pour les effondrements localisés sont les suivants :

• 1987 : rupture d’un pilier – effondrement d’une dizaine de mètres de diamètre ;
  
• 2008 : chute de toît ;
  
• 2015 : débourrage de puits ;
  
• 2012 : rupture de bouchon de catiche.

Pour l’effondrement généralisé, l’événement retenu est un effondrement de 1925.

Effondrement 2012
Rupture d’un bouchon de catiche à Arras

Effondrement 1987
Ruine d’un pilier à Beaurains

Effondrement 1925

Effondrement généralisé à Achicourt

Effondrement 2015
Débourrage de puits à Arras

Présomption de vide

Certaines cavités signalées sont inaccessibles car condamnées et peu d’informations sont disponibles à leur sujet (témoignages, plans anciens très approximatifs, indices de terrain...).
Dans ces cas de figure, la présence de cavité ne peut donc pas être affirmée avec certitude, ni localisée.
Seule une présomption de vides peut être mise en avant, avec la détermination d’une probabilité d’occurrence de présomption de vide (ou prédisposition à la rupture).
Il convient toutefois de pondérer cette dernière en intégrant à la démarche les lacunes d’information.
La présomption de vide est graduée en trois niveaux : improbable, probable et très probable.
Elle est directement corrélée à la probabilité d’occurrence selon le tableau suivant :

Probabilité d’occurrence "présomption de vides" retenue – Alp’géorisques / DDTM 62

Hiérarchisation de l’aléa cavité souterraine

Le niveau d’aléa est évalué en croisant l’intensité établie du phénomène avec sa probabilité d’occurrence (ou prédisposition à la rupture).
Le niveau d’aléa croît proportionnellement à l’élévation de ces deux facteurs.
L’étude menée à l’échelle du territoire (prospections de terrain, visites de cavités, enquêtes de terrain, exploitation d’archives, exploitation de la bibliographie, études techniques existantes) permet d’évaluer de façon la plus objective possible les facteurs d’intensité et de probabilité d’occurrence.
Cette analyse globale permet une meilleure connaissance des cavités présentes sur le territoire, avec toutefois certaines zones de doutes qui ne peuvent pas être levées.

Hiérarchisation de l’aléa cavité souterraine

L’aléa mouvement de terrain lié à la présence de cavités souterraines a donc été cartographié en intégrant cet ensemble d’informations et en s’adaptant aux doutes subsistants.
Sa hiérarchisation s’est appuyée sur la grille de traduction suivante :

L’aléa "tranchées et ouvrages militaires annexes"

Un aléa spécifique de "tranchées" est cartographié afin de prendre en compte la particularité des phénomènes susceptibles de se produire dans ces secteurs.
En effet, les tranchées de surface et les cratères d’explosion des sapes ont été remblayés avec des matériaux divers à la sortie de la guerre. Des phénomènes de tassements peuvent y survenir du fait de l’évolution des matériaux et notamment des matières putrescibles.
Des abris souterrains et des galeries peuvent également se développer le long de ces réseaux de tranchées. Dans leur modèle standard, ces abris rectangulaires – de 2 m sur 10 m, pour une hauteur de 2 m, situés à une profondeur de 7 à 8 m – se trouvent dans une bande de 10 m le long des tranchées. Des abris plus grands peuvent exister. Afin de tenir compte de ces incertitudes, une bande d’aléas de 20 m de largeur est présente le long des tranchées cartographiées, augmentée de la marge d’incertitude.

Aléa lié aux secteurs de tranchées

Les enjeux correspondent à l’ensemble des personnes, biens, activités, moyens, patrimoine, etc. présents sur le territoire étudié et susceptibles d’être affectés par les phénomènes naturels.
La carte des enjeux du PPR est composée de deux zones :

• l’espace urbanisé (EU) : Il s’agit des parties incluses au sein d’un "projet urbain" établi, qui se définit comme un espace structuré, cohérent et suffisamment important (centre urbain, quartier résidentiel, etc.) ;
  
• l’espace non urbanisé (ENU) : Il s’oppose à l’espace urbanisé et intègre les zones naturelles, agricoles, à urbaniser, les espaces verts (parcs, jardins, terrains de sport), et de manière plus globale l’ensemble des parcelles non bâties dès lors qu’elles forment une zone homogène supérieure à 5 000 m² en termes d’usage du sol. On note également que les espaces peu urbanisés, ne s'inscrivant pas au sein d'un "projet urbain" (habitat isolé, habitat très diffus, etc.) sont considérés comme des ENU.

Le croisement de la carte des enjeux (ensemble des personnes, biens et équipements du territoire) et de la carte des aléas (ensemble des événements liés aux cavités souterraines qui ont une probabilité d’occurrence plus ou moins forte) permet d’obtenir les enjeux exposés.

L'élaboration des documents réglementaires du PPR est actuellement en cours. Ils se composeront de :

• la note de présentation qui reprendra les grandes étapes de l'élaboration du PPR ;
• le zonage réglementaire qui délimitera et hiérarchisera les zones exposées aux risques
• le règlement qui comprendra :
• des interdictions, prescriptions ou recommandations suivant les règles d’urbanisme, de construction et d’utilisation ;
• des mesures sur les biens et activités existantes dans le but de réduire leur vulnérabilité ;
• des mesures générales de prévention, de protection et de sauvegarde pour les particuliers, collectivités et gestionnaires d’infrastructures et réseaux.
• le bilan de la concertation.
  

ddtm-mission-cavite@pas-de-calais.gouv.fr