La gestion tridimensionnelle des ressources du sous-sol

CadastreSuisse 10 juin 2015 Olten La gestion tridimensionnelle des ressources du sous-sol Prof. Aurèle Parriaux Ecole polytechnique fédérale de Lausanne Deux volets 1. Traitement des données géologiques => notion de Géotype 2. Gestion des ressources souterraines => méthodologie DEEP CITY 1

1. Traitement de l information géologique 2D et 3D Etat actuel de l information géologique - Données géologiques complexes et hétérogènes (cartes et sondages) - Paramétrisation dispersée Besoins pour gestion des ressources : - Modèle géologique agrégé et homogène - Matrice de paramètres => Notion de géotypes Géotypes et Gestion du territoire Motivation Pourquoi ne pas directement utiliser les informations des cartes géologiques? 1) information géologique trop détaillée pour certains besoins de l aménagement du territoire Définition Application Discussion «Préalpes médianes» «Simme» fe fcs Carte 1265 (Les Mosses) Exemples: a) Différenciation d unités tectoniques: nappe des Préalpes médianes (g) et de la Simme s.l. (d) b) Différenciation chronostratigraphique: flysch éocène (fe) et flysch crétacé sup. (fcs) 1 km 4 2

Géotypes et Gestion du territoire Motivation Pourquoi ne pas directement utiliser les informations des cartes géologiques? 2) non concordance fréquente de l information géologique entre cartes Définition a b Exemples: a) Moraine alpine (g) & moraine jurassienne (d) Application Discussion c Carte 1241 (Marchairuz) Carte 1242 (Morges) b) Moraine de fond (g) & fluvioglaciaire jurassien (d) c) Moraine non glissée (g) & moraine glissée (d) 2 km 5 Géotypes et Gestion du territoire Motivation Qu est ce qu un géotype? Un «géotype» est un groupement litho-stratigraphique ou génétique d horizons présentant des propriétés similaires Définition Exemple Roches Exemple Quaternaire Application Un niveau détaillé constitué de 41 géotypes et un code unique associé à chacun Les calcaires dolomitiques CD Les dépôts lacustres de fond LF Discussion 6 3

Place des géotypes par rapport aux autres descripteurs géologiques et géotechniques Géotypes et Gestion du territoire Discussion Application Définition Motivation Les 20 géotypes des roches extrait Ensemble Groupe Géotype Code Définition Roches Détritiques Conglomérats avec quelques marnes Marnocalcaires COM Présence importante de bancs conglomératiques dans les cyclothèmes deltaïques. Correspond principalement à la molasse dite helvétienne (OMM supérieur) ou à certaines écailles de la molasse subalpine. Grès GR Séries essentiellement gréseuses. Correspond souvent à la molasse dite burdigalienne (OMM inférieure). Grès avec quelques marnes Marnes avec quelques grès Alternance grès schistes argileux GRM MGR GS Séries à dominante gréseuse avec encore des séquences marneuses importantes. Correspond souvent à la molasse dite aquitanienne (USM supérieure) Séries à dominante marneuse. Correspond souvent à la molasse dite chattienne (USM inférieure) et peut contenir du gypse. Principalement faciès schisto-gréseux du flysch Argilite A Séries à dominante argileuse. Comprend principalement les argiles à Opalinus du Jura et l Aalénien de l Helvétique Marnes M Séries à dominante marneuse pratiquement dépourvue de calcaires. Comprend les marnes de Hauterive du Jura et diverses séries marneuses des Alpes Alternance marnes calcaires MC Comprend les couches d Effingen dans l Argovien du Jura et de nombreuses séries de l Helvétique Carbonatées Calcaires C Séries calcaires pratiquement dépourvues de marnes. Comprend le Jurassique supérieur du Jura et les calcaires massifs de l Helvétique 8 4

