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Interactions entre l'aléa d'effondrement de cavités naturelles par soutirage et la gestion des eaux superficielles

De Wikhydro

Sommaire

Introduction

Les phénomènes karstiques de surface sont des désordres d'origine géologique, se traduisant par des déformations de la surface du sol en relation avec un karst sous-jacent. Dolines, pertes et gouffres constituent les trois types de phénomènes karstiques de surface que l’on rencontre le plus fréquemment [1].
Parmi les processus qui peuvent commander la mise en place de ces formes, le soutirage est l’aspiration d’éléments de surface (souvent non carbonatés) par des vides sous-jacents. L’entraînement des particules conduit à la digestion complète de la couverture dans le karst sans horizon d’accumulation. L’effondrement est le stade ultime du soutirage.
Nous nous intéressons ici au rôle que peuvent jouer dans ce contexte les ruissellements et infiltrations des eaux météoriques. Ceux-ci sont en effet susceptibles d'accélérer ou provoquer ces désordres, ils influencent donc conjointement la gestion des eaux superficielles et les risques d'effondrement.

exemple de desordre karstique de surface

Exemple de désordre lié à un phénomène karstique de surface : perte dans le jardin d'un particulier (crédit photo : F. Clément, CETE du Sud-Ouest)


Interactions entre les eaux superficielles et le risque d’effondrement

Les mécanismes de dégradation conduisant à l’augmentation du risque d’effondrement par le processus de soutirage sont associés à l’amplitude et à la rapidité des modifications des conditions hydrauliques dans le karst et sa couverture. Ils sont par là reliés au devenir des eaux météoriques, qui s'infiltrent ou contribuent au ruissellement.

Les épisodes de fortes précipitations entraînent la saturation des terrains de recouvrement et, en modifiant les caractéristiques mécaniques des terrains de couverture situés au-dessus de cavités, peuvent induire un risque de soutirage et d'effondrement (changement d'état du sol, perte de cohésion, mise en charge hydraulique).
Un des puissants moteurs d’effondrement karstique par soutirage réside dans le fait que les forces de gravité, qui confèrent à l'eau de l’énergie potentielle, peuvent se transformer en énergie cinétique [2]. Les mouvements hydrodynamiques ainsi créés par l’apparition d’un gradient hydraulique (dénivelée entre deux masses d’eau, par exemple une réserve d’eau superficielle et une nappe souterraine), peuvent communiquer de l'énergie aux éléments solides du sol. On observe alors un dé-colmatage et l’évacuation vers les cavités sous-jacentes de matériaux de couverture.

Ce phénomène de mobilisation des matériaux de surface par les infiltrations d’eau est d’autant plus fort que celui-ci se produit au droit d'un point d’infiltration privilégiée.


Gestion des eaux de ruissellement face au risque d'effondrement par soutirage

En interagissant avec le rôle important des terrains de couverture sur la répartition des structures karstiques de surface et sur l’écoulement de l’eau vers celles-ci, la maîtrise des eaux de ruissellement est un facteur primordial dans la gestion du risque d’effondrement par débourrage et soutirage dans un karst sous-jacent. Les aménagements de collecte et d’évacuation des eaux de ruissellement (les réseaux d’eaux pluviales, l'assainissement agricole, les aménagements de lutte contre l'érosion des sols,etc.) ont un rôle majeur dans la rapidité de la concentration des eaux qui descendent des versants.
Les aménageurs doivent prendre en compte l’impact de cette concentration des eaux sur les zones karstiques.
Par exemple, des ouvrages d’écrêtement et de stockage des eaux collectées permettront de limiter cette concentration rapide et de réduire, voire de supprimer, le risque d’apparition d’une charge hydraulique susceptible de déclencher un effondrement karstique de type soutirage.
Le choix des exutoires est primordial afin de ne pas concentrer les infiltrations des eaux collectées au droit d’une zone karstique particulièrement sensible (doline, aven, perte, etc.) ou à enjeux forts (zone urbaine, infrastructures, etc.).
L’infiltration diffuse peut sembler préférable car elle limite l’impact des eaux d’infiltration sur les matériaux de couverture (percolation lente à travers la masse de la couverture, réduisant le risque de soutirage), mais ces eaux finissent par rejoindre la masse calcaire sous-jacente. Ce phénomène qui conduit donc à générer un étalement d’une partie du flux hydrique sur plusieurs mois, participe au changement de conditions hydriques du massif et à son évolution karstique.

exemple d interaction par surcharge hydraulique

Exemple d'interaction par surcharge hydraulique entre un ouvrage de gestion des eaux (fossé routier) et un karst sous-jacent. (Crédit photo : C. Respaud, CETE du Sud-Ouest)


En outre, en cas d’écoulement important dans une cavité (notamment après un soutirage), le ruissellement est susceptible de modifier la géométrie des vides par le déplacement de terrains dé-consolidés (éboulis, remblais), ce qui compromet la stabilité d’ensemble du massif karstique.

Enfin, certains dispositifs de gestion des eaux de ruissellement peuvent conduire à des modifications de la composition chimique des eaux (par exemple un lessivage de zones polluées raccordées au réseau pluvial). Ceci peut modifier l’agressivité des eaux collectées, facteur important dans la formation du karst au sein des roches carbonatées.


Conclusion

Dans les secteurs exposés aux effondrements karstiques par soutirage, la gestion des eaux de ruissellement par des dispositifs d’assainissement pluvial adaptés apparaît comme un outil adéquat pour la mitigation du risque de nature géologique.
La définition de ces aménagements spécifiques, souvent destinés dans le même temps à la prévention d'un risque hydrologique, nécessite une bonne connaissance du système karstique et la hiérarchisation des enjeux.


Références :
[1] « Le Barrois et son karst couvert » - Chapitre 2 : Organisation spatiale de l’exokarst - KARSTOLOGIA MEMOIRES, Numéro 12 - Stéphane JAILLET (2005)

[2] « Le facteur temps de la karstification » - Geomorphologie : Relief, processus, environnement – Vol. 5, n° 3 - Jeau-Noël SALOMON (1999)

Auteurs du texte : Frédéric Clément, Yves Nédélec - CETE du Sud-Ouest, Département Laboratoire de Bordeaux



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