Dissolution du gypse à Paris : efficacité et carences de la réglementation

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1 Dissolution du gypse à Paris : efficacité et carences de la réglementation Anne-Marie Prunier Leparmentier, Olivier David, Madeleine Schönberg Inspection générale des carrières (IGC) - 3, avenue du colonel Henri Rol-Tanguy Paris - anne-marie.leparmentier@paris.fr Dès la fin des années 1960, les risques de dissolution des gypses antéludiens étaient connus. À Paris, une zone de risque a été définie à partir de données statistiques de sondages. En 1977, un arrêté préfectoral lui a donné un caractère réglementaire et a soumis à l avis de l Inspection générale des carrières tous les permis de construire situés dans la zone. Depuis, sondages et incidents sont venus confirmer le risque mais surtout ont conduit à agrandir cette zone. De plus, un suivi précis et détaillé des nappes depuis plus de 20 ans a permis de mieux appréhender le phénomène, les facteurs aggravants et de circonscrire avec une grande précision les zones de risque. Toutefois, si la nécessité de réglementer la construction en zone de risque lié à la dissolution du gypse a bien été prise en compte, il n en est pas de même pour l infiltration des eaux et la régulation des nappes en site urbain. Or leur impact est primordial sur la stabilité du soussol. I. INTRODUCTION Depuis les années 1960, le phénomène de dissolution du gypse antéludien a été étudié à Paris et en Seine Saint-Denis (93). Sous l effet de circulations d eau ou de variations du niveau des nappes, le gypse peut se dissoudre et des vides souterrains parfois considérables peuvent se former. Ce phénomène est à l origine de nombreux effondrements ou affaissements en région parisienne. Pour assurer la sécurité des biens et des personnes, l État et les collectivités locales ont chargé l Inspection Générale des Carrières (IGC) d étudier et de gérer ce risque nouveau. En effet, l IGC, service de la Ville de Paris, était déjà en charge de la gestion des risques liés aux anciennes carrières à Paris et dans les trois départements de la petite couronne. La construction dans les zones potentiellement à risques a été réglementée. Des arrêtés préfectoraux qui soumettent les autorisations de construire à l avis de l Inspection Générale des Carrières dans ces zones ont été pris dès Dans ces réglementations liées à la dissolution du gypse, les nappes d eaux souterraines, les circulations d eaux ou l infiltration des eaux n ont jamais été prises en compte. Pourtant, seule une réglementation intégrant toutes les causes de la dissolution du gypse serait pleinement efficace. II. DU PHÉNOMÈNE DE DISSOLUTION DU GYPSE À SA PRISE EN COMPTE RÉGLEMENTAIRE Dès le début des années 1960, en région parisienne, des incidents, parfois très importants, se sont produits en dehors des zones d anciennes carrières souterraines et ont conduit les géologues et les géotechniciens à s interroger sur l apparition de fontis [1]. Ces incidents ont Session 4 - Gestion et réglementation 205

2 mis en évidence un nouveau risque lié au sous-sol : la dissolution du gypse antéludien. Des bancs de gypse répartis aléatoirement dans l horizon des marnes et caillasses se dissolvent. Ces vides souterrains ainsi formés peuvent ensuite remonter à la surface et provoquer des affaissements ou des effondrements localisés. Au début des années 1970, des études, menées à partir du nombre réduit de sondages disponibles à l époque, ont été réalisées et ont permis de définir un premier périmètre de risques. L arrêté préfectoral du 25 février 1977 soumet à l avis de l Inspection générale des carrières (IGC) tous les permis de construire dans cette zone de risque. L IGC peut prescrire ou recommander la réalisation de sondages et le traitement des vides détectés pour que ce risque soit pris en compte lors des constructions. Depuis la fin des années 1980, grâce aux nombreuses études et sondages réalisés par l IGC, le phénomène de dissolution des gypses antéludiens est mieux connu. En 1999, ces études et l apparition d un certain nombre d incidents en dehors de la zone définie en 1977 (notamment le fontis de la rue Papillon) ont conduit l IGC à étendre cette zone de risque. Depuis 1999, même si cette zone étendue n a pas de valeur réglementaire puisque non approuvée par un arrêté préfectoral, l Inspection générale des carrières informe systématiquement les riverains et les professionnels de l existence du risque lié aux possibles dissolutions des niveaux gypseux antéludiens. Lors de l instruction des permis de construire, l IGC est systématiquement consultée et le Maire de Paris impose alors, le cas échéant, des mesures au pétitionnaire en application de l article R111-2 du Code de l Urbanisme. La jurisprudence récente du Conseil d État a validé cette pratique. Lors de la révision du Plan Locale d Urbanisme (PLU) de Paris, cette zone a été signalée. Les études de sol réalisées depuis 1999 ont confirmé le bien fondé de l élargissement de la zone de risques. Figure 1 - Périmètre de l arrêté du 25 février 1977, modifié en 1999 (doc. IGC) Session 4 - Gestion et réglementation 206