Géotypes et Gestion du territoire Motivation Les 21 géotypes des terrains meubles extrait Ensemble Groupe Géotype Code Définition Définition Application Dépôts alluviaux s.l. Alluvions de plaines Alluvions en cônes Dépôts lacustres actuelles APA Dépôts fluviatiles généralement grossiers, chenalisés, créés par la divagation d une rivière. Graviers bien roulés en terrasses APT Idem mais se trouve perché en terrasses suite à l érosion par la rivière. actuelles ACA Dépôt de matériel grossier mais très hétérométrique, stratification plus erratique, faible arrondi. En général en cônes de déjection. Comprend les sédiments des laves torrentielles. en terrasses ACT Idem mais se trouve perché en terrasse suite à l érosion par la rivière. Delta LD Sédiments correspondant aux dépôts grossiers d embouchure, groupant les topset et foreset beds. Comprend les deltas actuels et les deltas anciens aujourd hui souvent perchés. de fond LF Sédiments de fosse lacustre de granulométrie limon argile sable fin en fines laminations qui correspondent au bottomset beds. Faiblement à moyennement consolidés. Discussion Craie lacustre Dépôts palustres CRL P Dépôt très meuble de fines particules de carbonate de calcium d origine principalement biogénique Formations de marais riches en matière organique : tourbes, gyttja. 9 Géotypes et Gestion du territoire Motivation Illustrations de la traduction géologie géotype Cas N 1: Exemple d information géologique trop détaillée pour certains besoins touchant à l aménagement du territoire Application Discussion Définition Carte 1265 (Les Mosses) Carte géologique Carte 1265 (Les Mosses) Carte des géotypes 10 5

Géotypes et Gestion du territoire Motivation Illustrations de la traduction géologie géotype Cas N 2: Exemple de jointure des cartes Marchairuz (1950) & Morges (1972) Discussion Application Définition Carte 1241 (Marchairuz) Carte 1242 (Morges) Carte 1241 (Marchairuz) Carte 1242 (Morges) Carte géologique Carte des géotypes 11 Carte des géotypes du Canton de Vaud 6

Géotypes aussi pour la 3 e dimension => sondages Sondage réf. 9311 St Prex Potentialités de recaptage de la source de Chauchy Profondeur [m] Lithologie granulomètrie Géologie stratigraphie Géotype 0.00 terre vegetale limoneuse terre vegetale 0.10 limon gravelo-terreux remblai R 0.50 gravier sablo-terreux a brique remblai R 2.70 blocs dans le sable limoneux peu compact remblai R 3.60 gravier tres grossier sans sable oxydé, bien roulé gravier FG 5.80 sable grossier beige gravier FG 6.70 gravier grossier tres legerement limoneux gris beige gravier FG 8.10 limon sableux, quelques rares galets vaguement feuilleté mou gris moraine FG 9.10 12.00 gravier fin et sable gris peu compact gravier moyen et sable legerement limoneux gris peu compact gravier gravier FG FG 18.20 limon sableux a galet gris texture morainique (rhodanienne) assez compact moraine MF Modèle Géologique 3D en géotypes. Feuille Nyon Aurèle Parriaux & Thomas Jolimet EPFL Geolep 14 7

2D Applications pratiques dans le Canton de Vaud - Dangers naturels - Ressources en eau - Microzonage sismique - Cartes du potentiel d infiltration (PGEE) 3D - Cadastre géothermique - Gestion des ressources du sous-sol 2. Méthodologie DEEP CITY Notre thèse Le développement durable des villes ne pourra être atteint sans avoir recours de plus en plus à la 3e dimension en profondeur 8

Leçons du passé Exemple de Mexico-City Affaissement de la ville 9

0 5m 9m Subsidence Conclusion principale du volet Leçons du passé L approche sectorielle est la principale raison de la nonconformité avec les principes du développement durable. 10

Approche sectorielle dans l usage du sous-sol : Exemple d un cas typique Principe du projet DEEP CITY Seule une approche planifiées multiusage permet d exploiter l entier du potentiel de ressources du sous-sol de manière durable 11

Les quatre ressources principales du sous-sol urbain énergie géothermique espace et géomateriaux eau souterraine «Deep City» De l approche sectorielle à l approche multiusages 12

Approche multiusages Synergies et conflits Espace et géothermie Espace et ressource en eau 2 variantes pour le RER CEVA (Genève) 13

