La mission : structurer ces données, en extraire les informations les plus pertinentes et transformer cette manne d'informations en une maquette numérique 3D du proche sous-sol francilien d'une précision jamais atteinte pour une telle superficie. Le projet S-PASS travaille ainsi à ouvrir la voie à de nouveaux usages du sous-sol urbain.
Quand les chantiers du métro deviennent des laboratoires géologiques
Selon Isabelle Halfon, responsable du projet S-PASS, l’opportunité est historique. Avec le chantier titanesque du Grand Paris Express – ce réseau de métro automatique qui s'étend autour de Paris –, ce sont 200 kilomètres de tunnels qui sont creusés, et les milliers de forages de reconnaissances qui ont été réalisés préalablement, autant de fenêtres ouvertes sur le sous-sol francilien. Chaque forage réalisé pour préparer ces chantiers génère des données géologiques et géotechniques précieuses qu’il était impensable de ne pas capitaliser.
C'est l’un des enjeux majeurs du projet S-PASS lancé en décembre 2023. Son ambition : améliorer la connaissance géologique du proche sous-sol sur le territoire de la Métropole du grand Paris, en exploitant cette masse considérable de données et en la valorisant par un modèle numérique 3D. Ce modèle intègrera les carrières souterraines parisiennes et sera enrichi par les ouvrages souterrains du métro de la RATP, partenaire du projet.
Le sous-sol urbain concentre déjà de multiples usages : fondations des bâtiments, réseaux d'eau et de communication, transports publics. Mais il représente aussi une ressource énergétique encore insuffisamment exploitée – la géothermie – et pourrait devenir, face au changement climatique et à la saturation des surfaces, un nouvel espace à développer pour des aménagements tertiaires. À condition de bien le connaître.
(Retrouvez un échange passionnant sur le sujet entre Isabelle Halfon et Dominique Perrault, architecte et urbaniste en podcast).
SONGE : une base de données au cœur du dispositif
Tout commence avec SONGE, une base de données gérée par la Société des Grands Projets (SGP) qui gère le projet du Grand Paris Express. Particularité de cette base : elle oblige tous les prestataires – entreprises de géotechnique qui préparent les chantiers de tunnels – à y déposer systématiquement leurs données, ce qui est assez innovant, car d'ordinaire, ces données restent dispersées et souvent perdues une fois les chantiers terminés.
Le BRGM, établissement public dont la mission inclut de collecter, stocker et structurer toutes les données du sous-sol français, a rapidement manifesté son intérêt. Deux conventions ont été signées en avril 2023 entre la SGP et le BRGM. La première porte sur la mise à disposition des données SONGE pour alimenter la Banque du Sous-Sol (BSS), plateforme publique accessible à tous les acteurs qui en ont besoin : scientifiques, aménageurs, bureaux d'études. La seconde donne au BRGM un accès direct à SONGE pour ses projets de recherche, notamment le Référentiel Géologique de France (RGF).
Mais entre la réception des données brutes et leur mise en ligne publique, un travail considérable est nécessaire. Cette masse de données présente une très grande hétérogénéité dans leurs formats. Il faut les structurer pour les rendre exploitables et accessibles via la plateforme Infoterre et la future application FranceGéotechnique, développée par le BRGM.
Un flux continu de données jusqu'en 2030
Concrètement, un échange entre le projet et la SGP est organisé tous les trimestres pour définir les prochains lots de données à transférer. Les travaux du Grand Paris Express étant organisés par tronçons sur plusieurs lignes, le planning de réception dépend directement de l'avancée des différents lots de travaux. En 2024, les données issues des travaux de la partie sud de la future ligne 15 ont commencé à être triées et analysées – premier jalon d'un processus qui s'étalera jusqu'en 2030, durée de vie du projet S-PASS.
Le projet bénéficie également d'autres partenariats. La RATP, partenaire du projet, a fourni au BRGM ses propres données géologiques et géotechniques réparties le long du réseau des 14 lignes de métro parisiennes. Avantage : ces données couvrent l'intérieur de la ville de Paris, là où celles de la SGP concernent plutôt les périmètres périphériques. Ensemble, ces sources permettent une couverture complète du territoire de la métropole du Grand Paris.
