1.3.1 Histoire morphologique
Les processus g´eologiques peuvent ˆetre `a l’origine de d´estabilisations. L’´erosion sui-vie du retrait d’un glacier a ´et´e propos´e comme un facteur important de d´estabilisation des versants par d´ecompression et suppression d’une but´ee en pied (Ballantyne, 2002; Oppikofer et al., 2008; Moore et al., 2009). Dans le cas du retrait glaciaire, toute-fois, il semble exister une certaine latence entre le recul du glacier et le d´ebut de d´estabilisation du massif (Le Roux et al., 2009). La figure 1.12 illustre le r´esultat d’une incision fluviale ou glaciaire qui a supprim´e la but´ee de pied et cr´ee une topo-graphie plus marqu´ee, qui peut diminuer la tenue du massif (Cornforth, 2005).
L’action anthropique, `a des ´echelles temporelles beaucoup plus courtes, g´en`ere de nombreux glissements suite `a la mise en place de remblais sur des sols peu stabilis´es ou suite `a la cr´eation d’un d´eblai en pied de pente (rapports internes du CETE de Lyon).
Incision
Sables
Argiles
Topogra
phie initiale Cisaillement
Figure 1.12– Glissement de terrain caus´e par rupture de la tenue en pied de pente (Cornforth, 2005). L’incision en pied de pente peut ˆetre caus´ee par une rivi`ere, un glacier ou bien par action anthropique.
1.3.2 Pluviom´etrie et fonte des neiges
De tr`es nombreux travaux ont mis en ´evidence le lien entre la m´et´eorologie et l’activit´e des glissements (parmi d’autres, Iverson, 2000; Picarelli et al., 2004; Coro-minas et al., 2005; Corsini et al., 2005; Tofani et al., 2006; Matsuura et al., 2008).
L’effet de la pluviom´etrie se r´epercute sur l’augmentation de la pression intersti-tielle via l’infiltration de l’eau dans le sol. Durant un cycle saisonnier, ces auteurs ont soulign´e que l’activit´e des glissements ´etait pr´ef´erentiellement concentr´ee lors des p´eriodes des plus fortes pr´ecipitations en terme d’intensit´e et de dur´ee (orages d’´et´e) ou au moment de la fonte des neiges associ´ee `a des ´ev´enements pluvieux marqu´es (fin d’hiver - d´ebut de printemps). Ces observations ont conduit certains auteurs `a proposer un syst`eme d’alerte en temps r´eel (Keefer et al., 1987) ou `a moyen terme (Aleotti, 2004) en cas de pluies intenses.
L’infiltration d’eau au sein du syst`eme suite `a des fortes pluies ou `a la fonte des neiges favorise la d´estabilisation en agissant de plusieurs fa¸cons. La circulation de fluides dans des couches `a granulom´etrie plus ´elev´ee peut augmenter l’effet couche savon en diminuant la coh´esion intergranulaire. L’augmentation de la pression interstitielle par infiltration depuis la surface contribue `a diminuer les contraintes effectives (´equation 1.3). La hausse (naturelle ou anthropique) du niveau de base de la nappe a pour effet de diminuer les contraintes effectives (´equation 1.3), soit de l’ensemble du massif en cas de pluie, soit de sa partie inf´erieure en cas d’´el´evation du niveau de la nappe. En Chine, la mise en eau du barrage des 3 Gorges a diminu´e le facteur de stabilit´e de 30 % des glissements recens´es (Keqiang et al., 2008).
Du point de vue cin´ematique, l’acc´el´eration d’un glissement en fonction de la pression interstitielle s’exprime de la fa¸con suivante (Schulz et al., 2009b) :
m·a=τ0−c0 ·σ0tanφ0 =τ0−(c−u)·σ0tanφ0 (1.4) Avec :
m = masse du glissement par unit´e de surface ; a = acc´el´eration du glissement le long de la pente ;
τ0 = contrainte cisaillante effective le long de la surface de rupture ; c’ = coh´esion effective (c’ = c - u) ;
σ0 = contrainte normale effective ;
φ0 = angle de frottement effectif ; c = coh´esion ;
u = pression interstitielle.
Cette ´equation indique que l’augmentation de la pression interstitielleuconduit `a une acc´el´eration de l’activit´e du glissement et vice-versa. Dans le cas de glissements sub-parall`eles `a la pente, le niveau de la nappe contrˆole la pression interstitielle (Schulz et al., 2009b) et influe ainsi sur la cin´ematique du mouvement.
1.3.3 Les s´eismes
Les relations entre s´eisme et d´eclenchement d’un mouvement de terrain sont beau-coup moins bien document´ees que celles qui concernent le couple pluie / mouvement de terrain. Cet ´etat de fait provient en partie de ce que ces relations sont moins bien comprises, mais aussi que les bases de donn´ees sont encore relativement r´eduites (Keefer, 2002; Sidle and Hochiai, 2006). Ces derni`eres ont toutefois ´et´e enrichies depuis quelques d´ecennies grˆace `a des ´etudes a posteriori conduites, notamment, `a l’aide d’analyses combin´ees d’images a´eriennes et de terrain (Keefer, 2002).
Les premiers travaux de synth`ese sur cet aspect sont `a porter au cr´edit de Keefer (1984). La figure 1.13 pr´esente la surface affect´ee par des mouvements de terrain en fonction de la magnitude d’un s´eisme. Sur la base d’un catalogue de 40 s´eismes mondiaux, cet auteur a trouv´e une relation logarithmique empirique entre magnitude d’un s´eisme et distance maximum d’occurrence de glissements induits. De la mˆeme mani`ere, Rodriguez et al. (1999), ont trouv´e le mˆeme type de relation pour un ensemble de glissements survenus entre 1980 et 1997. Ces relations ont ´et´e ´etendues `
a d’autres caract´eristiques, comme la distance ´epicentrale, par exemple.
