Risques sous-sol

Contexte historique

La Wallonie est riche de son passé industriel et minier. Le service risques sol et sous-sol évalue les conséquences liées à l’abandon des outils, des infrastructures souterraines ou de surface et des déchets de cette activité minière.

Les conséquences peuvent affecter à la fois les eaux souterraines comme les eaux de surface, des domaines aussi divers que la géochimie des sols, la stabilité des talus ou des fondations, la sécurité et la santé humaine et les effets sur la faune et la flore locale.

L’impact du passé industriel wallon reste encore important sur notre environnement, bien longtemps après la cessation de toute exploitation qui n’a laissé, comme seuls témoins visibles dans notre paysage wallon, que ces collines noires et vertes que l’on nomme terrils.

Contact: Bénédicta Ronchi – 04 229 83 89

Mission

Dans les missions de l’ISSeP pour les services publics wallons, l’institut a pour objectif de développer une expertise d’évaluation et de maîtrise des risques chroniques affectant principalement la stabilité et la qualité du sol et du sous-sol. Dans la plupart des cas, ces risques sont liés :

  • à l’utilisation du sous-sol (mines, carrières, déchets miniers, etc.) ;
  • à la gestion de ces déchets ;
  • aux autres activités anthropiques actuelles et passées…

et ce dans un contexte caractérisé par les:

  • les paramètres géotechniques du sol et sous-sol proche ;
  • les caractéristiques géochimiques du sol naturel ou anthropique ;
  • les interactions entre la biosphère et l’environnement hydrogéologique…

La gestion d’un réseau de surveillance de certains exutoires miniers

Malheureusement les conséquences des exploitations industrielles passées se font encore sentir actuellement. Cela se manifeste de manière brutale, comme par exemple, lors d’effondrements ou d’éboulements souterrains se répercutant jusqu’en surface, lors de l’interruption de l’écoulement de certains exutoires miniers engendrant coups d’eau et inondations, ou de manière plus pernicieuse lorsqu’une pollution chimique des eaux souterraines ou de surface est constatée plus d’un demi-siècle après.. L’effondrement de Saint-Vaast, en 2009, est un autre exemple malheureux qui vient justifier la nécessité du suivi des exhaures abandonnées. Une manière d’y parvenir est d’installer un réseau de surveillance et d’alerte basé sur des mesures piézométriques et débitmétriques comme celui de la zone Nord de Liège, du bassin de la Haine ou celui de Saint-Vaast. Ces réseaux permettent de mieux comprendre l’impact des aléas climatiques sur les fluctuations hydrogéologiques de ces zones et de se prémunir ainsi sur les risques d’inondations ou d’effondrements. Ces réseaux constituent à l’heure actuelle le seul outil permettant au SPW d’anticiper les dispositions à prendre en cas de nouvelles menaces.

Galerie exhaure cadres
Inspection des exhaures du nord de Liège

Colmatage des canalisations d’exhaure par les oxydes de fer

 

Programme de retrait des concessions minières

Le retrait des anciennes concessions minières constitue une des priorités actuelles du SPW. Notre programme d’appui s’articule autour de plusieurs actions concrètes comme l’aide à la rédaction de dossiers de sécurisation d’anciennes issues minières, à une expertise lors de la remise d’avis techniques, à une assistance à la vérification des données cartographiques ou lors de la visite et la sécurisation d’anciens ouvrages miniers.

Inspection d’une galerie minière au Gosson

Inspection d’une ancienne exhaure dans le cadre des retraits de concession en région namuroise

 

 

Numérisation des plans miniers et cartographie des puits de mine

Dans le cadre d’un complément d’informations demandé par le SPW, l’ISSeP a traité un dernier lot de plans issus des archives de l’Administration, celui-ci comportant 500 plans anciens relatifs aux concessions minières liégeoises de Gosson-Kessales et de Wérister. Le géoréférencement des plans et l’extraction des positions cartographiques des puits de mine a été possible sur 50 % du lot, permettant de compléter la base de données cartographiques.

