Télésurveillance de la carrière souterraine Nord Ouest de Saint-Sulpice-de-Cognac (1 6)

Télésurveillance de la carrière souterraine Nord Ouest de Saint-Sulpice-de-Cognac (1 6) Rapport de suivi Juillet 2003 -Juillet 2004 BRGMIRP-53257-FR Juillet 2004 Etude réalisée dans le cadre des opéralions de service public du BRGM 2004 fiche 02RIS510 D. Batkowski, O. Renault

Mots clefs : Charente, Saint-Sulpice-de-Cognac, carrière souterraine, risques naturels, télésurveillance. En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante : BATKOWSKI D., RENAULT O. (2004) - Télésurveillance de la carrière souterraine Nord Ouest de Saint-Sulpice-de-Cognac - Rapport de suivi Juillet 2003 - Juillet 2004 - Rapport BRGMIRP-53257-FR. 25 p, 4 fig.. 1 ann. O BRGM. 2004, ce documenl ne peul être reproduil en totalité ou en partie sans i'aulorisalion expresse du BRGM.

Télésurveillance de la carrière Nord Ouesl de St Sulpice de Cognac - Juillet 2003 à Juillet 2004 Synthèse e Conseil Général de la Charente a demandé au BRGM - Service Géologique L Régional Poitou-Charentes, de prolonger la mission de télésurveillance de la carrière souterraine abandonnée au lieu-dit a Les Chaudrolles». dans la commune de Saint-Sulpice-de-Cognac entre le le' juillet 2003 et le 1' juillet 2004. Les désordres observés dans cette carrière sont en effet de nature à remettre en cause la stabilité de la RD 731 limitrophe de son aplomb. Depuis le 25 septembre 2001 et dans l'attente de travaux de confortement. trois capteurs résistifs (Convergence solhroûte, fissuromètre. référence) sont en place au droit d'un pilier fissuré situé dans le secteur Nord-Ouest de la carrière. Ces capteurs sont couplés à une centrale d'acquisition en continu des paramètres, consultable à distance via un modem et une ligne téléphonique. L'interprétation quotidienne des données de suivi entre le 25 septembre 2001 et le 1"juillet 2004 montre que : - - l'ouverture de la fissure haute du pilier instrumenté a atteint 5,9 mm depuis le début du suivi (33 mois) dont 1.1 mm au cours de la dernière année ; aucun signe significatif de convergence solhoûte n'a été détecté. En outre, une accélération brutale de l'ouverture de la fissure haute du pilier s'est produite le 02 octobre 2002 ce qui a confirmé que les précurseurs de rupture étaient potentiellement brefs et aléatoires. La menace de ruine concerne donc à court terme le pilier qui ne semble actuellement plus jouer de r81e porteur, mais également et essentiellement la voûte dont les portées entre appuis sont, à cet endroit et en l'absence de pilier, très importantes et dont les signes précurseurs de rupture seront difficilement décelables. En cas de ruine de la voûte, la chaussée de la RD 731 pourrait se trouver déstabilisée et certains usagers affectés. Dans ces conditions, il est toujours urgent d'entreprendre les travaux de confortement préconisés par le BRGM dans le rapport R-39948 de septembre 1998. Dans l'attente, la télésurveillance devra se poursuivre avec une fréquence quotidienne d'interrogation, bien que cette méthode ne soit plus tout à fait adaptée au contexte actuel (pas de lravaux prévus dans l'immédiat pour cette partie de la carrière). Ce suivi permettra néanmoins de connaître le moment où le pilier va se rompre et déclenchera la prise de décisions "dans l'urgence". 3

Télésurveillance de la cambre Nord Ouest de St Sulpice de Cognac. Juillel2003 A Juillet 2004 Sommaire 1. Introduction... 7 2. Organisation du suivi... 9 2.1. Rappel sur l'installation... 9 2.2. Protocole d'acquisition des données et d'interrogation... 13 2.3. Maintenance... 13 3. Résultats des mesures... 15 3.1. Fissuromètre... 15 3.2. Convergence sollvoûte... 16 3.3. Capteur de référence... 17 3.4. Rappel de la Crise du 02 Octobre 2002... 17 3.5. Interprétation... 21 3.6. Préconisations... 21 4. Conclusion... 23 Liste bibliographique... 25 BRGWRP-53257-FR 5

