Analyse et cartographie du sous-sol de la ville de Paris 1 Panthéon-Sorbonne - ENSG rapport projet SIG novembre 2013 4 /20 1. CONTEXTE DU PROJET 1.1. Les carrières de Paris et le

Analyse et cartographie du sous-sol de la ville de Paris

Master 2 Professionnel « Développement Durable, Management Environnemental et Géomatique »

École Nationale des Sciences Géographiques Université Paris 1 Panthéon-Sorbonne

Année universitaire 2013-2014

Réalisation : Alexandre Fekete Sonia Barthole Marie-Amélie Giraux

Université Paris 1 Panthéon-Sorbonne - ENSG rapport projet SIG novembre 2013

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SOMMAIRE

INTRODUCTION........................................................................................................................... 3

1. CONTEXTE DU PROJET ..................................................................................................... 4

1.1. Les carrières de Paris et le secteur de Cochin ......................................................... 4

1.1.1. L’historique ..................................................................................................................... 4

1.1.2. Les méthodes d’exploitation ................................................................................................... 5

1.1.3. Les spécificités du secteur de Cochin ......................................................................................... 5

1.2. La présentation des données ................................................................................. 6

2. CONCEPTION DU SIG SUR LE SECTEUR DE COCHIN ............................................. 7

2.1. La conception du modèle de données .................................................................... 7

2.1.1. Le modèle conceptuel ........................................................................................................... 7

2.1.2. La réalisation des liens ........................................................................................................ 8

2.2. Les données sources et la numérisation ................................................................. 8

2.2.1. Le géoréférencement du plan................................................................................................... 8

2.2.2. La sélection des données à partir des inventaires papier ................................................................... 9

2.2.3. La création des couches ........................................................................................................ 9

2.3. La création de fiches HTML et essai de modélisation 3D sous ArcSene .................. 9

2.3.1. La création des fiches HTML ............................................................................................... 9

2.3.2. La modélisation 3D sous ArcSene ........................................................................................ 10

3. ANALYSES ET RÉSULTATS .............................................................................................. 11

3.1. À l’échelle de l’hôpital Cochin ............................................................................. 11

3.1.1. L’analyse historique .......................................................................................................... 11

3.1.2. Le calcul du taux de défruitement : une première analyse du risque d’effondrement................................. 12

3.2. À l’échelle de Paris ............................................................................................. 13

3.2.1. L’analyse des enjeux ......................................................................................................... 13

3.2.2. L’analyse des facteurs aggravants .......................................................................................... 16

3.2.3. La pondération des facteurs ................................................................................................. 17

CONCLUSION .............................................................................................................................. 19

BIBLIOGRAPHIE ......................................................................................................................... 20

SITOGRAPHIE .............................................................................................................................. 20


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INTRODUCTION

L'analyse d'une problématique environnementale cachée, enterrée, nous a d'emblée

interpellée. Cartographier les sous-sols de la ville de Paris est en effet peu banal et permet

d'appréhender les risques liés à la ville de Paris d'un autre point de vue.

La découverte institutionnelle des sous-sols de Paris débute en 1777 avec la création de

l'Inspection Générale des Carrières (IGC) alors que la ville de Paris s'est construite depuis le XIVe

siècle via de nombreuses carrières qui, désormais non exploitées, se situent aujourd'hui au cœur même

de Paris. Le sous-sol constitue un véritable potentiel, au-delà de contenir des pierres utiles à la

construction, car il permet de préserver l'espace et le paysage : la création de l'IGC fait d'ailleurs suite

aux dangereux effondrements de la rue d'enfer en 1774 où « Paris menace de s'effondrer dans ses

entrailles » pour reprendre l'expression de Monsieur Gilles THOMAS. Ainsi, suite à cette

déformation de Paris, l'IGC va être en charge de rechercher les vides résiduels (prévention des

risques), consolider ce qui se trouve sous la voie publique et en dresser la cartographie; trois rôles

majeurs qui sont toujours d'actualité...

En effet, si les menaces d'effondrement sont aujourd'hui résorbées grâce à une bonne gestion

des sous-sols et les visites régulière de l'IGC, vigilante lors d'apparition de fissures notamment, ces

sous-sols sont un patrimoine menacé : d'une part parce qu'ils sont peu protégés et, d'autre part, parce

qu'ils sont peu valorisés avec pour seules visites publiques possibles les catacombes et le Musée du

Vin dans le XVIème arrondissement... Quant à notre sujet, l'ancienne carrière des Capucins, celle-ci

est mise en valeur par la SEADACC, donc protégée par une association privée mais inconnue au

demeurant des néophytes.

La richesse historique des sous-sols parisiens se double de potentiels urbanistiques,

architecturaux et peut être économiques pour certains sites dont seul un SIG est en mesure de rendre

compte à la fois à une échelle globale mais aussi locale. Ce projet pilote de conception d'un SIG du

sous-sol parisien doit s’inscrire dans la durée mais est limité pour sa première création au secteur de

l'hôpital Cochin dans le XIVe arrondissement. Ce projet ayant pour vocation d’être réutilisé et étendu

à l’ensemble de Paris, il nous est donc apparu essentiel de joindre à ce travail un document explicatif

du SIG qui, en présentant la modélisation du système et le détail des différentes couches créées,

permettra son utilisation optimale.

