Impact du changement climatique sur la stabilité des cavités

RAPPORT D’ÉTUDE 12/01/2010
DRS-10-103862-00411A
Impact du changement climatique sur la
stabilité des cavités souterraines : Etat des
connaissances

INERIS DRS-10-103862-00411A
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IMPACT DU CHANGEMENT CLIMATIQUE SUR LA STABILITE DES
CAVITES SOUTERRAINES
Direction des Risques du Sol et du Sous-sol
Liste des personnes ayant participé à l’étude :
Jean-Marc WATELET

INERIS DRS-10-103862-00411A
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PREAMBULE
Le présent rapport a été établi sur la base des informations fournies à l'INERIS,
des données (scientifiques ou techniques) disponibles et objectives et de la
réglementation en vigueur.
La responsabilité de l'INERIS ne pourra être engagée si les informations qui lui ont
été communiquées sont incomplètes ou erronées.
Les avis, recommandations, préconisations ou équivalent qui seraient portés par
l'INERIS dans le cadre des prestations qui lui sont confiées, peuvent aider à la
prise de décision. Etant donné la mission qui incombe à l'INERIS de par son
décret de création, l'INERIS n'intervient pas dans la prise de décision proprement
dite. La responsabilité de l'INERIS ne peut donc se substituer à celle du décideur.
Le destinataire utilisera les résultats inclus dans le présent rapport intégralement
ou sinon de manière objective. Son utilisation sous forme d'extraits ou de notes de
synthèse sera faite sous la seule et entière responsabilité du destinataire. Il en est
de même pour toute modification qui y serait apportée.
L'INERIS dégage toute responsabilité pour chaque utilisation du rapport en dehors
de la destination de la prestation.
Rédaction Vérification Approbation
NOM C. DIDIER
M. AL HEIB P. GOMBERT A.CHARMOILLE C. FRANCK M. GHOREYCHI
Qualité
Directeur-Adjoint des
Risques du Sol et du
sous-sol et Ingénieur à
l’Unité Risques Naturels,
Ouvrages et Stockages
(RNOS)
Responsable et
Ingénieur à l’Unité
Eaux Souterraines
et Emissions de
Gaz (ESEG)
Délégué à l’Appui
aux Pouvoirs
Publics de la
Direction des
Risques du Sol et du
sous-sol (DRS)
Directeur des
Risques du Sol et
du sous-sol (DRS)
Visa

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TABLE DES MATIÈRES
1. INTRODUCTION ET OBJECTIFS .................................................................... 5
2. CONTEXTE DE L’ETUDE ................................................................................ 7
2.1 Impact du réchauffement sur les paramètres climatiques ............................. 7
2.1.1 Evolution prévisible du climat .................................................................... 7
2.1.2 Application au contexte français ................................................................ 9
2.1.2.1 Impact sur les températures ................................................................ 9
2.1.2.2 Impact sur les précipitations .............................................................. 10
2.2 Les cavités souterraines en France ............................................................ 12
2.2.1 Nature et localisation des cavités ............................................................ 12
2.2.2 Nature des instabilités attendues en fonction des caractéristiques des
cavités ..................................................................................................... 15
3. IMPACT DU CHANGEMENT CLIMATIQUE SUR LES EAUX
SOUTERRAINES ........................................................................................... 22
3.1 Impact sur le cycle de l’eau ......................................................................... 22
3.2 Impact sur les variations du niveau des nappes souterraines ..................... 24
3.2.1 Impact global attendu .............................................................................. 24
3.2.2 Sensibilité des nappes aux conditions climatiques .................................. 26
3.2.3 Impacts previsibles sur le régime des eaux souterraines ........................ 27
3.2.3.1 Impact direct d’origine naturelle ......................................................... 27
3.2.3.2 Impact indirect d’origine anthropique ................................................. 28
3.2.4 Vers la nécessité d’études régionalisées ................................................. 30
3.3 Impact sur le potentiel de dissolution des eaux souterraines ...................... 32
4. IMPACT DE L’EAU SUR LA STABILITÉ DES CAVITÉS SOUTERRAINES . 34
4.1 Impacts de l’eau sur le comportement des ouvrages souterrains ............... 34
4.1.1 Effets de l’eau sur la résistance des ouvrages ........................................ 35
4.1.2 Effet de l’eau sur les discontinuités.......................................................... 37
4.1.3 Effet de l’eau sur la matrice rocheuse ...................................................... 38
4.1.4 Autres mécanismes de dégradation associés ......................................... 40
4.2 Retours d’expérience .................................................................................. 41
4.2.1 Mines de fer de Lorraine .......................................................................... 41
4.2.2 Site expérimental d’Estreux (Nord) .......................................................... 43
4.2.3 Impacts des remontées de nappe de 2001 en Picardie ........................... 45
4.2.4 Effondrement de la carrière de Lorroy (Ile-de-France)............................. 48
4.2.5 Carrières de calcaire du bassin du Limburg (Belgique) ........................... 49
4.2.6 Apparition de fontis dans l’Etat de Géorgie (USA) ................................... 51
4.3 Cas particulier du développement de cavités naturelles ............................. 52
4.3.1 Variation du régime hydraulique .............................................................. 52