4.2 Echelle des temps géologiques

(1)

PO IC - Géologie de l'ingénieur

Chapitre 4

Tectonique

Plan

4.1 Généralités

4.2 Echelle des temps géologiques

4.3 Echelle de durée de service des ouvrages

4.2.1 Plissements 4.2.2 Failles

4.3.1 Glissements de terrains

4.3.2 Ecroulements et chutes de blocs 4.3.3 Effondrements et affaissements 4.3.4 Séismes

Géologie de l'ingénieur

La tectonique

D

Echelles d'études

• spatiales :

- tectonique analytique, au niveau microstructural - mégatectonique, au niveau d'un massif

- géotectonique ou tectonique globale, au niveau des plaques

• temporelles :

- déformations à l'échelle des temps géologiques

- déformations à l'échelle de la durée de vie d'un ouvrage

plissements, failles...

4.1 Généralités

glissements, affaissement, séisme...

D

Distinction selon le type de déformation et d'endommagement

• tectonique cassante :

• tectonique souple :

effet du temps (fluage) effet des T et P

(2)

4.2 Echelle des temps géologiques 4.2.1 Plissements Plis ou plissements

déformations de couches provoquées par la flexion ou la torsion des roches

géométrie des couches géologiques : déterminée par la direction et le pendage direction d'une couche

pendage d'une couche

sur les cartes géologiques

ou ou ou

pendage nul : couche horizontale pendage 90^o : couche verticale pendage et valeur indiquée

pendage sans indication numérique

O IC - Géologie de l'ingénieur

Termes désignant les différentes parties d'un pli

Formes variables selon l'intensité des poussées subies D

Différentes formes de plis

(3)

D

Formation des plis

Sur une carte géologique

D

Exemple :

association d'un synclinal et d'un anticlinal

- anticlinal : terrain ancien (b) entouré par des terrains de + en + jeunes (c,d)

(4)

D

Des plis initiaux au relief actuel

constitué de monts anticlinaux et de vallons synclinaux influencé par l'effet de l'érosion

Érosion différente sur les reliefs

±

°

anticlinal →

érosion dans le cas °

calcaires durs marnes tendres

érosion dans le cas ° + ±

Age d'un plissement - plus récent que

(5)

4.2 Echelle des temps géologiques 4.2.2 Failles Failles

- cassure qui se produit entre deux blocs de terrains - dimensions :

quelques mètres à quelques centaines de kilomètres

distension

D

Trois mouvements possibles

coulissement horizontal coulissement vertical

création de fossés d'effondrement ou graben (vallée du Rhin (Alsace))

α

β γ

mouvements β et γ : pas de vides entre les compartiments déplacés

β β

γ γ

α α

D

Vocabulaire lié aux failles à jeu vertical

(6)

D

Failles listriques

Fossé d ’effondrement de la vallée du Rhin entre Vosge et Forêt-Noire

faille de San Andreas

D

Groupement de failles

(7)

Comment les modes de groupement de failles peuvent modifier l'exploitation d'une couche dans une carrière ou une mine ?

D

Groupement de failles

D

Age des failles

- plus récente que le plus jeune des terrains recoupés - plus ancienne que plus vieux des terrains non recoupés

- F2 plus jeune que et plus ancienne que

- F1 plus que F2

(8)

PO IC - Géologie de l'ingénieur D

Caractérisation d'une faille

- orientation : direction et pendage

- dimension : plus grande longueur observable

- densité de fracturation : longueur cumulée de fissures / surface de l'affleurement analysé

- ouverture : ouverte ou fermée - état de surface : lisse, rugueux

- remplissage : nature, épaisseur, caractéristiques des produits de remplissage

D

Observation des failles

- souvent cachées par l'érosion

- définie par une direction et un pendage

- sur une carte géologique trait fort - rectiligne : faille verticale - sinueux : faille inclinée

•

exemple : faille du tunnel de Toulon, qui a entraîné un éboulement lors du percement du tunnel D

Importance des failles en génie civil

(9)