Comme ce rapport va s'atteler à le démontrer, un SIG du sous-sol de Paris permet non

seulement de réaliser des analyses sous divers angles (historique, urbanistique, sécuritaire... et ce, à

différentes échelles), mais également de construire une plus large communication sur l'intérêt du site

et la nécessité de le préserver. Ainsi, une première partie présentera plus en détail le contexte du

projet notamment la morphologie de l'ancienne carrière des Capucins, une deuxième partie décrira la

conception du SIG et enfin l'utilisation du SIG à des fins d'analyses sera présentée dans une troisième

partie.


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1. CONTEXTE DU PROJET

1.1. Les carrières de Paris et le secteur de Cochin

1.1.1. L’historique

Le sous-sol parisien est composé de terrains sédimentaires, recelant en profondeur deux types

de roches utilisées comme matériaux de construction : le calcaire (à des profondeurs parfois

importantes puisque, dans le sud, le sol des carrières est parfois à 26 mètres au-dessous de la surface

du sol selon l’échelle du pont de la tournelle) et le gypse qui se trouvait principalement au nord et au

nord-est de Paris.

Au Moyen-âge, en France, l’ensemble du territoire du royaume était la propriété du roi, qui y

disposait de pouvoirs exclusifs. Selon le système de vassalité et de droit régalien, le roi laisse aux

seigneurs puis aux paysans la possibilité de jouir des fruits du sol moyennant l’impôt. L’exploitation

de pierres à bâtir, d’abord à ciel ouvert, ne fût souterraine qu’à partir du XIIe siècle, afin de limiter la

place des celles-ci, qui rognent de plus en plus sur les terres cultivables ou constructibles.

L’inspection générale des carrières, créée le 27 avril 1777, dont la tâche est de conforter les

carrières sous les voies publiques de Paris (les carrières situées sous des propriétés privées relèvant de

la responsabilité du propriétaire) est alors sous la responsabilité de Charles-Axel Guillaumot. En 1813,

deux décrets promulgués par Napoléon ont interdit l’exploitation des carrières dans Paris (et non plus

seulement celles sous les voies publiques comme c’était le cas depuis la fin du XVIIIe siècle) et seules

les carrières à ciel ouvert échappent à cette restriction.


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1.1.2. Les méthodes d’exploitation

Les premières exploitations de pierres ont donc d’abord été à ciel ouvert. Des représentations picturales présentées à l’entrée des carrières de l’hôpital Cochin montrent de nombreux puits d’extraction surmontés par de grandes roues en bois (dont certaines avaient un diamètre de huit mètres). Ce type de treuil fût utilisé du Moyen-âge jusqu’aux environ de 1870. 1

Selon les zones de calcaire, l'exploitation avait pris deux formes. Il y eut d'abord l'exploitation « à piliers tournés » : on découpait la masse exploitable en laissant des piliers naturels pour soutenir le ciel de carrière. Mais au fur et à mesure de l'extraction, les carrières se remplissaient de terres et de déblais. La technique de « hague et bourrage » consista donc à contenir ce déblai par des murs de pierres sèches afin de laisser de la place pour les galeries ; qui étaient parfois recouvertes au fur et à mesure. Enfin, lorsque certaines galeries menaçaient de s’effondrer, les carriers installaient des piliers composés de pierres sèches empilées jusqu’au ciel appelés « piliers à bras ».

1.1.3. Les spécificités du secteur de Cochin

L’hôpital Cochin est situé rue du faubourg Saint Jacques dans le 14ème arrondissement.

Anciennement l’hospice Jacques crée en 1780, il devient « l’hôpital Cochin » en 1802 en mémoire du

curé Jean-Denis COCHIN, bienfaiteur de la paroisse. L’hôpital fusionne en 1902 avec l’hôpital

Ricord (hôpital des vénériens crée en 1792), situé juste à côté, aujourd’hui, boulevard de Port Royal.

Sous l’actuel hôpital Cochin, le site est géré par une association, la SEADACC2 - Société

d’Études et d’Aménagement Des Anciennes Carrières des Capucins - en convention avec la ville de

Paris. L’association, aussi éco-musée, assure le maintien en l’état des carrières, des visites guidées ainsi

que des recherches sur le thème des anciennes carrières à Paris.

Sur ce site, la SEADACC a retrouvé de nombreuses archives et a effectué des relevés à la

main in situ. C’est majoritairement à l’aide de ces documents que nous avons pu établir notre carte

des carrières. Ainsi par exemple pour chaque pilier, nous avons relevé les informations disponibles,

lorsque cela était indiqué (parfois les inscriptions gravées mentionnent des initiales alors qu’une date

se situe de l’autre coté du pilier, cachée par du remblai).

1 http://www.seadacc.com/ seadacc : Société d’étude et d’aménagement des anciennes carrières des capucins. 2 http://www.seadacc.com/ « La Seadacc est une association en charge de la restauration et de la mise en valeur de la

carrière médiévale des capucins »

Piliers à bras

Pilier tourné

Hague et bourrage Pilier tourné

http://www.seadacc.com/



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Les consolidations ayant été effectuées entre 1777 et 1847, nous avons pu référencer les noms

des inspecteurs des carrières en charge de les construire sur cette période. Pour les carrières de

l’hôpital Cochin, les initiales visibles sont :

- « G » et « GB » pour Charles-Axel Guillaumot ;

- « J » pour Chrétien Auguste Juncker ;

- « HT » pour Louis, Étienne, François Héricart Ferrand de Thury ;

- « D » pour Noël, Laurent Duchemin ;

- « T » pour Jean, Louis Trémery ;

Ainsi le but de notre projet a été de s’immerger dans ce contexte à la fois historique et

géographique que constitue le monde des carrières afin de créer un SIG et d’en tirer des analyses.

