Mouvements de terrain J. Gartet · 2020. 3. 23. · 1– Classification selon les facteurs de terrain : Elle prend en compte les caractéristiques des matériaux déplacés (roche

Mouvements de terrain J. Gartet

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INTRODUCTION CRITERES DE CLASSIFICATION DES MOUVEMENTS DE TERRAIN :

L’objectif visé, de l’étude des mouvements de terrain, n’est pas seulement de décrire et de classer les phénomènes mais de les replacer dans leur cadre spatial (géographique) et de les aborder de point de vue risque qu’ils font courir ; l’étude des mouvements de terrain se fera donc dans le but d’aménagement de l’espace. La plupart des classifications des mouvements de terrain se base sur deux facteurs : type de roche et type de mouvement ; aux quels s’ajoutent le type et la quantité de fluide agissant dans le déplacement (l’eau ou l’air). Les critères de classification les plus utilisés sont les suivants :

1– Classification selon les facteurs de terrain, 2– Classification selon le type de processus, 3– Classification selon La vitesse de déplacement, 4– Classification selon L’agent de déplacement, 5– Classification selon La cause du déclenchement, 6– Classification selon les risques encourus.

1– Classification selon les facteurs de terrain : Elle prend en compte les caractéristiques des matériaux déplacés (roche mère et existence de discordance entre substratum et formation détritique). Lorsque le mouvement intervient au niveau des roches homogènes, plusieurs paramètres influencent la cohésion, l’infiltrabilité de l’eau, la rupture et donc le mode de déplacement.

- Classification prenant en compte les caractéristiques géotechniques des matériaux, – Classification tenant en compte les caractéristiques de la surface de séparation, – Classification géosystémique, – Classification basée sur la morphologie de la masse déplacée, – Classification basée sur la localisation géographique.

2– Classification selon le type de processus : La classification basée sur le type de processus permet de distinguer :

- les chutes libres (concernent les pierres, les blocs ou les pans de roche), - les glissements et écoulements, - les affaissements et effondrements. - les basculements (s’opposent aux autres types) impliquent un déplacement très limité

dans l’espace. 3– Classification selon La vitesse de déplacement : Certains types de déplacement donnent (automatiquement) des indications sur les ordres de grandeurs des vitesses atteintes :

- Les écoulements de blocs (centaines de km/h), - Le fléchissement d’un versant (cm au dm/an), - Les glissements et les coulées de terres s’effectuent à des vitesses très variables (d’une région à une autre, au même endroit, d’un moment à un autre).

Les glissements connaissent des accélérations, des ralentissements et des répits durables, mais qui ne sont pas des arrêts définitifs. On remarque qu’il est difficile d’apprécier la vitesse d’un mouvement étudié après l’événement, n’ayant pas fait l’objet de suivi.

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Les témoignages et les séquences éloignées dans le temps ne permettent que des estimations (appréciations subjectives) de vitesse : c’est pourquoi la vitesse n‘est pas un des critères de classification les plus fiables. 4– Classification selon L’agent de déplacement : Sous le commandement de la gravité, les deux seuls agents du déplacement dans les mouvements de terrains sont l’eau et (dans le cas des écroulements, des chutes des pierres et blocs) l’air. L’eau joue un rôle primordial dans le déclenchement de beaucoup de mouvements de terrain : Une remontée du toit de la nappe augmente la pression interstitielle et peut déstabiliser un versant. L’eau peut devenir aussi un agent de transport : une masse argileuse peut perdre sa cohésion, prendre un état de plasticité ou de liquidité et donner naissance à un glissement ou une coulée. 5– Classification selon La cause du déclenchement : Le passage de l’état de stabilité à l’état d’instabilité relève de causes nombreuses et variées : 1- Les causes externes :

- l’érosion d’un bas de pente (sapement par la rivière ou la mer), - l’ouverture d’une carrière, - les secousses (tremblement de terre, explosion, engins, etc.), - la surcharge d’une construction.

2- Les causes internes : - augmentation de la pression interstitielle (après de fortes pluies, accumulation des eaux usées rejetées dans le sol, etc.), - dissolution, - développement de l’altération de la roche.

Les causes internes sont mal connues et restent souvent inconnu. C’est pourquoi la cause du déclanchement est rarement retenue comme critère de classification ; d’autant plus qui il y a rarement une cause unique. 6– Classification selon les risques encourus : Les mouvements lents et progressifs sont peux perceptibles et sont souvent sans danger. En revanche, les mouvements brutaux peuvent être ± fort et menacent les infrastructures, les habitations et même des vies. Pour cela ces mouvements brutaux sont considérés moyennement forts, forts, très forts voir catastrophiques.

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VARIETE DES MOUVEMENTS DE TERRAIN

La variété des mouvements de terrain est due aux différences dans : - les amplitudes des masses déplacées, - la nature des roches et matériaux affectés, - les modes de déplacement, - les effets induits, - l’environnement géographique.

La classification que nous allons adopter est appuyée sur la classification du BRGM (1984) repris dans le travail de J.C. FLAGEOLET (1989) et distingue 9 classes : - Reptation - Éboulement catastrophique - Glissement - Tassement - Glissement - écoulement - Gonflement – rétraction - Écoulement - Affaissement - effondrement - Chute de blocs et écroulement rocheux I – REPTATION : DEFORMATION LENTE DE VERSANTS ROCHEUX EN MONTAGNE : Ce phénomène se caractérise par la lenteur du mouvement et se qualifie de reptation sous l’effet de la gravité (Gravitationnal creep). Les manifestations morphologiques de la reptation sur les versants (fig. 1) :

- Inclinaison des piquets, poteaux, - Rupture des murs de soutien, - Torsion des troncs d’arbre, - Fauchage des bancs.

Fig. 1 – Aspects de versants en reptation et de déformations des indicateurs.

