Les grandes villes chinoises ne cessent de s'affaisser dans le sol

L’urbanisation rapide de la Chine a intensifié la construction de cités périphériques. Cependant, cette expansion urbaine hâtive, avec des constructions massives, a provoqué des affaissements de terrain dans près de la moitié des grandes villes, mettant en péril la stabilité du sol et la sécurité de la population.

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Un quart des surfaces urbaines (ici Shanghai) sera probablement inondé dans une centaine d'années.

La Chine connaît depuis des décennies un exode rural massif. Selon une enquête de la Banque mondiale, 19 % de la population vivaient déjà dans les villes en 1980. En l'espace de 20 ans, cette proportion est passée à 36 % et en 2021, soit deux décennies plus tard, 63 % des Chinois étaient citadins. Des chiffres énormes dans ce pays de 1,4 milliard d’habitants. Pour tenir compte de cette évolution, le gouvernement mise sur la construction de villes de désengorgement. Des cités élargies ou nouvellement créées à la périphérie des villes ou dans les environs devraient soulager leur congestion.

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Le modèle d’affaissement urbain en Chine révèle que 45% des zones analysées subissent un affaissement supérieur à 3 mm par an.

Le nouveau district urbain « Xiong'an », en construction depuis 2017 à l'est de Baoding dans la province du Hebei, en est un exemple. Cette ville planifiée, qui s'étendra un jour sur 2000 km², doit soulager Pékin, distante d'une centaine de kilomètres. Le nombre d'habitants prévu s'élèvera à 2,5 millions de personnes. Outre « Xiong'an », il existe de nombreuses autres villes artificielles en projet ou déjà en construction. La « Nanhui New City » par exemple, est une ville portuaire destinée à faire face à l'énorme croissance démographique de Shanghai. Elle s'étend sur une surface d'environ 74 km² et devrait pouvoir accueillir 800'000 personnes à terme.

Le terrain n’arrive plus à suivre
Ce développement est pétri de difficultés. Les nombreux immeubles et bâtiments s'élèvent en un temps relativement court, le réseau routier est massivement développé et les eaux souterraines exploitées à un rythme effréné. Alors que toutes ces mesures de construction permettent à des millions de personnes de mener une vie moderne, elles peuvent en même temps saper la stabilité du sol. Il en résulte des affaissements de terrain à grande échelle. Une équipe de recherche de la South China Normal University à Foshan montre dans une nouvelle étude publiée récemment dans la revue spécialisée Science qu'il s'agit là d'une menace réelle.

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Proportion de zones urbaines dans les régions côtières qui seront sous le niveau de la mer dans les 100 prochaines années selon quatre scénarios.

Au cours des dernières décennies, les catastrophes causées par les affaissements de terrain en Chine auraient causé des dommages économiques annuels directs de plus de 964 millions de francs, écrivent les chercheurs. De tels événements ne sont toutefois pas nouveaux en Chine.. Dès les années 1920, les premiers signes d'affaissement du sol sont apparus à Shanghai et à Tianjin. Les conséquences négatives de ces phénomènes auraient été observées aussi bien dans les villes côtières que dans les villes intérieures.

Cependant, une évaluation systématique de ces événements n'a pas été possible jusqu'à présent, car les études existantes diffèrent en termes de calendrier et de méthodologie, selon les auteurs. L'ampleur, le modèle ou la vitesse de ces baisses n'étaient donc pas clairs jusqu'à présent, tout comme la part concrète de la population urbaine du pays qui pourrait être touchée. Les chercheurs se sont penchés sur cet aspect.

A l'aide d'un interféromètre radar spatial, l'équipe a procédé à une évaluation systématique de l'affaissement du sol dans 82 grandes villes chinoises entre 2015 et 2022. Toutes les villes de plus de deux millions d'habitants, toutes les capitales provinciales ainsi que les principales villes industrielles ont été analysées. Selon l'étude, près de 74 % de la population y vivait déjà durant la période considérée. Pour l'évaluation, une méthode standardisée « InSAR » a été utilisée grâce à une méthode basée sur les satellites qui fournit des modèles d'altitude précis. La superposition de paires d'images radar (programmes interférométriques) réalisées simultanément permet de produire des cartes qui fournissent des informations sur les affaissements de terrain de l'ordre du millimètre. Les données ont été validées à l'aide de mesures GNSS au sol (Global Navigation Satellite System).