Matrice des interactions D après Blunier Exemple d un aménagement du territoire 3D Potentiel multi-usages du Volume Géologique no GV1 : construction et géostructures énergétiques (pas de sondes géothermiques) GV2 : construction, aquifère superficiel utilisable pour des doublets géothermiques GV3 : corridor pour des tunnels, sans sondes géothermiques GV4 : sondes géothermiques GV5 : protection des eaux souterraines et exploitation des eaux de boisson (seulement les ouvrages de captage) GV6 : systèmes géothermiques profonds Ces affectations sont projetées en surface sous forme de zones dans le plan d aménagement du territoire. 14

Une opportunité pour la densification urbaine «Du dessus vers le dessous» Volumes déplaçables en souterrain Espace borgnes en surface : - parkings - grands magasins - salles de spectacle, cinémas - dépôts - infrastructures de transport => se donner de la place pour vivre mieux à la surface (Homme, biodiversité urbaine) Nouvelle mission pour l Aménagement du territoire A l échelle du pays : Principes dans une loi A l échelle des agglomérations : L introduction de la 3e dimension implique de nouvelles tâches pour les professionnels de l aménagement 4 étapes principales 15

Etape 1 : le modèle 3D Collection des données géologiques Collection des infrastructures souterraines existantes Stockage sous une forme utilisable Etablissement du modèle 3D du sous-sol Etape 2 : management à long terme des ressources Potentiel propre de chaque ressource possible prise isolément (espace, géomatériaux, géothermie, eau de boisson) Potentiel intégral multi-usages par optimisation des synergies et minimisation des conflits (selon la méthodologie Deep City) C est l étape principale! 16

Etape 3 : Evaluation des ouvrages existants Les ouvrages existants sont-ils compatibles avec le développement durable? Si non, planification de leur abandon ou leur adaptation (on ne peut pas simplement détruire comme en surface) Etape 4 : Evolution dynamique Evolution dynamique de l aménagement du sous-sol selon : de nouvelles données de nouveaux besoins de nouvelles technologies de nouvelles conditions socio-économiques etc. 17

Remarques importantes Le sous-sol est au service de la ville Le management du sous-sol n est pas indépendant de l aménagement en surface Le sous-sol doit être intégré dans l opération courante de l aménagement du territoire après une phase de rattrapage du temps perdu Applications pratiques récentes Deep City Lausanne CHF 130 000 du Canton de Vaud et la Ville de Lausanne Contractor : CSD Lausanne En parallèle avec la révision du «Plan directeur de la ville» 18

Extrait du Rapport CSD NANJING UNIVERSITY DEEP CITY CHINA Research for an universal management methodology on urban underground resources exploitation! Doctoral Assistant: Huan-qing LI 38 19

1. Suzhou city case study: 1.2 Potential evaluation for resources management AL: artificial layer SL: soft layer HL: hard layer SA: shallow aquifer CA: confined aquifer The thickness of the second confined aquifer- AC II: The main aquifer Source: Prof. Li Xiao-zhao (Nanjing U.) 39 Research program PhD Michael Doyle (2012-2016) on the application of the Deep City methodology on some typical megacities around the World - San Antonio Texas - Montreal - Hongkong - Dakar? 20

San Antonio Texas Leçons du projet Deep City (1) Le sous-sol doit être considéré comme un tout : un volume contenant des ressources fondamentales pour le développement durable de la ville, pour la construction, mais pas seulement. 21

Leçons du projet Deep City (2) Ce volume géologique peut offrir un usage multiple de ses ressources s il est planifié en définissant des synergies et des incompatibilités (selon la méthodologie du projet Deep City) Leçons du projet Deep City (3) Si le développement du sous-sol n est pas planifié, continuant ainsi selon l approche sectorielle, la ville va perdre un de ses derniers degrés de liberté (la réparation des erreurs dans le sous-sol est plus difficile qu en surface). 22

Conclusion Cette manière plus holistique de considérer le sous-sol sous la ville devrait être adoptée sans délai par les urbanistes et tous les acteurs de son futur. C est urgent! Tard risque d être trop tard! La gestion du sous-sol a besoin de la Géologie. Peut être vous aussi Nouvelle édition http://ppur.epfl.ch/ 23