T6l6SuN0illanC9 de la Canidre Nard Ouest de St Sulpice de Cognac - Juillet 2003 à Juillet 2004 Liste des illustrations FIGURES Fig. 1 -Vue en coupe du dispositif de télésurveillance en carrière... 9 Fig. 2 - Aperçu de la carrière Nord Ouest de Saint Sulpice de Cognac (d'après le rapport BRGM no RP/50398)... 11 Fig. 3 - Schéma de l'installation... 13 Fig. 4 - Evolution des capteurs entre le 25 septembre 2001 et le 1"juillet 2004... 19 ANNEXE Fichier EXCEL des données acquises.....................,.......................................27 6

Télésurveillance de la carrière Nord Ouest de St Sulpice de Cognac -Juillet 2003 à Juillel2004 1. Introduction la demande du Conseil Général de la Charente, le BRGM a prolongé le suivi par À télésurveillance de la carrière souterraine nord ouest de Saint Sulpice de Cognac au lieu dit cf Les Chaudrolles M entre le 1% juillet 2003 et le le' juillet 2004. Ce système, mis en place A la suite de deux rapports du BRGM sur l'état de stabilité de la carrière en 1998 (Rapport R-39948) et en 2000 (Rapport R-50398), est opérationnel depuis le 25 septembre 2001. Ce dispositif a été mis en place en prévision de la réalisation de travaux de confortement de la carrière, initialement prévus en 2001 puis courant 2002. II répond aux objectifs suivants : - évaluer quantitativement le processus de dégradation de la carrière en mesurant l'évolution de la fissuration d'un des piliers centraux ainsi que son influence éventuelle sur la convergence sol/voote ; - permettre un meilleur échelonnement dans le temps du programme de confortement de la carrière ; - permettre aux autorités compétentes d'améliorer la sécurité des populations et des infrastructures riveraines (RD 731) concernées par l'instabilité de la carrière. Une évolution rapide de l'état de dégradation de la carrière (Rapports BRGM RP- 51358 et RP-51786) ayant été observée lors du dernier trimestre 2002, il était nécessaire, dans l'attente des travaux de confortement, de reconduire ce suivi pour une durée de 1 an, renouvelé ensuite pour la période 2003-2004. Ce rapport contient les résultats et l'interprétation des mesures effectuées entre le le' juillet 2003 et le 1"juillet 2004. BRGWRP-53257-FR 7

- Tèièsuweiiiance de la carrière Nord Ouesl de Saint Sulpice de Cognac Juillet 2003 à Juillet 2004 Le montage du système peut se résumer au schèma suivant : Armolre I I,I Modern de type RTC I l Batterie 12 V DC Capteur de réïérence 1 1 Fig. 3 - Schéma de l'installation 2.2. PROTOCOLE D'ACQUISITION DES DONNEES ET D'INTERROGATION L'interrogation de la centrale se fait via un modem RTC et une ligne téléphonique filaire. La centrale d'acquisition de données a été interrogée et vidangée tous les jours ouvrables (sauf cas exceptionnel) entre le 1" juillet 2003 et le 1' juillet 2004. La fréquence d'acquisition des données a été augmentée à 6 heures (au lieu de 12 heures). De cette façon, nous disposions d'au moins 4 nouvelles valeurs par capteur à chaque interrogation, ce qui limite les incertitudes de lecture. 2.3. MAiNTENANCE Une visite de maintenance du site a été réalisée le 28 janvier 2004 par O. RENAULT du BRGM Poitou-Charentes. Cette visite a consisté à changer la batterie d'alimentation de la centrale d'acquisition. BRGMRP-53257-FR 13

