LE MOUVEMENT DE VERSANT ROCHEUX DE GRANDE AMPLEUR DES RUINES DE SÉCHILIENNE - SURVEILLANCE/INSTRUMENTATION

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1 Journées Nationales de Géotechnique et de Géologie de l'ingénieur - JNGG' 2006 Lyon (France) LE MOUVEMENT DE VERSANT ROCHEUX DE GRANDE AMPLEUR DES RUINES DE SÉCHILIENNE - SURVEILLANCE/INSTRUMENTATION Jean Paul DURANTHON Centre d Etudes de l Equipement de Lyon, Lyon, France RESUME - Le site des Ruines de Séchilienne est situé dans la basse vallée de la Romanche, en rive droite de la rivière, 2,5 km en aval du village de Séchilienne, et 15 km au sud-est de Grenoble. Le mouvement de versant, l un des plus grands phénomènes instables actuellement recensés dans les Alpes françaises, vraisemblablement initialisé par les phénomènes de décompression inter et postglaciaires, concerne une surface de 70 hectares. L'aléa de rupture à court terme représente un volume de l'ordre de 3 millions de mètres cubes bordé sur ses marges par un volume sensiblement équivalent pouvant générer des chutes régressives. L'importance des volumes en jeu interdit toute solution confortative. Depuis 1985, la surveillance de cet aléa majeur fait appel à une large gamme de techniques d'extensométrie, de topographie, de distancemétrie optique et radar. Le dispositif radar de mesure de distance a été développé spécifiquement, à la fin des années 1990, pour la surveillance de ce versant rocheux. Les précisions obtenues sont de quelques dixièmes de millimètre à une distance de 1200 mètres. Il permet de suivre l'évolution des mouvements, quelles que soient les conditions météorologiques. L importance des enjeux a nécessité de développer les aspects organisation et fiabilité de la gestion du dispositif de télésurveillance. 1. Introduction 1.1. L émergence du Phénomène Le site des Ruines de Séchilienne (figure 1 et 2) Géographiquement, le versant instable des Ruines de Séchilienne (versant sud du Mont Sec) se situe à environ 15 km au sud de Grenoble. Il surplombe la Romanche et la RN91 qui dessert les stations de ski de l'oisans et Briançon par le col du Lautaret. Du point de vue géologique, il fait partie du rameau externe de la chaîne de Belledonne, encadré par deux accidents majeurs de direction N20 E : à l'est, le synclinal médian et à l'ouest l'accident de Vizille. L'histoire tectonique régionale complexe a laissé une empreinte forte sur le massif du Mont Sec. Les études conduites antérieurement (Antoine et al., 1987 ; Rochet et al., 1994 ; Potherat et al., 2001) ont montré que les déformations acquises et les mouvements actuels étaient largement commandés par les éléments structuraux hérités de cette histoire. Le pied du versant des Ruines de Séchilienne n'a pas connu de phénomène d'obturation naturelle du lit de la Romanche à l'instar d'autres secteurs de la vallée entre le XVII è et le XX è siècle. Les archives font cependant état de chutes récurrentes de grosses masses rocheuses à fréquence centenale. Dès 1980, quelques chutes de blocs avaient attiré l'attention sur le secteur et conduit à préconiser des mesures de protection de la route sous forme d'un léger remodelage du pied de la pente. Au cours de l'hiver 1985, une manifestation inhabituelle de chute de blocs atteignant la RN91 a été observée au droit d'un couloir d'éboulis marquant la limite Est de la zone des Ruines. Ces éboulements, par leur volume et leur répétition, dépassaient la capacité du cordon de remblai de protection mis en place dans ce secteur. La reconnaissance de la zone de départ a rapidement montré qu'il ne s'agissait pas d'un processus banal d'altération superficielle des escarpements rocheux dominant la route. Dès le mois de mars 1985, les constatations effectuées dans le versant ont conduit à mettre immédiatement en place une observation Session 3 - Risques naturels en zone montagneuse III - 17

