Annexe 6 - Aptitudes hydrogéologiques des carrières du Doubs au comblement par des déchets inertes
Cette note s’inspire en grande partie d’une étude réalisée en 1994, pour le Ministère de l’Industrie, intitulée "Déchets inertes et comblement des carrières en Franche-Comté" (rapport BRGM n° 38222).
1. INTRODUCTION
L’impact essentiel considéré ici est le risque de perturbation des conditions hydrodynamiques du milieu et de pollution des eaux superficielles et souterraines, à l’exclusion de toute autre conséquence environnementale.
S’agissant de déchets censés être inertes, le problème de l’impact hydrochimique ne devrait pas se poser, mais on sait d’une part, qu’en l’absence de réglementation précise, certains déchets considérés comme inertes ne le sont pas totalement et que, d’autre part, des réactions peuvent se produire en présence d’eaux minéralisées. Par ailleurs, on connaît le risque lié aux difficultés de tri des déchets à l’amont, aux mélanges accidentels ou aux apports clandestins. C’est pourquoi, la vulnérabilité à la pollution du terrain encaissant est considérée comme un critère essentiel, sachant que cette vulnérabilité intègre divers paramètres tels que perméabilité, vitesse de transfert, présence ou absence de formations aquifères exploitées ou exploitables à l’aplomb, possibilité de contrôle et d’intervention…
Un autre critère important est l’impact hydrodynamique qui ne concerne que les carrières en eau, ouvertes dans des formations aquifères, et comblées par des matériaux inertes moins perméables que les terrains en place, ce qui a pour effet de perturber les conditions d’écoulement des eaux souterraines.
2. CLASSIFICATION ET CARACTÉRISATION DES CARRIÈRES
La typologie qui a donné lieu à la rédaction des fiches de carrières F1 à F5 présentées à la fin de cette note, a pour objet la carrière en tant que site de décharge, utilisé ou potentiel, et pour finalité, la prévention des risques hydrogéologiques et géotechniques, principalement de pollution du sous-sol, des eaux souterraines et des captages. Elle est, par conséquent, fondée sur des facteurs géologiques et hydrogéologiques.
Outre la nature du matériau exploité, la classification fait intervenir de multiples paramètres :
- formation géologique concernée,
- particularités hydrogéologiques de celle-ci, principalement sa perméabilité, sa relation avec les aquifères, ainsi que la profondeur de la, ou des, nappe(s) accessible(s),
- l’intérêt et la vulnérabilité de ce, ou ces, aquifère(s),
- l’état hydrique général des excavations ouvertes dans ce type de formation.
Ainsi, cinq principaux types de carrières ont été identifiés dans le département du Doubs :
- Les gravières en lit majeur des rivières (alluvions récentes), nombreuses, souvent de grandes dimensions (horizontales), généralement en grande partie noyées par la nappe de l’aquifère alluvial activement exploité pour l’alimentation en eau potable des collectivités ; milieu très sensible.
- Les gravières du secteur de Pontarlier, nombreuses, de dimensions variées, ouvertes dans un cône d’alluvions fluvio-glaciaires ; tantôt hors d’eau, mais proches du toit de la nappe, tantôt (le plus souvent) pénétrant de plusieurs mètres dans celle-ci, confondue avec la nappe des alluvions récentes du Doubs et du Drugeon et activement exploitée pour l’alimentation en eau potable des collectivités ; milieu très sensible du fait des captages existants et projetés.
- Les carrières de groise (groisières), assez nombreuses, généralement de faible envergure, exploitées comme tout-venant de viabilité, pratiquement toutes abandonnées actuellement, sèches ou humides dans le fond, au contact du substratum marneux.
- Les carrières de marnes et argiles (pour tuiles et briques), rares (une seule en activité actuellement à Lantenne-Vertière), non aquifères, creusées dans des formations imperméables jouant le rôle d’écran protecteur vis-à-vis des aquifères sous-jacents.
Jadis, de très nombreuses excavations, de faible envergure, ont été creusées dans les limons ou argiles superficielles pour alimenter les petites tuileries plus ou moins artisanales dispersées sur l’ensemble du territoire, ou dans les marnes pour amender les sols. Ces excavations, abandonnées depuis longtemps, remblayées ou recolonisées par la végétation, ont disparu du paysage pour la plupart.
