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Prévention des risques

Surveillances minières

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publié le 20 juin 2016

  1 - LES DIFFERENTS MOYENS DE SURVEILLANCE

  • Le nivellement

Avant tout mouvement (« état zéro »), à partir de bases de références situées dans des zones stables, un ensemble de points est implanté par un géomètre, principalement sur la voirie.
Une mesure de contrôle des points est faite périodiquement, en général tous les deux ans.
En cas de variation altimétrique notable constatée, le dispositif peut être renforcé suivant les besoins.

Cette technique permet de détecter un affaissement et servira de référence pour déterminer éventuellement l’étendu d’un sinistre minier.

Mesure de nivellement

  • La surveillance du risque fontis

Les zones de fontis ne peuvent pas être surveillées de manière efficace avec les techniques utilisées sur les zones d’affaissement ou d’effondrement.

D’abord on identifie et on cartographie des zones de fontis accessibles par le fond par des visites de reconnaissance pour préciser le risque. Ensuite, si nécessaire, une surveillance régulière de travaux miniers est réalisée pour contrôler l’état des ouvrages miniers et son évolution dans le temps.

Certaines zones de fontis ne sont pas accessibles depuis le fond. La reconnaissance et la surveillance peuvent alors être réalisées depuis la surface par des techniques telles que le laser, le sonar, la caméra…au travers de forages. Cette technique permet de faire un profil « volumétrique » des cavités et ainsi comparer le volume de ces dernières d’une inspection à l’autre.

cartographie 3D laser d'une cavité minière

Visualisation sur ordinateur d'une galerie miniere par reconnaissance sonar

  • La microsismique

La micro sismique est une méthode de surveillance de la stabilité des ouvrages souterrains. Cette méthode a été qualifiée dans l’environnement des mines de fer par une expérimentation en grandeur nature dans la mine des Terres Rouges (ARBED) en juillet août 1997.

Le principe de la surveillance micro sismique est fondé sur l’hypothèse qu’un affaissement progressif ou un effondrement brutal est précédé par des signes avant coureurs (ou événements micro sismiques).

Principe de la surveillance microsismique

La surveillance microsismique est assurée par des réseaux permanents de surveillance microsismique composés d’une ou plusieurs stations de mesure. Le nombre de stations de mesure varie avec la dimension des zones à surveiller et de leur contiguïté géographique. Une station de mesure est composée, en règle générale, de trois sondes microsismiques, installées dans des forages à plusieurs dizaines de mètres de profondeur, qui « écoutent » les bruits microsismiques provenant de ruptures et de fissuration des travaux miniers. Les signaux enregistrés sont suivis par le laboratoire de l’INERIS installé à Nancy, en liaison avec la cellule d’expertise de GEODERIS.

Cette technique permet de localiser à distance les éventuelles zones d’instabilité. Elle paraît particulièrement adaptée aux ouvrages souterrains pour lesquels l’accès est par nature délicat, voire impossible.

  • L’expansion et la convergence

La technique d’expansion/convergence consiste, à partir d’équipements ponctuels mis en place dans les travaux miniers (cannes de convergence…), à mesurer la déformation de l’édifice minier.

Ces informations permettent de mieux connaître la réaction de l’ouvrage minier par rapport aux contraintes qu’il supporte, de suivre son évolution, d’établir des comparaisons avec d’autres situations similaires et d’anticiper le cas échéant sur l’évolution des formations suivies.

  • La fissurométrie

Le suivie de fissuration est l’observation de la variation d’écartement ou de rapprochement des lèvres d’une fissure (au sol, sur un bâtiment….).

Cette mesure est faite à partir de points (clous) ou de jauges installées de part et d’autre des lèvres de la fissure.

Fissuromètre

  • La surveillance piézométrique

Des piézomètres sont exploités pour surveiller, en zones bâties, la remontée de la nappe consécutivement à l’ennoyage des travaux souterrains et/ou la qualité des eaux dans les bassins miniers. Cela permet ainsi d’anticiper la mise en œuvre des mesures de prévention nécessaires.

