Les cavités souterraines : Cas des Comores (route de Ntsaoueni)

Bien avant l’homme, la nature a su creuser des souterrains et parfois avec des dimensions surprenantes (la salle du Sarawak sur l’île de ...

Bien avant l’homme, la nature a su creuser des souterrains et parfois avec des dimensions surprenantes (la salle du Sarawak sur l’île de Bornéo mesure 600 m sur 415 m et 80 m de haut... sans aucun soutènement !). Les grottes, gouffres et autres cavités karstiques issus d’une dissolution chimique et d’une érosion par le passage de l’eau ont hébergé les premiers hominidés. En France on connaît surtout la grotte de Lascaux ou la grotte Chauvet récemment découverte avec leurs peintures rupestres préhistoriques. Aujourd’hui elles font le bonheur des spéléologues, et le malheur des ingénieurs civils qui essaient par tous les moyens de les éviter. Ces vides se rencontrent uniquement dans les régions calcaires et gypseuses, exceptionnellement dans les régions volcaniques (conduits de lave) c’est le cas de la Réunion et les Comores etc. 

Les ingénieurs Géotechniciens autrement dit les Mécaniciens des Roches se méfient de ces roches pour toutes activités, expliquent les dangers de ces types de trois roches dans la construction des ouvrages de génie civil : 
  • - Les gypses (CaSO4) : la cavité peut se produire par une dissolution dont le taux d’ablation est plusieurs mm / an lorsque la roche est baignée par une retenue
  • - Les Calcaires (CaCO3) : la cavité se crée par une dissolution dont le taux d’ablation est de l’ordre de 10-4 m/an (1 cm/siècle)
  • - Les Roches Volcanique (exp : Basalte) : la cavité peut se créer, Géologiquement par la nature de la roche et Mécaniquement par l’évolution et la modification des contraintes initiales de la roche par l’intermédiaire des activités humaines environnantes.
Le But de cet article c’est d’étudier l’effondrement ou cavité d’une roche basaltique qui s’est produit aux Comores dans la route allant de Ntsaoueni dans la région du Mboudé . 

Comment alors trouver les origines (causes) et quels sont les recommandations ? 

Dans cet étude scientifique, on va expliquer le phénomène dans plusieurs cas, scientifiquement toutes choses qu’on va expliquer, nous allons essayer de faire un modèle. 

En Géologie : 
La nature géologique de la zone est constituée d’une roche volcanique basaltique. 

Une roche volcanique est un résultat d’une activité magmatique qui a tendance à remonter à la surface terrestre. A la surface, la matière minérale en fusion (magma) est sous forme de lave. 

La lave va subir un refroidissement et solidification pour devenir des roches volcaniques ( le Ex : basalte). 

Les basaltes sont surtout dans le pays de volcanisme effusif, c’est le cas des Comores. 

. Les roches volcaniques forment un assemblage des couches suivant la couche la plus ancienne (sous-jacente) à la plus récente (sus-jacente) et qui laissent parfois des vides (cavités souterraines) qui se progresse par la modification de la contrainte de la roche et aussi par les activités humaines 

Voilà une modélisation d’un processus géologique dans les pays volcanique
Dans ce cas, on constate une trace d’humidité expliquant la circulation des eaux souterraines, les eaux circulent en suivant des vides interconnectées, plus les eaux circulent, plus elles ramènent les matériaux fins pouvant encore améliorer les [next] vides et créer des instabilités internes des materiaux granulaires (cailloux, sables… ). La circulation des eaux, joue le rôle de ramollissement des couches sus jacentes. Donc facilite l’effondrement 

En Mécanique Des Roches (MDR), 

On désigne la contrainte par des flèches (verticales et horizontale) pour expliquer les phénomènes. 

En MDR, trois hypothèses expliquent mécaniquement comment les cavités se produisent. 

Dans cet article on s’intéresse à la 2ème hypothèse : 

  • Première (1er) hypothèse : L’apparition d’une cavité du à son propre poids 
Dans ce cas, les contraintes et les mouvements tectoniques ont réagi seuls pour pouvoir créer une instabilité de la roche
Etat initial sans cavité Apparition de la cavité 

Contraintes σv exercées par le terrain sur la roche due au poids propre de la roche et aux forces tectoniques 

Ces contraintes sont annulées par la création du vide donc on parle de la convergence du terrain 

Contraintes σh et σv exercées par la roche sur le terrain environnant 
  • Deuxième (2eme) hypothèse : Apparition d’une cavité par l’intermédiaire d’une charge 
L’apparition d’une cavité due au poids de la roche en ajoutant aux charges extérieures 

Etat initial sans cavité Apparition de la cavité 

Les contraintes qui étaient supportées par le volume rocheux (la roche) disparu sont reportées près des parois 

Contrainte initiale verticale : σv = γ h qui est fonction de la charge (poids) 

Contrainte initiale horizontale : σh qui varie en fonction de la nature de la roche 
  • Troisième (3eme) hypothèse : Terrain élastique avec des contraintes hydrostatiques (présence de l’eau) 
Cette hypothèse, on n’en parle pas sur notre article. 