3 Toutefois, ces deux périmètres ont été définis uniquement à partir de données géologiques (cartes géologiques au 1/5 000 éditées par l IGC, forages de reconnaissances, diagraphies gamma-ray ). Pourtant, la variation du niveau des nappes est un élément essentiel dans la dissolution du gypse. Figure 2 - Coupe géologique schématique de Paris avec un ordre de grandeur des coefficients de perméabilité des différents horizons [2] III. LE RÔLE DES NAPPES SOUTERRAINES A PARIS III.1 Brève histoire parisienne Dans l Antiquité, la nappe alluviale était sub-affleurante, notamment dans le quartier du «Marais» (IV e arrondissement de Paris). L eau de nappe parisienne étant trop séléniteuse et donc impropre à la consommation, les romains construisirent un aqueduc pour amener des eaux de source du Sud. Au cours du Moyen Âge, la ville s est agrandie sur la rive droite de la Seine et les zones basses marécageuses ont été peu à peu remblayées. Toutefois, l eau du fleuve et des puits rendait la population malade (choléra, dysenterie ). Au XVII e siècle, Henri IV tenta d assainir la ville et fit construire les premiers égouts à ciel ouvert. L aqueduc romain fut reconstruit d Arcueil jusqu au Palais du Luxembourg, et des pierrés sur la Butte de Belleville furent aménagés pour capter la nappe des Travertins de Brie, non séléniteuse, pour les prieurés et les hôpitaux du pied de la Butte. Session 4 - Gestion et réglementation 207

4 XIVes journées techniques du Comité français d hydrogéologie Lyon 8-10 novembre 2007 Figure 3 - Pierrés et aqueducs des sources du Nord (doc IGC) Les carrières à ciel ouvert puis en souterrain de gypse ludien, très belle pierre à plâtre, exportée jusqu aux Amériques, se sont développées sur les Butte Montmartre et Chaumont. Le pourtour de ces buttes, qui sont le siège de nappes perchées, fut pratiquement exploité en totalité, à l exception de quelques rares petites vallées de rus où le gypse état déjà dissout en partie. Ces rus disparurent soit par dissolution, soit surtout par vidange partielle des nappes dans les remblais de carrière à ciel ouvert ou dans des fontis, sans savoir exactement où circulent ces eaux. Enfin, à partir du XIXe siècle, les pompages se sont développés en centre-ville, bien avant l urbanisation souterraine. Si en 1858, la nappe phréatique, cartographiée par Delesse (figure 4), est le reflet de la géologie parisienne et du réseau hydrographique naturel (Seine et affluents), un siècle après, il n en est plus de même (figure 5). Figure 4 - Carte de Delesse en 1858 [2] Session 4 - Gestion et réglementation 208

5 Figure 5 - Carte de Diffre en 1965 [5] Une énorme dépression centrale s est creusée en plein cœur de la ville dont le minimum est évalué à +11 NGF VdP vers 1971, alors que la Seine est à la cote NGF VdP. La nappe alluviale en centre rive droite est asséchée. C est la nappe lutétienne qui correspond à la nappe phréatique. La corrélation entre les pompages et les dépressions de la nappe phréatique est évidente (carte Colin 1982) Figure 6 - Carte de Colin en 1982 [2] Durant cette période, les grands projets de construction se multiplient, la nappe est à plus de 15 m de profondeur sur une grande partie du territoire parisien. Les parkings de plus de 5 sous-sols sont fréquents. Parallèlement, de 1965 à 1975, une mutation s opère dans les pompages parisiens. Suite aux taxes d exhaure des Agences Financières de Bassins (AFBSN pour Paris), un certain nombre d industries quitte le centre-ville. Durant cette période, de grands travaux (Trou des Halles, lignes A et B du RER et leurs stations ) masquent ces départs. III.2 Les conséquences de ces variations des nappes Les écoulements d eau le long des buttes du nord de Paris et la variation du niveau des nappes sont à l origine de graves incidents à Paris. Session 4 - Gestion et réglementation 209