  • La surveillance des gaz de mine

Il s’agit d’une surveillance du risque associé au gaz de mine par le contrôle du bon fonctionnement des exutoires gaz (sondage de décompression du réservoir minier), ainsi que par le contrôle de l’absence de grisou dans des lieux propices à son accumulation (réseau enterré, canalisation, cave) ;

Vue d'un sondage de décompression gaz (SDEC)

  • La surveillance thermographique

Il s’agit d’une surveillance ou d’un suivi d’anciennes zones de combustion interne de terrils houiller. Les techniques utilisées consistent selon le cas : à des mesures en profondeurs à l’aide de sonde de température enfuies, à des mesures thermographiques au sol ou héliportées.

Mesure thermographique au sol

  2 - SURVEILLANCES ET SUIVIS PAR BASSINS

Les types de surveillance et suivis utilisés sont adaptées au phénomène redouté.

2.1 - Le bassin ferrifère

En ce qui concerne les risques de mouvements de terrain, les techniques suivantes sont classiquement employées :

- Affaissement : nivellement – microsismique (voir pour plus de détails ci-dessous)
- Fontis : visite au fond ou passage caméra (voir pour plus de détails ci-dessous)

Par ailleurs, lors d’évènements ponctuels (affaissement, désordres,…), des mesures ponctuelles peuvent être ajoutées pour mieux comprendre l’évènement en cours, telle que la fissurométrie ou la mesure de désaffleurement de fissures sur des bâtiments.

Certains bâtiments de grande hauteur (comme par exemple la tour panoramique à Maxéville) ont été équipé d’appareils de mesures spéciifiques tels que des inclinomètres.

Enfin, il est à noter qu’il existe également une surveillance des ouvrages miniers tels que les têtes de puits, les chevalements encore en place ou les exutoires des eaux d’exhaure.

  • Nivellement dans le bassin ferrifère

75 réseaux de nivellement sont implantés sur 54 communes. Les zones de risque ont été hiérarchisées en classe de surveillance de C1 à C4.

Lors d’évènements miniers, un renforcement de la surveillance est effectué localement (en nombre de points, et/ou en fréquence de levés) afin de circonscrire la zone en mouvement et être informé de l’ampleur des mouvements.

  • Surveillance fontis dans le bassin ferrifère

Cela concerne 19 zones de risque, sur 14 communes qui sont surveillées d’annuellement à tous les cinq ans en fonction de leur sensibilité.

  • Microsismique dans le bassin ferrifère

La microsismique est installée prioritairement dans les zones hiérarchisées où le risque est le plus important :
- pour les zones de classe de hiérarchisation C1, le suivi est continu (détection d’anomalies 24h/24 et 7j/7) ;
- pour les zones de classe C2, le suivi est périodique (détection des anomalies lors de bilans périodiques) ;
- pans les zones de classe 3 et 4, on considère que le suivi par nivellement est suffisant.

Il faut noter que son installation est complexe et nécessite des études poussées, spécifiques à chaque site ; c’est pourquoi le réseau de surveillance s’étoffe de manière très progressive.

Dans le bassin ferrifère, il y a actuellement 25 réseaux de surveillance, comportant en tout 47 stations qui surveillent les zones de risque situées sur le territoire de 17 communes.

  • Expansion et la convergence dans le bassin ferrifère

Cette technique n’a été mise en place que dans un ouvrage souterrain dans le bassin ferrifère à titre d’expérience

2.2 - Le bassin houiller

Les dispositifs de surveillance qui ont été déployés dans le bassin houiller comprennent :
- En ce qui concerne les risques de mouvements de terrain :
* le nivellement ;
* la surveillance de puits ;
* les mesures sismiques (à ne pas confondre avec la micro sismique) ;

- par ailleurs des surveillances de terril et des exutoires de gaz ainsi qu’un suivi de la qualité des eaux sont effectuées

Des précisions sur des dispositions sont données à la suite.

  • Nivellement

Un réseau de plus de 1900 points de mesures de nivellement est exploité sur le bassin houiller afin de vérifier l’absence de mouvement de terrain suite à l’ennoyage des travaux miniers. Bien que ce risque ait été écarté par les études réalisées, ce dispositif permet de disposer de mesures contradictoires destinées à discerner les mouvements naturels du sol de ceux, même faibles, d’origine minière. Les points sont répartis ainsi : 669 points de mesure sur le secteur de La Houve, 485 points de mesure sur le secteur de De Wendel et 789 sur le secteur de Sarre et Moselle.

