Généralités sur les mouvements de versant sous sollicitations dynamiques

Généralités sur les mouvements de versant sous sollicitations dynamiques

Fréquence et impact sur les populations, les infrastructures et l’environnement 

Dans le courant du vingtième siècle, on dénombre pas moins de 76 séismes à l’origine de 100 000 à 1 000 000 de mouvements de versant (Keefer, 1984a ; Rodriguez et al., 1999). Ces derniers ont coûté la vie à plusieurs dizaines de milliers de personnes (Keefer, 1984a).

Les mouvements de versant sous sollicitations dynamiques contribuent donc très largement à l’impact dévastateur des séismes, notamment lorsqu’ils se produisent à proximité de zones urbanisées. Cotecchia (1987) rapporte que, durant deux événements sismiques au Japon en 1974 et 1978, 90 % des victimes ont péri suite à des mouvements de versant. L’impact d’un mouvement de versant sur les populations, les infrastructures et l’environnement, dépend de trois facteurs :

– l’aléa. Il peut être défini comme la probabilité qu’au cours d’une période de référence donnée un phénomène naturel d’une certaine intensité se produise sur un territoire défini. L’aléa décrit donc à la fois la fréquence d’occurrence de l’événement (composante temporelle), sa zone d’influence (composante spatiale) et son intensité. Pour les mouvements de versant, l’intensité peut, par exemple, se référer au volume mobilisé lors du glissement.
– la vulnérabilité. Il s’agit d’une mesure des effets attendus d’un aléa sur un ou plusieurs enjeux. Par le terme d’enjeux, on entend à la fois des enjeux humains, des enjeux matériels tels que les bâtiments et les réseaux de communication et des enjeux plus abstraits tels que l’organisation sociale d’un pays, son économie, ses systèmes de production…
– le risque. Le risque naturel peut être considéré comme un indice du danger qui résulte de la conjonction d’un aléa et d’une vulnérabilité. Par conséquent, deux zones soumises au même aléa mais présentant des vulnérabilités différentes ne seront pas soumises au même risque naturel. Au mois de décembre 1988, un séisme s’est produit en Arménie, dans une zone où la majorité des bâtiments sont hauts et peu résistants : ce séisme a coûté la vie à plus de 25 000 personnes (Bommer et Ambraseys, 1989). L’année suivante, un séisme de plus forte magnitude s’est produit en Californie : du fait d’une plus rigoureuse application des règles de construction parasismique et donc d’une plus faible vulnérabilité, ce séisme n’a fait que 70 victimes (Keefer et al., 1998).

Le seul moyen de réduire le risque est donc de diminuer la vulnérabilité. Cependant, dans de nombreux pays pauvres comme le Salvador, le non-respect des règles d’urbanisation définies par les autorités compétentes ne permet pas une véritable diminution de la vulnérabilité. Dans la zone où s’est produit le glissement de Las Colinas par exemple (Salvador, 2001), le risque d’instabilité, pourtant connu, n’a pas ralenti le développement de l’urbanisation jusqu’au pied de la Cordillère d’El Balsamo (Jibson et Crone, 2001). Cette zone a été entièrement recouverte par le glissement de Las Colinas.

Parmi les conséquences possibles des mouvements de versant sur les populations, les infrastructures et l’environnement d’un pays, on distingue :

– les conséquences directes. Ces dernières sont facilement identifiables : décès consécutifs à l’écrasement de véhicules par des chutes de blocs ou à l’ensevelissement d’habitations par des mouvements de versant, destruction ou endommagement des bâtiments, des réseaux de communication et des ouvrages d’art, formation de barrages naturels par obstruction des cours d’eau par des produits d’éboulement… On peut citer, comme exemples, l’avalanche rocheuse du Nevado Huascaran (Pérou, 1970) qui a coûté la vie à 18 000 personnes (Plafker et al., 1971) ou encore la formation de 215 barrages naturels par des mouvements de versant lors d’un séisme en 1783 en Italie (Cotecchia, 1978).

