Thèse soutenue

Effets de site, endommagement et érosion des pentes dans les zones épicentrales des chaînes de montagnes actives

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Auteur / Autrice : Claire Rault
Direction : Hélène Lyon-CaenPatrick Meunier
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'environnement
Date : Soutenance le 16/04/2019
Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre et de l'environnement et physique de l'univers (Paris ; 2014-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : École normale supérieure (Paris ; 1985-....). Laboratoire de géologie
établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)
Jury : Président / Présidente : Jean-François Semblat
Examinateurs / Examinatrices : Hélène Lyon-Caen, Patrick Meunier, Jean-François Semblat, Paolo Frattini, Fabrice Cotton, Céline Gélis, Anne Mangeney
Rapporteurs / Rapporteuses : Paolo Frattini, Fabrice Cotton

Mots clés

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Résumé

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Les glissements de terrain constituent un risque naturel majeur à l’origine de dégâts matériels et humains considérables. Les séismes sont l’une des principales causes de leur déclenchement dans les orogènes actifs. Dans la zone épicentrale, le passage des ondes sismiques perturbe le champs de contraintes local ce qui peut provoquer le dépassement du seuil de stabilité des versants. La probabilité de déclenchement d’un glissement de terrain sismo-induit sur une pente donnée est donc fonction de facteurs liés au mouvement du sol et aux caractéristiques géologiques et topographiques de celle-ci. Très peu de données sismiques sont disponibles sur les versants et les modèles d’interpolation sont peu précis. Or le mouvement sismique peut s’avérer très variable à l’échelle d’un bassin du fait de la présence d’effets de site. L’étude de la réponse sismique d’un relief taïwanais nous permet de documenter ces effets et de prendre connaissance de la complexité du mouvement enregistré sur ce relief à la suite du passage de l’onde. Un réseau de six stations larges-bandes a été déployé, au travers de ce relief large d’environ 3km. Entre mars 2015 et juin 2016, ce réseau a permis d’enregistrer la réponse des sites à plus de 2200 séismes régionaux (magnitude Ml>3, distance hypocentrale<200km). Bien que distants de quelques centaines de mètres, les sites présentent tous une réponse qui leur est caractéristique résultant d’une combinaison complexe entre la topographie et la géologie du site. A fréquences modérées, correspondant à des longueurs d’ondes du mouvement pouvant contribuer au déclenchement de glissements de terrain, l’amplification du mouvement sismique est principalement due à la géologie locale et non à la topographie, comme montré par les indicateurs classiques (SSR, PGA, PGV et Arias) extraits des réponses des stations aux séismes. La topographie semble néanmoins jouer un rôle dans la durée du mouvement sismique fort aux stations situées sur les crêtes et en bordure de bassin sédimentaire, par effet de résonance et génération d’ondes de surface. La contribution prédominante de la géologie dans le déclenchement des glissements de terrain sismo-induits est également montrée par l’analyse de leur position sur les versants pour les glissements associés aux séismes de Northridge (Mw 6.7, 1994, Etats-Unis), de Chi-Chi (Mw 7.6, 1999, Taiwan), et de Wenchuan (Mw 7.9, 2008, Chine). En effet, bien que les glissements sismo-induits se localisent statistiquement plus haut sur les versants que les glissements d’origine climatique, on note que cette tendance est fortement modulée par la géologie des bassins. En fonction des « attracteurs », tels que des failles ou forts contrastes lithologiques, présents dans les bassins, les glissements tendent à se déclencher plus ou moins haut sur les versants, là où le potentiel de rupture est plus fort. Les propriétés mécaniques des pentes sont peu contraintes dans les zones montagneuses. Souvent leurs paramètres géotechniques sont estimés à partir des cartes géologiques régionales, or ils peuvent varier fortement pour une même lithologie d’un bassin à un autre. En considérant un modèle frictionnel simple de stabilité des pentes, on propose d’inverser des paramètres de type Coulomb à partir de la distribution des pentes des glissements de terrain sismo-induits à l’échelle des bassins dans les zones épicentrales des séismes de Northridge, Chi-Chi et Wenchuan. La variation spatiale de ces paramètres semble cohérente avec celle de la lithologie et la profondeur des sols.