Géoréférencement des plans miniers et relevé des positions des puits
Géoréférencement des plans miniers et relevé des positions des puits

Cartographie des positions des puits de mine connus en Wallonie (source SPW-DGO3)
Cartographie des positions des puits de mine connus en Wallonie (source SPW-DGO3)

Base de données « Puits et Issues de Mines » programmée pour le SPW
Base de données « Puits et Issues de Mines » programmée pour le SPW

Suite à la validation de sa maquette livrée en 2012, l’ISSeP a été invité à mettre en production la nouvelle base de données « Puits et Issues de Mines (PIM) » sur l’infrastructure informatique du SPW. Pour y parvenir, l’ISSeP a procédé aux adaptations nécessaires pour assurer le fonctionnement en mode serveur et mettre au point les documents de sortie tels que la « fiche puits ». Outre l’importation des données historiques et techniques provenant de la base de données SEROS, le couplage entre la base de données PIM et la couche géographique des puits de mine est un des grands atouts de cette version serveur multiutilisateur. Complémentairement, l’ISSeP est aussi chargé d’assurer un accompagnement auprès des agents de la direction des risques industriels, géologiques et miniers, amenés à utiliser cette base de données lors des procédures de retrait des concessions notamment.

Cartographie des aléas

Depuis 15 ans, le SPW a collecté ou fait collecter une quantité importante de données relatives au sous-sol. Cela permet à ses agents d’identifier et de situer plus ou moins précisément les formations géologiques et certains objets connus (tels que les puits de mine, les carrières souterraines, les cavités karstiques) pour remettre des avis motivés lors des demandes de permis. Or, la menace géotechnique induite par ces objets n’est définie qu’au cas par cas au gré des dossiers traités et avec une prise en compte différente selon le type d’objets concernés. Pourtant les nuisances provoquées par ces objets obéissent aux mêmes lois de la mécanique des sols et des roches et présentent des similitudes flagrantes. Ce qui laisse augurer d’une possible « généralisation ».

Veines_201501
Relevé des veines de houille présentant un risque géotechnique

Aleas_ZonesTest_Malogne
Secteurs de carrières souterraines exprimés en zones d’aléa « effondrement »

Aleas_ZonesTest_Malogne_FormSup
Cartographie de l’épaisseur des terrains meubles superficiels

 

 

 

 

 

 

C’est pourquoi l’ISSeP et le service géologique de Wallonie œuvrent depuis 2013 à la mise au point d’une méthode d’évaluation et de cartographie des zones d’aléas géotechniques induites par les objets souterrains, basée sur la méthodologie française des plans de prévention des risques. Cette démarche vise d’ici 2016, à l’obtention d’une cartographie qualitative à l’échelle de la Wallonie, comportant les zones géographiques influencées par les potentiels désordres que ces objets peuvent provoquer en surface.

Le niveau local de l’aléa sera évalué à partir des caractéristiques propres aux objets considérés, ainsi que des contextes géologique, hydrogéologique et géomécanique les environnant et les surmontant jusqu’à la surface.

Afin de caractériser au mieux ces objets et leurs contextes, l’ISSeP a procédé à une collecte et à une compilation des données actuellement disponibles au sein du SPW. Ce travail doit mener à la constitution d’une cartographie des formations superficielles, préambule nécessaire et indispensable à la cartographie crédible des zones d’aléas géotechniques.

Complémentairement, un effort a été porté pour constituer des données manquantes ou incomplètes telles que les tracés des veines de houille, les sondages et horizons traversant le quaternaire.

Marquant son grand intérêt pour ce projet, la direction de la géotechnique (DGO1-61) du SPW a aussi donné son accord pour que l’ISSeP accède et utilise ses données d’essais in-situ pour les intégrer dans la description des contextes des objets et la constitution d’une cartographie des formations superficielles. Par ailleurs, l’ISSeP et la DGO3 ont procédé à la mise en ligne d’une partie des localisations d’essais géotechniques de la DGO1-61 sur le site internet cartographique CIGALE.