PO IC - Géologie de l'ingénieur Géologie de l'ingénieur

D

Glissements de terrains

(caractéristiques générales)

D

Echelle humaine

4.3 Echelle

^de

durée

^de

service

^des

ouvrages 4.3.1 Glissements de terrains

- lents : - brutaux : phénomènes

• mouvements lents (qques cm/an à 200 m/h)

• matériaux meubles

• grands volumes

• déplacement continu

• pas de surface de rupture

D

Exemples de glissements de terrains

Fluage - solifluxion

couche de terrains plastiques (marnes, argiles)

(10)

cas particulier de la solifluxion

sol gelé dégel - saturé d'eau en surface - encore gelé en profondeur

impossibilité de drainage

création de loupes de sol

faible pente (2 à 3^o)

déplacement vers le bas relief

Fluage - solifluxion

4.3.1 Glissements de terrains

• mouvements de translation de matériaux meubles

• coulées ^{- de boues}

- d'éboulis - de neige

Coulées

• déplacements

plus rapides que le fluage ( )

± importants (jusqu'à quelques km)

mais assez lents ^{- alerte}- évacuation

(11)

• causes variées - nature du terrain - disposition des couches

- action des agents atmosphériques - action de l'eau interstitielle

• glissements rotationnels - remblais et talus

- basculement de la masse glissée suivant une surface plus ou moins circulaire

Glissements

• apparition de surfaces de rupture ^{- planes} - courbes

• sols, roches, terrains consolidés

• glissements translationnels - Anchorage (Alaska), 1964

• un séisme a liquéfié la couche argileuse (1)

• cette couche supporte des argiles sèches (2) et des graviers (3)

• les couches (2) et (3) se sont alors déplacées vers la côte marine en créant des failles et des effondrements (4)

→ maisons déplacées, canalisations rompues

(12)

Glissements

• glissements translationnels (suite) - Barrage du Vaïont

(Longarone, Italie), 1963

4.3 Echelle

^de

durée

^de

service

^des

ouvrages 4.3.2 Ecroulement et chute de blocs

D

Caractéristiques

• chutes de masses rocheuses le long de versants raides et de falaises

• inclus les glissements rocheux "bancs sur bancs"

• mouvements rapides quasi instantanés

(13)

• écroulement d'une colonne rocheuse - basculement

- rupture au pied

selon la position de la force résultante agissante (poids propre) par rapport au centre de gravité e la section d'appui

D Exemple d’activité dans une région sensible

(Alpes)

glissements, coulées

1950

1978

1994

Bilan en 1994

quelques 100 000 m³

(14)

D

Exemple : Roque-Gageac (1957)

chute de 5000 m³ de roche

4.3 Echelle

^de

durée

^de

service

^des

ouvrages 4.3.3 Effondrements, affaissements

D

Caractéristiques

• effondrements : mouvements lents plus ou moins continus

• affaissements : mouvements rapides et discontinus

D

Causes possibles

• mouvements liés à des exploitations souterraines actuelles ou passées : - mines - carrières - salines

(15)

D

En conclusion

• passage progressif d'une catégorie de phénomènes à une autre :

• dans certaines régions sensibles, plusieurs mécanismes peuvent être associés : - roches carbonatées : calcaire, dolomie

- roches sulfatées : gypse, anhydrite - roches salines : sel, potasse

évolution des phénomènes plus rapide si solubilité plus grande

• mouvements liés à des circulations d'eau dans des roches solubles :

4.3 Echelle

^de

durée

^de

service

^des

ouvrages 4.3.4 Séismes

D

Définition

• ébranlement brutal du sol provoqué par un mouvement relatif soudain de deux plaques tectoniques (écorce terrestre)

• à la fin du séisme, nouvelle accumulation d'énergie élastique jusqu'à une nouvelle libération brutale

• après déclenchement d'un séisme →

• foyer :

• épicentre :

le lieu dans le plan de faille où se produit réellement le séisme (zone où l'énergie se libère)

le point à la surface terrestre à la verticale du foyer

(16)