Les aspects morphologiques des reptations se reconnaissent facilement vers le sommet, où apparaissent des escarpements (tournés vers l’amont ou vers l’aval) peu élevées, mais allongés parallèlement à la cote (parfois face à face) de part et d’autre d’une tranchée naturelle, qui lorsque elle se situe au sommet, donne naissance à une crête double (fig.2). Les escarpements sont moins nombreux et moins importants dans la partie centrale du versant.

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La déformation prend l’allure d’un renflement (surtout dans les roches phylliteuses) dont les plans de schistosité se courbent progressivement, de manière ± désordonnée, plus que dans les roches cristallines, où le découpage en blocs est plus marqué et plus apparent. Au pied du versant, les manifestations morphologiques sont moins marquées : les roches qui s’avancent sont désagrégées, sapées par les rivières ou masquées par les alluvions.

- Dépressions et gradins de versant en reptation (déformation lente).

R. phylliteuses

1- phyllites et paragneiss (P=50-60°),

2- carbonate,

3-plans de foliations, E – Z. des escarpements

4- plans de cisaillement, B – Z. de renflement.

5- Profondeur de la déformation,

R. cristallines

1- orthogneiss,

2- diorites et granodiorites,

3- éboulis,

4- plans de cisaillement.

Fig. 2 – Morphologie des versants cristallines en reptation Plusieurs facteurs sont à l’origine de la reptation :

- Soulèvements néotectonique accompagnés d’une pénétration de l’altération en profondeur et d’une augmentation de la hauteur relative du versant, - Relâchement des contraintes, consécutif au creusement de la vallée et à la disparition des glaciers, - Secousses sismiques, déclenchant le phénomène.

Lorsque la reptation devient plus profonde, le mouvement menace les biens en montagnes. Le danger est d’autant plus grand que l’évolution du phénomène est avancée, avec la possibilité de transformation en glissement (fig. 3).

Fig. 3 – Evolution de la reptation en glissements de surface dans des schistes.

Déformation du versant de la Clapière (France) : Les observations effectuées sur le versant de la Clapière, en continu (depuis 1983), montrent une morphologie de reptation, en déformation lente, dans un état très avancé, (fig. 4).

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(G- gneiss, M- migmatites, T- Trias, BI- barre d’Iglière)

1- versant glaciaire avec accidents

tectoniques, en haut,

2- décompression, altération en

profondeur le long des accidents :

déformations par affaissement (A) et

bombement (B) et fracturation et

altération de la BI.

3- transformation récente en

glissement le long d’une surface de

glissement ± circulaire, fracturation de

la BI et risque de glissement en masse,

cicatrice d’arrachement (C).

Fig. 4 – Evolution de la reptation au glissement du versant de la Clapière. Les mesures ont montré que les accélérations des mouvements en surface sont en relation avec les épisodes de fente des neiges (Printemps). L’équilibre général du versant est devenu instable ; dépendant des pressions interstitielles et de l’altération progressive de la roche, le long des accidents tectonique préexistants. Les accélérations récentes traduisent le passage de la reptation à un glissement le long d’une surface ± circulaire. II - GLISSEMENTS : La diversité des glissements est due à des différences :

- dans la nature et la taille des matériaux (fragments de roches cohérentes, de roches meubles, formations superficielles ou de sols),

- dans la forme de la surface de rupture, - dans la distance parcourue par les matériaux glissés au-delà de la zone de rupture, - dans la vitesse de déplacement.

Il s’avère que les Glissements se font sur une surface irrégulière ou de forme quelconque, ce qui permet d’opposer :

- Glissements qui se font sur une surface de rupture concave (du fait de la rotation, la masse glissée reste en gros à l’intérieur de la zone de rupture), - Glissements s’opérant à la faveur d’une discontinuité géologique importante (généralement plane) dans des matériaux variés (déplacés par translation) et par d’autres modes que le simple glissement (écroulement, écoulement). - D’autres associent rotation et translation, dans un même glissement où juxtaposent plusieurs unités de manière ± complexe.

Ce qui permet de distinguer dans les glissements : o Glissement rotationnels, o Glissement sur une discontinuité préexistante, o Glissement complexe, o Glissement composite,

2-1- Glissements rotationnels : Ils se produisent dans les roches homogènes où les discontinuités géologiques sont absentes ou insuffisantes pour influencer la forme et la position de la surface de glissement.

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- la surface de glissement est concave (dite surface gauche) à pente forte vers le haut du versant, et aplatie vers le bas ; d’où l’appellation en fauteuil, en cuillère (faisant référence au profil et à la forme générale), (fig. 5).

- Dans le calcul de stabilité d’un glissement, la surface de glissement est assimilée à un arc de cercle et le mouvement s’apparente à une rotation de la masse glissée autour du centre du cercle.

- La morphologie d’un glissement fait apparaître 2 secteurs, (fig. 5) : à l’amont : la zone de rupture, avec ses bords et son escarpement de tête (miroir de glissement). La masse glissée est inclinée vers l’amont par la rotation dans un glissement rotationnel simple (GRS). Cette masse peut être découpée en une série de gradins dans un glissement rotationnel multiple (GRM). à l’aval : la masse glissée déborde au-delà de l’extrémité redressé de la surface de rupture, occasionnant d’abord un replat, (bourrelet, bosselé et sillonné de crevasses allongées perpendiculairement à la pente), puis constituant une longue qui s’installe et progresse vers l’aval.

Fig. 5 – Aspects et paramètres morphologiques d’un glissement.

Souvent, le long de cotes ou berges de rivières ou des lacs, en R sédimentaires argileuses ou marneuses, où les G Rationnels sont fréquents, le bourrelet et le front sont souvent réduits ou absents : L’extrémité de la surface de rupture se trouve svt au niveau du plan d’eau (mer, lac, rivière) qui étalent ou évacuent les matériaux glissés. Cette suppression de la butée entretient l’instabilité et favorise la propagation des glissements rotationnels vers l’amont : glissement rétrogressif. Dans les G Rotationnels, le mouvement est lent et progressif et même lors des accélérations dangereuses, les accidents de personnes sont rares et les dégâts (habitations, infrastructures) et les réparations peuvent être sérieux et onéreux.