Carte géologique incluant les lieux de provenance des données de la BSS (Banque du sous-sol) du BRGM, de la SGp et de la RATP.
BRGM
Du chantier au modèle 3D
D'où proviennent concrètement ces données ? Principalement de carottages réalisés lors des études préalables aux travaux et d’essais géotechniques in situ ou en laboratoire. Les carottes – cylindres de roche ou de sédiment extraits du sous-sol sont examinées et décrites par les géologues. Certains forages font l’objet de diagraphies gamma-ray. Une sonde est descendue dans le forage, mesurant la radioactivité naturelle du sol à différentes profondeurs. La courbe obtenue permet de repérer un certain nombre de couches géologiques, chacune ayant sa signature radiométrique caractéristique.
C’est une post-doctorante au BRGM qui analyse ces données. Ces profils permettent une analyse lithostratigraphique très précise. Il est ensuite nécessaire de confronter les données collectées dans tous les points de sondage pour créer des cartes d'environnement géologique. Plusieurs centaines de sondages de référence sont ainsi analysés et interprétés sur l’ensemble du secteur d’intérêt.
Ces cartes représentent la distribution des diverses formations géologiques du sous-sol francilien et leurs lithologies associées : argiles, calcaires, sables, marnes. Elles permettent de retracer l’histoire sédimentaire des dépôts et de comprendre comment ces couches se répartissent dans l'espace. Des informations essentielles pour les projets d’aménagement urbains et d’infrastructures. Construire sur des formations argileuses ne pose pas les mêmes défis que sur du calcaire compact. Forer un tunnel dans du sable nécessite des techniques différentes que dans de la roche dure.
Ce travail s'inscrit dans le volet scientifique n°1 du projet S-PASS dédié à la connaissance géologique et géotechnique du sous-sol parisien. Il s’intitule « géométries 3D et variations latérales des faciès » – autrement dit, comprendre comment les différentes formations et lithologies se distribuent en trois dimensions. Il est piloté par Justine Briais, géologue sédimentologue au BRGM.
Cette analyse nourrit le travail de modélisation géologique 3D piloté par Sandrine Grataloup, et rattaché au volet n°2 du projet S-PASS. Le modèle 3D, actuellement en cours de construction, correspond à l’interprétation sous-forme de surfaces géologiques continues des analyses ponctuelles réalisées au droit des forages de référence.
En effet, le sous-sol n'est pas un empilement homogène de couches bien régulières. Les formations géologiques présentent des variations latérales parfois importantes sur de courtes distances : une couche d'argile peut s'épaissir ici, s'amincir là, disparaître ailleurs. Ces variations conditionnent les propriétés mécaniques, thermiques, hydrogéologiques du sous-sol. Les connaître permet d'anticiper les comportements, d'éviter les mauvaises surprises, d'optimiser les choix techniques.
Ce qui est inédit, c'est l'ampleur du territoire étudié couplée à la finesse de résolution. Nous appliquons des méthodologies habituelles, mais dans un cadre jamais atteint en termes de densité de données sur le territoire francilien.
Un cercle vertueux entre recherche et aménagement du territoire
Au-delà du défi de connaissance et modélisation du sous-sol, S-PASS illustre une synergie féconde entre le monde de la recherche et les acteurs de l'aménagement du territoire. Les aménageurs (SGP, RATP) fournissent les données collectées pour leurs propres besoins opérationnels. Les chercheurs les structurent, les analysent, les valorisent. Puis ces données, une fois compilées et rendues publiques, bénéficieront à tous les acteurs de l'aménagement pour envisager de futurs projets plus innovants, mieux adaptés aux spécificités du sous-sol. La mutualisation de ces données constitue un bien commun.
La visualisation du sous-sol par le biais d’un modèle numérique 3D permettra une sensibilisation des citoyens à l’espace souterrain. C’est également un outil permettant de faciliter la mise en œuvre de politique d’aménagement du sous-sol, raisonnée et concertée. Dans le contexte du changement climatique, dont les effets seront particulièrement marqués dans les grandes métropoles au cours des prochaines décennies, le sous-sol peut offrir des alternatives à l'étalement urbain. Les possibilités sont nombreuses, à condition de les penser en accord avec les réalités géologiques du terrain.