1.2. La présentation des données

Le tableau suivant s’efforce de faire un inventaire des principales données que nous avons

utilisées ou créées au cours de ce projet. Les données sources sont notées sur fond blanc et les

données créées sur fond bleu.

Nom de la couche

Emprise

Source Date Format

Iris75 Paris INSEE 2007 Fichier de forme polygone (.shp)

Iris75_2007 Paris INSEE 2007 Table

BATI_INDIFFERENCIE Ile-de-France BDTOPO, IGN 2009 Fichier de forme polygone (.shp)

SURFACE_ACTIVITE Ile-de-France BDTOPO, IGN 2009 Fichier de forme polygone (.shp)

PLAN_DEAU Ile-de-France MOS IAU îdF 2003 Fichier de forme polygone (.shp)

75_PPR_INONDATION_ PARIS_ALEA

Paris Cartorisque, prim.net 2010 Fichier de forme polygone

(MIFMID / TAB)

MVT_TOTAL_2154_CLIP Paris BRGM 2013 Fichier de forme polygone (.shp)

ROUTES Ile-de-France BDTOPO IGN 2009 Fichier de formes lignes (.shp)

PARCELLES Paris BD_PARCELLAIRE

IGN /

Fichier de formes polygones (.shp)

9 couches des carrières en fonction du type de roche

Ile-de-France Données IGC 2010 Fichier de formes polygones

(.shp)

plan_cochin Hôpital Cochin Géoréfencement / Raster

andriveau_Goujon_1860 Paris Géoréfencement / Raster

verniquet Hôpital Cochin Géoréfencement / Raster

piliers Hôpital Cochin Numérisation / Fichier de forme polygone (.shp)

galeries Hôpital Cochin Numérisation / Fichier de forme polygone (.shp)

remblais Hôpital Cochin Numérisation / Fichier de forme polygone (.shp)

calcaire Hôpital Cochin Numérisation / Fichier de forme polygone (.shp)

graphismes Hôpital Cochin A partir des inventaires

papier / Fichier de forme point (.shp)

fissures Hôpital Cochin Relevés faits sur le

terrain – données IGC / Fichier de forme point (.shp)

bati_enjeu Paris / / Fichier de forme polygone (.shp)

pop_vol Paris / / Fichier de forme polygone (.shp)

stations_metro Paris / / Fichier de forme point (.shp)

Ponderation Paris / / Raster

http://www.annales.org/archives/x/guillaumot.html

http://www.annales.org/archives/x/juncker.html

http://www.annales.org/archives/x/hericart.html


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2. CONCEPTION DU SIG SUR LE SECTEUR DE COCHIN

2.1. La conception du modèle de données

2.1.1. Le modèle conceptuel

L’objectif de ce travail a donc été de créer un SIG en vue de l’optimisation et de l’exploitation

des données relatives aux sous-sols au service de problématiques telles que l’analyse des risques liés à

la présence de carrières ou encore l’analyse historique de l’occupation des sols en surface. Nos visites

sur le terrain en compagnie de Monsieur Gilles Thomas et nos recherches documentaires nous ont

permis de mieux comprendre quels seraient les besoins des cataphyles et ainsi choisir les informations

nécessaires pour structurer notre base de données.

Ainsi, de ces différentes considérations nous avons imaginé le modèle de données suivant :

Dans ce modèle, nous n’avons pas intégré la population située au-dessus, ni les hagues présentes

dans les carrières, informations que nous avons jugées trop complexes à intégrer dans ce premier

travail même si nous avions créé les couches vectorielles. Nous n’avons également pas pris en compte

l’évolution du bâti et des rues en fonction des époques depuis l’apparition des carrières. Dans un

futur modèle plus complet, nous pourrions envisager d’ajouter toutes ces informations.


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2.1.2. La réalisation des liens

Pour faire les liens entre les différentes tables nous avons utilisé les classes de relations dans

ArcGIS. Il nous a fallu dans un premier temps créer des clés étrangères dans un certain nombre de

couches. Seulement, l’outil « classe de relation » ne peut établir de liaison qu’entre des champs qui ont

un nom similaire c’est pourquoi nous avons également ajouté des champs nommés « P_KEY » ou

« KEY » reprenant simplement le champ « OBJECTID » de chaque couche. Afin de rendre le modèle

de données plus commode, nous avons considéré que le calcaire et le remblai ne représentaient

qu’une seule et même entité chacun. Nous avons donc fusionné les objets des deux couches.

Nous avons ainsi créée onze classes de relations résumées par le tableau suivant :

Pour chaque classe de relations, nous avons choisi une relation dite « simple » et non

« composite » afin de garantir une existence indépendante des objets des différentes tables. Ainsi, par

exemple, la suppression d’un objet dans la table d’origine ne supprime pas les objets s’y référant dans

la table de destination (et réciproquement). Cela permet une plus grande liberté dans la modification

des données.

Ces liaisons entre les couches sont visibles dans l’onglet « table reliée » de chaque table

attributaire. On peut ainsi consulter des informations d’un objet se rapportant à des tables différentes

en un seul clic et effectuer tous types de requêtes.

