La stabilité et l’évolution des cavités souterraines : sur l’exemple des carrières souterraines de la Métropole lilloise

Stability and evolution of underground cavities : The example of the chalk underground quarries of Lille Metropole

• Auteur / Autrice : Ghanem Ramadan
• Direction : Michel Dubois, Arnaud Gauthier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences, Écologie, Paléontologie, Océanographie
• Date : Soutenance le 05/09/2016
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LGCgE - Laboratoire de Génie Civil et géo-Environnement

Mots clés

Mots clés contrôlés

Géologie appliquée

Carrières souterraines (sites d'extraction)

Interaction eau-roche

Roches -- Fracturation

Craie

Carrières souterraines (sites d'extraction)

Mots clés libres

Cavités souterraines

Canne de convergence

Résumé

La présence de cavités souterraines génère un risque pour les populations et a un impact sur le futur usage des terrains sous-cavés. En combinant observations in situ et analyse des matériaux en laboratoire, cette étude propose de cerner les processus responsables de la dégradation des vides souterrains, sur l’exemple des carrières souterraines de craie autour de Lille.De nombreux désordres (remontées de voûte, ruptures de piliers, effondrements des blocs rocheux) ont été observés lors de la visite de 10 carrières. L’analyse structurale de la craie montre la présence de nombreuses fracturations notamment les diaclases qui se présentent parfois sous forme des couloirs fracturés. L’état de la stabilité des carrières observé sur le terrain a été confirmé par le traitement des données des cannes de convergences entre le ciel et le mur de plusieurs carrières souterraines. Les résultats de ces analyses ont montré que la vitesse des déformations des épontes est d’une manière générale très faible. Le recensement des incidents sur une vingtaine d’années a montré une corrélation entre les épisodes de fortes pluies et les désordres en surface. Les processus d'altération de la craie in situ et les interactions avec l'eau se traduisent par la formation de patines différentes en surface de la craie. Les observations microscopiques ont révélé des modifications des caractéristiques de la surface de la craie, notamment des phénomènes de précipitation de calcite, le dépôt d’oxy-hydroxydes de fer et la modification de la porosité.

The presence of underground cavities creates a potential hazard for population and has a direct impact on land values. Combining observations and analyses of materials in laboratory, the present research work focuses on the phenomena of underground cavity degradation on site and in laboratory, on the example of the Lille Metropole chalk underground quarries. Many disorders (collapse by roof rupture, breakdown of pillars, collapse of the rock blocks) were observed during 10 site visits. The structural analysis of the chalk shows the presence of many fractures, especially joints which sometimes concentrate along corridors. The steady state of quarries observed in the field has been confirmed by treatment of convergence canes data between the roof and floor of several underground quarries. Results show that deformation rate is generally very low. Identifying significant data on incidents over a twenty-year period shows a correlation between main rainfall patterns and surface disorders. On-site alteration processes of chalk and interactions with water show the formation of different patinas on chalk surface. In laboratory, microscopic observations reveal modifications in characteristics of the surface of chalk, mainly calcite precipitation, deposition of iron oxides and hydroxides and porosity modifications.