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Forçage sismique et déclenchement des mouvements de terrain : apport du suivi de glissements de terrain lents dans la vallée de la Colca, Pérou

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Academic year: 2021

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HAL Id: tel-02515917

https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02515917

Submitted on 23 Mar 2020

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Forçage sismique et déclenchement des mouvements de terrain : apport du suivi de glissements de terrain lents

dans la vallée de la Colca, Pérou

Noelie Bontemps

To cite this version:

Noelie Bontemps. Forçage sismique et déclenchement des mouvements de terrain : apport du suivi de

glissements de terrain lents dans la vallée de la Colca, Pérou. Géologie appliquée. Université Grenoble

Alpes, 2019. Français. �NNT : 2019GREAU028�. �tel-02515917�

(2)

THÈSE

Pour obtenir le grade de

DOCTEUR DE LA COMMUNAUTE UNIVERSITE GRE- NOBLE ALPES

Spécialité : Terre Solide

Arrêté ministériel : 25 mai 2016

Présentée par

Noélie Bontemps

Thèse dirigée par Eric Larose, Directeur de Recherche, CNRS, Et codirigée par Pascal Lacroix, Chargé de Recherche, IRD

préparée au sein du Laboratoire Institut des Sciences de la Terre dans l'École Doctorale Terre, Univers, Environnement

Forçage sismique et déclenchement des mouvements de terrain ; apport du suivi de glissements de terrain lents dans la vallée de la Colca, Pérou.

Thèse soutenue publiquement le 20 décembre 2019, devant le jury composé de :

Mme. Laurence AUDIN

Directrice de Recherche, IRD, ISTerre, Grenoble, France, Présidente du Jury

M. Niels HOVIUS,

Professeur, GFZ Postdam, Allemagne, Rapporteur.

M. Andrea MANCONI

Assistant Professeur, ETH Zurich, Suisse, Rapporteur.

Mme. Anne MANGENEY

Professeur, IPG Paris, France, Examinatrice

M. Eric LAROSE

Directeur de recherche, CNRS, ISTerre, Grenoble, France, Directeur de thèse

M. Pascal LACROIX

Chargé de recherche, IRD, ISTerre, Grenoble, France, Co-Directeur de thèse, in-

vité

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T ABLE DES MATIERES

(12)
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(15)

𝑲𝑫 𝑮

(16)
(17)
(18)
(19)
(20)
(21)
(22)

𝛥𝑃.

(23)

𝛥𝑝

𝛥𝑝

𝛥𝑉 𝛥𝑃

𝐾

𝛥𝑃.

(24)

𝐾

𝐷

=

∆𝑉/𝑉∆𝑃

|

drainé

𝐾

𝑢

=

∆𝑉/𝑉∆𝑃

|

non drainé

𝐾

𝐷

𝐾

𝑢

1 𝐾𝐷

=

𝐾1

𝑠

+

𝐾𝜙

𝑝

𝐾

𝑠

𝐾

𝑝

𝐾

𝑠

𝐾

𝑢

𝐾

𝑢

= 𝐾

𝐷

+

𝐾𝜙𝑓

𝐾

𝑓

𝛥𝑃

𝛥𝑉

(25)

𝛥𝑝 𝛥𝑃

∆𝑃

= ∆𝑃 − ∆𝑝 Δ

𝐾

𝑝

𝐾

𝑠

∆𝑃

′′

= ∆𝑃 − 𝛼∆𝑝

Δ 𝛼

𝛼 = 1 −

𝐾𝐾𝐷

𝑠

𝐾

𝑠

→ ∞ 𝛼 = 1

(26)

𝐹𝑠 =

𝑓𝑜𝑟𝑐𝑒𝑠 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑓𝑜𝑟𝑐𝑒𝑠 𝑚𝑜𝑡𝑟𝑖𝑐𝑒𝑠

(27)

𝜑

𝜏 𝑃

𝜏 = 𝑃 𝑠𝑖𝑛𝜑 𝜏

𝑅

𝜏

𝑅

= 𝑐 + 𝜎

𝑡𝑎𝑛 𝛼

𝜏

𝑅

𝑐 𝜎′

𝛼 𝜎′

𝜎

𝜎

= 𝜎 − 𝑢

𝐹𝑠 =

𝑐+(𝜌𝑠𝑔𝑧 𝑐𝑜𝑠2𝜑−𝑢) 𝑡𝑎𝑛 𝛼 𝜌𝑠𝑔𝑧 𝑠𝑖𝑛 𝜑 𝑐𝑜𝑠 𝜑

(28)