2.2. Les données sources et la numérisation

2.2.1. Le géoréférencement du plan

Afin de pouvoir créer nos différentes couches, nous avons dû dans un premier temps

géoréférencer le plan du secteur de l’hôpital Cochin représentant les zones de carrières que Monsieur

Gilles Thomas nous a fourni au format image (.jpg). Pour cela nous avons pris un fichier vectoriel

reprenant le tracé du cadastre de la ville de Paris et nous avons calé notre raster en fonction de points

remarquables du cadastre.

Nom de la relation Classe d’entités d’origine

Clé primaire

est reliée à Classe d’entités de destination

Clé étrangère

Relation

bati_calcaire calcaire_fusion KEY est reliée à bati_quartier KEY 1-M

bati_galeries bati_quartier KEY_P est reliée à galeries KEY_B M-N

bati_piliers bati_quartier KEY_P est reliée à piliers KEY_B M-N

bati_remblais remblais_fusion KEY est reliée à bati_quartier KEY 1-M

calcaire_galeries calcaire_fusion KEY est reliée à galeries KEY_calc 1-M

calcaire_remblais caclaire_fusion KEY est reliée à remblais_fusion KEY 1-1

galeries_graphismes galeries KEY_P est reliée à graphismes S_KEY 1-M

piliers_calcaire calcaire_fusion KEY est reliée à piliers KEY_calc 1-M

piliers_fissures piliers KEY_P est reliée à fissures S_KEY 1-M

piliers_galeries galeries KEY_P est reliée à piliers KEY_gall 1-M

rues_graphismes rue_cochin KEY_P est reliée à graphismes KEY_rues 1-M


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2.2.2. La sélection des données à partir des inventaires papier

Après avoir effectué des recherches sur l’historique des carrières à Paris et les spécificités du

secteur de l’hôpital Cochin, nous avons ensuite rencontré M. Gilles Thomas (chercheur, membres de

la SEADACC, écrivain et conseiller à la Direction de la Prévention et de la Protection de la mairie de

Paris) afin de récolter des données. Il nous a notamment transmit des inventaires papier compilant

différentes informations sur les graffitis et les piliers. C’est grâce à ces documents ainsi que plusieurs

relevés in situ, que nous avons pu construire notre SIG.

Une partie de notre travail a donc été de prendre connaissance de ces inventaires pour

sélectionner les informations intéressantes à garder et à intégrer dans nos tables attributaires. Ce

travail préparatoire d’organisation des données a donc été nécessaire notamment pour créer les

couches « piliers » et « graphismes ». Ainsi, par exemple, nous avons choisi d’associer à chaque objet

de la couche « piliers » les informations suivantes : la date de construction, le nom du constructeur,

son architecture, sa méthode de construction, sa composition et les éventuelles observations.

N.B. : le détail de toutes les couches créées et leurs attributs est visible sur le document explicatif que nous joignons au

SIG.

2.2.3. La création des couches

Afin de créer nos différentes couches, nous avons utilisé les outils de numérisation en ouvrant

une session de mise à jour via le menu « éditeur » d’ArcGIS. Nous aurions pu choisir de reclassifier

notre raster afin de ne garder que certaines plages de couleur en fonction des valeurs de pixel, nous

avons d’ailleurs essayé cette méthode qui présente un gain de temps considérable mais qui ne

permettait pas par la suite de faire des analyses poussées. Entre autres cela ne nous aurait pas permis

de différencier chaque pilier et de leur rattacher leurs attributs spécifiques.

Nous avons donc obtenu six couches que nous avons mises dans un jeu de classes d’entités

nommé « sous_sol_cochin » :

- un fichier de forme polygone (.shp) : « piliers »

- un fichier de forme polygone (.shp) : « calcaire »

- un fichier de forme polygone (.shp) : « remblais »

- un fichier de forme polygone (.shp) : « galeries »

- un fichier de forme point (.shp) : « fissures »

- un fichier de forme point (.shp) : « graphismes »

Nous avons ensuite rempli les attributs de chaque table manuellement.

2.3. La création de fiches HTML et essai de modélisation 3D sous ArcSene

2.3.1. La création des fiches HTML

L’un des objectifs du projet était de créer un SIG pouvant servir de support de communication au

grand public via un site internet. Dans cette perspective, nous avons voulu intégrer aux graphismes et

fissures une photo de celles-ci. Il est en effet difficile de se représenter un graphisme avec pour seules

indications des notes d’observation telle que « dessin d’une ancre » par exemple.


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Pour ce faire, nous avons constitué des fiches html et joint des photos pour chaque objet des

couches « graphismes » et « fissures » lorsque nous avions les données disponibles. Après avoir ouvert

une session de mise à jour dans le menu éditeur d’ArcGis, nous avons sélectionné l’onglet « fiche

html » dans les propriétés des couches « graphismes» et « fissures » afin de sélectionner le type

d’affichage html que nous voulions utiliser. La fenêtre contextuelle par défaut d'une couche d'entités

ne comporte qu'une table html indiquant les noms et les valeurs des attributs de la couche, pour

définir les champs que nous voulions rendre visibles et ceux qui ne nous intéressent pas (ainsi que

leur ordre d’affichage), nous avons organisé les données dans l’onglet « champs » de la propriété de la

couche.