6 À la fin des années 1970, lors de l arrêt de nombreux pompages de chantier, les premiers incidents graves apparaissent. L exemple d un immeuble situé dans le X e arrondissement de Paris est représentatif des problèmes qui se posent depuis cette époque. Figure 7 - Incident dans un immeuble du X e arrondissement (doc IGC) Ce bâtiment a été construit lorsque les nappes parisiennes étaient particulièrement basses. Lors de l arrêt de plusieurs pompages importants à proximité, la cage d ascenseur a été inondée. Les copropriétaires ont fait réaliser un puits pour pomper directement sous le bâtiment. Quelque temps après, des fissures sur un mur porteur sont apparues. Les circulations d eau dues au pompage avaient dissous le gypse antéludien sous le bâtiment et les fondations avaient cédé. Il a fallu reprendre en sous-œuvre, traiter les vides de dissolution et rendre étanche les sous-sols. Les variations du niveau des nappes ont donc non seulement ennoyé de nombreux sous-sols, mais elles sont à l origine du développement, souvent anarchique, de nombreux pompages qui provoquent la dissolution du gypse. Le niveau des nappes à Paris continue à évoluer fortement. Les années 1990 ont vu une autre série de gros pompages en centre rive droite et les niveaux des nappes ont encore chutés pour atteindre vers la gare Saint-Lazare et la place de la Madeleine des cotes voisines de 1970, voire même plus basses, la nappe lutétienne étant descendue à la cote +6 et la nappe cuisienne à la cote -5 NGF VdP, soit respectivement 20 m et 30 m plus bas que le niveau du fleuve. Session 4 - Gestion et réglementation 210

7 III.3 Pompages et dissolution du gypse : de l information mais pas de réglementation Clef de voûte de la gestion du risque lié à la dissolution du gypse à Paris, l arrêté préfectoral du 25 février 1977 soumet toutes les autorisations de construire à l avis de l Inspection Générale des Carrières. Mais alors que les pompages sont souvent un élément déclencheur de la dissolution du gypse, il n existe pas de réglementation spécifique. À Paris, les pompages d immeuble ne sont en général soumis ni à déclaration, ni à autorisation en application des lois sur l eau. En effet, la plupart des puits sont peu profonds, ils ne sont pas pour la consommation d eau puisque depuis longtemps l eau des nappes superficielles à Paris n est plus potable, et les débits de pompages sont souvent faibles. Lorsque des pompages sont soumis à autorisation, les impacts sur la dissolution du gypse sont rarement pris en compte par les services en charge de l instruction. S il n existe pas de prise en compte du risque de dissolution du gypse lié aux pompages dans la réglementation actuelle, l IGC étudie le phénomène et informe les riverains et les professionnels. Depuis le début des années 1980, suite à ces nombreux incidents plus ou moins graves, l IGC a installé un réseau de 330 piézomètres dans Paris qui mesurent le niveau des nappes superficielles. Ces données permettent de suivre l évolution des nappes, d anticiper d éventuelles dissolutions et de réactualiser les cartes de risques en croisant données géologiques et hydrogéologiques. Mais elles permettent aussi de renseigner les constructeurs sur le niveau des nappes sur une grande période de temps. IV. PERSPECTIVES POUR UN AVENIR PROCHE De nouvelles exploitations possibles des nappes souterraines se dessinent, notamment l infiltration des eaux pluviales ou le développement des pompages géothermiques peu profonds. Dans un souci de développement durable, la Ville de Paris réfléchit à la possibilité d infiltrer directement les eaux pluviales dans le sous-sol. Les infiltrations des eaux pluviales peuvent se faire de deux façons : par épandage (infiltrations sur une grande surface), ou par pointes filtrantes ou puisards (infiltrations ponctuelles). L infiltration des eaux pluviales peut avoir des conséquences importantes sur le sous-sol. En effet, il n est pas possible de réinjecter les eaux de pluie au-dessus des horizons gypseux sans provoquer de dissolutions et des incidents à plus ou moins court terme. Pourtant, l infiltration des eaux n est pas réglementée et le risque de dissolution du gypse est en général ignoré. Même si chaque projet doit faire l objet d une étude spécifique, l Inspection Générale des Carrières a établi une cartographie indiquant les zones dans lesquelles l infiltration des eaux pluviales par épandage et / ou par pointe filtrante est possible. Cette carte tient compte non seulement du risque lié à la dissolution du gypse, mais aussi des risques liés aux remblais ou aux anciennes carrières souterraines de calcaire grossier. Session 4 - Gestion et réglementation 211