(29)

(30)
(31)

(32)

𝜏

𝑐

𝜏

𝑐

(33)

𝜏

𝑐

(34)

(35)

(36)

(37)

(38)

(39)
(40)

(41)

𝑓

0

𝑓

0

=

4𝐻𝑉𝑠

𝑉

𝑠

(42)
(43)

1 − 𝜎

(44)
(45)
(46)
(47)
(48)

(49)

𝑅𝑖𝑠𝑞𝑢𝑒 = 𝑃

𝑎𝑙é𝑎

𝑋𝑃

𝑖𝑚𝑝𝑎𝑐𝑡(𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑎𝑓𝑓𝑒𝑐𝑡é𝑒)

𝑋𝑃

𝑖𝑚𝑝𝑎𝑐𝑡𝑒(𝑡𝑒𝑚𝑝𝑠)

𝑋 𝑉𝑢𝑙𝑛é𝑟𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑡é 𝑋 𝑉𝑎𝑙𝑒𝑢𝑟

P

aléa

P

impact(aire affectée)

𝑃

impact(temps)

𝑃

impact(temps)

= 1

(50)
(51)
(52)
(53)
(54)

(55)
(56)
(57)

(58)
(59)
(60)
(61)
(62)
(63)

A

B C

(64)

(65)

A

B

(66)
(67)
(68)
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(70)

C

(71)
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(74)

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(78)

C

(79)
(80)
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(82)

(83)
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(87)
(88)
(89)
(90)
(91)
(92)
(93)

𝑡

𝑑

(94)

𝑁

𝑀

𝑚𝑖𝑛

≤ 𝑀 ≤ (𝑁 − 1)𝑁

𝑙

𝑑

𝑙

= 𝐺

𝑙

𝜆

𝑙

[ 𝑑

1𝑙

𝑑

2𝑙

⋮ 𝑑

𝑀𝑙

]

= [

1 0 … 0 0 1 1 0 … 0

⋮ 0 ⋮

0 ⋮

… ⋮ 0 ⋮

1 ]

[ 𝜆

1𝑙

𝜆

2𝑙

⋮ 𝜆

𝑙𝑁

]

𝑑

𝑙

𝑀 𝑙 𝜆

𝑙

𝐺

𝑙

𝑀x𝑁 𝜆

𝑙

𝑤

𝑖

𝑖

𝜎

𝑖

𝑖

𝑤

𝑖

=

𝜎1

𝑖

(95)

𝑙

𝑅

𝑙

𝑅

𝑙

= 𝑑

𝑙

− 𝑮

𝑙

𝜆

𝑙

𝑅

𝑙

𝑑

𝑖𝑙

𝑖 𝑙 𝑅

𝑖𝑙

𝑊

𝑖𝑙

= 𝑤

𝑖 1

𝑅𝑖𝑙2+𝑅02

𝑅

0

“ 𝑅

0

𝑊

𝑖𝑙

(96)

(97)

fi

(98)
(99)

(100)
(101)

fi

‘ ’

(102)
(103)
(104)
(105)
(106)
(107)
(108)

α

α

(109)

α

a α

(110)

(111)
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(113)

(114)

(115)
(116)
(117)
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(119)
(120)
(121)
(122)
(123)
(124)
(125)
(126)
(127)

min, max

f f

( )

A

f

min

, f

max

min max

raw

, filtered

raw

( ) ( ) ( )

( )

f f

i i

i

S S A

S

  

 

(128)

( )

a t b t ( ) h

AB

( ) ( ) ( ) ( )

AB AB

h tccf t   ab t    d

 

a t2( )

 

b t2( )

t

t t

 

 

( ) 1

h th tdV V

 

 

 

 

2

 

2

1 ( )

1

h t dV V h

ref

t dt CC dV

V h t dV V dt h t dt

   

 

  

 

(129)
(130)
(131)

σ

(132)
(133)

 

CC dv v

1 T

t

1

t

2

c

 

   

2

2

2 3 3

2 1

1 6

2

c

CC dv v T

rms dv

v CC dv v t t

   

  

 

(134)
(135)

3/2 max ~

v v f

(136)
(137)

Hillers et al. (2015b)

(Guillemot et al., under revision)