- Les carrières de calcaires pour granulats ou pierres de construction, très nombreuses, de toutes tailles, dispersées sur l’ensemble du territoire ; généralement sèches, ouvertes principalement dans les calcaires du Jurassique moyen et supérieur, en milieu perméable en grand par fissuration et karstification, dans lequel les eaux s’infiltrent et circulent rapidement, sans filtration, pour rejoindre des aquifères plus ou moins profonds (selon la topographie) alimentant de nombreuses sources et captages.
3. CRITERES D’APTITUDE DES CARRIERES AU COMBLEMENT PAR DES DECHETS : RISQUES D’IMPACTS HYDROGEOLOGIQUES
La réglementation française ne fixe pas de seuil de perméabilité pour les sites de décharge de classe III réservés aux déchets inertes.
Dans cette étude, l’aptitude des carrières à recevoir des déchets est considérée en fonction :
- des risques hydrogéologiques et sanitaires,
- des possibilités de contrôle et d’intervention sur les eaux superficielles et souterraines,
- de la gestion du parc des sites d’accueil.
Les critères retenus sont donc :
- le risque de pollution superficielle par saturation en eau de la décharge et émission d’effluents contaminant le ruissellement aval,
- le risque d’infiltration de lixiviats dans un aquifère et de propagation lointaine de polluants :
. biodégradables,
. difficilement biodégradables,
. adsorbables,
- le risque géochimique engendré par d’éventuelles réactions entre la charge minérale des eaux drainées par la carrière et les éléments solubles des déchets stockés, avec production de polluants liquides ou gazeux,
- la vitesse de transfert, c’est-à-dire la rapidité d’infiltration des lixiviats pollués et d’accès de ceux-ci aux autres nappes, sources ou captages,
- l’impact sanitaire, caractérisé par l’importance de l’aquifère dans l’alimentation en eau potable du secteur et de la population concernée,
- les difficultés relatives d’un contrôle géochimique, en particulier la difficulté de localiser de façon exhaustive, par sondages et prélèvements ou autres méthodes de prospection, les écoulements souterrains (fissuraux, karstiques, diffus…) éventuellement pollués,
- la difficulté relative d’intervention pour fixer et dépolluer les eaux souterraines, en cas de pollution,
- le risque d’un éventuel colmatage de l’aquifère en cas de mise en décharge de produits fins, peu perméables, en carrières noyées, volumineuses ou multiples, pouvant avoir comme conséquences :
. une baisse de productivité de l’aquifère,
. une inondation des terrains situés en amont hydraulique,
- l’intérêt éventuel du site pour la mise en décharge de produits non inertes, susceptible d’orienter la recherche de sites de décharges pour ordures ménagères ou déchets industriels.
4. ÉVALUATION ET COMPARAISON DES RISQUES D’IMPACTS HYDROGÉOLOGIQUES DES DÉCHARGES SELON LE TYPE DE CARRIÈRE
Cette analyse a été synthétisée sous forme d’un tableau à double entrée (cf. figure 1) dans lequel chaque type de site, caractérisé hydrogéologiquement, est jugé en fonction des risques hydrochimiques et hydrodynamiques.
Selon la codification adoptée, le meilleur site d’accueil serait celui qui cumulerait les 0, avec éventuellement un X, étant entendu que la colonne de l’extrême droite du tableau correspond à l’économie des sites dans le cadre de la gestion globale de l’élimination des déchets, inertes et non inertes, non recyclables.
Ainsi, les carrières de marnes ou d’argiles apparaissent comme les sites de décharges les plus sûrs, dans la mesure, toutefois, où l’on maîtrise bien les eaux de surface. Du fait de leur rareté, ces sites ne devraient être utilisés pour les déchets inertes qu’après avoir prouvé leur inaptitude au classement I ou II.
Par ailleurs, on remarquera, d’une manière générale, que, si des déchets non inertes sont mêlés aux déchets inertes :
- tous les autres types de sites sont très vulnérables aux pollutions chimiques et l’impact sanitaire, grave à très grave, peut concerner une population moyenne à très nombreuse,
- quelques sites comme les gravières ou sablières hors d’eau sont un peu, ou nettement moins, vulnérables aux polluants biodégradables, à condition que l’épaisseur de la couche non saturée subsistant sous le fond de la carrière soit suffisante (oxygénation, dégradation bactérienne),
- dans les calcaires, où les carrières sont, de loin, les plus nombreuses, tous les polluants peuvent gagner rapidement les sources et captages, le milieu n’assurant aucune filtration.