Tél4su~eillance de la carrière Nord Ouest de Saint Sulpice de Cognac - Juillet 2003 à Juillet 2004 3. Résultats des mesures 3.1. FISSUROMETRE L'évolution depuis le 25 septembre 2001 du capteur monté en fissuromètre, est présenté sur la figure 4. Elle appelle les commentaires suivants : Entre le 25 septembre 2001 et le 02 octobre 2002, la courbe est relativement linéaire. La fissure haute du pilier subit une ouverture de 3,4 mm en 1 an soit une ouverture moyenne de 0,2û mm par mole ; Dans la nuit du 1" au 02 octobre 2002, la fissure subit une ouverture de 0,3 mm (ce qui était jusqu'ici le déplacement constaté en un mois) ; Jusqu'au 15 novembre 2002, les déplacements restent importants bien qu'ils s'amortissent progressivement. L'ouverture moyenne de la fissure constatée sur cette période est de 0,5 mmlmois ; Entre le 15 novembre 2002 et la mi-avril 2003, les déplacements sont très faibles. On constate une ouverture cumulée d'à peine 0.1 mm ; Entre le 15 avril 2003 et fin octobre 2003, les déplacements augmentent à nouveau avec une progression linéaire mais on constate toutefois un ralentissement dans l'ouverture de la fissure par rapport au début du suivi car elle s'ouvre de 0,85 mm en 6 mois et demi (soit une moyenne de 0,13 mmlmols) ; Durant le mois de novembre 2003. on observe deux "sursauts" dans l'ouverture de la fissure (que l'on retrouve au niveau du capteur de référence). Après chaque sursaut, i'évolution reprend une progression linéaire de même pente que ce qui a été observé avant le 1' "sursaut". Des phénomènes de même ordre de grandeur ont été observés depuis le début du suivi ; De décembre 2003 à ml-mal 2004, la fissure s'ouvre à nouveau de façon linéaire mais avec une faible progression, à raison de 0,l mm en 6 mois (soit 0,016 mmimols) c'est-à-dire une ouverture quasi nulle pour cette période car la résolution du capteur est de 0,025 mm ; Depuls mi-mai, les déplacements s'acdlèrent et sont comparables à la période avril-octobre 2003 (0,lû mm en 1,5 mois soit 0,12 mmlmois). Les observations de la variation de l'ouverture de la fissure effectuées depuis le 25 septembre 2001 n'ont pas permis de mettre en évidence de corrélation entre les phénomènes météorologiques et i'intensité de i'ouverture. Depuis le 25 septembre 2001. l'ouverture constatée sur la fissure haute du pilier est de 5,9 mm, ce qui correspond à une ouverture moyenne de 0,lû mm /mois. Globalement, on constate un ralentissement dans la vitesse d'ouverture de la fissure depuis le début du suivi : - - - ouverture de 2.49 mm de septembre 2001 à juin 2002, soit 9 mois ; ouverture de 2,2û mm de juillet 2002 à juin 2003, soit 12 mois ; ouverture de 1,11 mm de juillet 2003 à juin 2004, soit 12 mois. Les phases "de sursaut" dans l'ouverture de la fissure haute du pilier observées sur le mois de novembre 2003 correspondent à un même comportement au niveau du capteur de référence. Elles sont donc indépendantes de l'évolution intrinsèque de la carrière. 15