– les conséquences indirectes. Du fait de l’obstruction des voies de communication par des produits d’éboulement, l’acheminement de l’aide aux victimes est souvent rendu impossible. Wieczorek et al. (1991) rapportent qu’après le séisme de 1990 aux
Philippines, les matériaux qui obstruaient les voies de communication suite aux nombreux mouvements de versant ont fortement ralenti les secours qui tentaient d’apporter des médicaments et des vivres dans les zones isolées. Par ailleurs, la durée de vie des lacs de barrages artificiels formés par les produits d’éboulement est souvent courte, et la rupture de ces barrages peut entraîner de grandes inondations et des effets de vague. En Chine, en 1786, 100 000 personnes ont ainsi été tuées par la rupture d’un barrage naturel (Hansen et Franks, 1991). Un phénomène similaire a été observé en Equateur suite au séisme de Reventador en 1987 : un grand glissement de 20 à 25*10⁶ m³ , déclenché par le séisme, est venu obstruer un cours d’eau. Le barrage naturel ainsi formé s’est rompu au bout de 33 jours, provoquant une inondation sur 55 km en aval. Les populations ayant été évacuées, l’inondation n’a heureusement fait aucune victime (Schuster et Highland, 2001). Miller (1960) rapporte que, dans le sud de l’Alaska, la chute de blocs dans un lac est à l’origine de la formation d’une vague de 30 m de haut. Cette dernière s’est abattue sur la vallée, dévastant tout sur son passage. Il faut encore ajouter que l’occurrence de mouvements de versant de grande ampleur ou l’occurrence répétée de plus petits mouvements de versant dans une même zone peut ralentir de façon durable le développement d’un pays. Après les séismes de 2001 au Salvador, les autorités salvadoriennes ont estimé les frais de reconstruction pour le secteur social, et les secteurs de la production, des infrastructures et de l’environnement. Le coût très élevé des reconstructions ne pouvant pas être pris en charge, dans un délairaisonnable, par le pays seul, le Salvador a dû faire appel aux instances internationales, notamment aux Organisations Non Gouvernementales, qui ont récolté des fonds afin de combler la “brèche financière” (conférence de Madrid du 7 mars 2001). Sans cette aide internationale, le Salvador aurait probablement dû étaler ces reconstructions sur de très nombreuses années, et risquer ainsi de subir encore plus de dégâts lors d’un prochain séisme.

Les bases de données : première approche possible du phénomène de mouvement de versant sous sollicitations dynamiques

Bases de données mondiales 

En 1984, Keefer a réalisé une étude de synthèse portant sur les mouvements de versant générés par 40 séismes entre 1811 et 1980. Les séismes sélectionnés sont représentatifs de la plupart des conditions géologiques, géomorphologiques, climatiques et sismiques des principales régions sismiques du monde. L’objectif de cette première vaste étude des mouvements de versant sous sollicitations dynamiques était :
– d’identifier les mouvements de versant les plus fréquemment déclenchés par des séismes ;
– de définir les configurations géologiques et topographiques les plus sensibles à l’aléa “mouvement de versant sous sollicitations dynamiques” ;
– de corréler les caractéristiques des mouvements de versant aux caractéristiques des séismes.

En 1999, Rodriguez et al. ont complété cette étude en y ajoutant les mouvements de versant déclenchés par des séismes entre les années 1980 et 1997. Il en résulte une base de données mondiale regroupant les caractéristiques des mouvements de versant associés à 76 tremblements de terre.

Caractéristiques des mouvements de versant sous sollicitations dynamiques 

Mouvements de versant les plus fréquemment déclenchés par des séismes 

Les chutes de blocs, les glissements rotationnels de sols et les glissements de masses de sols fragmentées ou destructurées, phénomènes observés dans plus de 60 % des séismes considérés, sont les instabilités les plus fréquentes sous sollicitations dynamiques. Ces mouvements, à l’exception des glissements de masses de sols fragmentées ou destructurées, sont en général superficiels. Néanmoins, des mouvements plus profonds peuvent se produire dans certaines configurations géologiques particulières : lors du séisme d’Alaska en 1964 par exemple, un glissement de 0,7*10⁶ m³ s’est développé sur une épaisseur de 27 m de dépôts glaciaires (Hansen, 1965).