- dans ces mêmes formations, le contrôle hydrochimique de l’aquifère par forages équipés pour les prélèvements est difficile car, souvent, les écoulements souterrains sont mal connus. Ainsi, la carte du panache de pollution, théorique ou effective, est plus aisée à établir dans les milieux moins discontinus et anisotropes comme les alluvions, que dans les roches fissurées. Pour ces mêmes raisons, les possibilités d’intervention efficace sont plus grandes à l’aval hydraulique des carrières de matériaux alluvionnaires où il est généralement facile de réaliser un ou plusieurs puits de fixation et de traitement.
REMARQUES CONCERNANT LE TABLEAU DE COMPARAISON DES RISQUES D’IMPACTS HYDROGÉOLOGIQUES DES DÉCHARGES, SELON LE TYPE DE CARRIÈRE
(1) - s : carrière sèche
- h : carrière humide
- n : carrière noyée
(2) - Risque variable suivant les dimensions de la carrière et l’importance de celles-ci par rapport à la largeur du lit majeur.
(3) - Variable selon la nature du substratum.
(4) - Sans objet, la groise reposant généralement sur un substratum marneux (marnes du Lias ou marnes oxfordo-argoviennes), très peu perméable, épais.
(5) - Si la couche argileuse est suffisamment épaisse, c’est-à-dire sans formation aquifère proche du fond de la carrière.
(6) - Sans objet, si la couche argileuse n’est pas mince ni superposée à un aquifère exploité sous-jacent.
(7) - Selon l’épaisseur de l’argile et la perméabilité du sédiment (fonction de la teneur en silt et en sable).
(8) - Sans objet, les carrières étant ouvertes généralement dans des séries marneuses très épaisses, très au-dessus des formations aquifères sous-jacentes.
TYPOLOGIE DES CARRIÈRES DU DOUBS FICHES DES DIFFÉRENTS TYPES DE CARRIÈRES F1 à F5
| F1 : GRAVIERES EN LIT MAJEUR DES RIVIÈRES |
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MATERIAU
Mélange de sables, graviers, galets en proportions variables. Grave naturelle 0/40 à 0/100 mm, la granulométrie étant en général de moins en moins grossière d’amont en aval.
UTILISATION
Granulats
FORMATION GÉOLOGIQUE
Alluvions fluviatiles quaternaires récentes des basses plaines alluviales des principaux cours d’eau ; siliceuses, calcaires ou silico-calcaires suivant la nature des roches du bassin versant ; épaisseur de quelques m à 12 m, sous 0,50 m à 4 m de découverte argilo-limoneuse. Substratum de nature très variable.
HYDROGÉOLOGIE
Formations généralement très perméables (perméabilité de l’ordre de 1.10-3 m/s) ; nappes à faible profondeur (1 à 2 m), en relation hydrodynamique avec les nappes des roches encaissantes, lorsque celles-ci sont perméables (calcaires). Fluctuation du niveau de la nappe variable, le plus souvent compris entre 1 m et 3 m.
INTÉRÊT ET VULNÉRABILITÉ DES AQUIFÈRES
Aquifères productifs à très productifs (30 m3/h à 300 m3/h), très sollicités (nombreux puits de captage) pour l’alimentation en eau potable des collectivités ; vulnérables, exposés aux pollutions chimiques ; filtration et épuration bactériologique variables selon la granulométrie.
CARACTÉRISTIQUES GÉOMÉTRIQUES DES CARRIÈRES
Superficie variable, de quelques hectares à plusieurs dizaines d’hectares ; profondeur assez faible, le plus souvent inférieure à 10 m, correspondant généralement à l’épaisseur des alluvions (exploitation jusqu’au toit du substratum).
ÉTAT HYDRIQUE
Carrières noyées par la nappe sur la plus grande partie, voire parfois sur la totalité (notamment en période de hautes eaux) de l’épaisseur des alluvions sablo-graveleuses.
