APPROCHE MULTIMÉTIERS DANS UN CONTEXTE DE CAVITÉS SOUTERRAINES

Cette commune figure parmi les nombreuses communes de la métropole lilloise exposées aux risques d’effondrements liés à la présence de cavités souterraines. Le site concerné par le projet se trouve en totalité en zone bleue du plan d’expositions aux risques (PER), cavité de la commune d’Hellemmes-Lille, approuvé le 27 juin 1990 (fig. 2) et est donc a priori soumis au risque de présence de cavités souterraines. Ce projet entre par ailleurs dans la catégorie des ERP*, et doit faire donc l’objet d’investigations spécifiques et suivre les recommandations du PER : en cas de vides avérés, le comblement intégral de la carrière devra être réalisé.
Les éléments en notre possession – PER de la commune d’Hellemmes, plan des cavités (fig. 3) – nous ont rapidement permis d’identifier un mode d’exploitation par chambres et piliers, mode d’exploitation qui servait notamment à extraire la craie pour la construction de Lille et ses environs. Les investigations géotechniques ont été menées au niveau du futur projet, à la fois au droit de la carrière connue (afin de confirmer la position de la carrière et d’en réaliser un levé 3D depuis la surface) et en dehors de l’emprise de la carrière (afin de vérifier d’éventuelles extensions inconnues).

PREMIÈRE CAMPAGNE D’INVESTIGATIONS

La première campagne d’investigations a été menée en janvier 2018 et a consisté en la réalisation
de 2 sondages pressiométriques respectivement descendus à 10 m et 20 m de profondeur, et 10 forages destructifs de recherche de vides descendus à 15 m de profondeur.
Ces sondages ont permis de définir un système de fondations et son ébauche dimensionnelle.
Les forages destructifs ont quant à eux permis de déceler des vides liés à la présence de carrières souterraines, et de repérer d’éventuelles couches molles (vides remblayés, remblais de couverture, ou
encore poches de dissolution liées au caractère crayeux des terrains présents).

À l’issue de chaque forage, des essais de pression sur outil ont été réalisés afin de déceler des couches molles qui auraient pu être traversées par simple pression sur le train de tige, sans battage ni rotation. Les paramètres enregistrés étaient les suivants : vitesse d’avancement en m/h ; pression sur l’outil, pression d’injection et pression exercée pour maintenir le couple de rotation constant, en bars (fig. 4).
À l’issue de la campagne d’investigations, 4 forages ont mis en évidence des vides francs, tous confirmés au droit de la carrière connue, à des profondeurs comprises entre 4,80 m et 9,80 m de profondeur. Ces forages ont été réalésés et équipés d’un tube PVC en vue d’un dimensionnement par méthode laser 3D.

DIMENSIONNEMENT DES CAVITÉS PAR MÉTHODE LASER 3D

Un diagnostic spécifique a été mis en oeuvre avec l’auscultation de cavités au droit du projet pour les forages ayant rencontré des vides francs. Cette auscultation a été réalisée en février 2018 par notre service géophysique et mesures, à l’aide d’une sonde laser 3D à bras rotatif articulé.
Notre équipe géophysique a ainsi pu rendre un premier visuel de la géométrie des cavités auscultées avec une précision de ± 10 cm et apporter une première estimation du volume à combler ; elle a également mis en évidence un puits d’accès au droit du site. La mise en perspective de l’ensemble des cavités dimensionnées sur le site a révélé un mode d’exploitation en chambres et piliers et une catiche (vraisemblablement un puits d’accès ou puits d’extraction), et décelé la présence d’eau au fond de la catiche à 7,90 m de profondeur (fig. 5, zone bleue de la catiche).
Toutefois, il est important de souligner que les volumes de vide annoncés par notre service géophysique correspondent à des volumes minimaux, et ne prennent pas en compte les éventuelles zones masquées qui n’ont pas pu être atteintes par le faisceau laser et les interstices des zones
remblayées.

CALCUL DE LA VOLUMÉTRIE DES CAVITÉS

La mise en évidence du puits d’accès nous a conduits à affiner notre modélisation 3D. En accord avec Lille Métropole Habitat, le puits d’accès a été aménagé provisoirement afin d’organiser une descente en présence du Service commun des carrières de la Ville de Lille, représenté par M. Cheppe. Cette modélisation a été réalisée par notre service MassData en décembre 2018, qui a pu établir un levé 3D complet de la carrière depuis le fond et mesurer sa volumétrie, zone par zone avec une précision des calculs supérieure à 95 % (fig. 6 à 9).
Ce levé complet a permis de déterminer un volume total de 375 m3. La vue en plan des cavités a ensuite été reportée sur la carte (fig. 10).

PARTI PRIS POUR LES FONDATIONS À CE STADE DU PROJET

La présence de cavités, associée au contexte géologique, géomécanique et hydrogéologique et à la nature du projet, a orienté la préconisation géotechnique vers une solution de fondation sur pieux forés à la tarière creuse, après comblement des cavités souterraines, et descendus dans les horizons crayeux compacts en place au-delà des remblais.
L’ensemble des données recueillies au stade de la mission G2AVP (sondages pressiométriques, forages destructifs de contrôle, modélisation 3D) et la pluridisciplinarité de nos métiers ont permis à nos ingénieurs d’établir des préconisations adaptées pour traiter le sous-sol, de cadrer les travaux de comblement (volume de comblement, méthode de traitement) et également de proposer une ébauche dimensionnelle des fondations, le tout dans un contexte urbain et de cavités souterraines.
Cette étude sera suivie ultérieurement par une étude géotechnique G2 PRO (conformément à la norme NF P94-500) à l’avancement du projet.

Adrien Pluquet, ingénieur Fondasol géotechnique
Franck Rivière, directeur Fondasol géophysique et mesures
Bastien Champier, responsable MassData, Ecartip groupe Fondasol