Le gypse est une roche soluble. Les formations gypseuses peuvent être rencontrées dans tous les terrains sédimentaires du monde. Cependant, on trouve les principaux gisements soit dans de vastes complexes évaporitiques régionaux, soit dans des zones qui sont restées géologiquement stables pendant de longues périodes.

Dans tous les contextes où on a une présence des roches solubles dans le sous-sol, une dissolution naturelle peut se produire. Ce processus entraîne une perte de matière solide qui peut aboutir à la formation de cavités de tailles variables, tant à l’intérieur qu’à la surface du matériau soluble. Les modifications de la structure des terrains en profondeur peuvent également apparaitre en surface par des affaissements progressifs du sol ou des effondrements soudains.

En France, les problèmes liés à la dissolution du gypse sont généralement rencontrés en Île-de-France, notamment dans le bassin parisien. Les différents horizons où le gypse antéludien se rencontre, sont, du plus ancien au plus récent :

• Les Marnes et Caillasses du Lutétien ;
• Les Sables de Beauchamp ;
• Les Marno – Calcaires de St Ouen.

Mécanismes de Formation et de Déstabilisation des Cavités dans les Formations Gypseuses

• Dissolution du gypse

Lorsque le gypse (CaSO4.2H2O) est immergé dans une eau n’ayant jamais été en contact avec ce minéral. Les éléments chimiques qui le composent seront dissous sous forme d’ions. Une réaction de dissolution se produit parce que l’eau est en état de sous-saturation en ions Ca2+ et SO42- par rapport à la quantité de ces deux ions présente dans le gypse. Cette dissolution se poursuit jusqu’à atteindre un état d’équilibre, dépendant de la température et de la pression.

• Création de cavités par dissolution

Le contact direct du gypse avec l’eau sous-saturée entraîne la création d’un vide dans une formation de gypse par dissolution, avec un renouvellement suffisant de cette eau pour éviter qu’elle n’atteigne l’équilibre chimique. Cela peut se produire dans divers contextes, comme par l’intermédiaire de fractures préexistantes. Dans le cas où il y a de telles discontinuités structurelles, elles peuvent donner à l’eau sous-saturée la possibilité d’atteindre le gypse et de circuler, entraînant la dissolution et la formation de vides autour de ces fractures

• Déstabilisation des cavités

La déstabilisation d’une cavité créée par dissolution dans une formation de gypse peut se produire de deux manières.

• Dissolution active : Lorsque la cavité se développe sous des bancs résistants des terrains de recouvrement, la dissolution continue tant que l’eau circule. La cavité s’agrandit jusqu’à atteindre une taille critique, dépassant la résistance mécanique du toit et des parois, ce qui entraîne leur rupture sous le poids des terrains sus-jacents.

• Sollicitations hydrauliques particulières : Des changements brusques des conditions hydrodynamiques, qu’ils soient d’origine anthropique ou naturelle, peuvent déstabiliser une cavité préexistante. Cela peut se produire par une diminution de la pression hydrostatique ou par le décolmatage de cavités anciennes comblées par des dépôts sédimentaires. Par exemple, une baisse des niveaux piézométriques modifie les gradients d’écoulement, entraînant l’évacuation des matériaux de remplissage et créant des cavités partiellement ou totalement vides. Ces variations augmentent la contrainte totale sur le toit de la cavité, contribuant ainsi à sa déstabilisation.
• Propagation du vide jusqu’à la surface

Une fois la cavité formée et le processus de déstabilisation amorcé, le vide peut se propager jusqu’à la surface si l’espace est suffisant pour accumuler les matériaux éboulés sans bloquer l’effondrement. Le vide progresse verticalement, atteignant la surface et provoquant un effondrement localisé (ou fontis).

Dans un contexte de dissolution, l’eau accentue cette propagation en modifiant les caractéristiques de foisonnement, augmentant ainsi le potentiel de formation de fontis jusqu’à la surface. La progression du vide est également favorisée lorsque l’effondrement atteint et brise l’écran imperméable entre deux aquifères, entraînant des processus d’érosion et de suffusion en raison de la différence de pression entre eux.

Ce processus entraîne :

• L’entraînement des matériaux effondrés par l’eau dans le réseau karstique.
• L’augmentation du volume disponible.
• La progression verticale du vide.

En contexte gypseux, ce phénomène peut entraîner des extensions horizontales et verticales pouvant atteindre plusieurs dizaines de mètres, particulièrement lorsque les terrains de recouvrement sont peu cohésifs.

• Affaissement des terrains

Lorsque la dissolution se produit sous des terrains mécaniquement faibles, la perte de matière est compensée par l’abaissement des terrains sus-jacents, refermant le vide. Si cette dissolution est extensive, elle conduit à un affaissement continu de la surface du sol.

Stratégies de Consolidation pour Atténuer les Risques

Selon la Notice technique « Travaux d’injection des anomalies liées à la dissolution du gypse antéludien », publiée par l’Inspection Générale des Carrières (IGC) le 10 janvier 2003, une reconnaissance de sol initiale est obligatoire pour identifier, sur l’ensemble de la parcelle, les zones présentant un risque de dissolution des bancs de gypse présents dans les différentes couches géologiques situées au-dessus du banc de calcaire grossier. Cela revêt une importance particulière dans les Marnes et Caillasses, où les poches de dissolution de gypse antéludien sont souvent rencontrées. Cette compagne de reconnaissance peut être accompagnée des essais de remplissage afin d’évaluer la capacité d’absorption des terrains, à définir les critères pour le traitement des anomalies détectées, et à préciser l’étendue des travaux de consolidation nécessaires. Supervisés par le géotechnicien, ces essais consistent à estimer précisément le volume des vides à traiter à travers des forages spécifiques.

En fonction de l’interprétation des résultats des essais de remplissage et de la reconnaissance initiale, le maître d’œuvre élaborera un plan d’intervention pour traiter les anomalies, en se basant sur les conclusions du géotechnicien. Ce plan peut inclure soit la technique d’injection sous pression, soit le comblement des vides avec clavage, ou une combinaison des deux, adaptée aux besoins spécifiques du site. En cas de découverte d’un fontis, il est impératif de procéder non seulement au comblement et au clavage, mais aussi au traitement des terrains de couverture décompressés au-dessus de celui-ci.

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