NOMBRE
Relativement important ; gravières dispersées le long des principales rivières (Doubs, Ognon, Savoureuse).
EXEMPLES TYPES
Gravières de Saint-Vit dans la vallée du Doubs, en aval de Besançon.
OBSERVATIONS PARTICULIÈRES
Ces gravières s’inscrivent dans un milieu très sensible, dans lequel se superposent ou se confondent diverses ressources naturelles (eau, matériaux, espaces agricoles, biotopes…) et où les impacts s’enchaînent ; en particulier, les comblements de carrières inconsidérés, dans les zones exploitées intensivement, peuvent avoir des conséquences dommageables sur la productivité de l’aquifère, l’épuration des eaux, la régulation hydraulique d’une section de vallée.
| F2 : GRAVIERES DE LA PLAINE DE PONTARLIER |
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MATÉRIAU
Mélange de sables, graviers, galets de nature essentiellement calcaire ; fraction argileuse toujours présente en proportion variable ; ensemble hétérométrique, très mal trié avec imbrication de niveaux lenticulaires de granulométrie très variable ; le matériau le plus représentatif est une grave naturelle 0/70 mm comprenant 20% d’éléments 0/5 mm et 30% d’éléments supérieurs à 20 mm.
UTILISATION
Granulats.
FORMATION GÉOLOGIQUE
- "Cône" de déjection fluvio-glaciaire formant une vaste plaine (plaine de Pontarlier ou plaine de l’Arlier) à l’Ouest et au Nord-Ouest de Pontarlier (F), au débouché de la cluse du Doubs entre cette rivière et le Drugeon ; la topographie de la nappe d’épandage est à peu près plane, faiblement et régulièrement pentée (pente de 0,35% d’Est en Ouest). L’épaisseur des alluvions grossières varie de quelques mètres à près de 30 mètres (sous la zone industrielle de Pontarlier), sous quelques dm de terre végétale plus ou moins caillouteuse. Le substratum est marneux (dépôt glacio-lacustre) sur la plus grande partie de la plaine, calcaire (Hauterivien), en bordure externe de celle-ci.
- Lambeaux de terrasses fluvio-glaciaires en bordure de la plaine.
HYDROGÉOLOGIE
Perméabilité élevée (1,5.10-3 à 2,6.10-2 m/s) ; nappe à faible profondeur (1 m à 2 m) dans les parties externes du "cône" d’épandage, plus profonde (jusqu’à 7 m dans la partie centrale où l’altitude du terrain naturel est plus élevée ; fluctuation du niveau de la nappe de l’ordre de 1 m au Sud et à l’Est, pouvant atteindre 2,50 m dans les parties centrale et septentrionale.
INTÉRÊT ET VULNÉRABILITÉ DE L’AQUIFÈRE
Aquifère productif (30 à 100 m3/h) activement exploité (6 puits existants, nouveaux puits projetés) pour l’alimentation en eau potable des collectivités (Pontarlier et communes voisines) ; très vulnérable en l’absence de couverture argileuse ou limoneuse protectrice ; filtration et épuration bactériologique, mais exposition aux risques de pollutions chimiques.
CARACTÉRISTIQUES GÉOMÉTRIQUES DES CARRIÈRES
Superficie de quelques hectares à 20 hectares environ ; profondeur 3/4 m (carrières hors d’eau) à 6/8 m (carrières en eau).
ÉTAT HYDRIQUE
Carrières hors d’eau mais à fond humide (proximité de la nappe) dans la partie centrale de la plaine ; noyées dans la nappe en bordure externe du cône d’alluvions.
NOMBRE
3 carrières autorisées, dont une hors d’eau ; 5 carrières abandonnées, dont une hors d’eau.
EXEMPLES TYPES
- Vuillecin (gravière en eau),
- Dommartin (carrières hors d’eau).
OBSERVATIONS PARTICULIÈRES
La plaine de Pontarlier est une zone très sensible, où la nappe est mal protégée et où règne un conflit permanent résultant de la concomitance de l’exploitation de la ressource en eau et de la ressource en granulats (pratiquement la seule ressource en matériaux alluvionnaires de la région).
| F3 : GROISIÈRES |
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MATÉRIAU
Eboulis calcaire à éléments anguleux et matrice argilo-sableuse.