2 J.- P. Duranthon permanente avec possibilité d'interrompre la circulation au moyen de feux rouges. Ce dispositif a été amélioré en juillet 1985 par l'installation d'un mur en blocs de béton préfabriqués couronné de filets détecteurs. Les dimensions impressionnantes de ce versant, de l ordre de 1500 m de large sur près de 750 m de dénivelée, font craindre un éboulement en grande masse selon différents scénarios de 3 à quelques dizaines de millions de m 3. Figure 1. Vue du versant des Ruines de Séchilienne depuis la station de surveillance de Montfalcon Figure 2. Vue depuis l'amont Mesures conservatoires (figure 3) La volonté de sécuriser la RN91 de manière plus pérenne tout en garantissant la permanence de l'écoulement des eaux de la Romanche en cas d'éboulement en grande masse, ont conduit à réaliser en 1986 les travaux suivants (Evrard et al., 1990 ; Effendiantz et al., 2003) : - construction d'un itinéraire de déviation de la RN91, sur la rive gauche la rivière, d'une longueur totale de 1400m ; - construction d un merlon destiné à limiter l étendue du cône d éboulis dans la plaine. - creusement d'un chenal de dérivation de la Romanche côté sud de la vallée sur 1200m de longueur. A l'amont, l'entrée de ce chenal est occultée par une digue fusible de manière à dévier la Romanche en cas d'obstruction du lit mineur par l'éboulement ; - construction de deux ouvrages provisoires de franchissement de la Romanche (pérennisés depuis). En 1997, une opération d'expropriation et d'évacuation des 94 habitations du lotissement de l'ile Falcon, situé au pied du versant en face du Mont Sec en fond de vallée, a été lancée en application de la loi Barnier. En parallèle à ces actions conservatoires ont été entreprises des études géologiques et le versant a été progressivement équipé de dispositifs de mesure permettant d'assurer une surveillance continue des mouvements. Indépendamment des reconnaissances de surface, l'évaluation du phénomène a été complétée en perçant, à partir de 1996, une galerie de reconnaissance de 240m de longueur (implantée à la cote 710, à environ 150m à l'ouest de la zone la plus active) pour valider les hypothèses de comportement mécanique du massif et tenter de localiser la surface de rupture arrière du volume en mouvement. Seul le premier objectif a pu être atteint. III - 18 Session 3 - Risques naturels en zone montagneuse

3 JNGG 2006 Lyon Chenal Figure 3. Mesures conservatoires constituées par le merlon au pied du couloir des «Ruines», la déviation de la RN 91, le chenal de dérivation de La Romanche et la la galerie de reconnaissance versant opposé. 2. Dispositifs de mesure du système de surveillance Parallèlement aux premiers travaux conservatoires, le versant a été progressivement équipé de dispositifs de mesure permettant d'assurer un suivi en continu et de connaître les contours exacts de la zone en mouvement (Evrard et al., 1990 ; Duranthon et al., ). Certains dispositifs permettent des mesures espacées dans le temps, avec une grande précision, ils sont appelés dispositifs d auscultation. Les autres dispositifs dits de télésurveillance fonctionnent de manière automatique, avec un pas de temps réduit, et renseignent à distance sur les mouvements du versant. Le suivi permanent est assuré par : 33 extensomètres (figure 4) placés sur les principales fractures. Les bases automatiques sont systématiquement doublées de bases manuelles (33 des 48 bases du dispositif de mesures manuelles) permettant le recalage et la continuité des mesures en cas d intervention de maintenance. Les dimensions du versant actif et la raideur des pentes ne permettant pas d utiliser des liaisons filaires, une alimentation en énergie autonome de type photovoltaïque et des transmissions radio par balises de faible puissance disposées en relais vers le Terminal de Site des Thiébauds ont été mises en œuvre ; Une station de géodésie automatique (figure 5 et 6) de type LEICA TM 3000D, est implantée en face du versant instable dans le terminal de site du MONTFALCON (R.D 113). Un théodolite motorisé supporte un distancemètre optique (télémètre laser infrarouge) qui permet de mesurer «l avancée de la montagne» grâce à 60 cibles (prismeréflecteurs) réparties sur le versant instable. Le canevas d implantation des cibles est à maille plus lâche, en particulier en partie basse du versant, que celui des capteurs extensométriques, tributaires de la proximité des balises radios. Il convient de signaler l inconvénient de ce dispositif qui devient aveugle en cas de pluie, de neige, de brouillard ou de nuages bas ; Session 3 - Risques naturels en zone montagneuse III - 19

