Chapitre 5 : Caractérisation cinématique de surface (déplacement, déformation) des glissements-coulées par LiDAR
5.1 Etat de l’art : cinématique des glissements-coulées
5.1.2 Connaissances antécédentes de la cinématique de surface du glissement-coulée de Super-Sauze
Figure 5.1 – Période d’acquisition minimale permettant de détecter des déplacements significatifs dans les glissements-coulées de Super-Sauze et de La Valette pour les techniques utilisées dans ce travail : système de positionnement global (GPS), scanner laser terrestre (TLS), photogrammétrie optique terrestre (TOP), scanner laser aéroporté (ALS) et photogrammétrie optique aéroportée (AOP).
5.1.2 Connaissances antécédentes de la cinématique de surface du glissement-coulée de Super-Sauze
De 1996 à 2007, les déplacements de surface de la coulée ont été déterminés à partir d’un réseau de surveillance topométrique, extensométrique et GPS (Maquaire et al., 2001 ; Malet et al., 2002). Plusieurs générations de cibles topométriques ont été implantées pour suivre le recul de l’escarpement principal et quantifier les déplacements (Weber, 1993 ; Weber, 2001 ; Malet, 2003 ). La cinématique de la coulée a également fait l’objet d’une étude photogrammétrique par couples stéréoscopiques de photographies aériennes de 1956, 1971, 1978, 1982, 1988, 1995 et 2000 pour produire des MNTs à précision horizontale de 2 à 7 m et à précision verticale de 1 m (Weber & Herrmann, 2000). Les MNTs différentiels et la comparaison temporelle des photographies aériennes ont permis de déterminer la cinématique à long terme de la coulée. La progression du glissement-coulée depuis son déclenchement dans les années 1960 jusqu’à son état actuel est exhaustivement décrite par Weber & Herrmann (2000) et Malet (2003). Le glissement-coulée est caractérisé par deux phénomènes morphologiques majeurs que sont (i) le recul lent de l’escarpement principal par éboulements et chutes de blocs dans la zone d’ablation et (ii) l’extension en aval du corps de la coulée (zones de transit et d’accumulation).
5.1.2.1 Cinématique de la zone d’ablation
La photographie aérienne et le MNT de 1956 révèlent la présence d’une faille orientée Sud Ouest-Nord Est correspondant à la limite entre la zone de badlands et le replat supérieur (position du glacier rocheux) au-dessus du glissement-coulée. Cette faille est bien repérable sur le terrain (Figure 5.2 A). Une faille normale orientée Sud Sud Est - Nord Nord Ouest dans l’axe du bassin torrentiel a également été identifiée par l’analyse de l’agencement structural du bassin torrentiel. Elle recoupe la faille précédente, divise l’escarpement principal en deux parties (Est et Ouest) et se prolonge sous le glacier rocheux de la Goutta (Maquaire et al., 2001 ; Malet, 2003). Cette faille recoupe un synclinal inversé dont la stratification est subparallèle au flanc Est de l’escarpement principal. Elle favorise l’extension de l’escarpement vers le Sud Sud Ouest. Ce réseau de failles régionales offre une prédisposition structurale à la rupture, la source de La Goutta alimentée par le glacier rocheux en amont est probablement une deuxième cause de la formation de l’escarpement principal. Des glissements structuraux plus superficiels accompagnent la déstabilisation profonde de l’ensemble du massif (Malet et al., 2002).
Figure 5.2 - Configuration structurale de la zone d’ablation du glissement-coulée de Super-Sauze, A) photographie en direction du Sud et représentation des principales structures (juillet 2007), B) coupe parallèle à la faille Sud Sud Est – Nord Nord Ouest avec représentation schématique de l’évolution de la coulée (adapté de Malet, 2003), C) rupture en dièdre sur la paroi Est de l’escarpement principal (Malet, 2003).
L’escarpement principal est régulièrement affecté par des chutes de blocs et des éboulements impliquant des volumes de quelques décimètres cubes à plusieurs milliers de mètres cubes (Weber & Herrmann, 2000 ; Malet, 2003). La Figure 5.2 B résume schématiquement l’évolution de la coulée dans la zone d’escarpement depuis la rupture. Entre 1971 et 1978, un premier éboulement important est recensé dans la partie Est de l’escarpement principal. Les dépôts sont ensuite mobilisés en coulées boueuses remplissant progressivement le fond des ravines. Entre 1978 et 1982, un éboulement plus important affecte la partie Nord de l’escarpement dans le prolongement de la faille principale Sud Ouest - Nord Est. Un troisième éboulement se produit entre 1988 et 1995 dans la partie Ouest de l’escarpement, il met en évidence un plan de glissement subvertical correspondant probablement à une discontinuité majeure dans cette partie de l’escarpement. En plus de ces éboulements à forts cubages (de l’ordre du millier de mètres cubes), des chutes de blocs isolées se produisent régulièrement durant l’année (Figure 5.2 C). Ces apports de matériaux chargent le replat supérieur et approvisionnent rapidement le corps du glissement-coulée. Le recul de l’escarpement principal entre 1971 et 1995 atteint environ quarante mètres. Son extension en amont s’est ensuite ralentie à partir de 1997, date à laquelle un éboulement avait emporté une cabane de berger. La zone d’ablation a tendance à se vidanger rapidement dû à la progression continue de la coulée en aval. Dans la zone d’ablation, la direction des déplacements est relativement indépendante de la géométrie de l’ancienne topographie actuellement recouverte par les matériaux provenant de l’escarpement principal.
