Les anciennes carrières souterraines en Île-de-France

La présence de zones d’anciennes carrières souterraines est liée à la richesse en matériaux de construction du sous-sol francilien. Dès l’époque gallo-romaine, le calcaire grossier, employé comme pierre à bâtir, le gypse, utilisé dans la fabrication du plâtre, et la craie, utilisée dans la fabrication de la chaux et du ciment, furent exploités à ciel ouvert, puis surtout en souterrain. Cette intense exploitation, qui dura plusieurs siècles, nous a légué des vides très importants qui s‘inscrivent à des profondeurs sous la surface de quelques mètres à quelques dizaines de mètres. Selon leur ancienneté, la nature des matériaux exploités, leur caractère plus ou moins artisanal, ces anciennes exploitations présentent des configurations très diverses avec des extensions dans la grande majorité des cas, de quelques centaines de m² à quelques hectares, mais qui peuvent s’étendre sur plusieurs dizaines, voire centaines d’hectares comme pour les exploitations de calcaires grossiers dans le Sud parisien, des hauteurs de galeries de deux à quatre mètres (calcaires grossiers) jusqu’à dix-huit mètres dans les carrières de gypse, des superpositions sur plusieurs niveaux... D’autres cavités, d’origine anthropique (marnières) ou naturelle (poches de dissolution du gypse), sont également recensées en Île-de-France.
La connaissance fine des zones sous-minées en Île-de-France s’appuie sur les travaux des services spécialisés des Inspections générales des carrières (IGC) de Paris pour les départements de la petite couronne et de Versailles pour les départements des Yvelines, du Val-d’Oise et de l’Essonne qui assurent un très important travail d’études, de contrôle et de cartographie des zones sous-minées. En revanche, dans le département de la Seine-et-Marne, et en l’absence d’un service d’études spécialisé équivalent aux IGC, la connaissance de l’aléa reste très partielle alors que ce département concentre près d’un tiers des communes potentiellement concernées ; des études sont aujourd’hui engagées, mais une connaissance fine, équivalente à celles des autres départements, nécessitera certainement, au regard des moyens actuels, plusieurs dizaines d’années.
Les zones d’anciennes carrières souterraines, recensées dans ces sept départements (hors 77), couvrent environ 4 040 hectares avec principalement trois matériaux exploités : les calcaires grossiers, le gypse et la craie qui totalisent la quasi-totalité des surfaces sous-minées, mais la diversité géologique du sous-sol francilien a également donné lieu, localement, à l’extraction d’autres matériaux : sables siliceux, argiles et glaises, travertin de Brie, pierres meulières... Paris, et les départements de la petite couronne, lieu du développement historique de l’agglomération parisienne, sont les plus impactés. La moitié des communes et arrondissements (73 sur 143) est concernée par des sites d’anciennes carrières souterraines. Au total, les zones sous-minées couvrent, avec 2 613 hectares, environ 3,5 % du territoire des départements de la petite couronne. Certains départements de la grande couronne sont aussi fortement concernés avec plus du tiers des communes (94 sur 259) dans les Yvelines et plus de la moitié des communes (98 sur 184) dans le Val-d’Oise. L’exposition est moindre cependant, les surfaces sous-minées totalisent 1 430 ha (0,4 % des surfaces départementales cumulées). Le département de l'Essonne apparaît beaucoup moins concerné avec seulement 2 communes concernées par des zones sous-minées par d'anciennes exploitations de matériaux de carrières, pour des surfaces très réduites, et moins d'une dizaine par des zones de marnières. En Seine-et-Marne selon la base de données nationale « BD Cavités », près de 130 communes sont également exposées à des zones d’anciennes carrières souterraines. Ainsi, en l’état actuel des connaissances, les différents inventaires révèlent que près 31 % (394) des communes franciliennes, sont potentiellement exposées.