TBl6SUNeillance de la carrière Nord Ouest de Saint Sulpice de Cognac - Juillet 2003 à Juillet 2004 Durant la période de suivi 2003-2004, on n'observe pas d'événement marquant (mis à part les 2 sursauts décrits précédemment) dans l'évolution de l'ouverture de la fissure. Trois paliers d'évolution peuvent néanmoins être mis en évidence : 1 -juillet à novembre 2003 ; 9 2' - décembre 2003 à mi-mai 2004 ; 9 3" - à partir de mi-mai 2004. Les paliers 1 et 3 montrent une évolution équivalente (de l'ordre de 0,13 mmhois) tandis que le second palier (hiver au début du printemps) indique un ralentissement très important de l'ouverture de la fissure voire un arrêt dans son évolution (moins de 0,02 mm/mois, correspondant à la résolution du capteur). Ce "ralentissement" a également été observé durant la même période au cours du suivi 2002-2003. En revanche, aucun changement dans l'évolution de l'ouverture de la fissure n'apparaît durant la même période au cours du suivi 2001-2002. L'événement du 2 octobre 2002 semble avoir provoqué un changement de comportement dans l'évolution de la fissure haute du pilier : déplacement linéaire à raison de 0,3 mmhois avant cette date puis déplacernent de l'ordre de 0,l mrn/mois après avec des phases d'accélération et de ralentissement. La consultation des relevés pluviométriques effectués par Météo France à la station de Cognac, ne permet pas de définir une corrélation entre les observations sur la fissure et la pluviométrie. Toutes ces observatlons montrent que la ruine du plller n'intervient pas de façon Ilnéaire, mais revêt, sur une pérlode d'observation suffisamment longue, un caractère très aléatolre. Des déplacements très importants peuvent btre observés à l'échelle de 24 h et peuvent augurer de la ruine proche du pilier. Le déplacement de la base du pilier s'effectue selon deux axes : l'un dans le sens de la pente du remblai déversé à l'entrée de la carrière (axe Nord/Sud), l'autre orthogonal à cette direction. De ce fait, l'hypothèse que les phases d'accélération ou de décélération de l'ouverture de la fissure haute du pilier puissent être liées à un déplacement plus important sur l'une ou l'autre des deux composantes directionnelles de rupture, semble se confirmer. Ces observations indiquent que la poussée du remblai n'est vraisemblablement pas la seule responsable du fauchage du pilier. D'autres paramètres interviennent probablement tels que le poids propre du pilier, voire le poids de la voûte même si aucun déplacement mesurable à ce niveau ne plaide en faveur de cette hypothèse. Cette analyse peut faire redouter en tout état de cause une rupture de la voûte, sans précurseur, en cas de rupture du pilier. 3.2. CONVERGENCE SOWOUTE Le capteur de convergence solhocite semble indiquer qu'il n'y a pas actuellement de mouvement signlficatif au niveau de la voûte (figure 4). Les déplacements enregistrés sont inférieurs ou égal à 25 microns entre le 15 Octobre 2001 et le Iwjuillet 2004. Ces mouvements sont de l'ordre de la résolutlon du capteur qui est de 25 microns. II convient cependant de souligner que l'absence de mouvement significatif ne signifie pas absence de danger. En effet, dans une carrière souterraine exploitant des bancs calcaire, une trop longue portée entre appuis provoque inéluctablement la 16 BRGM/RP-53257-FR

TBlésurveillance de la carrière Nord Ouest de St Sulpice de Cognac - Juillet 2003 à Juillet 2004 chute régressive des premiers bancs de toit. Celle-ci peut survenir à tout moment et de façon brutale sans présenter de signes précurseurs significatifs longtemps avant l évènement. Un certain nombre de facteurs (variations de la température, surcharges, fatigue de la roche...) peuvent accélérer ou favoriser cette chute en dégradant progressivement les caractéristiques mécaniques du matériau et donc en rapprochant le moment de sa ruine. 3.3. CAPTEUR DE REFERENCE Le capteur de référence est toujours très perturbé pendant les mois d hiver (figure 4) ; une dérive maximale de 70 microns a été enregistrée durant cette période. Cependant, si on fait passer une droite de régression entre tous les points, on constate que la dérive cumulée de ce capteur est environ de 40 microns entre le 30/11/01 et le 30/06/04. Cette valeur est à comparer avec une dérive cumulée de 47 microns observée l année dernière à la même époque (entre le 15/09/03 et le 15/03/04), Cette variation ne traduit pas de dérive significative du capteur sur l année écoulée. A ce stade de la surveillance. et compte tenu de la faible amplitude des variations de la référence, il n est pas utile de corriger les valeurs brutes. 3.4. RAPPEL DE LA CRISE DU 02 OCTOBRE 2002 Des déplacements très importants (0,3 mm en 24 heures) ont été observés sur le fissuromètre installé sur le haut du pilier dans la nuit du Oler au O2 Octobre 2002. Dès le 02 Octobre, l information a été transmise au Conseil Général de la Charente. Entre le 02 et le 16 Octobre 2002 et afin d assurer la sécurité publique ainsi que celle de la route départementale, un rapport journalier de suivi a été transmis par fax au Conseil Général de la Charente, à la D.D.E (subdivision de Cognac), à la Préfecture de la Charente (service du SIRDPC) et à la Mairie de Saint-Sulpice-de-Cognac. Entre le 16 Octobre et le 16 Décembre 2002, la lransmission des fax a été réduite à une fréquence hebdomadaire. Devant la faible amplitude des déplacements durant le mois de décembre et en accord avec le Conseil Général, la trasmission des fax a été ensuite arrêtée. II faut signaler qu un séisme de 5,4 sur l échelle de Richter s est produit le 30 septembre à 8 h 45 près de Lorient dans le Morbihan à plus de 300 km de Saint Sulpice de Cognac. Une réplique de 4,l sur l échelle de Richter a été observée le même jour à 12 h 06. Un lien de cause à effet entre ce séisme (ou une de ses répliques) et les déplacements observés en carrière paraît toutefois peu plausible sans qu on ne puisse toutefois l exclure. BRGWRP-53257-FR 17

