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Tectonique 57 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 PO IC - Géologie de l'ingénieur La tectonique 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... Distinction selon le type de déformation et d'endommagement tectonique cassante : tectonique souple : effet du temps (fluage) effet des T et P

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  • Tectonique 57

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    Chapitre 4Tectonique

    Plan4.1 Généralités4.2 Echelle des temps géologiques

    4.3 Echelle de durée de service des ouvrages

    4.2.1 Plissements4.2.2 Failles

    4.3.1 Glissements de terrains4.3.2 Ecroulements et chutes de blocs4.3.3 Effondrements et affaissements4.3.4 Séismes

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    La tectonique

    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...

    Distinction selon le type de déformation et d'endommagement• tectonique cassante :• tectonique souple :

    effet du temps (fluage)effet des T et P

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    4.2 Echelle des temps géologiques4.2.1 Plissements

    Plis ou plissementsdéformations 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

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    pendage nul : couche horizontale

    pendage 90o : couche verticale

    pendage et valeur indiquéependage sans indication numérique

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    Termes désignant lesdifférentes parties d'un pli

    Formes variablesselon l'intensité despoussées subies

    Différentes formes de plis

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    Formation des plis

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    Sur une carte géologique

    Le terrain (a) encore plus ancien est invisible →

    Exemple : association d'un synclinal etd'un anticlinal

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

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    Des plis initiaux au relief actuel

    constitué de monts anticlinaux et de vallons synclinauxinfluencé par l'effet de l'érosion

    Érosion différente sur les reliefs

    anticlinal →

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    érosion dans le cas calcaires dursmarnes tendres

    érosion dans le cas +

    Age d'un plissement- plus récent que- plus ancien que

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    4.2 Echelle des temps géologiques4.2.2 Failles

    Failles- cassure qui se produit entre deux blocs de terrains- dimensions : quelques mètres à quelques centaines de kilomètres

    distension Trois mouvements possibles

    coulissement horizontalcoulissement vertical

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

    α

    βγ

    mouvements β et γ :pas de vides entre lescompartiments déplacés

    β β

    γ γα α

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    Vocabulaire lié aux failles à jeu vertical

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    Failles listriques

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

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    faille de San Andreas

    Groupement de failles

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

    Groupement de failles

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    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 etplus ancienne que

    - F1 plus que F2

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    eur 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

    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

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    exemple : faille du tunnel de Toulon, qui a entraîné unéboulement lors du percement du tunnel

    Importance des failles en génie civil

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    Glissements de terrains (caractéristiques générales)

    Echelle humaine

    4.3 Echelle de durée de service des ouvrages4.3.1 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

    Exemples de glissements de terrains

    Fluage - solifluxioncouche de terrains plastiques (marnes, argiles)

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    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 3o)

    déplacement vers le bas relief

    Fluage - solifluxion

    4.3.1 Glissements de terrains

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    • mouvements de translationde 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

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    • 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

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    • 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

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    Glissements• glissements translationnels (suite)

    - Barrage du Vaïont(Longarone, Italie),1963

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    4.3 Echelle de durée de service des ouvrages4.3.2 Ecroulement et chute de blocs

    Caractéristiques• chutes de masses rocheuses le long de versants raides et de falaises• inclus les glissements rocheux "bancs sur bancs"

    • mouvements rapides quasi instantanés

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    • écroulement d'une colonne rocheuse- basculement- rupture au pied

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

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    Exemple d’activité dansune région sensible

    (Alpes)

    glissements, coulées

    1950

    1978

    1994Bilan en 1994

    quelques 100 000 m3

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    Exemple : Roque-Gageac (1957)chute de 5000 m3 de roche

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    4.3 Echelle de durée de service des ouvrages4.3.3 Effondrements, affaissements

    Caractéristiques• effondrements : mouvements lents plus ou moins continus• affaissements : mouvements rapides et discontinus

    Causes possibles• mouvements liés à des exploitations souterraines actuelles ou passées :

    - mines- carrières- salines

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    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 :

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    4.3 Echelle de durée de service des ouvrages4.3.4 Séismes

    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 unenouvelle libération brutale

    • après déclenchement d'un séisme →

    • foyer :

    • épicentre :

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

    le point à la surface terrestre àla verticale du foyer(maximum d'activité sismique)

    ligne isoséiste

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    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

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    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

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

    Ondes de surface

    Propagation des séismes• trois familles d'ondes

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    Propagation des séismes• propagation des ondes : trajectoire

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    Propagation des séismes• propagation des ondes : trajectoire

    P : onde P manteauS : onde S manteauK : onde P noyauI : onde P graineJ : onde S grainec : onde réfléchie noyaui : onde réfléchie grainem : ordre des réflexions

    Exemple de propagationSeismic Waves

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    Détection des séismes• à l'aide de sismographes (pendules à ressort)

    enregistrementdes déplacementsdes vitesses de déplacementdes accélérations

    du sol

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    signaux enregistrés

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

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    Réseau mondial sismologique

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    Détectiondes séismes

    • stations réparties

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    Durée des séismes• secousse principale suivie de répliques

    • diagramme de Husiol

    - moins fortes- habituellement même foyer

    !dangereuses car agissentsur 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

    Seco

    nds

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    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 réponsed'un sismographe étalon supposéplacé à 100 km de l'épicentre

  • 78 Tectonique

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  • Tectonique 79

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    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, façadeouest des Amériques

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  • 80 Tectonique

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    Risque sismique• carte mondiale

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    Risque sismique• en France

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    Risque sismique• sismicité française

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    3 < M < 42 < M < 3 4 < M < 5,5

  • 82 Tectonique

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    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 demanière 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

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    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, quientrent en résonance

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