Enfin, dans la fenêtre « catalogue », nous avons joint les photos pour chaque entité afin que

celles-ci apparaissent dans le cadre de la fenêtre contextuelle html en cliquant sur l’outil « pièces

jointes » puis, « créer une pièce jointe ». ArcGIS ajoute ensuite une nouvelle table visible dans le

catalogue pour contenir les fichiers joints et une classe de relations pour gérer la liaison entre les

entités et leurs pièces jointes.

Pour faire apparaitre la fenêtre contextuelle, il suffit ensuite de cliquer sur l’entité choisie à l’aide

de l’outil « identifier ».

2.3.2. La modélisation 3D sous ArcSene

Toujours dans une perspective de communication au grand public, nous avions pensé modéliser

les carrières en 3D ce qui pourrait permettre une appréhension plus ludique du lieu. Nous avons donc

choisi de mettre à profit le peu de temps qu'il nous restait avant le rendu final en explorant le logiciel

ArcScene...

Ce dernier permettant une modélisation rapide il aurait été effectivement dommage de ne pas

présenter cet autre aspect du souterrain. Disposant d'un temps limité, nous avons déterminé un délai

de réalisation que nous ne devions pas dépasser. Nous avons chargé le Modèle Numérique de Terrain

(MNT) que l'ENSG avait mis à notre disposition mais ce dernier a été compliqué à exploiter car il

s'agissait d'un MNT à l'échelle nationale et il nous a donc fallu retrouver le secteur de l'hôpital

Cochin.

L'essai n'a malheureusement pas été concluant car notre zone de travail ne dépasse pas les 200 mètres et il va sans dire que nous avions un sérieux problème d'échelle.

La modélisation 3D reste cependant tout à fait possible avec un MNT adapté. Par son aspect ludique, cette modélisation permettrait certainement de sensibiliser le public à la conservation de ce patrimoine englouti et son rôle dans notre occupation contemporaine du sol.


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3. ANALYSES ET RÉSULTATS

3.1. À l’échelle de l’hôpital Cochin

3.1.1. L’analyse historique

Comme rappelé en propos introductifs, la découverte des sous-sols parisiens débute en 1777, soit

une centaine d'année avant les grands travaux d'urbanisation d'Haussmann. Il est donc intéressant à

partir de cette date de constater l'évolution de la morphologie de cette ancienne carrière, et cela ne

pouvait se faire qu'en récupérant des cartes historiques.

Le site www.paris-atlas-historique.fr recensant toutes les cartographies de Paris existantes, il nous

a fallu les télécharger au format image (.jpg), les insérer dans un SIG et les géoréféncer. Nous avons

sélectionné les cartes dont le dessin était le plus précis et le géoréférencement a été fait soit à partir de

la couche « BATI_2009 » de la BDTOPO, soit à partir des routes déjà géoréférencées par le site

www.alpage.tge-adonis.fr pour les plans établis par Vasserot. Ensuite, il a fallu créer une couche

d'occupation du sol pour chaque année (1830, 1860, 1790 et 2009) étudiée mettant en évidence le bâti

et les espaces verts dans l'idée du travail effectué par Michel HUARD. La superposition de ces quatre

couches d'occupation des

sols a permis de comparer les

évolutions du sous-sol avec

le sur-sol.

Depuis 1777 le territoire

étudié est aménagé. On ne

constate aucune évolution du

bâti qui soit aussi

révolutionnaire que les

percées haussmanniennes, ce

qui permet d'expliquer la

morphologie du lieu

notamment le fait qu'il y ait

beaucoup d'espaces dans les

galeries car peu de

constructions. Les couches

d'occupation des sols

montrent que galeries et

piliers suivent les rues.

L'absence d'urbanisation

significative est un facteur

d'explication de la morphologie de la carrière; à titre d'exemple, citons les piliers de la « rue des

Bourguignons » construits de façon latérale à cette rue et les travaux d'Haussmann n'ayant que

modifié son nom en « Boulevard de Port Royal », il n'a pas été besoin de reconsolider en sous-sols les

piliers établis de 1779 à 1840. Avec l'insertion des gravures sur les piliers en fichiers html, il est

d'ailleurs possible de vérifier cette évolution du bâti (les piliers) avec celles des rues.

http://www.paris-atlas-historique.fr/

http://www.alpage.tge-adonis.fr/


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3.1.2. Le calcul du taux de défruitement : une première analyse du risque d’effondrement

Le sujet du mini-projet proposait entre autres d'effectuer le calcul du taux de défruitement. Sachant que ce taux permet une analyse des risques d'effondrement, ces mêmes effondrements responsables de la création de l'IGC quelques siècles plus tôt, il nous a semblé nécessaire d'en appréhender la technique.

Le taux de défruitement est le rapport du vide sur le plein. Partant de cette définition, nous avons « recensé » le plein et le vide de l'ancienne carrière : le plein étant constitué des piliers, du calcaire et du remblai et le vide correspondant aux galeries.

D'emblée, un problème est apparu, les contours des polygones n'étaient pas précis puisque réalisés via les outils de numérisation et de ce fait, certaines couches se chevauchaient ce qui aurait rendu les résultats trop peu réalistes. Il nous a ainsi fallu résoudre topologiquement ces quatre couches via leur insertion dans une géodatabase, les hiérarchiser et définir une nouvelle topologie avec une précision de 0,2 pour enfin établir des règles de non superposition. Le calcul des aires totales de chaque couche via l'outil « résumé statistiques » était le plus fiable.

