Ces phénomènes combinent des processus liés à la gravité mais aussi à l'évolution des cavités souterraines naturelles avec la dissolution de certaines roches (gypse) et aggravés par les activités humaines (carrières et ouvrages souterrains). Les effondrements affectent alors le toit de la cavité et provoquent, en surface, une dépression généralement de forme circulaire ou la formation de fontis.
L’exploitation par chambres non ou mal remblayées crée des effondrements différés. Le toit des chambres supporte les terrains sus-jacents sur une épaisseur souvent importante. On observe une dégradation des galeries qui peut gagner de proche en proche vers le haut. Les terrains sus-jacents s’effondrent jusqu’à provoquer une vaste ouverture à l’air libre ou fontis.

Schéma d'évolution d'un fonti

Crédits: D'après Vachat, 1982, repris dans Martin F., 2004

Un fontis à Gagny en 1974 (Seine-Saint-Denis)

Crédits: Ch.. Pomerol, Découverte géologique de Paris et de l’Ile-de-France, Ed. BRGM 1988

L’effondrement du boulevard Saint-Michel à la suite d’un fontis en juillet 1880

L’effondrement peut être délibéré mais il est généralement la conséquence accidentelle de l’évolution des chambres à piliers après l’abandon d’exploitations souterraines.

Crédits: Dessin de Clerget, Journal illustré, 1880, Coll. P. Blondel

Exploitation souterraine du Calcaire grossier grossier par piliers à bras

Crédits: CL. Baranger dans « Pourquoi Paris ? Une métropole dans son environnement naturel, Ed. L’Association des Géologues du Bassin de Paris, 1984

Les mines lorraines représentent les cas les plus représentatifs, ainsi que des carrières souterraines de craie, de calcaire (tuffeau du Val de Loire ou de gypse à Paris). La capacité de résistance des piliers des carrières se dégrade sensiblement sur le long terme. Leur solidité et leurs propriétés mécaniques peuvent aussi changer en présence d’eau. C’est pourquoi l’exploitation d’une mine nécessite très souvent d’avoir recours à un pompage d’assèchement pour abaisser le niveau de la nappe qui se forme par l’accumulation des eaux d’infiltration ou de canaliser les circulations d’eau à l’intérieur de la roche afin d’éviter l’inondation des galeries. Au terme de l’exploitation, la mine se trouve ennoyée par arrêt des pompages. Le niveau de la nappe remonte et un nouvel état d’équilibre s’établit lentement (de quelques mois à quelques années). La présence d’eau joue sur la stabilité des exploitations minières abandonnées. Une roche saturée en eau perd de sa résistance dans des proportions qui diffèrent selon sa composition. L’effondrement n’est toutefois pas systématique. Les principaux risques se rencontrent pendant la phase d’ennoyage, lorsque de fortes pressions hydrauliques augmentent sensiblement la fracturation des roches. L'effondrement en bloc de l'ensemble des terrains compris entre le fond et la surface peut alors être très brutal, et se faire en quelques secondes. Ce fut le cas, dans les années 1960, de l’effondrement, sans aucun signe précurseur, des carrières souterraines du Petit-Clamart qui provoqua une vingtaine de morts. 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). - un banc épais et résistant doit exister dans le recouvrement. La rupture de ce banc qui protégeait les piliers du poids des terrains déclenche alors le processus d'effondrement.