Sur les 3 hypothèses, c’est la 2eme hypothèse qui fait la simulation expliquant le phénomène. 

En effet, la plupart des effondrements ou cavités sont des conséquences des fissures ou vides souterraines dus par les contraintes de tractions maximales. 

σ max = γ L2 / 2 t ; τ max = γ L / 2. 
σ max : contrainte maximale de compression (KN /m2) 

γ : Poids volumique de la roche (KN/m3) 
L : Longueur de la fracturation (m) 
t : Epaisseur de la couche (m) 
τ max : contrainte de cisaillement (KN/m2) 

Les roches volcaniques, les basaltes sont des laves formées sous forme d’une succession des couches, la plupart de ces roches laissent des cavités ou vides souterrains par leur passages .Ces vides, cavités ou fissures microscopiques ou macroscopiques évoluent de plus en plus naturellement (contraintes naturelles ou contraintes hydrostatiques) ou par les activités humaines( construction, camions…) . 

Dans notre cas, on constate que le lieu du catastrophe c’est une route non revêtue où passe des poids lourds. Le passage de ces camions induisent des charges dynamiques (vibrations) qui se répartissent à la surface et l’intérieure de la roche. L’effet de vibration sert à réduire la cohésion et à augmenter le frottement de la roche .Cette action amplifie l’augmentation de l’ouverture de la cavité souterraine. Ainsi, plus la charge verticale est très importante que les contraintes verticales de la roche, une dégradation (affaissement) est obligatoire c’est le cas de notre sujet. La circulation des eaux souterraines accentuent le phenomene en ramenant tous les materiaux fins et laissant par conséquence des vides, ces vides augmentent en fonction de la contrainte verticale soumies voir la modelisation ci-dessus 

Conclusion et Recommandation 

L’effondrement, la fissuration, l’affaissement ( tassement ) sont les conséquences d’un processus qui peut durer beaucoup des années en fonction de la profondeur de cavité par rapport à la surface et qui se progresse (fluage) suivant les contraintes verticales (gravité ) et horizontales de la roches . La combinaison des charges (poids lourds, automobiles…) et Les activités humaines dans le secteur environnant rendent la situation plus délicate (grave). 

Nous devons retenir que partout où les laves basaltique s’accumulent, la probabilité de trouver des vides et des cavités sont très élevée. Ces cavités peuvent se progresser suivant l’évolution de l’état de contrainte initiale et les charges verticales soumises. 

En Géotechnique 

Comme tout projet oblige une étude de reconnaissance de sol et roche (Etude géotechnique) , les ingénieurs géotechniciens / la mission de la norme française NFP 94-500 de l’ingénierie géotechnique interdit de construire sur certains sols et certaines roches : 
  • Sur une roche qui présente une cavité souterraine, surtout les roches volcaniques 
  • Sur un remblai à grande hauteur quelque soit la durée du dépôt et quel que soit sa nature 
  • Sur un sol végétal, vaseux ou tourbeux ( il faut l’enlever quelque soit le projet ) 
  • Dans des sols argileux gonflants ou plastiques sans une amélioration ou traitement 
  • Dans une roche gypseuse et quartzeuse qui subit une dissolution au contact de l’eau 
  • Au pied d’un versant ou sur un talus instable 

Recommandations 

  • Il est recommandé de réaliser une étude géotechnique avant tout projet de construction,  pouvant déterminer les zones à risques (cavités, glissement, fissurations, tassement..) qui sera complétée par une étude géophysique : Consulter le Laboratoire National des Travaux Publics
  • Il est temps que les responsables des Directions clefs de notre pays arrivent à mettre en place une stratégie de construction adaptée aux aléas climatiques pour cela il faut des spécialistes dignes dans toutes ses directions 
  • Compléter le programme universitaire notamment dans le département de STE et Génie Civil et Géographie en enseignant la mécanique de roche et aussi la géotechnique 
Abdallah Ali : Ingénieur géologue- géotechnicien, Directeur Général du Laboratoire National des Travaux Publics et du Bâtiment 

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