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2-2- Glissements sur une discontinuité préexistante : Les discontinuités qui favorisent le glissement le long d’un versant sont celles qui sont ± parallèles au versant. Elles constituent des surfaces de glissements potentielles.

- Limite entre sol et roche mère, - Plan de faille, - Plan de stratification dans les roches sédimentaires.

1- Discontinuité d’un sol sur son substrat : La stabilité mécanique d’un sol (altérite) se réfère à des critères géotechniques plutôt qu’à des critères pédologiques et géomorphologiques. Le pendage peut aider à souligner la limite sol – roche et faciliter le glissement, bien que d’autres facteurs peuvent intervenir :

- pendage des couches conforme à la pente du versant, - humidité de l’ubac favorisant l’altération, - roche argileuse, riches en micas.

2– Discontinuité structurale : Dans les roches stratifiées (calcaires, grès, schistes), un plan de stratification ou de clivage en pendage conforme (accusé vers l’aval ou parallèle à la pente), peut être un plans incliné sur lequel s’effectue le glissement de blocs de ces strates rocheuses. Une fois déclenché, le G peut être très rapide. La possibilité de ces glissement dépend de (fig. 6) :

- la rugosité des plans structuraux, - du pendage, - de la présence d’un film d’eau, qui aide à vaincre la résistance au frottement.

Le pendage des calcaires permet le G des dalles ± épaisses de plusieurs mètres. La discontinuité peut correspondre à un joint de stratification argileux ou marneux qui constitue une couche-savon. A la fin du G, la dalle est disloquée, sous forme d’un éboulis rocheux chaotique, (fig. 6). En bas de versant, le G se transforme en un écroulement pouvant barrer ± la vallée. Les traces de ce type de G restent visibles et reconnaissables dans le paysage.

Fig. 6 - Ripage d’une masse rocheuse (glissement par frottement banc sur banc). 3- Discontinuité horizontales ou à très faible pendage : Un plan entier du rebord (plateau d’un versant de vallée ou d’une falaise côtière) peut localement glisser ± horizontalement. Le phénomène s’apparente aux glissements par translation, (Fig. 7). Certaines falaises argileuses sont affectées par des G plans superposés, dont la base coïncide avec des limites bien définies. Ces limites séparent les argiles des sables, ou correspondent à des plans de stratification, (Fig. 7).

1 - graviers de plateau, 2 - 3 - plans de stratification, dans les argiles sableuses, mg - masse glissée.

Fig. 7 – Glissement horizontal : G par translation, G plans étagés.

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2-3- Glissements composites : Un Glissement composite est un mouvement de terrain qui associe une rupture gauche en tête de glissement et une rupture plane qui la prolonge vers l’aval, (fig. 8).

Fig. 8 – Glissement composite.

2-4- Glissements complexes : Le Glissement complexe est mouvement de terrain dont la surface de rupture n’est pas régulière et peuvent prendre des formes diverses, (Fig. 9) :

- forme d’une suite de marches d’escaliers, - forme d’un glissement à l’aval et d’un effondrement en coin à l’arrière (± simultanées).

Fig. 9 – Glissement composite.

III - GLISSEMENTS – ECOULEMENTS : Les mouvements de terrain dont le style initial est un simple glissement, qui évolue vers un autre mode de déplacement de type écoulement : Selon le processus et l’aspect de la masse finale, on distingue les sous classes suivantes :

o G. boueux, o G. coulées, o mouvements mixtes et o mouvements complexes.

3-1- Glissements boueux : Les GB (Mudslides) sont des mouvements de masse dans lesquels des matériaux fins (argiles, limons, sables fins) avancent principalement par glissement sur des surfaces de cisaillement (limites incertaines) avec une lenteur relative et constituant des accumulations lobées ou allongées. Les GB se distinguent par leur morphologie, qui comporte 3 secteurs bien individualisés, (fig. 10) :

o une zone de départ : possède l’allure assez classique en couronne (Corona !) d’un glissement (qui peut être rotationnel, translationnel ou ± complexe).

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o L’accumulation terminale : étalée en lobe simple ou digitée. Le lobe est en pente très faible (quelques degrés), mais elle se termine par un front convexe assez prononcé (10-25°).

o Entre les 2 zones, un ou plusieurs chenaux, en pente sur la falaise (rétréci), par lequel les matériaux descendent de la source vers le lobe du bas de versant.

1- Falaise, 2- Terrain bosselé, 3- Z. d’origine des matériaux, 4- Couloir, 5- Lobe d’accumulation, 6- Route.

Fig. 10 – Morphologie d’un glissement boueux.

Le mécanisme de déplacement, au niveau du chenal et le lobe d’accumulation, est de type écoulement que glissement. Ces GB se produisent occasionnellement après les fortes pluies, ils ont souvent un caractère saisonnier : le mouvement commence à la fin de l’automne, montre un maximum de déplacement entre Novembre et Mars et cesse en été, pour reprend l’année suivante. 3-2- Glissements coulées : Le GC (flowslide) est une forme particulière de désintégration d’un glissement de matériaux, dans lequel les débris deviennent une masse fluide dotée d’un pouvoir destructeur. Le GC désigne des mouvements dans des cendres volcaniques des terrils, des remblais, etc. Sur les versants, à pente ± importante, le matériau semi-fluide (en mouvement et à teneur en eau un peu plus faible) glisse vers le bas, enlevant la couverture meuble et libère l’eau. Une coulée prolonge la partie centrale du GC jusqu’en bas, en y creusant un canal ± profond, (le canal est creusé par la boue et non par l’eau). L’eau contribue au phénomène par érosion à la base (dispersion) : possibilité de liquéfaction et dilution en coulée de boue. Le GC se produit également dans les argiles sensibles, où la rupture se fait initialement à la base, à la suite d’une sursaturation locale, sous la forme d’un glissement. Le G se développe de manière régressive (tranche par tranche) et l’argile glissée se transforme en une boue visqueuse. Il en résulte l’apparition d’une sorte de cratère en forme de cuvette, dont la base est inclinée légèrement vers l’aval.