Un taux élevé d’urbanisation des zones sous-minées dans l’agglomération centrale

Les indicateurs de l'exposition humaine (population, logement, développement urbain) constituent les premiers éléments d'appréciation de la vulnérabilité potentielle d'un territoire aux risques majeurs. Si les zones sous-minées ne couvrent que 0,4 % du territoire régional, leur taux d'urbanisation traduit l'importance des enjeux potentiels. En Ile-de-France, le taux d'urbanisation moyen de ces zones sous-minées est proche de 65 %, dont 47 % d’espaces construits (habitats, équipements, activités économiques, infrastructures). Ce taux élevé à l'échelle régionale masque cependant d'importantes disparités entre les territoires, mais aussi selon la nature des matériaux exploités. 
Dans les départements de Paris et de la petite couronne, caractérisés par la densité des tissus urbains, ce taux d’urbanisation est particulièrement élevé, proche de 95 % en moyenne, dont 71 % d’espaces construits. Ce taux diffère cependant selon la nature des matériaux :

• Sur les secteurs sous-minés par d'anciennes exploitations de calcaires grossiers, ce taux est proche de 100 % (81 % par des espaces construits). Les qualités géotechniques des matériaux calcaires, les épaisseurs de recouvrement, les hauteurs relativement faibles des galeries qui ont facilité les travaux de remblayage ou de consolidation, l’appui technique des Inspections générales des carrières sur les modalités de construction…, sont autant d'éléments favorables qui ont permis l'urbanisation de ces secteurs depuis plusieurs décennies.
• À l'inverse, les anciennes carrières de gypse présentent des contraintes à l'urbanisation beaucoup plus importantes : solubilité et faible résistance de la roche, galeries de grandes hauteurs, superposition de plusieurs niveaux... La consolidation et la mise en sécurité nécessitent des moyens très importants (engins, quantités de remblais, coûts associés) qui ont largement freiné l'urbanisation des zones sous-minées. Leur taux moyen d’urbanisation est de 80 %, mais seulement de 40 % par des espaces construits.

Le taux d’urbanisation moyen des zones sous-minées, tous matériaux confondus, est beaucoup moins élevé dans les départements de la grande couronne (Yvelines, Val-d’Oise). Il dépasse légèrement les 20 % avec un peu moins de 13 % d’espaces construits.

D’autres indicateurs peuvent permettre de préciser l’importance des enjeux en surface :

• Les emprises des bâtiments, tous usages confondus (habitats, activités, équipements…), couvrent au total près de 6,76 millions de m². Les départements de la petite couronne concentrent plus de 95 % de ces emprises bâties sur les zones sous-minées, Paris représentant près de 45 % (2,93 millions de m²) de ces enjeux.
• Environ 228 000 logements (400 000 habitants) sont recensés sur les zones sous-minées, à 98 % dans les départements de la petite couronne. La part de logements individuels dans le parc exposé reste minoritaire, avec moins de 15 000 logements estimés au total. 

Une gestion des risques liés aux zones sous-minées qui s’appuie sur les Plans de prévention des risques mouvement de terrain (PPRMT)

Dès la fin de leur exploitation, ces anciennes carrières sont le siège d’une évolution lente, mais inéluctable, entraînant des mouvements de terrain. En règle générale, trois manifestations de ces désordres peuvent être distinguées : 

• Les fontis sont des phénomènes importants et constituent le principal mode de dégradation des carrières souterraines. Ils se présentent comme des effondrements le plus souvent circulaires, localisés à l’aplomb des cavités souterraines préexistantes. Le désordre peut survenir de façon plus ou moins brutale. Le diamètre et la profondeur des fontis sont variables notamment en fonction du volume du vide initial et de la hauteur de recouvrement, mais peuvent atteindre plusieurs dizaines de mètres, en particulier pour les carrières de gypse.
• Les affaissements sont des désordres ponctuels qui se présentent sous la forme de dépressions à la surface du sol en forme de large cuvette, avec ou sans fracture ouverte. Leur importance varie entre la simple dépression de quelques centimètres à la cuvette de quelques mètres. Ce phénomène est lent et progressif pouvant, dans certains cas, durer des décennies.
• Les effondrements généralisés peuvent aussi se produire dans le cas où le phénomène de vieillissement, d'altération des piliers affecte plusieurs carrefours. Il s’agit d’un effondrement soudain en chaîne des piliers de la totalité ou d’une grande partie d’une exploitation. Ce phénomène, heureusement très rare, peut concerner des zones de plusieurs hectares. 

