Les affaissements et effondrements miniers sont des phénomènes mécaniques résultant des comblements spontanés ou provoqués des vides souterrains laissés par l'exploitation minière. Ils peuvent être causés par des techniques d'exploitation comme le foudroyage ou, après la fermeture de la mine, faire partie des séquelles de la désindustrialisation.

Éléments de définition vignette|Schéma expliquant la différence entre affaissement minier et effondrement. thumb|Effondrement minier survenu sur la mine d'Elura située à à l'ouest-nord-ouest de Sydney, en Australie, découverte dans les années 1970. Les mineurs y extrayaient de l'or, de l'argent, de l'ilménite, du leucoxène, du zircon, du cuivre, du zinc et du plomb. L'effondrement s'est heureusement produit peu de temps après le retrait des mineurs (et du matériel de chantier). thumb|Autre exemple (cratère d'environ de diamètre et de de profondeur apparu à la suite de l'effondrement d'un tunnel de l'ancienne mine d'Herbolzheim (Bade-Wurtemberg) en Allemagne. Ces comblements conduisent à deux types de désordres en surface : des affaissements, sans ouverture de cavité en surface ; des effondrements dans le cas contraire.

Le phénomène d'affaissement L'affaissement est relativement lent et progressif (pouvant durer des décennies). Il se produit lorsque les terrains sont plutôt plastiques et que la profondeur d'exploitation est importante par rapport à l'épaisseur de la taille. Il résulte le plus souvent d'un choix délibéré d'exploitation (méthode dite « du foudroyage » (exploitation totale du minerai à l’aide d’un coffrage marchant). Ce phénomène est par exemple observé à grande échelle dans le bassin minier du Nord-Pas-de-Calais.

Le phénomène d'effondrement L'effondrement est au contraire plus rapide, voire brutal. Il se traduit en surface par une variation instantanée de la topographie locale (cuvette d’affaissement), voire à un trou béant en surface qualifié de « fontis » (à ne pas confondre avec les dolines qui sont dues à un phénomène naturel de dissolution karstique).

L’effondrement peut être délibéré, mais il est généralement la conséquence accidentelle de l’évolution des chambres à piliers après l’abandon de l’exploitation (cas de certaines mines lorraines ou des carrières souterraines de craie en Normandie par exemple). La capacité de résistance des piliers se dégrade en effet sensiblement à long terme : leur aire de soutènement peut diminuer par écaillement et leurs propriétés mécaniques peuvent changer en présence d'eau. Selon l'Inerisrapport INERIS intitulé Impact du changement climatique sur la stabilité des cavités souterraines ; mardi 30 mars 2010), 12 pages, PDF, publié le mardi 30 mars 2010, en France, les piliers et cavités souterraines situés au niveau de la battance du plafond de la nappe pourraient être rendus plus vulnérables dans un futur proche, à cause des dérèglements climatiques qui selon les météorologues induiront des pluies plus fortes et fréquentes en hiver, et des sécheresses plus fréquentes en été.

Pour les populations touchées et sur le moment, un effondrement peut être confondu avec un tremblement de terre. Les sismographes et l'identification de l'épicentre permettent de les différencier des vrais séismes. le BRGM a listé les « faux séismes » survenus en France. Ils sont souvent dus à des affaissements miniers.. Il peut être accompagné d'un séisme induit (autrefois dénommé pseudoséisme)Troch Kevin (2018)Ne pas grever l'avenir au bénéfice du présent : une histoire environnementale de l'extraction du charbon, de la fin du 18e siècle jusqu'à l'Entre-deux-guerres : un développement non soutenable : l'Exemple du Couchant de Mons et du Valenciennois |Thèse de doctorat en Histoire soutenue à l'USTl le 02-02-2018|Résumé.

L'effondrement peut intervenir par rupture brusque du toit de l'exploitation.

Il peut se produire longtemps après la fin de l'exploitation (comme avec l'« effondrement tardif » du Petit Clos près de Saint-Étienne qui s'est produit plus de cent ans après l'exploitation de couches situées à moins de de profondeurF. Bardo, P. Duffaut et G. Sanglerat, Affaissements miniers tardifs et feux de vieux travaux à Saint-Étienne | Espace souterrain, Paris | Revue française de géotechnique ; , , 1997, (12 ref.) ; Ed : Presses de l’École nationale des ponts et chaussées, Paris (Résumé/Abstract avec Inist-CNRS). , dans ce cas, en outre, un feu de mine, combustion du charbon dans des cavités abandonnées). Des effondrements et affaissements sont fréquents dans tous les types de mines au-dessus de cavités anciennes ou récentes, ou de cavités naturelles, mais les feux de mines aussi appelés feux de « vieux travaux » sont plus rares et spécifiques des gisements d'hydrocarbures.

Le fontis

Le fontis est l'apparition soudaine, en surface terrestre, d'un entonnoir de quelques mètres de rayon et quelques mètres de profondeur. Les dimensions du fontis dépendent de l'importance du vide et de la nature des terrains qui le séparent de la surface. Le fontis fait suite à une dégradation progressive de la voûte d'une galerie qui remonte peu à peu dans le recouvrement, jusqu'à percer au jour. Le fontis ne se produira pas si la galerie est suffisamment profonde, car le foisonnement des blocs du toit vient combler le vide avant qu'il n'atteigne la surface. Le risque de fontis peut également être écarté si un banc épais et résistant arrête la dégradation progressive.