Ces argiles sont dites sensibles à cause de la facilité avec laquelle elles se transforment en boue visqueuse. Cette propriété n’est pas due à leur minéralogie (ce ne sont pas des argiles gonflantes : Illites, Chlorites, Vermiculites, etc.), mais due à la fragilité des microstructures des argiles.

Une fois la limite liquidité est dépassée, elle crée les conditions d’écoulement. 3-3- Mouvements mixtes : (MMx) Ce sont les glissements qui évoluent en coulée, en dehors des GC (s.s.). Les G se transforment en coulées mixtes de boue et de débris.

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La filiation d’un G à une coulée n’est pas toujours immédiate, ni simple. La coulée peut succéder au G après une série d’étapes intermédiaires. 3-4- Mouvements complexes : (MCp) Dans ce type de mouvement, les processus anciens sont masqués ou effacés par les plus récents, rendant l’aspect morphologique complexe, (fig. 11). Dans le temps, l’évolution de la masse en mouvement (en se propageant vers l’amont et latéralement) peut aboutir à une superposition ou une intrication des processus de G et d’écoulement.

1- état initial, I- Infiltrations dans les schistes, 3- glissement, II- infiltration devient importante. 5- glissement et coulée, III- diminution de la teneur en eau, S- saturation, 6- état actuel IV- matériaux essorés, Ca- coulée active, matériaux gorgés d’eau.

Fig. 11 - Mouvement complexe : Étapes de la disparition des caractères morphologiques d’un glissement et de sa transformation en coulée.

IV – ECOULEMENTS DE DEBRIS : COULEES DE DEBRIS (CD) : 4-1– Diversité des formes d’écoulement : L’écoulement correspond à un déplacement des matériaux qui diffère des glissements par :

- la disparition des structures de la roche ou du sol, - leurs vitesses de déplacement plus grandes, - une consistance ± pâteuse ou visqueuse des matériaux mélangés et transportés, tantôt

grossiers, plus souvent hétérogènes ou diamictites - leur morphologie d’ensemble, - La masse écoulée en lame sur une pente ou guidée par l’encaissement du talweg (du vallon,

ou du torrent) qu’elle empreinte et au débouché duquel elle s’étale en cône ou en éventail, On peut ronger sous la rubrique Ecoulement les mouvements suivants :

- Coulée des blocs (humides ou sèches), - coulées de terre, - coulée de boue,

– lave torrentielle, - avalanche de débris, - etc.

En fonction de la taille des matériaux, on distingue :

- E. des débris : abondance des éléments grossiers (lorsque la O > 2 mm : 20 – 80 %), - E. de terre : abondance des éléments fins (lorsque la O < 2 mm : > 80 %).

Souvent on rassemble ces types de matériaux dans les coulées de débris (debris flow), dans la mesure où les mécanismes d’écoulement sont censés être les mêmes.

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Ces écoulements sont spasmodiques et correspondent à des phases d’écoulement plus rapide alternant avec des phases d’écoulements plus visqueux et plus lents. Le profil en long du chenal montre des vagues successives, (fig. 12). Les coulées de débris sont produites :

- par phase : arrivée des matériaux bloqués dans leur progression, - par des étranglements ou des obstacles dans le chenal, - ou par des arrivées d’eau latérales.

Fig. 12 – Profil et morphologie de coulée des vagues successives.

4-2- Mécanismes d’écoulement : - Théoriquement, les écoulements de débris (coulées) rapides étaient fluidisées de sorte que le fluide interstitiel monte rapidement et les grains solides sont suspendus et fluidisés. L’ensemble (débris solides et eau) serait capable de se déplacer avec des caractéristiques de viscosité proche de celle de l’eau : càd très basses, (la viscosité de l’eau (20°c) est 10-3 Poiseuilles). - En réalité, les faibles quantités d’eau peuvent suffire à mobiliser les débris sous forme d’écoulement, avec des densités élevées (1.4–2.5) dans des chenaux. L’eau et les débris ne se déplacent pas séparément mais s’écoulent en masse (ce qui diffère l’écoulement de type mouvements de terrain de l’écoulement fluvial).

Fig. 13 –Aspects et dégâts de coulées de boues.

4-3- Types de coulées : Les coulées se différencient assez nettement l’une de l’autre selon leurs vitesses, la taille des matériaux, leur origine et la forme du dépôt. Ces éléments sont largement conditionnés par le cadre géomorphologique et la localisation géographique.

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Coulées des régions de collines : Les pentes montagneuses sont modérées et peu élevés ; les coulées peuvent avoir des origines et des formes variées, mais elles sont peu chenalisées. Certaines sont très peu encaissées et les matériaux sont pris au substratum (Roches mères, altérites, formation superficielles). Coulées et avalanche des débris des régions montagneuses : Les coulées démarrent en haut de versant (roches favorables), après les fortes pluies et à la faveur d’un ravinement concentré.

- Les sources permettent parfois le maintien durable d’un taux d’humidité élevé dans la coulée (ce qui contrôle les conditions d’activité et du ralenti.). - La pente à partir de laquelle les coulées s’arrêtent et la forme du dépôt qui en résulte sont souvent variables. Sur les pentes modérées, au débouché dans une vallée, la coulée s’étale en éventail ± aplati.