Afin de déterminer les mécanismes cinématiques de la rupture affectant l’escarpement principal, une étude structurale a été effectuée sur le terrain (Malet, 2003). Quatre familles de discontinuités y sont distinguées :
• La famille 1 regroupe la stratification S et la schistosité principale S1 à agencement subparallèle dont l’azimut et pendage sont de 270°/75° à l’Est de la faille Sud Sud Est – Nord Nord Ouest. Cette famille plonge ensuite vers N130° plus à l’Est. Le fait que S1 soit parallèle à S indique que l’escarpement principal se situe dans un flanc du synclinal inversé. A l’Ouest de la faille Sud Sud Est –Nord Nord Ouest, l’azimut et pendage de S et S1 sont de 230°/20°;
• La famille 2 correspond à des joints argileux persistants à espacements décimétriques plus ou moins parallèles à la stratification ;
• Les familles 3 et 4 représentent deux séries de diaclases D1 (170°/85°) et D2 (020°/70° et 050°/30°-70°) à filons de calcite néoformés, épais de 1 à 3 cm à espacements décimétriques.
Les parties Est et Ouest de l’escarpement ne présentent aucune similarité structurale à cause de la présence de la faille Sud Sud Est – Nord Nord Ouest. La partie Est de l’escarpement est le secteur le plus favorable à des ruptures en dièdre d’axe de propagation d’environ 308°/51°, 262°/53° et 339°/23° correspondant à l’intersection des diaclases D2 avec la famille 1 et de la famille 2 avec la famille 1 (Figure 5.2 C). Le recul principal de la couronne s’effectue dans ce secteur (Malet, 2003). Les volumes mobilisés par les glissements dièdres peuvent atteindre 20 à 40 m3. L’agencement structural de la partie Ouest de l’escarpement est peu propice au décollement de dièdres (Malet, 2003). Des éboulements en masse importants sont toutefois possibles dans cette zone (Weber & Herrmann, 2000).
5.1.2.2 Cinématique des zones de transit et d’accumulation
Les matériaux de la zone d’ablation sont rapidement altérés en une matrice silteuse englobant des blocs de marnes et de moraines. Ces matériaux sont emportés en aval dans le corps de la coulée et recouvrent progressivement l’ancienne topographie. La coulée est compartimentée en secteurs allongés et étroits, en relation directe avec l’ancienne topographie. De manière générale, les taux de déplacement en surface sont importants et hétérogènes sur l’ensemble de la coulée. L’amplitude des déplacements diminue de l’amont vers l’aval et du centre vers les bords (Malet, 2003) (Figure 5.3 A, B). Cette distribution spatiale des déplacements a également été mise en évidence par corrélation d’images SPOT entre 2003 et 2004 (Thomas, 2006). La coulée s’engouffre actuellement dans un talweg dont la largeur diminue en aval, limitant ainsi son expansion latérale et augmentant son épaisseur (Weber & Herrmann, 2000).
Les vitesses annuelles moyennes varient de 0.002 à 0.03 m.jour-1 et peuvent atteindre des maxima de 0.4 m.jour-1. Les déplacements montrent une forte dépendance saisonnière qui se caractérise par deux périodes d’accélération au printemps et en automne suivies de deux périodes plus calmes en été et en hiver. Le maximum des déplacements journaliers est systématiquement atteint pendant la période de fonte du manteau
neigeux entre la avril et la juin et pendant la période des pluies d’automne vers la octobre et mi-novembre (Malet et al., 2009). En été, pendant le drainage général de la nappe, les vitesses diminuent mais ne s’annulent pas ; le matériau continue à s’écouler sous l’influence de la gravité (Malet, 2003). Les fluctuations du niveau piézométrique sont corrélées avec les taux de déplacements sur l’ensemble de la coulée. Cependant la position du niveau piézométrique dépend des conditions locales. Les pressions interstitielles les plus élevées sont localisées dans la partie la plus active du glissement à proximité de la crête stable in situ. En période de nappe basse, la vitesse moyenne des déplacements est réduite d’un facteur 100 (0.20 m.jour-1 en période de nappe haute ; 0.02 m.jour-1 en période de nappe basse) (Malet, 2003).
Figure 5.3 – Comportement cinématique du glissement-coulée de Super-Sauze (adapté de Malet, 2003), A) carte morphologique avec les vecteurs de déplacement de la période 1996-2000, B) carte produite par interpolation des vitesses moyennes sur la période 1996-2003.