Caractérisation et susceptibilité aux effondrements dans un karst de contact lithostratigraphique : l'exemple du barrois

Characterization and susceptibility to collapse in a lithostratigraphic contact karst : the example of the Barrois

• Auteur / Autrice : Kamila Bensaadi
• Direction : Dominique Harmand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géographie
• Date : Soutenance le 17/12/2020
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Humanités Nouvelles - Fernand Braudel (Lorraine)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LOTERR - Centre de recherche en géographie (Lorraine)
• Jury : Président / Présidente : Gilles Drogue
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Harmand, André Ozer, Alain Devos, Charles Cartannaz, Emmanuèle Gautier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : André Ozer, Alain Devos

Mots clés

Mots clés contrôlés

Prévention

Risque

Barrois (France)

Karst

Avens

Mots clés libres

Karst

Dolines

Effondrement

Lithostratigraphique

Aléa

LiDAR

Barrois

Karst

Sinkholes

Collapse

Lithostratigraphic

Hazard

LiDAR

Barrois

Résumé

La présente étude a consisté à évaluer l’aléa effondrement karstique dans un secteur très karstifié duBarrois, de 37 km2 de superficie, la Forêt de Trois-Fontaines sensu lato (Meuse/Haute-Marne/Marne), située au contact des calcaires du Jurassique et de la couverture argilo-sableuse et calcaire du Crétacé inférieur.Cette recherche, qui entre dans le cadre du Plan Cavités piloté par le BRGM, a permis de préciser les modalités de l’aléa effondrement karstique dans un karst de contact lithostratigraphique au contact des Calcaires du Barrois (Tithonien) ou des Calcaires à spatangues (Hauterivien) et des argiles néocomiennes surincombantes, notamment les Argiles ostréennes (Barrémien inférieur).La cartographie et les mesures réalisées sur le terrain et les images LiDAR ponctuelles ont révélé la présence de 2700 désordres karstiques, essentiellement des dolines, organisés en liserés sinueux suivant la topographie. Les types de formes et de phénomènes karstiques ont permis de mettre en évidence deux grands types de processus à l’origine des dolines : le soutirage et l’effondrement. Les dolines de soutirage, marquées par des versants subverticaux, sont conditionnées par l’existence de cavités dans les calcaires tithoniens générées par l’encaissement des cours d’eau et le gradient hydraulique ; ou/et, le soutirage des argiles et de sables valanginiens provoquant un vide sous les Calcaires à spatangues, et l’effondrement de ceux-ci, fragilisés par les multiples alternances de calcaires sableux ou non et de bancs marneux et sableux.La carte de susceptibilité a été établie à partir de la méthode basée sur la théorie du poids des évidences (« weight of evidence »), théorie bayesienne qui attribue des poids pour chacun des critères : (i) susceptibilité forte affectée au karst de contact lithostratigraphique ; (ii) susceptibilité moyenne dans les secteurs de pentes égales et supérieures à 4° ; (iii) susceptibilité moyenne pour les secteurs se situant à moins de 50 m d'un cours d'eau ; (iv) susceptibilité faible attribuée quelle que soit la distance par rapport aux failles. Cette méthode et le type de cartes de susceptibilité qui existent aussi à l’étranger, comme en Wallonie et en Floride, sont un outil important pour la prise en compte et la prévention des risques karstiques.

The present study consisted in assessing the risk of karstic collapse in a very karstified sector of the Barrois, 37 km2 in area, the forest of Trois-Fontaines sensu lato (Meuse / Haute-Marne/ Marne - France), located in contact with Jurassic limestones and the clayey-sandy and calcareous cover of the Lower Cretaceous. This research, which is part of the Cavities Plan piloted by BRGM, has made it possible to specify the modalities of karstic collapse hazard in a lithostratigraphic contact karst in contact with Barrois Limestones (Tithonian) or Spatangian Limestones (Hauterivian) and Neocomian clays, notably Oyster Clay (Lower Barrémien). Mapping and measurements carried out in the field and punctual LiDAR images have revealed the presence of 2700 karstic disorders, essentially dolines, organized in sinuous lines following the topography. The types of karstic forms and phenomena have highlighted two main types of processes at the origin of the dolines: the draining and the collapse. Withdrawal sinkholes, marked by subvertical slopes, are conditioned by the existence of cavities in the Tithonian limestones generated by the incision of rivers and the hydraulic gradient; or/and, the withdrawal of Valanginian clays and sands causing a void under the Spatangian Limestones, and their collapse, weakened by the multiple alternations of sandy or non-sandy limestones and marly and sandy banks.The susceptibility map was established using the method of the "weight of evidence" theory, a Bayesian theory that assigns weights for each of the criteria: (i) high susceptibility assigned to lithostratigraphic contact karst; (ii) medium susceptibility in sectors with slopes equal to and greater than 4°; (iii) medium susceptibility for sectors within 50 m of a watercourse; (iv) low susceptibility assigned regardless of distance from faults.This method and the type of susceptibility maps that also exist abroad, such as in Wallonia and Florida, are an important tool for the consideration and prevention of karst risks.