Fig. 14 – Morphologie de la coulée de terre dans une vallée. Laves torrentielles dans les torrents de montagnes : Dans les montagnes (où les bassins torrentiels à pentes fortes), les coulées peuvent atteindre des vitesses plus importantes et sont désignées par laves torrentielles. Ceci illustre la notion de durée du phénomène qui s’accorde avec le terme lave (millions de m3 descendus en 24 h). Ces coulées sont associées aux torrents dont elles empruntent les cours et accroissent les cônes. Les circonstances de déclanchement de la lave ne diffèrent pas de celle de la coulée (moins chenalisée). Lors des averses orageuses un paquet de matériaux (argilites, altérites, gélifracts, etc.) écroulés et débloqués dans l’eau se trouve dans le bassin de réception du torrent. L’écoulement se poursuit de manière plus réduite : une quantité importante de matériaux boueux finit sur le cône de déjection des vallées (niveau de base local). Les traits morphologiques et morphodynamiques des laves torrentielles se distinguent des autres coulées et sont les suivants :

- Elles transportent des blocs, immobilisés et hérités de paroxysmes pluvieux antérieurs,

- Les matériaux grossiers du lit du torrent sont poussés au front de lave et repoussés sur les bords, tandis que des matériaux glissent ou s’écoulent par paquets sur les versants raides déstabilisés,

- La lave s’arrête souvent sur un cône de déjection, édifié par l’écoulement torrentiel habituel (plutôt que par des laves successives),

- La lave s’encaisse souvent dans ce cône, en 1 ou plusieurs chenaux ; elle abandonne des levées dissymétriques de blocs imbriqués les uns dans les autres et orientés dans le sens de l’écoulement, tandis que la matrice boueuse va s’étaler sur la base du cône.

Les dégâts des laves torrentielles peuvent être considérables (habitations détruites, routes coupées, barrages affouillés, lignes de chemin de fer ensevelies et dégâts matériels importants).

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V - CHUTES DE PIERRES ET DE BLOCS ET ECROULEMENTS ROCHEUX : On utilise le terme chute des pierres ou des blocs, pour des éléments qui tombent isolément ou en groupe. On réserve le terme chute des pierres pour les éléments dont le volume est < 1 dm3 et chute des blocs pour les éléments dont le volume est > 1 dm3. On parle d’écroulement au lieu de chute, quand il s’agit de la chute soudaine d’une masse rocheuse, qui se détache d’une paroi ± raide, et qui tombe en se désorganisant. Le volume d’un écroulement est > à plusieurs dizaines de m3, et peut atteindre des dimensions considérables. Le détachement se produit à partir d’une paroi rocheuse. Le mouvement est une chute libre, ce qui exclut les GR banc sur banc. Or, plus bas dans le versant, l’une et l’autre prennent des formes semblables (amas chaotique de blocs). Souvent la chute libre initiale est précédée par un glissement ou suivie par un roulement sur les pentes des bas de versant (Fig. 12).

Fig. 15 – écroulements rocheux après glissement bancs sur bancs.

Le terme écroulement peut être réservé à l’accumulation chaotique elle-même, appelée aussi éboulement, pour la distinguer des éboulis. Les éboulis sont ± organisés, à pente régulière, constitués de fragments détachés principalement par les effets de gel dégel tombant individuellement et sporadiquement ou saisonnièrement. Les chutes de pierres et de blocs et les écroulements se produisent dans des sites variés :

- falaises littorales, - rive abrupte d’une rivière, - rebord de plateau, - escarpement rocheux en montagne, - grande tranchée de route ou de voie ferrée.

Les écroulements et les chutes sont précédés d’un basculement préalable, mis en surplomb, ou sont directs (dans une paroi subverticale et très raide).

- Écroulement d’une masse rocheuse après basculement, - Écroulement d’une corniche ou falaise en surplomb, - Écroulement à la suite d’une extraction à la base de la paroi ou du versant.

5-1- Écroulement d’une masse rocheuse après basculement (Pivotement) : Un panneau ou un rebord de falaise peut se détacher et basculer ± lentement et progressivement. Le phénomène est défini (Topple dans la terminologie anglo-saxonne) comme un mouvement de pivotement autour d’un point, situé au dessus du centre de gravité de la masse détachée. - Écroulement d’un pan de berge entaillée verticalement dans les alluvions d’une berge des rivières, lorsque la cohésion des alluvions est suffisante, assurée par les matrices argileuses d’alluvions sablo-limoneuses.

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- Écroulement rocheux dans une falaise : Le détachement et le basculement sont causés par des glissements ou des foirages qui se produisent dans l’assise argilo-marneuse qui supporte la falaise. L’élargissement des fissures entraîne les blocs (panneaux).

Fig. 16 – Basculement de pan d’une berge alluviale et du rebord de falaise rocheuse. 5-2- Écroulement d’une falaise en surplomb (corniche) : La mise en surplomb peut résulter d’un sapement mécanique sur le littoral, où le choc des vagues et de tempêtes peut saper la base d’une falaise et y produire une encoche (surtout quand les assises du pied sont faites d’une roche moins cohérente que les strates supérieures), (fig. 17). La mise en surplomb peut résulter d’une désagrégation des couches rocheuses de pied de falaise par l’action des agents météoriques, par l’altération ou par la gélifraction. La mise en porte à faux peut se faire également par soutirage des matériaux à l’émergence d’une nappe perchée (retenue à la base de la falaise rocheuse, au contact de strates ± imperméables).

A – Sapement mécanique de la base d’une falaise littorale B - désagrégation météorique de la base d’une falaise.

C - affouillement par soutirage d’émergence de nappe.

Fig. 17 - Écroulement de surplomb. La mise en porte à faux est à l’origine de nombreux écroulement en montagnes (falaises calcaires sur les assises marneuses). En plus des séismes, le déchaussement de la base des bancs calcaires (marno-calcaires) s’opère par des sources dont le débit grossi subitement. 5-3- Écroulement à la suite d’une extraction à la base du versant : Souvent, les ruptures des parois et des falaises rocheuses sont aussi dues à l’exploitation minerais en bas de versant (charbon, l’ardoise, ou autres). Les écroulements en montagne procèdent souvent d’un enchaînement complexe de déplacement, ce qui leur donne leur puissance destructrice. VI - ÉBOULEMENTS CATASTROPHIQUES : Pour désigner des mouvements complexes et leur caractère catastrophique (réel ou potentiel), et pour ne pas préjuger le mode de déplacement (parce que plusieurs modes de déplacement se succèdent (chute, glissement, écroulement, écoulement, …), plusieurs expressions ont été employées.

