Dalija Namjesnik a obtenu le grade de docteur de l’Université de Lorraine, le 29 juin 2021, après avoir soutenu brillamment sa thèse portant sur l’Origine de la sismicité observée dans le bassin houiller abandonné de Gardanne et son lien avec l’ennoyage des travaux miniers.

Contexte de la thèse

Cette thèse porte sur l’étude de la sismicité enregistrée à la suite de l’ennoyage de l’ancien bassin houiller de Gardanne, en Provence. Situé entre les villes d’Aix-en-Provence et de Marseille, ce bassin minier a été exploité par différentes méthodes entre le 19ème et le 20ème siècle, à des profondeurs allant jusqu’à - 1350 m NGF[1]. Du temps de l’exploitation, la stabilité des ouvrages souterrains était déjà une préoccupation importante pour l’exploitant. A sa fermeture en 2003, des études sur leur stabilité à long terme ont conduit à identifier des zones à risque d’affaissement, à caractère cassant. Le bassin a été ennoyé progressivement d’Ouest en Est par réduction des pompages d’exhaure et l’ennoyage a été piloté pour ramener la nappe de la cote - 1 100 m NGF à la cote - 14 m NGF. Depuis 2007, les zones à risque sont surveillées par un réseau microsismique permanent pour détecter et suivre les signes précurseurs d’instabilités au niveau des ouvrages miniers.

Le site de Gardanne pose aujourd’hui un problème de sismicité post-minière. En effet, depuis 2010, le bassin est périodiquement affecté par une activité sismique qui se localise hors des zones surveillées par le dispositif de surveillance microsismique. Une zone est particulièrement active, la zone dite de l’essaim de Fuveau, au niveau du secteur minier de Regagnas (et en partie celui de Gréasque) où des événements sismiques apparaissent périodiquement lors de périodes de « crises » (2012, 2014, 2016-2017), principalement sous la forme d’essaims de séismes. Les événements sismiques les plus importants enregistrés durant ces crises montrent des magnitudes proches de 2 dont les plus forts ont été ressentis localement par la population.
L’analyse des sources sismiques dans ce secteur de Fuveau Gréasque contredit a priori l’hypothèse d’une origine de la sismicité liée à des désordres (rupture de toit, pilier etc.) au niveau de la couche exploitée et montre un lien avec la mise en eau des vides miniers et avec les fluctuations du niveau de la nappe induites par les chargements météorologiques saisonniers.

Développement et application de nouveaux outils de traitement pour la détection et la localisation d’événements

Cette thèse eut pour objectif de mieux comprendre le mécanisme à l’origine de l’essaim sismique de Fuveau. Elle a porté sur l’analyse des traces sismiques continues acquises à l’aplomb de la zone d’intérêt par des stations temporaires, déployées à partir de 2013, par l’Ineris et le BRGM. Elle couvre plus particulièrement la période de 4 ans, allant de 2014 à 2017. Les données sismiques de la station la plus proche du réseau de surveillance permanent (à 2 km : station « Fuveau » de l’Ineris), ont également été utilisées sur la période 2010-2017.
En raison du grand volume de données disponibles, l’accent a d’abord été mis sur le développement et l’application de nouveaux outils de traitement automatique pour la détection et la localisation des événements.
Du fait du nombre limité de stations disponibles, il n’a pas été possible d’appliquer des approches classiques et une nouvelle méthodologie de détection et de localisation d’événements enregistrés par un réseau peu dense a été développée dans le cadre de cette thèse. Elle comprend une approche d’élimination du bruit pour surmonter les difficultés liées au nombre limité de stations. Un système de classification des événements fondé sur la qualité de la localisation a également été mis au point pour permettre de distinguer les événements de grande qualité (événement fort et/ou rapport signal sur bruit élevé sur au moins trois stations) des événements noyés dans le bruit, ce qui a mené à l’identification de clusters d’événements spatiaux.

Les Résultats en termes de mécanismes de déclenchement de la sismicité et la relation avec le contexte hydrologique :

La nature répétitive de la sismicité et l’observation de multiplets ne semblent pas être compatibles avec un déclenchement de la sismicité engendrée par la dégradation des travaux miniers à la suite de l’ennoyage (il y aurait plutôt une évolution spatiale progressive de la sismicité comme on le voit généralement dans les environnements souterrains en contexte d’effondrement (par ex. Kinscher et al. 2015)). Les résultats sont donc plutôt en faveur de l’origine des sources sismiques sur des failles situées en-dessous des travaux miniers.

Par ailleurs, même si le lien apparent entre la sismicité et les conditions hydrogéologiques a déjà été observé dans la zone étudiée, la relation entre l’activité sismique et l’hydrologie, ainsi que le mécanisme de déclenchement restent mal compris. Ceci s’explique par le manque de complétude des données et leurs incertitudes, et par la complexité des interactions fluides-roches. Toutefois, les observations récentes confirment que les variations du niveau d’eau dans la couche de la mine, liées aux précipitations et au taux de pompage, influent sur le taux sismique de l’essaim de Fuveau.

En conclusion, malgré les limites en termes de données disponibles (réseau sismique clairsemé et manque de mesures hydrologiques du niveau d’eau dans la couche de la mine dans le secteur sismiquement actif), la géométrie et les dimensions des structures de faille en jeu ne semblent pas être de nature à produire des événements de M>3. Une estimation plus fine de la magnitude maximale Mmax par modélisation géomécanique 3D pourra permettre de confirmer cette hypothèse.