Parmi ces différents types de mouvements de versant, les plus meurtriers sont, dans un ordre décroissant, les coulées boueuses, les avalanches rocheuses et les chutes de blocs. Ces trois types de mouvements de versant sont responsables de plus de 90 % des décès attribuables à des instabilités entre 1811 et 1980 (Keefer, 1984a). L’impact des coulées boueuses et des avalanches rocheuses s’explique par le comportement de la masse instable : du fait de la présence d’eau, la masse instable peut parcourir de longues distances et ainsi affecter une large zone, jusqu’à plusieurs kilomètres du site d’initiation de l’instabilité. Par opposition, l’impact des chutes de blocs ne dépasse généralement pas 800 m du site d’initiation de l’instabilité. Cependant, comme les chutes de blocs sont des instabilités fréquentes sous sollicitations dynamiques, elles contribuent largement à l’impact meurtrier des mouvements de versant.

Configurations géologiques et topographiques les plus sensibles à l’aléa “mouvement de versant sous sollicitations dynamiques” 

Certains milieux géologiques s’avèrent plus sensibles que d’autres à l’action d’un séisme. Les sols volcaniques, notamment, sont responsables d’un grand nombre de mouvements de versant à travers le monde. Lors du séisme de 1976 au Guatemala, les dépôts de pierre ponce, présents sur seulement 20 % du territoire, ont ainsi été impliqués dans 90 % des mouvements de versant (Harp et al., 1981).

Dans les massifs rocheux, les instabilités se développent préférentiellement dans des versants présentant un fort degré d’altération ou de fracturation.

Selon Keefer (1984a) et Rodriguez et al. (1999), la morphologie du versant contrôle le type d’instabilité. Les versants de pente supérieure à 35° sont très souvent le siège de mouvements de versant superficiels tels que des chutes de blocs, des glissements rocheux ou des effondrements de sols. Les pentes plus douces peuvent être affectées par des coulées de sols et des coulées boueuses, comme ce fut le cas lors du séisme de 1960 au Chili. Néanmoins, la plupart des événements se produisant sur des pentes douces sont le résultat d’une combinaison de vibrations sismiques et de fortes précipitations.

On retiendra donc, qu’à l’exception de ces mouvements de versant sur pentes douces et de la réactivation de dépôts d’anciens glissements, la majorité des mouvements de versant se produisent sur des pentes supérieures à 25°.