L'affaissement progressif L'affaissement progressif peut survenir au-dessus d'une exploitation par chambres et piliers. Il se traduit par la formation en surface d'une cuvette de quelques dizaines à quelques centaines de mètres de diamètre. Au centre de la cuvette les terrains descendent verticalement. Sur les bords, les terrains se mettent en pente avec un étirement sur les bords extérieurs (ouverture de fractures) et un raccourcissement sur les bords intérieurs (apparition de bourrelets). L'affaissement de la surface se produit généralement progressivement en quelques jours ou en quelques mois selon une dynamique propre au contexte minier et géologique.

Les bâtiments en surface sont sensibles à la mise en pente des terrains ainsi qu'aux effets d'extension dans la zone d'étirement et de compression dans la zone de raccourcissement. Les effets sont d'autant plus élevés que l'amplitude de l'affaissement au centre de la cuvette est grande et que la profondeur des travaux miniers est faible.

Les bâtiments sont d'autant plus vulnérables qu'ils sont longs et élancés.

L'effondrement brutal Dans certains cas, la ruine de l'édifice minier ne se fait pas progressivement mais on observe l'effondrement en bloc de l'ensemble des terrains compris entre le fond et la surface. L'effondrement de la surface se produit alors de manière dynamique, en quelques secondes. Une forte secousse tellurique est ressentie. Les bords de la zone affectée sont plus abrupts que dans le cas de la cuvette d'affaissement, des crevasses ouvertes y apparaissent.

Pour qu'un effondrement brutal se produise, deux conditions au moins doivent être remplies : les travaux du fond doivent être très fragiles (fort taux de défruitement, piliers élancés) : ceci constitue le critère géométrique ; un banc épais et résistant doit exister dans le recouvrement. La rupture de ce banc qui protégeait les piliers du poids des terrains déclenche le processus d'effondrement. Ceci constitue le critère géologique.

Prévention et gestion des risques Le risque d'effondrement brutal est jugé relativement stabilisé dans les bassins houillers français, sans certitude absolue, mais les mouvements de terrain dans les bassins ferrifères peuvent encore se produire. Ils constituent donc des risques que l'État doit gérer en prenant différents types de mesures. Des mesures préventives de surveillance et de maîtrise de l'urbanisme. L'INERIS a instrumenté de nombreux capteurs entre 2005 à 2008 une carrière souterraine de sel exploitée par dissolution du sel par l'eau et destinée à un effondrement volontaire, près de Nancy en France. Il s'agit de repérer les signes précurseurs de l'effondrement d'une grande cavité (ici située à moins de de profondeur et mesurant 150 à de diamètre et une hauteur d'environ ), pour ailleurs mieux les détecter.. Des mesures d'information des élus et du public. Depuis 2016, en application de la loi Alur, des doivent être mis en place par département, sous l'égide des préfets et selon une procédure cadrée par un décretDécret du 26 octobre 2015 relatif aux secteurs d'information sur les sols prévus par l'article L. 125-6 du code de l'environnement et portant diverses dispositions sur la pollution des sols et les risques miniers, pris en application de la loi Alur..

Situations locales En France

Bassin houiller du Nord-Pas-de-Calais

L'exploitation houillère a duré plus de ; du premier puits ouvert en 1620 (dans le Boulonnais) à la production industrielle massive des années 1720 à 1990. Elle a concerné des veines épaisses de quelques mètres au maximum, et souvent à grande profondeur (plusieurs centaines de mètres). On estime qu'environ de tonnes de charbon ont été ainsi extraites de ce bassin, laissant des cavités plus ou moins importantes sous environ (122 dans le Nord et 158 dans le Pas-de-Calais)Profil environnemental/Enjeux régionaux ; Prévention des risques naturels et technologiques [Présentation par la DRIRE des enjeux concernant les risques naturels et technologiques] (Voir le chapitre Les risques miniers : une surveillance qui doit être poursuivie, des mesures à intégrer dans les documents d’urbanisme), consulté 2010/04/30.

Sauf très localement, dans quelques exploitations en galeries soutenues par des piliers épargnés, la méthode d’exploitation consistait à enlever tout le charbon facilement disponible. Les galeries étaient initialement remblayées (jusqu’en 1930), période à partir de laquelle les galeries ont été traitées selon la technique du foudroyage, plus rapide et bien moins coûteuse que le remblayage. On laissait simplement s'affaisser le plafond des galeries après enlèvement de leur soutènement. Selon la DRIRE, l'essentiel des mouvements de sol (retrait - gonflement des sols) étaient stabilisés cinq ans après l’arrêt des travaux, ce que semblent confirmer les relevés topographiques faits dans les .

Au-dessus des grandes zones d'effondrement, de vastes cuvettes se sont constituées, atteignant jusqu'à de profondeur (en règle générale, on estime que l'affaissement total atteint 80 % des épaisseurs cumulées des différentes veines exploitées) au-dessus des veines exploitées.

Ces déformations sont si larges qu'elles n'ont pas eu de conséquences majeures sur les constructions (habitations, ouvrages d'art, etc.) situées au cœur des zones d'affaissement. Mais en périphérie, au contraire, des mouvements de bascule et de traction ainsi que l'étirement des sols ont entraîné de graves dommages et souvent la ruine des structures bâties. Les canalisations ont été touchées aussi (certains réseaux d'assainissement ont même vu une inversion de leur sens d'écoulement, et se sont rompus, aggravant la pollution du sous-sol et de la nappe phréatique de l'ancien bassin minier du Nord et du Pas-de-Calais, notamment par les nitrates. Cela d'autant plus que, conscientes de la vulnérabilité des réseaux et de leur manque d'efficacité en de pareilles circonstances, les compagnies minières s'étaient souvent dispensées d'en construire (hors centres urbains).