8 Figure 9 - Carte d infiltrabilité brute pour Paris (doc IGC) Le développement des pompes à chaleur et de la géothermie peu profonde peut également être une nouvelle cause de dissolutions du gypse. Dans les systèmes à un seul forage, l eau prélevée dans la nappe est souvent rejetée en égouts. Il est clair qu un tel pompage va provoquer une circulation d eau. Les poches de gypse à proximité vont alors être dissoutes et un effondrement se produira quelques années plus tard. L impact des pompes à chaleur constituées par un doublet (prélèvement et réinjection) sur la dissolution du gypse est plus complexe à appréhender. Les connaissances actuelles sur les circulations intranappes, notamment dans le Lutétien, ne permettent pas de connaître avec précision la vulnérabilité des horizons gypseux. Les pompages dans la nappe sous-jacente, la nappe de Cuise, peuvent également provoquer des dissolutions du gypse dans l horizon des Marnes et Caillasses. En effet, les études hydrogéologiques menées par l Inspection Générale des Carrières ont mis en évidence que les circulations et les pompages dans la nappe de Cuise avaient une influence sur la nappe du Lutécien. Le mur de la nappe lutétienne n est qu un imperméable relatif qui n a de sens qu à l échelle des chantiers urbains. De plus, si le rayon d action des pompages dans la nappe du Lutétien est relativement limité, celui de la nappe de Cuise est beaucoup plus important. Le flou actuel sur la réglementation de la géothermie peu profonde ne permet pas de gérer efficacement ce risque de dissolutions du gypse. Session 4 - Gestion et réglementation 212

9 V. CONCLUSION Les circulations d eaux souterraines et la variation du niveau des nappes sont à l origine de dissolutions du gypse et de la formation de vides souterrains. Ces vides peuvent être le résultat de l évolution hydrogéologique de la ville au cours de l histoire, mais aussi de phénomènes récents et localisés tels les pompages ou l infiltration des eaux pluviales. En région parisienne, si la nécessité de réglementer la construction en zone de risque lié à la dissolution du gypse a bien été prise en compte, il n en est pas de même pour l infiltration des eaux et la régulation des nappes. Or leur impact est primordial sur la stabilité du sous-sol. Références bibliographiques (1) Arnould M., Le Guillou P., 1967 Sur les cavités souterraines de dissolution dans les Marnes et Caillasses du Lutétien supérieur dans la Région Parisienne. CR Acad. Sc. Paris, t 265, série D : (2) Prunier Leparmentier AM., 1988 Les problèmes géologiques et géotechniques de la Ville de Paris. Thèse de l École Nat. Des Mines de Paris, 244. (3) Vernoux J.-F., Prunier Leparmentier A.-M., Thierry P., Nowak C., Vanoudheusden E., Impact des eaux souterraines sur les phénomènes de dissolution du gypse, application à la ville de Paris. Colloque AIH novembre 2007 première journée, 8. (4) Maujean Y., 1996 Étude d une zone de dissolution active du gypse antéludien par des méthodes géophysiques. Mémoire de DESS Géophysique appliquée Université Pierre et Marie Curie Paris VI, 145. (5) Diffre P., 1969 Géologie dynamique Hydrologie de Paris et sa banlieue. Thèse Docteur 3 e cycle, Paris, 345. Session 4 - Gestion et réglementation 213

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