Comme il a été indiqué dans l'analyse historique, le site a été préservé et le bâti n'a pas beaucoup évolué. Nous avons donc recherché des bâtiments « pertinents », c'est-à-dire les bâtiments au dessous desquels il y a une présence certaine de galeries et donc de vide et le bâti sous Vasserot en 1830. La création de quatre couches de découpe suivant la forme des bâtiments choisis nous a permis de calculer les aires de chaque couche utile pour le calcul du taux de défruitement que nous avons réalisé à la main. Comme attendu, ces taux étaient excessivement bas mais marquant tout de même des différences selon les époques.


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Après réflexion nous avons voulu insérer ce calcul, fait manuellement, dans le SIG. Pour ce faire, il fallait créer une couche pour chacun des quatre bâtiments comprenant quatre champs à savoir les aires des piliers, des galeries, du calcaire et du remblai concernées. Il a ainsi fallu fusionner les polygones de chaque couche pour n'en obtenir qu'un et faire des jointures spatiales de chaque couche pour les insérer dans celle permettant le calcul du taux de défruitement. Ensuite une simple opération via le calculateur de champ a permis de calculer ce fameux taux et les résultats obtenus étaient identiques à ceux faits à la main.

Il convient de préciser que ce premier calcul reste très sommaire puisqu'il ne prend pas en compte le poids du bâti et que si les carrières montrent une hauteur plus grande ou plus faible, leur géométrie ou leur topographie viendra modifier la valeur de la résistance des piliers. En conclusion, il n'y a aucun risque d'effondrement sous l'hôpital Cochin, comme nous avait prévenu M. Gilles Thomas. Cependant la technique pourrait être réutilisée pour des secteurs plus sensibles ou risqués, ceux où la présence de carrière de gypse est avérée par exemple. C'est ainsi que nous avons décidé d'étendre cette analyse simplifiée du risque à l'échelle de Paris.

3.2. À l’échelle de Paris

En effet, le secteur de Cochin étant un périmètre trop petit pour faire des analyses pertinentes

et disposant des données de l’Inspection Générale des Carrières, nous avons décidé d’élargir notre

sujet pour faire une analyse du risque d’effondrement à l’échelle de la ville de Paris. Il ne s’agit en

aucun cas d’une étude de risque exhaustive mais d’exemples d’analyses qui pourraient être faits sous

SIG sur cette thématique.

Le risque correspond à l’aléa multiplié par les enjeux. L’aléa est un terme « recouvrant à la fois

les phénomènes naturels potentiellement destructeurs et l’expression de ce potentiel sous la forme

d’une probabilité. Les enjeux sont définis par les biens et les personnes exposées directement ou

indirectement aux aléas ».3

3.2.1. L’analyse des enjeux

Les données provenant de l’Inspection Générale des Carrières situant les carrières sous Paris

étaient à l’échelle de l’Ile-de-France et réparties en différentes couches en fonction de la nature de la

roche. Nous avons donc commencé par réunir les différentes couches en une seule par l’outil

« combiner ». Nous avons ensuite pu intersecter la couche nouvellement créée (« perim_carrieres »)

avec les limites de Paris. A la différence de l’outil « découpage », l’intersection nous a permis de

conserver les informations attributaires des deux couches.

Les enjeux humains

Pour prendre en compte les enjeux humains nous avions à notre disposition les données de

population par îlot de l’INSEE. Nous n’avons d’abord supposé une répartition égale de la population

sur l’îlot. Afin de connaître la population située au dessous d’une zone de carrière en fonction de

l’îlot il faut effectuer le calcul suivant :

surface totale de l’îlot / population de l’îlot * surface des zones de carrières.

3 F.LEONE, N. MESCHINET DE RICHEMOND, F.VINET, Aléas naturels et gestion des risques, juin 2010, PUF


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Pour ce faire nous avons d’abord créé un champ dans la table « Iris75 » que nous avons nommé

« aire_ilot_complet ». Nous avons ensuite effectué une jointure attributaire entre la table

« iris75_2007 » et le fichier de forme « Iris75 » par le champ commun « Iris » afin de récupérer les

données de population. Afin de fixer la jointure nous avons exporté les données dans une nouvelle

couche appelée « Iris75_jointure ».

Nous avons ensuite découper la couche « Iris75_jointure » avec le périmètre des carrières pour

créer une nouvelle couche « pop_ilot_carrières ». Nous avons créer un nouveau champ

« pop_carrieres » dans lequel nous avons calculé la population concernée par la présence de carrières

grâce au calculateur de champ. Selon cette première méthode le nombre de personnes touchées

serait de 379 326.

Pour avoir des résultats plus proches de la réalité, nous avons pensé calculer la population

concernée selon la hauteur et la surface du bâti. Le calcul s’avérant trop complexe, nous nous sommes

contentés de faire une ventilation de la population en fonction du volume. Pour cela nous avons

utilisé la couche « BATI_INDIFFERENCIE » de la BDTOPO de l’IGN.

Après avoir intersecté les couches « BATI_INDIFFERENCIE » et « Iris75 », nous avons

calculé le volume du bâti en multipliant la surface par la hauteur dans la nouvelle couche

« bati_intersect ». Nous avons ensuite utilisé l’outil « résumé statistiques » dans le menu ArcTool

Box pour calculer la somme des surfaces et des volumes par Iris. Cette opération a créé une table

(« sum_vol_surf ») et une jointure attributaire de cette dernière avec la première couche créée nous a

permis de rassembler les données. Nous avons ensuite découpé cette couche avec le périmètre des

carrières et avons calculé le nouveau volume. Nous avons enfin pu calculer la population en fonction

du volume du bâti par Iris avec le calculateur de champ (nouveau champ « pop_vol »).