UTILISATION
Tout-venant de viabilité.
FORMATION GÉOLOGIQUE
"Groise" est le nom donné, dans la région, à des éboulis calcaires calibrés qui se sont formés au Quaternaire, sous climat périglaciaire et se sont accumulés au pied des falaises dont ils sont issus et qu’ils masquent en partie. Adossés au pied des falaises, ils reposent le plus souvent sur des terrains marneux (marnes liasiques ou oxfordo-argoviennes). Ce mode de dépôt explique que l’épaisseur de la groise varie très rapidement dans le sens perpendiculaire au versant : de 0 m à l’aval à plusieurs dizaines de m parfois à l’amont, au pied même de la falaise.
HYDROGÉOLOGIE
Formation perméable, généralement sèche, mais masquant souvent des émergences karstiques qui prennent naissance au contact des calcaires et des marnes sous-jacentes imperméables et qui circulent à la base des éboulis avant d’apparaître au jour au pied de ceux-ci.
INTÉRÊT ET VULNÉRABILITÉ DES AQUIFÈRES
Du fait de la morphologie des dépôts et de leur situation élevée par rapport au niveau de base hydrographique, les groises ne sont pas des réservoirs aquifères et, du fait de leur perméabilité, ne constituent pas une protection efficace pour les eaux souterraines susceptibles de circuler à leur base (cf. paragraphe précédent) ; filtration et épuration aléatoire ; sensibilité aux risques de pollution chimique.
CARACTÉRISTIQUES GÉOMÉTRIQUES DES CARRIÈRES
Quelques carrières d’assez grande envergure, allongées parallèlement au versant, au front de taille haut, parfois de plus de 20 m, mais d’extension latérale limitée. Une grande partie des excavations, de dimensions modestes, correspond à des prélèvements de matériaux de viabilité effectués épisodiquement (et souvent sans autorisation) pour les besoins de la commune.
ÉTAT HYDRIQUE
Carrières généralement hors d’eau, parfois humides au fond lorsque le substratum marneux est atteint ou très proche.
NOMBRE
Les carrières de groises sont nombreuses, la plupart de faible envergure et presque toutes abandonnées.
EXEMPLE TYPE
- Ornans,
- Pont-de-Roide.
OBSERVATIONS PARTICULIÈRES
Les carrières de groise, situées généralement à flanc de coteaux, en milieu boisé, agressent le paysage (visibles de loin). Elles constituent des lieux de prédilection pour les décharges sauvages.
| F4 : CARRIÈRES DE MARNES ET D’ARGILES |
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MATÉRIAU
Marnes, marnes sableuses, argiles carbonatées, argiles d’altération.
UTILISATION
Matière première pour produits de terre cuite : tuiles et briques, poteries.
FORMATIONS GÉOLOGIQUES
- Marnes de l’Oxfordien inférieur, intercalées entre les calcaires du Malm (Jurassique supérieur) et les calcaires du Dogger (Jurassique moyen), affleurant de façon plus ou moins sporadique dans les collines préjurassiennes et les plateaux.
- Marnes du Lias (Jurassique inférieur), affleurant largement dans la partie occidentale des Avant-Monts, au Nord et Nord-Ouest de Besançon.
Ces séries marneuses, épaisses de plusieurs dizaines de mètres, sont plus ou moins altérées et transformées en argile (par décarbonatation) en surface.
- Limons et argiles d’altération superficielle.
HYDROGÉOLOGIE
Très faible perméabilité ; les eaux de pluie ruissellent en surface ou s’infiltrent dans les premiers mètres de marnes altérées et circulent à la limite marne altérée - marne saine (circulation "sous-cutanée").
INTÉRÊT ET VULNÉRABILITÉ DES AQUIFÈRES
Pas d’aquifère dans les terrains marneux ou argileux qui jouent le rôle d’écran protecteur efficace vis-à-vis des réservoirs aquifères sous-jacents (calcaires du Jurassique principalement).
NOMBRE ET CARACTÉRISTIQUES GÉOMÉTRIQUES DES CARRIÈRES
Exploitations en butte (à flanc de coteau) ou en fosse. Les carrières de grande envergure (superficie de plusieurs hectares, hauteur supérieure à 10 m) sont exceptionnelles (une seule carrière en activité actuellement à Lantenne-Vertière).