Un quart des surfaces inondées dans 100 ans
De cette manière, les chercheurs ont déterminé l'ampleur des affaissements urbains et ont établi leur modèle à l'échelle nationale. Il en ressort que 45 % des zones étudiées s'affaissent plus rapidement que 3 mm par an et 16 % plus rapidement que 10 mm. Cela concerne respectivement 29 et 7 % de la population urbaine. D'après les chercheurs, 920 millions de personnes vivaient en 2020 dans les zones urbaines chinoises, dont 270 millions sur un sol qui s'affaisse. Les régions côtières densément peuplées sont en outre particulièrement menacées. Les auteurs prévoient qu'en raison de l'élévation du niveau de la mer, qui s'ajoute à l'affaissement des sols, environ un quart des surfaces pourrait se trouver sous le niveau de la mer au cours des 100 prochaines années.

Les constructions lourdes s'enfoncent moins
Outre le modèle de ces événements à grande échelle, l'équipe a également identifié plusieurs facteurs naturels et humains favorisant les affaissements, notamment le prélèvement d'eau souterraine et le poids des bâtiments. « Le premier facteur est l'environnement géologique sous la ville » indique l'étude. Les chercheurs ont ainsi pu observer une nette différence de profondeur du sous-sol entre les zones à affaissement modéré et celles à affaissement rapide, ce qui illustre l'influence de la géologie. Le poids des bâtiments, qui exerce une pression géostatique sur le sous-sol urbain, est étroitement lié aux conditions géologiques.

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Représentation schématique des facteurs qui contribuent potentiellement à la réduction des villes.

Cette pression peut entraîner des changements élastiques dans les roches profondes et la croûte, ainsi qu'une consolidation inélastique des sédiments moins profonds. Les premiers seraient généralement faibles, tandis que les seconds pourraient être considérables, surtout dans les premières années après la construction. Un tel phénomène a également été observé: plus le bâtiment est construit tard, plus l'affaissement est rapide. Les bâtiments construits en 2017 s'affaissent donc généralement moins vite que ceux construits en 2021. L'équipe a en outre constaté que les bâtiments plus lourds ont tendance à s'affaisser plus lentement. Ceci peut-être parce que les constructions sont ancrées sur des roches plus profondes et ont donc moins tendance à s'affaisser. Selon l'étude, cette hypothèse a pu être confirmée par les données enregistrées au sol sur la profondeur des fondations sur pieux à Shanghai.

Selon les auteurs, la perte d'eau souterraine est un autre facteur important qui fait baisser la pression des pores et comprime le sous-sol. Ce phénomène se produit dans le monde entier, par exemple à Houston aux Etats-Unis, à Mexico ou à Delhi en Inde et la Chine ne fait pas exception à la règle. En utilisant une base de données de 1619 puits de surveillance des eaux souterraines dans le pays, les chercheurs ont constaté une influence généralisée des modifications des eaux souterraines sur les affaissements. La plupart d'entre elles étaient d'origine humaine. Dans le cadre d'un projet gouvernemental, l'eau du Yangtsé a par exemple été déversée dans les villes du nord de la Chine. Cela a permis de relever le niveau de la nappe phréatique et de stabiliser l'affaissement des villes, comme à Pékin.

Contrôle des prélèvements d'eau souterraine
Parmi les autres facteurs qui ont eu un impact, mais qui n'ont pas été observés partout, on trouve les systèmes de transport urbain. Selon les chercheurs, ceux-ci provoquent un compactage du sous-sol et du lit de la voie ferrée par des charges dynamiques répétées sur le sol et par des vibrations, ce qui peut contribuer à des affaissements. Les affaissements de terrain se produisent également dans les zones d'extraction de pétrole et de gaz, où la pression des fluides diminue et où les roches du gisement se compriment. Enfin, l'exploitation minière souterraine a également des conséquences, car elle crée des espaces vides et fait souvent baisser le niveau de la nappe phréatique. Le gouvernement a d'ailleurs déjà pris des mesures pour endiguer l'affaissement des villes, notamment le contrôle du prélèvement des eaux souterraines et le transfert d'eau entre les bassins versants.

« Pour s'attaquer efficacement au problème de l'affaissement urbain, les parties prenantes doivent déployer des efforts conjoints et coordonnés à différents niveaux » conclut le rapport. Dans ce contexte, les cartes élaborées dans le cadre de l'étude sont maintenant mises à la disposition de la communauté des chercheurs, des décideurs politiques et des ingénieurs en génie civil. (Pascale Boschung)