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Selon cette seconde méthode, 387 212 personnes seraient situées sur les zones de carrières.

Cependant, ces résultats sont à nuancer puisque la couche « BATI_INDIFFERENCIE » contient des

bâtiments publics. Par exemple, on peut voir que la Bibliothèque Nationale de France située dans le

XIIIème arrondissement est prise en compte dans les résultats. Ainsi, pour un résultat plus proche de

la réalité il faudrait refaire le calcul avec une couche de bâti ne contenant vraiment que les immeubles

d’habitation.

Les enjeux sur le bâti

Nous avons ensuite pris en compte les bâtiments représentant des enjeux stratégiques soit parce

qu’ils reçoivent du public en grand nombre, soit parce qu’ils abritent des services spécifiques

indispensables. Nous avons donc choisi de garder les bâtiments de santé, d’enseignement, les

infrastructures administratives, industrielles et commerciales.

Nous avons effectué une sélection par attribut sur la couche « surface_activite » de la

BDTOPO selon la formule suivante :

'Administratif' OR "CATEGORIE" = 'Enseignement' OR "CATEGORIE" = 'Industriel ou

commercial' OR "CATEGORIE" = 'Santé'

Il nous a ensuite suffit de faire une jointure spatiale entre cette sélection et la couche

« pop_ilot_carrieres » afin de compter le nombre de bâtiments stratégiques par îlot situés au-dessus

des carrières. Nous avons ensuite pu faire une reclassification par la symbologie. Ainsi, la carte

obtenue met en évidence une concentration de bâtiments stratégiques dans les 14ème, 18ème et 19ème

arrondissements.


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3.2.2. L’analyse des facteurs aggravants

Nous nous sommes enfin intéressés aux facteurs aggravant l’apparition d’effondrements. Nous en

avons retenus trois principaux dans le contexte parisien : le métro, les zones inondables et plans d’eau

et enfin les anciens mouvements de terrain.

Les stations de métro

Selon une étude faite par le bureau d’études AVLS, il apparaît que le métro peut avoir des

incidences sur les sous-sols et les bâtiments en surface en créant des fissures par l’effet des vibrations.

D’après cette même étude, les vibrations n’auraient un réel impact qu’aux croisements de plusieurs

lignes de métro. Nous avons donc décidé de sélectionner les stations de métro dans lesquelles se

croisent au moins trois lignes.

Dans les données fournies, les stations de métro représentées par une donnée ponctuelle

n’étaient pas situées précisément sur les lignes. Afin résoudre ce problème nous avons créé une zone

tampon de cinquante mètres autour des stations afin de prendre en compte les lignes les plus

proches.

Nous avons ensuite fait une jointure spatiale pour rechercher les lignes qui intersectent les

tampons et enfin une sélection par attribut pour ne garder que les stations qui croisent au minimum

trois lignes (count ≥ 3). Les données ont été exportées dans une nouvelle couche « stations_metro ».

Les zones inondables et les plans d’eau

Le risque d’effondrement est également aggravé par les infiltrations d’eau qui augmentent la

probabilité de dissolution des roches (et notamment du gypse). Nous avons donc récupéré la

délimitation des zones inondables de la ville de Paris via le site http://cartorisque.prim.net/ ainsi que

http://cartorisque.prim.net/


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la couche des plans d’eau de la région parisienne du Mode d’Occupation des Sols. Les données des

zones inondables étant au format MapInfo (MIF_MID), nous avons utilisé Quantum GIS pour les

réenregistrer en fichier de forme (shapefile).

Les mouvements de terrain

Les zones où un effondrement a déjà eu lieu est également un facteur aggravant puisque la

roche s’en trouve fragilisée et présente ainsi de fortes probabilités d’infiltration d’eau. Nous avons

récupéré une donnée ponctuelle en shapefile situant les effondrements qui ont eu lieu en région

parisienne via le catalogue numérique du BRGM (http://infoterre.brgm.fr/). Pour prendre en compte

ce facteur, nous avons considéré de manière arbitraire un tampon de 300 mètres autour des zones

d’effondrement.

3.2.3. La pondération des facteurs

Afin de créer une carte finale du risque d’effondrement nous avons cherché à superposer les

différents facteurs évoqués précédemment en leur accordant une pondération en fonction de leur

importance. Pour effectuer cette opération, nous avons d’abord du convertir tous nos fichiers de

formes en raster. Pour cela, nous avons utilisé les outils de conversion : « polygone vers raster »

ou « point vers raster » dans l’ArcTool Box.

Nous avons ensuite affecté un ordre d’importance

aux valeurs de pixel de chaque raster avec l’outil

« reclassification ». Enfin, grâce à l’outil « somme

pondérée » dans le menu Spatial Analyst nous avons

donné une pondération à chaque couche.

Nous avons enfin reclassifié le raster final

obtenu afin d’obtenir trois classes que nous avons

renommées : aléa faible / aléa modéré / aléa fort.