Jadis, un très grand nombre (132 tuileries en activité recensées en 1864 dans le département du Doubs) de tuileries-briqueteries fonctionnaient de façon épisodique et artisanale pour satisfaire, chacune, les besoins de quelques villages. On exploitait également les marnes (marnières) pour amender les sols. Les "carrières" n’étaient que de simples excavations superficielles (hauteur 1 à 3 m), de faible extension qui, après leur abandon, ont été remblayées et/ou colonisées par la végétation, de telle sorte que la plupart des lieux d’extraction ont disparu du paysage.
ÉTAT HYDRIQUE
Variable, selon la situation topographique, l’ouverture de la carrière, c’est-à-dire les possibilités de drainage naturel ; exposition aux ruissellements sur les parois ; faculté de rétention de l’eau.
EXEMPLE TYPE
Carrière de Lantenne-Vertière.
OBSERVATIONS PARTICULIÈRES
Les marnes oxfordiennes et liasiques renferment souvent des sulfures (pyrites) et des sulfates (gypse formé secondairement par combinaison des sulfures avec les ions bicarbonatés). Les eaux de ruissellement peuvent donc se charger naturellement en sulfates.
| F5 : CARRIÈRES DE CALCAIRES |
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MATÉRIAU
Calcaires variés, compacts, à pâte fine, oolithiques, graveleux, organodétritiques), massifs ou en dalles.
UTILISATION
Granulats, construction.
FORMATION GÉOLOGIQUE
Le département du Doubs est particulièrement riche en formations calcaires qui, pratiquement toutes, sont, ou ont été exploitées localement :
- calcaires du Crétacé (rarement exploités),
- calcaires du Jurassique supérieur (Malm) : Portlandien, Kimméridgien, Oxfordien supérieur et moyen,
- calcaires du Jurassique moyen (Dogger) : Bathonien, Bajocien,
Toutes ces séries calcaires sont épaisses, chacune, de plusieurs dizaines de mètres.
HYDROGÉOLOGIE
Les calcaires, plus ou moins fissurés et karstifiés, constituent un milieu perméable en grand :
- karst perché, au-dessus du niveau de base hydrographique : aquifère seulement à la base, alimentant des sources de déversement, au débit très variable, parfois temporaires, situées sur les versants, au pied des escarpements calcaires (cuestas), au contact des marnes sous-jacentes imperméables,
- karst en tout ou partie sous le niveau de base hydrographique : noyé au moins jusqu’à la cote du niveau de base, alimentant des sources de débordement à débit plus ou moins important, situées à la base des versants,
- tout karst : développement anisotrope, selon le plan d’ouvertures tectoniques du réseau fissural (écoulement souterrain selon un réseau organisé).
INTÉRÊT ET VULNÉRABILITÉ DES AQUIFÈRES
- karst perché : sans réserve importante, faiblement productif,
- karst encaissé : réservoir de productivité variable selon le degré de fracturation de la roche,
- toute formation calcaire affleurante : très vulnérable, exposée à toutes les pollutions, sans capacité de filtration ; circulations rapides.
CARACTÉRISTIQUES GÉOMÉTRIQUES DES CARRIÈRES
- Carrières de toutes tailles (superficie de quelques hectares à plusieurs dizaines d’hectares ; hauteur quelques mètres à plusieurs dizaines de mètres).
- Exploitation en butte (à flanc de coteau) ou en fosse (plus rarement),
- Découverte généralement peu épaisse (terre végétale et partie supérieure du calcaire altéré et pollué par des argiles de décalcification).
ÉTAT HYDRIQUE
Carrières sèches, sauf rares exceptions, lorsque l’approfondissement atteint la nappe phréatique (fond de carrière noyé).
NOMBRE
Important : plus de 100, dont 70 environ encore actives en 1992, recensées par la DRIRE, sans compter les nombreuses carrières communales, généralement de faible envergure, toutes abandonnées aujourd’hui.
EXEMPLES TYPES
- Carrière de Chalezeule (Dogger), pour granulats (abandonnée).
- Carrière de Merey-Sous-Montrond (Dogger), pour granulats.
- Carrières au Nord de Besançon (pierres de taille).