T4l4surveillance de la carrière Nord Ouest de Saint Sulpice de Cognac - Juillet 2003 à Juillel2004 3.5. INTERPRETATION D'après les mesures effectuées entre le 25 Septembre 2001 et le le' juillet 2004, il apparaît que la fissure du pilier instrumenté s'est ouverte de prés de 59 mm. Cette ouverture s'est faite de manière irrégulière avec des phases brusques d'accélération ou de décélération. La mise en place d'un système de télésurveillance sur ce pilier en 2001, initialement en préliminaire de la réalisation de travaux de confortement de la carrière, a permis de mettre en évidence la complexité du mécanisme de rupture de ce pilier. En effet, il se confirme que les signes précurseurs de rupture peuvent être très brefs et surtout très aléatoires. On peut également constater les limites de l'instrumentation en place dans la prévision et la compréhension du phénomène. Ce système ne peut donc être considéré comme une surveillance à long terme du site. Le pilier ne semble actuellement plus jouer de rôle porteur, le poids de la voûte se reporte certainement déjà en grande partie sur les appuis latéraux (distants à cet endroit de 14 à 16 m). Après la ruine du pilier, le poids de la voûte sera reporté en totalité sur les appuis latéraux. La distance entre ces appuis est excessive et une rupture du premier banc de toit de la carrière par flexion ou effort tranchant est à craindre, même si aucun mouvement significatif n'est décelable actuellement. Cette rupture pourrait se produire très peu de temps après celle du pilier et régresser rapidement vers la surface. 3.6. PRECONISATIONS Comme cela a été préconisé dans les rapports précédents, les travaux de confortement de la carrière de Saint Sulpice de Cognac devraient commencer dans les délais les plus brefs, en raison du risque avéré que cette carrière représente pour la RD 731 et pour ses usagers (Rapport BRGM R39948 - Sept 1998). Par courrier en date du 1'' décembre 2003 au Conseil Général de la Charente, le service Nature - Sites - Paysages de la Préfecture de la Charente indique que la carrière souterraine dite "Les Chaudrolles" se situe en zone Natura 2000 et abrite une colonie de chauve-souris. Aussi, si des travaux sont réalisés, ils devront "éviter tout dérangement" et une étude d'incidence devra être réalisée. Des lravaux de confortement restent cependant Indispensables afin d'assurer la sécurité de la RD 731. Un plan de secours pourrait également être défini dès à présent en vue de l'effondrement du toit de la carrière Nord Ouest. Dans l'immédiat, la télésurveillance peut se poursuivre à la fréquence actuelle, avec un téléchargement quotidien mais avec pour objectif connaissance du moment où le pilier instrumenté va se rompre. Après cet événement, la stabilité de la carrière sera encore plus précaire qu'à l'heure actuelle et des travaux de confortement devront être réalisés "en urgence" et dans des conditions de sécurité à réexaminer pour les intervenants a l'intérieur de la carrière. Dans l'attente, l'accès à cette partie de carrlbre et à son aplomb doit être strictement interdit. BRGMIRP-53257-FR 21