Caractérisation des risques liés aux anciennes installations de gestion (IGD) des déchets miniers

En réponse aux exigences de la Directive 2006/21/CE (Directive Mining Waste), l’ISSeP a produit un inventaire des IGD issues de l’industrie extractive qui pourraient avoir des incidences graves sur l’environnement. La méthodologie intègre des indicateurs dans un Système d’Information Géographique (SIG). Une codification a été adoptée pour caractériser le niveau de risque des IGD en fonction de la distance à la cible et des risques particuliers liés aux pertuis ou aux cas avérés d’auto-combustion. La Directive enjoint ensuite d’évaluer les risques réels associés à ces sites et de définir des programmes de réhabilitation.

IGDRiskprotocol
Organigramme d’évaluation des risques liés aux IGD

lidar
Pentes des terrils en degré calculés sur base des modèles numériques de terrain d’ERRUISSOL et du lidar (@SPW) respectivement de 10m et 1m de résolution lors de l’acquisition

NDVI
Cartes de l’indice de végétation normalisé (NDVI) calculé sur des images landsat_5 de 2011 (@USGS)

 

Suivi post-exploitation des réservoirs de gaz de Péronnes-lez-Binche et Anderlues

GazStorages

Fluxys a exploité pendant plusieurs années une partie des mines de Péronnes-lez-Binche et d’Anderlues comme sites-réservoirs souterrains pour le stockage de gaz naturel. Selon l’accord entre Fluxys, le SPW, et l’ISSeP, le suivi et la surveillance technique post-exploitation des sites-réservoirs sont confiés à l’ISSeP. Quatre types de mesures sont effectués : le contrôle de la pression en gaz dans les vides résiduels, le contrôle de la remontée de la nappe dans les vides résiduels, la détection de fuites de gaz au droit des ouvrages sécurisés en surface (anciens puits d’accès à la mine, …) et la mesure des pressions en gaz et des niveaux d’eau aux droits de piézomètres installés dans les formations géologiques superficielles

Technique géoradar en auscultation de routes

Fichier interprétation 400MHz tranchée CRR Wavre p 1

Actuellement en Belgique, il y a un manque de directives ou de normes pour utiliser de manière qualitative le radar en auscultation routière. La manière de procéder est uniquement basée sur l’expérience de l’utilisateur et n’est donc pas optimale. De plus, le donneur d’ordre ne disposant pas d’informations suffisantes, il ne peut juger de la qualité de l’exécution des mesures radar ou de leur interprétation.

L’utilisation de la technique radar, comme méthode d’investigation de routes, a déjà fait l’objet de nombreuses publications. La méthode a fait ses preuves pour détecter l’épaisseur des différentes couches ou la qualité de revêtement (présence de vides, …)

Le but de notre intervention , en partenariat avec le CRR, est de définir une méthodologie d’utilisation du géoradar lors de la reconnaissance et de l’évaluation de la structure routière. Cette technique ne peut s’appliquer qu’en combinaison avec d’autres méthodes telles que la reconnaissance géotechnique (sondages, carottages…) ou d’autres techniques d’auscultation de la chaussée (déflectomètre à masse tombante ou curviamètre du CRR).

Législation

  • R. du 10 juin 1974 sur les issues et puits de mines (sécurisation des puits mis hors service);
  • décret du 7 juillet 1988 sur les mines
  • E.R.W. du 26 juillet 1990 fixant le cahier des charges type déterminant les obligations générales des concessionnaires de mines;
  • E.R.W. du 30 avril 1992 fixant la procédure et les conditions pour le retrait d’un titre minier
  • Directive 2006/21/CE du Parlement européen et du Conseil du 15 mars 2006 concernant la gestion des déchets de l’industrie extractive et modifiant la directive 2004/35/CE.
  • Décret du 18 décembre 2008 relatif à la gestion des déchets de l’industrie extractive
  • Arrêté du Gouvernement wallon modifiant l’arrêté du Gouvernement wallon du 4 juillet 2002 arrêtant la liste des projets soumis à l’étude d’incidences et des installations et activités classées, pour ce qui concerne les installations de gestion de déchets d’extraction
  • Arrêté du Gouvernement wallon du 27 mai 2009 portant conditions sectorielles et intégrales des installations de gestion de déchets d’extraction et relatif au suivi après fermeture et modifiant l’arrêté du Gouvernement wallon du 27 février 2003 fixant les conditions sectorielles d’exploitation des centres d’enfouissements techniques