Facteurs

Pondération

Population 0,5

Bâtiments stratégiques 0,5

Mouvements de terrain 0,25

Zones inondables 0,25

Plans d’eau 0,25

Stations de métro importantes 0,125

http://infoterre.brgm.fr/


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Étant donné le contexte urbain dense de la ville de Paris, nous avons choisi de donner une

importance supérieure aux facteurs « population » et « bâtiments stratégiques » ce qui explique que les

îlots identifiés précédemment dans l’analyse des enjeux se retrouvent ici en aléa fort. Quelques îlots

situés dans les zones inondables sont également caractérisés par un aléa important.

Ici, une analyse plus poussée des résultats n’est pas réellement pertinente puisque de

nombreux facteurs n’ont pas été pris en compte et notamment le type de roche, caractéristique qui va

nettement influer sur le risque d’effondrement. Ainsi, si l’objectif avait été de faire une véritable

analyse du risque, il aurait fallu également analyser le niveau des précipitations en fonction des mois et

des années qui va influer sur la dissolution des roches, le type de carrières (carrières à ciel ouvert,

carrières fermées, carrières remblayées…) qui décrit la solidité de la structure, la méthode

d’exploitation ou encore le type d’habitat (habitat collectif, habitat individuel…).


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CONCLUSION

L’objectif du projet était de concevoir et construire un SIG du sous-sol parisien en vue d’un

archivage, de l’exploitation de ces données pour une analyse des risques liées à la présence de carrières

et d’une communication au grand public via un site internet.

Les couches que nous avons créées et les tables attributaires associées répondent bien aux

problématiques que nous nous sommes posées : Comment établir un SIG qui puisse servir de

communication au public ? Quelle analyse des risques pouvons-nous faire concernant le secteur de

l’hôpital Cochin ? Et qu’en est-il des risques concernant les autres carrières de Paris ?

En ce qui concerne l’analyse des risques des carrières sous l’hôpital Cochin, nous nous

sommes aperçu que, celles-ci étant très bien entretenues, les risques sont quasi-nuls (taux de

défruitement très bas). Afin de pousser la recherche, nous avons donc entrepris d’analyser les

carrières du champ des Capucins de façon historique (avant et après les aménagements d’Haussmann)

et d’élargir notre analyse des risques à l’ensemble de Paris afin de faire des analyses plus pertinentes et

plus intéressantes et ainsi manier un maximum de fonctionnalités du SIG.

Ce projet nous a permis de découvrir les sous-sols de Paris et l’histoire qui les traversent.

Cette analyse a été le moyen d’approfondir et d’exercer nos jeunes compétences en matière de SIG

ainsi que de nous rendre compte de toutes les possibilités qu’offre le logiciel ArcGIS. Le travail en

équipe avec Monsieur Gilles Thomas et la complémentarité des membres du groupe, provenant de

filières différentes, ont été un grand atout.

Paris étant une des villes du monde qui possède la plus grande surface de sous-sol (avec le

métro, les égouts, les carrières, les catacombes, les couloirs de maintenance des réseaux ainsi que les

caves de particuliers), de nombreuses études peuvent être menées sur ce sujet. Ainsi, en plus d’être

étendu à l’ensemble de la capitale nous pourrions penser que ce projet pourrait également s’inscrire

dans une démarche plus large de cartographie de l’ensemble de ce véritable « gruyère parisien ».


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BIBLIOGRAPHIE

LUCAS S., VERNOUX J.F. (1997), Inventaire des carrières souterraines et cartographie de l’aléa, commune

d’Annet-sur-marne (Seine-et-Marne). Rapport BRGM R39566 DSGR/IDF, 49 pages, 5 figures, 8

planches, 6 annexes

LECLERC V. (1990), Développement de GEOPARIS, banque de données à restitution graphique sur le sous-sol

de Paris. Rapport BRGM R30665 IDF 4S90, 55 pages

COQUEL G. (2011), Évaluation et modélisation de la propagation vibratoire dans plusieurs immeubles

d’habitation. RATP. Présentation lors du colloque des 22 et 23 mars 2011 « vibrations des bâtiments :

sources, modes de propagation et techniques de réduction ».

A.FOURNOL, (2011), Problématiques vibratoires dans les bâtiments. AVLS. Présentation lors du colloque

des 22 et 23 mars 2011 « vibrations des bâtiments : sources, modes de propagation et techniques de

réduction ».

F.LEONE, N. MESCHINET DE RICHEMOND, F.VINET, Aléas naturels et gestion des risques, juin 2010, PUF

SITOGRAPHIE

http://www.ville-chaville.fr/upload/cms/7_5_3_Document_2_202.pdf

http://www.brgm.fr

http://www.prim.net/


http://paris-atlas-historique.fr

http://alpage.tge-adonis.fr

http://www.persee.fr

http://norois.revues.org


http://www.annales.org/archives/carrieres.html

http://parisavant.com

http://www.paris.fr/pratique/urbanisme/sous-sol/les-risques-lies-au-sous-

sol/rub_8159_stand_34479_port_18825

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http://www.paris.fr/pratique/urbanisme/sous-sol/les-risques-lies-au-sous-sol/rub_8159_stand_34479_port_18825

http://www.paris.fr/pratique/urbanisme/sous-sol/les-risques-lies-au-sous-sol/rub_8159_stand_34479_port_18825

Documents

Analyse et cartographie du sous-sol de la ville de Paris 1 Panthéon-Sorbonne - ENSG rapport projet SIG novembre 2013 4 /20 1. CONTEXTE DU PROJET 1.1. Les carrières de Paris et le