Ce dernier comporte en particulier :
- des profils au droit du sillon profond (Freyming-Merlebach) ;
- des points de part et d’autre de la faille de Hombourg ;
- des points de mesure au fond du talweg du Weihergraben ;
- des points de mesure au droit de la digue du Weihergraben.

  • Surveillance des puits

Outre la surveillance du risque gaz susceptible de perdurer sur certains puits non remblayés ou non ennoyés en totalité, une surveillance par contrôle régulier de la présence du remblai et/ou par inspection vidéo de l’état des cuvelages de quelques puits de mines obturés est réalisée. Celle-ci est parfsois assortie de mesure de nivellement dans les environs de l’ouvrage minier.

  • Mesures sismiques

Une surveillance sismique a été maintenue tant que des événements de cet ordre étaient attendus pendant la période d’ennoyage des travaux miniers. La magnitude et la localisation des événements sismiques ont été déterminées. Le démantèlement de ce dispositif était sucseptible d’intervenir au regard des prescriptions fixées par l’arrêté préfectoral portant sur la déclaration d’arrêt définitif des travaux miniers et d’utilisation d’installations minières associées, attachés à l’ancienne concession de mines de houille de Sarre et Moselle, soit à la fin de l’ennoyage des travaux miniers ou lorsqu’aurait été constatée l’absence d’activité sismique pendant une période minimale d’un an.

Des événements sismiques dues à l’ennoyage des travaux miniers de CdF n’ayant plus été enregistrés à compter du 3 septembre 2007, le dispositif a été démantelé fin 2009 après décision préfectorale du 2 avril 2009. Les données ayant conduit à cette décision ont été fournies aux membres du GIAM du 10 mars 2009.

Au delà de cette information, il convient de noter que de nombreux événements mesurés par le RéNass peuvent être dues aux champs exloités en Allemagne dans le secteur d’Ensdorf, voire à des événements d’origine naturelle eu égard aux profondeurs déterminées par le RéNass et bien supérieures à ceux des travaux miniers les plus profonds.

  • Mesures piézométriques

Des piézomètres sont exploités pour surveiller, en zones bâties, la remontée de la nappe des grès du trias inférieur consécutive à l’ennoyage des travaux souterrains. Elle permettra ainsi d’anticiper la mise en oeuvre des mesures de prévention nécessaires. Par ailleurs, d’autres piézomètres permettent de surveiller la qualité de cette nappe lorsqu’elle est susceptible d’être modifiée soit par l’eau minière, soit par le lessivage d’anciennes installations de surface comme les terrils. Enfin, le processus d’ennoyage des travaux miniers est également suivi au moyen de sondes presssiométrique installées dans certains puits de mine. Cette surveillance porte sur le niveau et la vitesse de remplissage du réservoir minier ainsi que sur la qualité de l’eau qui s’y trouve ;

  • Surveillance du risque gaz

Il s’agit d’une surveillance du risque associé au gaz de mine par le contrôle du bon fonctionnement des exutoires gaz (sondage de décompression du réservoir minier, exutoires sur puits), ainsi que par le contrôle de l’absence de grisou dans des lieux propices à son accumulation (réseau enterré, canalisation, cave) ;

  • Surveillance des terrils

Une surveillance de l’absence de zone d’échauffement, voire le suivi du processus de refroidissement d’anciennes zones chaudes, sont assurés au droit d’anciens terrils de caméra thermique ou par sondes de températures enfouies en profondeur.

2.3 - Le bassin salifère

L’un des enjeux essentiels au regard duquel il convient de se prémunir est la venue d’eau, susceptible en conséquence de faire l’objet de moyens spécifiques de détection pour ce type d’exploitations. Ainsi,
- une surveillance particulière a été mise en place dans la mine de Saint Laurent-Charmel basée sur des sondes de détection de présence d’eau ;
- un suivi de densité d’eau est réalisé dans la mine ennoyée de Dieuze

Différentes techniques sont par ailleurs utilisées pour la surveillance des mouvements de terrain :
- surveillance microphonique (mine de Saint-Laurent-Charmel) ;
- sondes microsismiques (mine de Saint-Laurent-Charmel) ;
- mesures de convergence du mur et du toit ;
- visites régulières au fond ;
- réseau de nivellement de surface.

Pour les cavités salines résiduelles les moyens de surveillance mobilisés sont les techniques de diagraphie gamma-ray, sonar, nivellement et salinité de l’eau.