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Certains parlent de Mvts de masse destructeurs en haute montagne, en incluant les coulées et avalanches de débris. Le terme de Bergsturtz est le plus couramment admis. Certains chercheurs proposent d’étendre le terme flowslide à ce type d’écroulement. Le Service géologique (SGNF) et le BRGM a retenu le terme éboulement catastrophique. C’est un mouvement de terrain qui se caractérisé par 3 caractères :

- volume important > dizaines de millions de m3, - extension peu ordinaire, de l’ordre de plusieurs km, - vitesses importantes : plusieurs centaines de km/h.

Les masses qui se déplacent par éboulement catastrophique se comportent comme un ensemble collectif, très différemment des petits écroulements et des chutes de blocs isolés, (fig. 18).

Glissement de Javont - 1970 Mont Granier, Chili Huascaran, Pérou - 1970

Fig. 18 – Aspects des éboulements catastrophiques. Les causes du déclanchement des éboulements catastrophiques peuvent être diverses (précipitations, tremblement de terre, rupture de barrages de lacs glaciaires, etc.). La capacité des grands éboulements à franchir, très vite, de grandes distances sur des pentes faibles et même à contre pente a beaucoup surpris et suscite des interrogations quant aux mécanismes en jeu. VII - TASSEMENTS RESULTANT DU DRAINAGE DE SOLS ORGANIQUES : Le drainage des marais des sols organiques est souvent entrepris dans le but de mettre en culture certaines étendues tourbeuses. Ce drainage entraîne un abaissement du niveau de la nappe, qui conduit (en plus de l’humidification de la tourbe et la transformation du biotope) à son tassement, (fig. 19). Localement, bien que le tassement dépasse rarement 30 cm, les bosses et les creux se forment sous l’effet du tassement et deviennent un handicap et même un risque. En plus des répercussions agricoles. Les tassements varient d’une région à une autre, selon le climat, le type de la tourbe, l’importance du rabattement de la nappe.

Fig. 19 – Relation tassement en surface et réduction du niveau piézométrique.

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Le tassement peut causer, là où les agglomérations sont construites sur des terrains analogues et assainis par drainage, des désordres dans les constructions et les infrastructures. VIII - GONFLEMENTS ET RETRACTION DU SOL : L’expression sols gonflants (ou expansive soils) est utilisée pour un phénomène où alterne 2 processus, gonflement suivi de rétraction. Cette alternance est liée aux changements d’humidité des sols ou des roches très argileuses. Parmi les argiles les plus susceptibles de fixer l’eau disponible (et donc de gonfler) ou susceptibles de la perdre (de se rétracter) on a les montmorillonites, les saponites et les nontronites. L’écartement des feuillets d’une montmorillonite peut varier fortement. Dans la nature, la valeur des changements de volume est difficile à apprécier. Les gonflements qui dépassent 1,5 le volume initial occasionnent de sérieux dégâts. Ainsi, l’amplitude des roches à changer de volume dépend de leurs teneurs en argiles gonflantes, et de leurs aptitudes des variations significatives d’humidité (d’origine climatique, saisonniers ou accidentels ou provoqués par l’Homme). Les aspects de gonflement - rétraction des sols et les dégâts fréquemment observés sont : les murs fondus, dalles disjointes ou cassés, routes bosselées et déformées, parkings fissurés, etc.

Dans les régions semi-arides, les dégâts sont dus aux tuyaux de descente des eaux des toits : ces derniers envoient les eaux dans le sol des fondations, (fig. 20). Dans les régions humides, certains types d’arbres (Eucalyptus, etc.) peuvent réduire l’humidité d’un sol et donc provoquent la rétraction du sol. La construction des parkings ou aérodromes réduit ou supprime l’évaporation. Ceci déclanche un gonflement des sols sensibles et cause des dégâts sur ces constructions.

Fig. 20 – Dégâts des constructions provoqués par le gonflement – rétraction du sol.

IX - AFFAISSEMENTS ET EFFONDREMENTS : (SUBSIDENCE) La subsidence désigne un enfoncement du fond d’un bassin sédimentaire pendant une assez longue période à l’échelle géologique. A l’échelle humain, un terrain (d’étendue ± vaste) peut descendre verticalement sur place brusquement ou lentement. L’affaissement se traduit en surface par une dépression topographique peu profonde (cuvette), sans rupture apparente. C’est un déplacement vertical, lent, progressif et ± continu.

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L’effondrement se traduit en surface par d’une dépression ± circulaire, caractérisé par la rupture du couches et des bords verticaux ou escarpés. C’est un déplacement vertical, brutal et discontinu. Avec le temps, un affaissement peut évoluer et se transforme en effondrement. De même, l’effondrement en profondeur peut s’amortir progressivement vers le haut ; dans ce cas, l’effondrement se prolonge en surface par un affaissement, (fig. 21).

Fig. 21 – Relation et évolution effondrement en profondeur, affaissement en surface,

effondrement généralisé. Les causes de la subsidence sont nombreuses naturelles ou anthropiques (de plus en plus liées aux activités humaines). Ces causes se trouvent en profondeur et relèvent de 2 catégories :

Un tassement accéléré de roches en profondeur, meubles ou de réservoirs, suite à l’exploitation des fluides qu’elles contiennent (eau, gaz, pétrole). Ce type de tassement (accidentel) est différent du tassement normal d’un terrain de fondation, accéléré par le poids des constructions. L’effondrement au dessus d’une cavité souterraine d’origine naturelle (cavité karstique, conduite de circulation, etc.) ou au dessus d’un vide artificiel (carrière ou mine souterraine, poche due à des fuites des buses, etc.).