~ TBIBsurveillance de la carrière Nord Ouest de Saint Sulpice de Cognac - Juillet 2003 à Juillet 2004 4. Conclusion La prolongation de la télésurveillance de la carrière Nord-Ouest de Saint-Sulpice-de- Cognac entre le le' juillet 2003 et le le' juillet 2004 a permis de confirmer les éléments suivants déjà exposés dans les précédents rapports de suivi : - ouverture perceptible de la fissure haute du pilier instrumenté à raison de 5,9 mm en l'espace de 33 mois (dont 1.1 mm au cours de cette dernière année) ; absence de convergence significative sol/voûte. Ces éléments confirment que la chute du pilier est certaine dans un proche avenir. II ressort également d'après les mesures, que celle-ci n'est actuellement pas corrélèe avec un phénomène d'affaissement de la voûte. L'irrégularité du mécanisme de rupture et sa non-co'incidence avec les précipitations laisse cependant penser que le remblai déversé à l'entrée de la carrière n'est peul être pas le seul responsable de la déstabilisation progressive du pilier. D'autres paramètres, tels que le poids propre du pilier ou le report de charge de la voûte, pourraient intervenir. On peut donc craindre une rupture brutale de la voûte, compte tenu des portées très importantes à cet endroit de la carrière. Dans cette hypothèse, une déstabilisation a terme de la chaussée de la RD 731 est à redouter. C'est pourquoi les travaux de confortement tels que définis dans le rapport BRGM R39948 doivent être engages dans les mellleurs délais. Dans l'attente, le suivi journalier de l'ouverture de la fissure et de la convergence sol/voûte peut se poursuivre, avec une fréquence d'acquisition des données similaire à celle mise en place pendant l'année écoulée. Bien que cette methode ne soit plus tout à fait adaptée au contexte actuel (pas de travaux prévus pour cette partie de la carrière). Ce suivi permettra néanmoins de connaître le moment où le pilier va se rompre et nécessitera alors la prise de décisions urgentes en matière de mise en sécurité. II conviendrait également d'effectuer une nouvelle visite de l'ensemble de la carrière dite "Les Chaudrolles" car elle n'a pas été inspectée depuis plus de 4 ans (rapport BRGM R50398 de septembre 2000). Certaines parties -autres que celle surveiliéeétaient identifiees comme particulièrement instables et à conforter. II est donc fortement conseillé d'effectuer de nouvelles visites de contrôle (prévues initialement tous les 2 ans) et de programmer la réalisation de travaux de confortement adaptés ainsi qu'un suivi régulier pour les secteurs identifiés comme sensibles. BRGMIRP-53257-FR 23

TbIbSUNeillanCe de la carrière Nord Ouest de Saint Sulpice de Cognac- Juillet 2003 à Juillet 2004 Liste bibliographique NORIE A., VINCENT M., MATHON C.. (2000) - Carrières souterraines abandonnées au droit de routes départementales de Charente - Communes de : Garat. Saint- Sulpice-de-Cognac, Sireuil - Visites de contrôle et complément d'étude. Rapport BRGM, RP 50398.33 p., 9 fig.. 2 ann. RENAULT O., MATHON C., NORIE A (2002) - Mise en place et suivi d'un système de télésurveillance sur la carrière souterraine Nord Ouest de Saint Sulpice de Cognac (16) - Rapport BRGM RP-51358. RENAULT O. (2002)- Rapport de suivi du système de télésurveillance de la carrière souterraine Nord Ouest de Saint Sulpice de Cognac (16)- le' semestre 2002 - Rapport BRGM RP-51786 RENAULT O. (2003) -Télésurveillance de la carrière souterraine Nord Ouest de Saint Sulpice de Cognac (16)- Rapport de suivi Juillet 2002-2003 - Rapport BRGM RP- 52431 VINCENT M., MARCHAIS E. (1998) - Caractérisation de l'aléa lié à la présence de carrières souterraines dans le département de la Charente - Rapport BRGM, R404661 VINCENT M., MATHON C. (1998) - Mise en sécurité des carrières abandonnées au lieu-dit (( les Chaudrolles n de part et d'autres de RD 731. Commune de Saint Sulpice de Cognac (Charente) - Rapport BRGM - R39948 BRGWRP-53257-FR 25

Tèlèsurveillance de la carrière Nord Ouest de Saint Suipice de Cognac - Juillet 2003-juillet 2004 Annexe Fichier Excel des données acquises 21