1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 5 6 7 8 9 Limite supé rieur e Mouvement à terre Mouvement au large Magnitude S u rf a ce a ff e ct é e pa r d e s m o u ve m e n ts (k m ²)
Figure 1.13– Relation entre la surface affect´ee par des mouvements de terrain et la magni-tude d’un s´eisme (Keefer, 1984).
En parall`ele de ces travaux de recensement, de nombreuses ´etudes se sont pench´ees sur les relations entre, d’une part, les caract´eristiques des s´eismes et le contexte morpho-g´eologique en pr´esence et, d’autre part, le type de mouvement d´eclench´e (Harp and Jibson, 1996; Parise and Jibson, 2000; Picarelli et al., 2005; Bozzano et al., 2008). En ´etudiant les glissements induits par le s´eisme de Northridge en Californie (17 janvier 1994, M = 6.7), Parise and Jibson (2000) ont remarqu´e qu’il n’y avait pas de relation univoque entre la distance au foyer et le nombre de glissements induits. Au contraire, ce nombre apparaissait corr´el´e avec la topographie de mˆeme qu’avec la nature g´eologique du substratum. De surcroˆıt et ´etonnamment, les grands glissements quaternaires situ´es dans la r´egion d’influence du s´eisme n’ont alors pas ´et´e r´eactiv´es. Au contraire, Harp and Jibson (1996) et Bozzano et al. (2008), ont report´e une r´eactivation de glissements inactifs ou fossiles par for¸cage sismique.
Meunier et al. (2007) ont ´etudi´e la d´ependance de la densit´e de mouvements de terrain co-sismiques et le pic d’acc´el´eration (PGA ;peak ground acceleration) du sol en fonction de la distance `a l’´epicentre pour les ´ev´enements de Chi-Chi (Taiwan, 20 septembre 199, M = 7.6 ; Fig. 1.14a) et de Northridge (Californie, 17 janvier 1994, M = 6.7 ; Fig. 1.14b). Les r´esultats sugg`erent, d’une part, une relation lin´eaire entre le PGA et la densit´e de mouvements de terrain co-sismiques et, d’autre part, une r´epartition de la densit´e des mouvements par rapport `a l’hypocentre qui semble suivre une loi d’att´enuation comparable `a celle de l’´energie sismique. Ces r´esultats indiquent que la r´epartition des mouvements de terrain induits par les s´eismes est reli´ee `a l’acc´el´eration du sol.
a) b)
Figure 1.14 – Densit´e de mouvements de terrain et PGA en fonction de la distance `a l’´epicentre (Meunier et al., 2007).a)Cas du s´eisme de Chi-Chi.b)Cas du s´eisme de Northridge.
Un autre ph´enom`ene d´eclencheur de glissements de terrain et li´e aux s´eismes est l’amplification des vibrations r´esultant de la g´eologie locale (effet de site). Notam-ment, les bassins s´edimentaires, combl´es par des mat´eriaux alluvionnaires peu ou pas indur´es, qui reposent sur un substratum rocheux, g´en`erent des amplifications `a des fr´equences bien d´etermin´ees. Havenith et al. (2000, 2003) ont ´etudi´e le glissement de terrain de Suusamyr (Kirghizstan, Asie centrale), d´eclench´e par le s´eisme de Suusa-myr (M=7.3) en 1992, le long d’une faille distante de moins de 5 km. Cette coul´ee de d´ebris correspond `a la r´eactivation de pr´ec´edentes ruptures. Les ´etudes conduites au moyen de prospections g´eophysiques et d’essais g´eotechniques ont montr´e que le glissement a mobilis´e un volume de 0.5-1×106m3 d’ar´enites quaternaires meubles, situ´ees au-dessus de s´ediments n´eog`enes compacts. Le m´ecanisme de d´eclenchement semble ˆetre le s´eisme de 1992, qui se serait surimpos´e `a une augmentation de la teneur en eau du massif, en particulier `a l’int´erieur de fractures caus´ees par l’en-dommagement progressif de la masse instable.
Les vibrations engendr´ees par un s´eisme peuvent aussi avoir comme cons´equence la liqu´efaction des sols. Ces derniers, selon leur nature, peuvent adopter un compor-tement fluide sous sollicitation sismique. Bien que de nature diff´erente d’un glisse-ment de terrain, des ph´enom`enes de liqu´efaction concomitants de glissements ont ´
Enfin, des perturbations s´edimentaires lacustres (s´eismites, figures d’´echappement de fluides, glissements) caus´ees par des s´eismes ont ´et´e mises en ´evidence dans des (pal´eo-)lacs alpins (Chapron et al., 1996; Lignier et al., 1998; Chapron et al., 2004) et une synth`ese r´ecente a ´et´e propos´ee par Beck (2009). Outre constituer des archives de la relation sismicit´e-glissement, ces formations peuvent ˆetre consid´er´ees comme des figures de discontinuit´e au sein des s´equences s´edimentaires. De telles perturbations de la s´edimentation (dont la cause ne peut pas ˆetre formellement identifi´ee) ont ´et´e observ´ees au sein des Argiles du Tri`eves lors de ce travail.
En conclusion, les s´eismes peuvent ˆetre `a l’origine de nombreux mouvements de terrain. Toutefois, leur effet peut ˆetre complexe `a estimer (relation distance ´epicentrale/nombre de glissements, effet de site, etc.). Ainsi, afin d’appr´ehender au mieux leur influence sur les mouvements de terrain, il convient de prendre en compte les trois facteurs suivants (Havenith et al., 2002) : le m´ecanisme au foyer, le trajet emprunt´e par les vibrations et le contexte morpho-g´eologique du mouvement.