9-1– Affaissement, tassements et désordres dûs aux constructions sur terrains compressibles : Les terrains compressibles sont argiles, marnes et vases. Ces terrains peuvent montrer un tassement différentiel ; plus accusé à l’aplomb de certains points, il entraîne une inclinaison, un basculement et même l’effondrement d’une partie du bâtiment. Le tassement est différentiel (plus accusé à l’aplomb de certains points). Il provoque l’inclinaison, le basculement, et même l’effondrement d’une partie du bâtiment. Le tassement différentiel a pu être démontré dans plusieurs cas : la Tour Pise, la ville de Mexico, la ville de Fès (secteur oued Fès).

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La Tour de Pise en Italie illustre l’exemple des affaissements provoqués par le tassement dû aux constructions sur des terrains compressibles, (fig. 22). Commencée en 1173 et affectée par un tassement différentiel dès le 1°étage, elle a été terminée en 1272. La Tour est haute de 54.10 m, l’écart à la verticale est de 5.58 m au sommet. Le tassement s’est poursuivi depuis, de l’ordre de 2 mm/an vers 1960, de 1 mm/an entre 1800-1900 et de moins de 1 mm/an depuis. Fig. 22 – Inclinaison de la tour Pise provoqué par tassement différentiel dû aux constructions (affaissement).

9-2- Affaissements consécutifs aux pompages des fluides souterrains : Ce type d’affaissement est lié à l’extraction et le pompage du gaz, du pétrole ou de l’eau. Ces fluides souterrains remplissent les espaces intergranulaires et soutiennent les particules des sédiments. Leur disparition supprime ce support, réduit les espaces vides et entraîne la compaction des argiles. L’affaissement, en surface, se produit là ou il y a compaction en profondeur. Ce qui cause des dégâts aux canaux, aux aqueducs, aux conduites d’égouts, aux oléoducs, gazoducs, etc. 1- Affaissements consécutifs aux pompages des eaux : Le pompage incontrôlé des eaux met en péril certaines agglomérations : cas de Venise, Bangkok, Houston, etc. L’agglomération de Bangkok illustre les risques des affaissements consécutifs aux pompages des nappes aquifères. Le terrain à Bangkok montre une succession latérale et verticale formée de marnes, sables deltaïques et alluvions. Les couches (sables et graviers) séparées par des couches d’argiles forment 9 aquifères, identifiés jusqu’à 550 m de profondeur. Ce sont des ressources considérables en eau, dans les quels Bangkok puise ses besoins. Plus de 10 millions de m3 sont pompés chaque jour à partir de 11.000 puits. Cette pratique a provoqué une basse des niveaux piézométriques et une compression des couches argileuses. Cette compression, répercutée en surface, se traduit par l’affaissement des terrains, largement perceptible dans l’agglomération, (fig. 23). Cet affaissement a été estimé à 0.5 m dans le centre de Bangkok ; dans le secteur oriental, les taux d’affaissement atteignaient plus de 10 cm/an.

1 - aire urbanisée, 2 - taux de subsidence >10

cm/an, 3 - taux de subsidence entre 5-

10 cm/an, ° - station d’observation.

Fig. 23 - Affaissement des terrains à Bangkok.

Résultats : plusieurs quartiers ont été inondés durant plusieurs semaines (75/ 78/ etc.), interrompant le trafic, endommageant immeubles et rues, entraînant des risques sanitaires et des pertes économiques importantes. 2- Affaissements consécutifs à l’extraction pétrolière :

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Les roches réservoirs, desquelles on extrait le pétrole, sont souvent poreuses et peu résistantes. Leur compaction, par la charge des terrains qui les recouvrent (plusieurs m et même plus, dans le cas des réservoirs épais et superposés), peut se transmettre jusqu’à la surface, (fig. 24). Il est fréquent de signaler, dans les sites d’extraction pétrolière, des indices de tassement, d’affaissements et de déplacements horizontaux. Ces mouvements de terrains induits sont analogues à ceux provoqués par le pompage des eaux souterraines.

Fig. 24 – relation affaissement en surface et extraction de pétrole.

9-3- Affaissements et effondrements par soutirage de matériaux fins : A l’inverse du pompage, une perte des eaux de surface en profondeur peut avoir des effets presque similaires. L’affaissement se produit dans les cas suivants :

Sédiments proches de la surface devenant humides (imbibés d’eau) pour la 1° fois depuis leur dépôt. Terres arides irriguées : aménagement des terres agricoles, Canal d’irrigation ouvert dans des sédiments meubles secs, non tassés. Remblai de texture fine, humecté et drainage inadéquat des eaux (pluviales ou usées).

Affaissement en surface par hydrocompaction. L’eau provoque une diminution de la cohésion des grains, qui peuvent bouger et remplir des vides. Le résultat est un tassement du terrain. Généralement ce tassement est de l’ordre de quelques dm, à quelques m. Les dommages sont ± sérieuses, lorsqu’ils affectent les canaux, routes, conduites, habitations, etc., (fig. 25).

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Fig. 25 – types de dégâts provoqués par des affaissements et effondrements par soutirage de matériaux fins.