Schéma de formation d’un fontis

Source : IGC

Schéma d’un affaissement

Source : IGC

En affectant la stabilité des sols, les cavités souterraines peuvent ainsi avoir de graves conséquences, tant sur le plan économique (coût des dommages, pertes de valeur foncière, coût de consolidation et sécurisation…) que sur le plan humain (sécurité des personnes). Si les anciennes carrières souterraines sont d’origine anthropique, la prévention des risques de mouvements de terrain liés à leur dégradation se rattache à la politique de gestion des risques naturels majeurs, portée par le Ministère de la transition écologique qui vise à garantir la sécurité des populations et les dommages localisés. 

La prise en compte du risque dans l’aménagement constitue l’un des principaux axes de la politique française de prévention. Les Plans de Prévention des Risques naturels prévisibles (PPR), institués par la loi « Barnier » du 2 février 1995, ont vocation à maitriser l’urbanisation sur ces zones à risques par des mesures de prévention, de protection et de sauvegarde afin d'éviter une aggravation de l'exposition des personnes et les biens, et réduire leurs conséquences négatives, en limitant notamment la constructibilité. Servitude d’utilité publique, le PPR est opposable aux documents d’urbanisme - Plan local d’urbanisme (PLU) - auquel il est annexé. 
Au 1^er janvier 2024, 33 Plans de prévention des risques relatifs aux risques liés aux cavités souterraines et aux mouvements de terrain (PPRMT) ont été arrêtés en Île-de-France pour 37 communes auxquels peut être ajouté le Plan d’exposition aux risques (PER) du Massif de l’Hautil (Yvelines, Val-d’Oise), approuvé en 1995, sur une dizaine de communes. Ces PPRMT s’inscrivent à 85 % dans des communes de la grande couronne. La plupart sont arrêtés à l’échelle communale, à l’exception de ceux de Medan et de Villennes-sur-Seine (78), de Pantin/Les Lilas/Le Pré-Saint-Gervais (93) et du PER du Massif de l’Hautil qui s’inscrit dans une démarche de bassin de risques à l’échelle de l’ensemble du massif forestier, largement sous-miné.
Près des trois-quarts de ces documents s’inscrivent dans une approche multirisques traitant les risques liés aux cavités souterraines, mais aussi d’autres sources de risques de mouvements de terrain : dissolution naturelle du gypse, glissements de terrain, instabilités de fronts rocheux pour des affleurements de calcaires ou de craie…, voire des phénomènes de retrait-gonflement des argiles (RGA) liés aux épisodes climatiques de sécheresse et de canicule. 
Avec seulement environ 10 % des communes potentiellement exposées aux risques de cavités souterraines, les PPRMT (au sens de la Loi Barnier) ne couvrent pas, l’ensemble des zones à risques en Île-de-France. Des PPR mouvements de terrains sont cependant prescrits sur une quarantaine de communes en Ile-de-France, dont un document instruit dans une approche départementale sur le Val-de-Marne (22 communes).
La très grande majorité des zones sous-minées sont cependant couvertes par des zonages de risques pris au titre de l’article R111-3 du Code de l’urbanisme qui valent PPR. Ces zonages, s’ils ne répondent pas aux mêmes niveaux de précision que les documents PPRMT, en termes de connaissance initiale de l’aléa ou dans la nature des prescriptions réglementaires associées, constituent cependant des outils d’information et de prévention avec la consultation préalable des services des Inspections générales des carrières pour toute demande de permis de construire. Quelque 240 communes sont concernées en Île-de-France (hors Seine-et-Marne) par ces périmètres de risques R111-3.