(138)
(139)
(140)
(141)
(142)
(143)
(144)
(145)
(146)

Δ𝑡~35 𝑑𝑎𝑦𝑠

(147)

(Hotovec‐Ellis et al., 2014)

(148)

(Hotovec‐Ellis et al., 2014; Wang et al., 2017)

(149)

𝜏

𝑐

𝜏

𝑐

𝜏

𝑐

𝜂𝑎 𝜏

𝜏𝑐

𝜏

𝑐

(150)

𝜏

𝑐

𝜏

𝑐

(151)
(152)
(153)

𝑎

𝑐

(154)

sin (𝑎

𝑐

) =

𝑒 = 𝑥

𝑐

2 √ 𝑉

2

− 𝑉

1

𝑉

2

+ 𝑉

1

(155)
(156)

a

b

(157)

𝜋

𝑘 = 2𝜋𝑓/𝑉

𝑓

𝑁

= 1/2∆𝑡

𝑘

𝑁

= 1/2∆𝑥 ∆𝑡 ∆𝑥

(158)
(159)
(160)
(161)

𝜌

𝜕𝜕𝑡2𝑢⃗⃗ 2

= (𝜆 + 𝜇)∇(∇. 𝑢⃗ ) + 𝜇∇

2

𝑢⃗ + 𝑓

𝑒𝑥𝑡

𝜆 𝜇 𝜇 𝐺

(162)

𝑉

𝑝

= √

𝜆+2𝐺𝜌

𝑉

𝑠

= √

𝐺𝜌

𝜌

𝑉

𝑠𝐻

𝑉

𝑠𝑉

𝑉

𝑝

𝑉

𝑠

(163)

𝑉

𝑠

𝑉

𝑝

𝑠

𝑝2

=

𝜌−𝜌𝐺𝑓2/𝜌̃

2𝑠

𝑝𝑓2

= 𝛾 − √𝛾

2

4(𝜌𝑀𝐻−𝐶̃𝜌−𝜌2𝑓2)

2𝑠

𝑝𝑠2

= 𝛾 + √𝛾

2

4(𝜌𝑀𝐻−𝐶̃𝜌−𝜌2𝑓2)

𝛾 =

𝜌𝑀+𝜌𝑀𝐻−𝐶̃𝐻−2𝜌2 𝑓𝐶

𝜌̃ = 𝑖

𝜔𝑘(𝜔)𝜂𝑓

𝑘(𝜔) 𝜔 𝜌, 𝜌

𝑓

𝜌̃

𝜂

𝑓

𝑀, 𝐻 𝑒𝑡 𝐶 ∶ 𝐾

𝐷

, 𝐾

𝑠

et 𝐾

𝑓

(164)

𝐺 𝜙

ϕ = 50% , Gs= 70 MPa et Ks= 83 MPa

(165)
(166)

𝑉

𝑝

𝑉

𝑠

𝐾

𝐷

𝐺

𝐾

𝑓

𝜙

𝜙

(167)

𝝓

(168)
(169)
(170)

𝜎

(171)

𝜀𝑜𝑏𝑠

(172)

a

b

(173)
(174)
(175)
(176)
(177)
(178)
(179)

Noélie Bontemps, * Univ. Grenoble Alpes, Univ. Savoie Mont Blanc, CNRS, IRD,IFSTTAR, ISTerre, 38000 Grenoble, France Pascal Lacroix, Univ. Grenoble Alpes, Univ. Savoie Mont Blanc, CNRS, IRD,IFSTTAR, ISTerre, 38000 Grenoble, France

Eric Larose, Univ. Grenoble Alpes, Univ. Savoie Mont Blanc, CNRS, IRD,IFSTTAR, ISTerre, 38000 Grenoble, France

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l

l

l

(188)
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(190)

l

(191)

l

l

(192)

(Herring et al., 2010)

(193)

∆𝑡 = 1 ∆ ⁄ 𝑓. 2 × ∆𝑡

(194)
(195)

l l

(Douglas, 2016)

𝑃𝐺𝑉

𝑁

𝑃𝐺𝑉

𝐸

𝑃𝐺𝑉

𝑚𝑒𝑎𝑠𝑢𝑟𝑒𝑑

= √𝑃𝐺𝑉

𝑁

∗ 𝑃𝐺𝑉

𝐸

(196)
(197)

a b

(198)
(199)
(200)

Références

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