Les eaux infiltrées dans une roche (sol, remblai) circulent à l’intérieur de la roche et émergent (en sources ou en suintements) dans un versant, une falaise ou un forage. Ces eaux peuvent entraîner des particules fines et soustraire au terrain des quantités de matière ; en surface, cela se répercute par des affouillements. Ce type d’affouillements (dit soutirage) est appelé renards en terme d’ingénierie. Ce phénomène peut être naturel, comme il peut être accidentel. Une fuite d’un réseau d’eau : d’irrigation, de drainage, d’eau potable, d’égout, dans une digue, dans un forage, etc. Lorsque la circulation de l’eau est diffuse, il n’y a pas formation de cavités bien définies : le terrain s’affaisse progressivement sous son propre poids. Lorsque la circulation est concentrée et préférentielle, des vides localisés apparaissent, l’effondrement de leur toit peut donner naissance en surface à des zones d’affaissement bien délimitées. Le processus est un Affaissement lent lorsque le mouvement de terrain suit la formation des vides ; tandis que le processus est un effondrement, lorsque les cavités ont eu le temps de se développer avant de s’effondrer brutalement. Cela se répercute en surface par des formes d’affaissement circulaires, d’amplitude métrique à plurimétrique. 9-4- Affaissements et effondrements au-dessus de cavités souterraines : Les cavités souterraines peuvent être naturelles (karst) ou creusées par l’homme (carrières et mines). Les facteurs naturels qui conditionnent les effondrements au-dessus de cavités souterraines :

- Résistance de la roche à la rupture (dépend de la teneur en argiles, ampleur de la zone décomprimée autour des galeries, son hétérogénéité). - Intercalation des strates argileuses ou gréseuses qui favorisent la rupture des voûtes. - Densité des plans de faiblesses (diaclases, failles, joints de stratification), - le pendage des terrains, - Taille des vides (le foudroyage se produit quand la taille du vide atteint les 2/5 de l’épaisseur de la voûte (du toit de la roche sus-jacente).

1- Effondrements de cavités naturels : La plupart des vides naturels souterrains susceptibles de provoquer des effondrements dommageables sont d’origine karstique. Ils résultent de la dissolution des roches solubles (calcaires) ou très solubles (gypses et roches salines). L’effondrement peut être direct, unique et brutal ou polyphasée, des roches formant la voûte des vides karstiques : avens, salles, grottes, galeries, …, (fig. 26).

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Il existe des grottes à voûtes très minces (susceptibles de s’effondrer) et des grottes d’effondrements quaternaires fossiles, bouchées, colmatées et invisibles en surface, (fig. 26). - Dolines d’effondrement : les creux sont plus larges que profonds. - Avens ouverts en surface : ce sont des formes d’effondrement, elles se produisent à la partie supérieure des vides (d’extension verticale) ou des puits profonds développés sur fissures.

A : Aven formé par effondrement du toit d’un puits,

B : Formation progressive d’une cloche d’effondrement).

Fig. 26 – Effondrement de voûtes karstiques 2- Effondrements de carrières souterraines : Les carrières souterraines sont fréquentes en zones urbaines (Casablanca, Salé, Fès, etc.). Les médinas des cités anciennes ont été édifiées à partir de matériau extrait sur place et à proximité ; plus tard ces zones d’exploitation ont été gagnées par l’urbanisation. L’exploitation des carrières souterraines se faisait habituellement par chambres et piliers, sur une hauteur allant de 2 à 10m et sous 2 à 12m parfois moins de 1m de recouvrement, (fig. 27).

Fig. 27 – Carrières d’exploitation des roches.

3- Effondrements miniers : Certains effondrements de surface se produisent au fur et à mesure de l’activité d’exploitation minière. Elles sont en relation avec l’effondrement de cavités ouvertes en profondeur pour l’extraction mines (sel, charbon, fer, phosphates, etc). Des effondrements spectaculaires (en forme de cratères circulaires) ont été provoqués par l’extraction des mines, (fig. 28).

28 - Principaux causes de dégâts aux constructions des zones d’affaissements miniers. L’exploitation souterraine (charbon) s’accompagne par des affaissements qui peuvent avoir des effets dommageables aux constructions et installations de surface, (fig. 28). Les dégâts se sont

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reproduits avec plus de gravité qu’il était difficile de prévoir la localisation en surface des effets d’affaissements profonds.

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Conclusion Les mouvements de terrain recouvrent des formes très diverses qui résultent de la multiplicité des mécanismes initiateurs, eux-mêmes liés à la complexité des comportements géotechniques des matériaux sollicités et des conditions de gisement. Selon la vitesse de déplacement, on peut regrouper les mouvements de terrain en : Pour les mouvements lents, la déformation est progressive et peut être accompagnée de rupture ; mais en principe d'aucune accélération brutale :

1- Affaissements consécutifs à l'évolution de cavités souterraines naturelles (endokarst) ou artificielles (carrières ou mines), évolution amortie par le comportement souple des terrains superficiels ; 2- Tassements par retrait de sols argileux et par consolidation de certains terrains compressibles (vases, tourbes) ; 3- Fluage de matériaux plastiques sur faible pente (reptation) ; 4- Glissements, déplacement en masse, le long d'une surface de rupture plane, courbe ou complexe, de sols cohérents (marnes et argiles) ; 5- Humectation – dessiccation, (retrait – gonflement) de certains matériaux argileux en fonction de leur teneur en eau.

Les mouvements rapides sont subdivisés en deux groupes, (selon le mode de propagation des matériaux), en masse ou à l'état remanié : 1- Le déplacement en masse :

6- les effondrements, qui résultent de la rupture brutale de voûtes de cavités souterraines naturelles ou artificielles, sans atténuation par les terrains de surface ; 7- les chutes de pierres ou de blocs provenant de l'évolution mécanique de falaises ou d'escarpements rocheux très fracturés ; 8- les éboulements ou écroulements de pans de falaises ou d'escarpements rocheux selon les plans de discontinuité préexistants ; 9- certains glissements rocheux.

2- Le déplacement à l'état remanié : 10- les laves torrentielles, qui résultent du transport de matériaux en coulées visqueuses ou fluides dans le lit de torrents de montagne, 11- les coulées boueuses, qui proviennent généralement de l'évolution du front des glissements. Leur mode de propagation est intermédiaire entre le déplacement en masse et le transport fluide ou visqueux.

Les mouvements de terrain induisent des risques géomorphologiques de ce type qui sont des dangers survenant en raison de dynamique des versants et menaçant le bien-être de l’Hommes et/ou de l’environnement. Ces risques se trouvent amplifié par l’activité humaine.

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Mouvements de terrain J. Gartet · 2020. 3. 23. · 1– Classification selon les facteurs de terrain : Elle prend en compte les caractéristiques des matériaux déplacés (roche