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Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 LES MOUVEMENTS DE VERSANT SOUS SOLLICITATIONS DYNAMIQUES : SYNTHESE DES CONNAISSANCES RELATIVES A LA COMPREHENSION DU PHENOMENE
1.1. Terminologie et classifications
1.2. Généralités sur les mouvements de versant sous sollicitations dynamiques
1.2.1. Distribution spatiale à l’échelle du globe
1.2.2. Fréquence et impact sur les populations, les infrastructures et l’environnement
1.3. Les bases de données : première approche possible du phénomène de mouvement de versant sous sollicitations dynamiques
1.3.1. Bases de données mondiales
1.3.2. Bases de données “régionales”
1.3.3. Apports et limites des bases de données pour la compréhension du phénomène de mouvement de versant sous sollicitations dynamiques
1.4. L’étude de cas particuliers : deuxième approche possible du phénomène de mouvement de versant sous sollicitations dynamiques – Application au cas des mouvements de versant déclenchés par les séismes du Salvador en 2001
1.4.1. Généralités sur le Salvador
1.4.2. Historique des mouvements de versant sous sollicitations dynamiques au Salvador
1.4.3. Mouvements de versant déclenchés par les séismes de 2001 au Salvador
1.4.4. Synthèse sur les mouvements de versant déclenchés par les séismes de 2001 au Salvador : apports de l’analyse de cas particuliers pour la compréhension du phénomène de mouvement de versant sous sollicitations dynamiques
1.4.5. Les facteurs de prédisposition au déclenchement d’un mouvement de versant sous sollicitations dynamiques
1.4.6. Les facteurs déclenchants d’un mouvement de versant sous sollicitations dynamiques
1.4.7. Synthèse sur les facteurs de prédisposition et les facteurs déclenchants d’un mouvement de versant sous sollicitations dynamiques
1.5. Méthodes d’analyse de la stabilité des versants sous sollicitations dynamiques
1.5.1. Méthodes reposant sur des observations
1.5.2. Méthodes reposant sur la modélisation
1.5.3. Synthèse sur les méthodes d’analyse de la stabilité des versants sous sollicitations dynamiques
CHAPITRE 2 MODELISATION NUMERIQUE DE LA STABILITE SOUS SOLLICITATIONS DYNAMIQUES DE VERSANTS DE CONFIGURATIONS GEOLOGIQUES ET TOPOGRAPHIQUES SIMPLES
2.1. Présentation du logiciel FLAC
2.1.1. Définition de la géométrie et des paramètres rhéologiques du modèle
2.1.2. Définition des conditions initiales et des conditions aux limites
2.1.3. Recherche d’un état d’équilibre en conditions statiques
2.1.4. Analyse dynamique
2.1.5. Propagation des ondes sismiques dans un versant
2.2. Analyse paramétrique préliminaire : influence du maillage et des conditions aux limites sur le comportement dynamique du versant
2.2.1. Maillage de la grille et signal sismique incident
2.2.2. Les limites latérales du modèle
2.3. Modélisation numérique de la stabilité des versants sous sollicitations dynamiques
2.3.1. Définition des modèles et des paramètres de la modélisation
2.3.2. Etude des effets de site
2.3.3. Etude de la stabilité des versants sous sollicitations dynamiques : les effets de site jouent-ils un rôle dans le déclenchement des mouvements de versant ?
2.3.4. Conséquences en termes de réglementation parasismique
CHAPITRE 3 MODELISATION NUMERIQUE DE LA STABILITE SOUS SOLLICITATIONS DYNAMIQUES DE DEUX CAS REELS DE VERSANTS AU SALVADOR ET AU KIRGHIZSTAN
3.1. Le glissement de Las Colinas au Salvador
3.1.1. Etat des connaissances relatives à l’instabilité de Las Colinas
3.1.2. Définition des modèles FLAC et des paramètres de la modélisation
3.1.3. Etude des effets de site au sein du versant de Las Colinas
3.1.4. Etude de la stabilité du versant de Las Colinas sous sollicitations dynamiques : les effets de site ont-ils joué un rôle dans le déclenchement de cette instabilité ?
3.1.5. Synthèse des résultats de l’étude de la stabilité du versant de Las Colinas sous sollicitations dynamiques
3.2. Le glissement de Suusamyr au Kirghizstan
3.2.1. Généralités sur le Kirghizstan : localisation géographique – contexte tectonique et sismique –fréquence, caractéristiques et impact des mouvements de versant
3.2.2. Etat des connaissances relatives à l’instabilité de Suusamyr
3.2.3. Définition des modèles FLAC et des paramètres de la modélisation
3.2.4. Etude des effets de site au sein du versant de Suusamyr
3.2.5. Etude de la stabilité du versant de Suusamyr sous sollicitations dynamiques : les effets de site ont-ils joué un rôle dans le déclenchement de cette instabilité ?
3.2.6. Synthèse des résultats de l’étude de la stabilité du versant de Suusamyr sous sollicitations dynamiques
3.3. Synthèse générale des résultats des simulations numériques des versants de Las Colinas au Salvador et de Suusamyr au Kirghizstan
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE

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