Recherche

Dans le cadre des subventions, l’ISSeP développe des nouvelles techniques ou nouvelles méthodologies pour répondre aux besoins spécifiques de l’administration :

  • Evaluation des sites réservoirs de Péronnes et Anderlues et identification des potentielles émanations de gaz en surface. ;
  • Développement d’une méthodologie d’évaluation des risques résultant de la gestion des déchets de l’industrie extractive. Celle proposée par le protocole de pré-sélection de la Commission Européenne (Directive européenne 2006/21/CE) a été adaptée aux spécificités wallonnes en intégrant des données spatiales et satellitaires dans un SIG. Ce système intègre des données satellitaires. Une intégration des données LIDAR nouvellement acquises à l’échelle de la Wallonie dans ce SIG a été évaluée.
  • Dans le cadre d’une Convention CCN/NBN, développement de la technique géoradar en auscultation de routes

NanH2O

Publications

  • Frippiat CC, Stephenne N, Veschens M, Pacyna D (2013) Adaptation of the European Union risk assessment protocol for the pre-inventory of Walloon mining waste Deposits. In Mine Closure 2013, edited by Tibbett et al., Australian Centre for Geomechanics, Perth: 495-507
  • Frippiat CC, Veschkens M, Pacyna D (2013) Monitoring the shallow subsurface for gas emission from abandoned underground mines. In Proceedings of the International Mine Water Association 2013 Annual Conference: “Reliable Mine Water Technology”, edited by Wolkersdorfer et al., 5-9 August, Golden, CO, USA: 989-994
  • Frippiat CC, Veschkens M, Pacyna D, Funcken L (2013) Non-conclusive time series analyses – what can we learn on the behavior of the groundwater system? Understanding what caused the collapse of an abandoned drainage tunnel. In Proceedings of the International Mine Water Association 2013 Annual Conference: “Reliable Mine Water Technology”, edited by Wolkersdorfer et al., 5-9 August, Golden, CO, USA: 995-1002
  • Stephenne N, Frippiat C, Veschkens M, Pacyna D. (2013) From European to Walloon management of mining waste deposit. 33rd EARSeL Symposium: “Towards Horizon 2020: Earth Observation and Social Perspectives”, edited by Lasaponara et al., 3-6 June 2013, Matera, Italy: 543-550
  • Stephenne N., C.Frippiat, M.Veschkens, M. Salmon, and D. Pacyna, 2014, Use of a Lidar high resolution Digital Elevation Model for risk stability analysis, 34rd EARSeL Symposium: “European remote sensing – new opportunities for science and practice”, edited by Zagajewski et al., 16-20 June 2014, Warsaw, Poland: 199
  • Stephenne N., C.Frippiat, M.Veschkens, M. Salmon, and D. Pacyna, 2014, Use of a Lidar high resolution Digital Elevation Model for risk stability analysis, EARSeL eproceedings edited by B. Zagajewski and R Reuter, vol13, special Issue 1, 24-29
  • Frippiat C, Veschkens M, Van Massenhove J-H, Pacyna D (-) A risk-based method for the design of monitoring networks for surface gas emanations from abandoned underground coal mines, Environmental Earth Sciences, Online First, doi: 10.1007/s12665-014-3557-2
  • Kheffi A, Pacyna D, Delforge Ph. The numerical map of known mine shafts in Wallonia: a useful tool for land planning and risk management. In G. Lollino et al. (eds.), Engineering Geology for Society and Territory – Volume 5, Springer International Publishing Switzerland, IAEG 2014 XIIth International Congress, 15-19 September, 2014, Torino, Italy : pp. 933-936.