D

Définition (suite)

• suivant la profondeur du foyer

- séismes superficiels < 60 km → % des cas

- séismes intermédiaires 60-300 km → % des cas

- séismes profonds > 300 km et jusqu'à 700 km → % des cas

D

Propagation des séismes

• trois familles d'ondes

Onde P : onde compressive (5 km/s surface) Onde S : onde cisaillante (3 km/s surface)

Ondes de volume

(17)

Onde LQ (Love) : onde cisaillante (2.9 km/s surface) Onde LR (Rayleigh) : onde complexe (2.7 km/s surface)

Ondes de surface

D

Propagation des séismes

• trois familles d'ondes

D

Propagation des séismes

• propagation des ondes : trajectoire

(18)

D

Propagation des séismes

• propagation des ondes : trajectoire

P : onde P manteau S : onde S manteau K : onde P noyau I : onde P graine J : onde S graine

c : onde réfléchie noyau i : onde réfléchie graine m : ordre des réflexions

Exemple de propagation Seismic Waves

D

Détection des séismes

• à l'aide de sismographes (pendules à ressort) enregistrement

des déplacements

des vitesses de déplacement des accélérations

du sol

(19)

signaux enregistrés

A chaque station, 3 sismographes pour mesurer les 3 composantes des mouvements du sol

(20)

Réseau mondial sismologique

D

Détection des séismes

• stations réparties

(21)

D

Durée des séismes

• secousse principale suivie de répliques

• diagramme de Husiol

- moins fortes

- habituellement même foyer

! dangereuses car agissent sur ouvrages endommagés

temps requis pour passer de 5% à 95% de l'énergie

1 10 100

5.5 6 6.5 7 7.5 8

Magnitude

Seconds

Géologie de l'ingénieur

D

Intensité des séismes

• échelle Mercalli (1902) et MSK (1964)

• échelle de Richter (1935)

- intensité sur une échelle de I à XII - basée sur les dégâts causés

et la perception qu'a eu la population du séisme

- magnitude d'un séisme, calculée à partir de la quantité d'énergie dégagée au foyer - échelle logarithmique ouverte

Magnitude locale

amplitude maximale de la réponse d'un sismographe étalon supposé

(22)

9,5

(23)

D

Risque sismique

• variable d'une région à l'autre

• moyenne sur la terre 0,28 séisme destructeur / siècle / 100 000 km²

! ^{Italie :}_{Grèce :}

autres zones à risques : Japon, Indonésie, façade ouest des Amériques

(24)

D

Risque sismique

• carte mondiale

D

Risque sismique

• en France

(25)

D

Risque sismique

• sismicité française

(26)

D

Prévision des séismes

• on ne sait pas prévoir à coup sûr la date, le lieu et l'intensité d'un séisme

• on peut dire qu'une zone réputée sismique est d'autant plus dangereuse qu'elle n'a pas subi d'événement sismique depuis longtemps

• signes prémonitoires

• méthode VAN

- la faille de San Andreas coulisse au sud de San Francisco de quelques mm par an de manière continue

- au nord, au contraire, son mouvement est bloqué depuis 1906 (énergie emmagasiné)

- diminution de la résistivité des roches - variation du champ magnétique local

- augmentation de la circulation des eaux souterraines, variation du niveau d'eau des puits et du débit des sources

- activité sismique plus importante que le bruit de fond habituel

- légères déformations de la surface du sol détectables par des inclinomètres - inquiétude des animaux peu de temps avant la secousse

- basée sur la mesure des impulsions électriques qui se propagent dans le sol - réseau de stations réceptrices réparti sur toute la Grèce

D

Prévention contre les séismes

• éducation de la population

• respect des normes de construction

- éviter de construire en zone de faille

- en zone sismique, éviter de construire sur des terrains en pente, sur des terrains meubles, alluvions en particulier, qui entrent en résonance

- le béton est un bon matériau parasismique mais la structure elle-même doit être parasismique : chaînages raidisseurs, éviter les corniches et balcons, etc.