Enjeux et opportunités d’aménagement

L’une des particularités du risque lié aux carrières souterraines est qu’une fois la cavité clairement identifiée, de nombreuses possibilités techniques permettent de sécuriser les terrains sus-jacents moyennant des travaux de consolidation. Les méthodes et les techniques mises en œuvre peuvent différer selon les caractéristiques de l’exploitation, l’accès au site, la proximité de constructions, mais aussi les objectifs et le niveau de sécurité recherché qui peut être variable selon la destination du projet d’aménagement : passage d’une infrastructure, construction, espace vert ou de loisirs… et bien sûr, de coûts de travaux.

L’aménagement des zones sous-minées par les anciennes carrières porte principalement deux types d’enjeux en Île-de-France :

• La question de l’urbanisation de ces espaces au regard notamment des nombreuses contraintes qui pèsent sur ces zones, mais aussi, les opportunités que peuvent offrir ces terrains pour la création d’espaces verts et de loisirs dans le contexte de densification et de carence de certains territoires, en particulier de l’Est parisien. Plus généralement, la place de ces espaces peut être interrogée dans les politiques et stratégies de renaturation, de trames vertes, des zones densément urbanisées de l’agglomération parisienne.
  Dès 1995, le Plan Vert régional d'Ile-de-France évoquait les zones sous-minées comme des « terrains en attente d'affectation définitive ». Situés ou non dans l'agglomération centrale, ces terrains font depuis plusieurs années l'objet d'une attention toute particulière : les demandes sociales en aménité, ainsi que les volontés politiques et les avancées techniques récentes de mise en sécurité ont offert des opportunités d'aménagement d'équipements publics, particulièrement en matière d'espaces verts. Ces terrains inconstructibles sont en effet longtemps restés comme des espaces en friche, au cœur de zones de plus en plus densément urbanisées. Depuis une trentaine d’années, ils sont apparus comme des opportunités de création d’espaces verts, dans des secteurs précisément carencés en ce type d’équipement public, et ce, d’autant plus que les exigences de mise en sécurité sont moindres que pour des opérations d’aménagement. De nombreux parcs et jardins ont ainsi été créés depuis le début des années 1990 dans l’Est parisien (Montreuil, Neuilly-Plaisance, Rosny-sous-Bois, Romainville…).
  Ces opportunités sont consolidées dans le projet de SDRIF-E 2040 qui décrit les zones sous-minées comme un véritable gisement pour la préservation des milieux et l’amélioration du cadre de vie de la population francilienne. Sur les quelques 145 espaces verts à créer, conforter ou à étendre, près d’une quinzaine (environ 10 %) recouvrent pour partie des sites d’anciennes carrières, en particulier en Seine-Saint-Denis (parc du Sempin, Corniche des Forts, Fort de Noisy, Bois des Charcalets…).
• La préservation et la valorisation de ces espaces souterrains qui peuvent revêtir de nombreux intérêts : patrimonial industriel ou architectural, scientifique, géologique, de biodiversité…, mais ces espaces souffrent aujourd’hui, en l’absence d’inventaire et d’une politique de préservation permettant de hiérarchiser et de définir l‘intérêt des sites, d’une faible reconnaissance par les institutions publiques ou scientifiques, ce qui favorise leur disparition progressive dans le cadre des travaux de mise en sécurité.

Le potentiel d'aménagement et de revalorisation de ces espaces s’oppose cependant aux contraintes de mises en sécurité par des travaux souvent coûteux qui nécessitent l'effort financier de l'ensemble des collectivités locales. Il faut également considerer les tensions croissantes autour des enjeux environnementaux (préservation de la biodiversité, valorisation du patrimoine géologique, accès à des services écosystémiques, etc.) qui témoignent tous des dynamiques écologiques de ces espaces, loin d'avoir été délaissés par la nature.

Les orientations d’aménagement du projet de SDRIF-E 2040 (Schéma directeur de la région Île-de-France, arrêté par le Conseil régional d'Île-de-France le 12 juillet 2023) portées par des objectifs de création et de densification du parc de logements, par les objectifs ZAN (Zéro artificialisation nette) vont se traduire, sur de nombreux territoires, par de multiples opérations d’aménagement et de transformation des tissus urbains. Si les secteurs d’extension de l’urbanisation du SDRIF-E sont très peu impactés par les risques souterrains, les territoires en renouvellement urbain portent des enjeux plus importants. Les communes de la proche couronne (hors Paris) sont en effet concernées par des objectifs importants de densification. Sur les 96 communes sur lesquelles sont attendues des taux de croissance élevés (15 à 17 %) du parc de logement au sein des espaces urbanisés, plus de la moitié sont couvertes par des zones sous-minées. La gestion des risques, mais aussi les opportunités d’aménagement que peuvent offrir ces espaces constituent autant d’enjeux à intégrer dans les projets de renouvellement urbain.
Tous les matériaux exploités ne présentent pas les mêmes contraintes. Les caractéristiques géotechniques des anciennes carrières souterraines de calcaires, ne constituent pas un frein majeur à l’urbanisation, comme en témoigne leur fort taux d’urbanisation dans Paris et l’agglomération parisienne. Dans un contexte de fortes pressions foncières, les coûts et surcoûts des travaux de mises en sécurité (études préalables, travaux de sécurisation…) semblent pouvoir être absorbés par les fortes valeurs des marchés immobiliers par les acteurs et aménageurs du secteur privé. Cependant, les travaux s’orientent par facilité technique et moindres coûts, vers des solutions de comblement et d’injections, qui conduisent à la disparition des vides sans que ne soit appréhendé leur potentiel au préalable. Ainsi, en l’absence de réelle politique de protection, et de prise de conscience de la valeur patrimoniale de ces espaces, ce patrimoine souterrain francilien est menacé de disparition à court et moyen terme. 

Les contraintes des zones sous-minées par les anciennes carrières souterraines de gypse sont plus importantes ; les risques d’effondrement et de dégradation y sont particulièrement élevés compte tenu de la nature des matériaux (solubilité, caractéristiques géotechniques) et des méthodes d’exploitation (extraction sur plusieurs niveaux, hauteur importante des galeries, remblaiement partiel…). Ces contraintes qui renchérissent très sensiblement les coûts des travaux de confortement et de mise en sécurité des terrains concernés ont contribué, pendant longtemps, à préserver ces sites de l’urbanisation. De nombreux sites sur lesquels la nature a repris ses droits sont apparus comme offrant de réelles opportunités d’aménagement en réponse aux besoins et aux politiques de développement d’espaces verts dans des secteurs souvent carencés en ce type d’équipements. L’aménagement de ces espaces se déploient lentement, nécessitant des financements publics souvent très importants. Face à des pressions foncières qui s’accentuent dans le contexte de l’aménagement régional (quartiers de gares du Grand Paris Express, ZAN, « reconstruction de la ville sur la ville », …), la préservation de ces espaces doit être affirmée dans une perspective d’aménagement à moyen terme pour répondre aux enjeux de renaturation, d’amélioration du cadre de vie, de création d’espaces verts… pour répondre aux attentes de populations de plus en plus nombreuses.

 
Cette étude a été réalisée à la demande du Conseil régional d’Île-de-France dans le cadre de la délibération CP 2022-198 du 20 mai 2022 : « dispositifs reconquérir les friches franciliennes, réhabiliter plutôt que construire, 100 quartiers innovants et écologiques, soutien à l'urbanisme transitoire »