4 J.- P. Duranthon Le système de suivi par géodésie, classique et GPS, est basé sur la mesure annuelle (en x, y, z) de 92 repères (figure 7) répartis sur l'ensemble du versant des Ruines ; Deux inclinomètres à silice sont implantés dans la galerie de reconnaissance (cote 710), ils renseignent sur le basculement des éléments constituant le massif ; Une station météo automatique équipée d un télénivomètre est implantée au sommet du Mont Sec (cote NGF 1120) afin de fournir les données météorologiques en termes de pluie tombée et neige fondue; Un distancemètre radar (figure 8, 9 et 10),réalisé par l'onera (LEMAITRE et al., 2004) est opérationnel sur le site depuis Cet appareil implanté dans le local de Montfalcon permet de compléter efficacement le suivi de la géodésie automatique en apportant une capacité de mesure en continu par tout type de temps. Ce dispositif unique fait l'objet du chapitre suivant. Le radar Le tachéomètre motorisé Figure 4. Extensomètre à fil d'invar Figure 5. Local de Montfalcon Trièdre radar Repères géodésiques Figure 6. Tachéomètre motorisé Figure 8. Repères géodésique et radar 3. Le distancemètre radar III - 20 Session 3 - Risques naturels en zone montagneuse

5 JNGG 2006 Lyon Le système radar (figure 9) a été conçu spécifiquement pour mesurer en continu et dans toutes les conditions météorologiques les positions d'une vingtaine de trièdres réflecteurs (figure 8 et 10) disposés sur le site (Lemaitre et al., ). Il est basé sur la technique des ultra larges andes (ULB) et a fait l'objet d'un dépôt de brevet. Les mesures de temps de propagation aller-retour sont converties en mesures de distances. Des repères fixes sont nécessaires pour compenser les erreurs induites par les variations de l'indice de réfraction de l'atmosphère. Ce système fonctionne depuis janvier 2000 et délivre les positions d'une vingtaine de trièdres avec une précision de ± 0.1 mm pour une distance de 1 km. Les principaux avantages de ce dispositif tiennent à son fonctionnement tout temps et au fait qu'il ne nécessite que des réflecteurs passifs sur site, très bon marché Figure 9. Le système radar Figure 10. Ensemble des trièdres sur le site vu depuis local de Montfalcon. Les cercles rouges correspondent aux points situés en zone fixe, utilisés pour la compensation des effets atmosphériques. Parallèlement aux mesures de distance, le système radar offre les possibilités suivantes. Mesures différentielles : la précision de mesure étant fortement liée aux effets atmosphériques, les mesures différentielles sont les plus précises. La précision obtenue pour deux repères séparés de 5m à 1 km de l'émetteur radar est de ± 20 µm. Ce mode de fonctionnement permet le suivi de l'ouverture d'une faille équipée de deux trièdres disposés de part et d'autre. Mesures de déformation sur sol nu : l'analyse des réponses du radar ULB sur une zone de sol nu permet de mettre en évidence de légères déformations de la surface (de l'ordre de 0.1 mm). Ce module a été testé et permet de qualifier et quantifier des mouvements de versant instable : déformations globales ou modifications soudaines liées à des éboulements. Il est prévu d'exploiter ce mode de fonctionnement pour évaluer le degré de stabilisation d'un massif rocheux après effondrement. Détection de chute de blocs : le radar permet la détection en temps réel (2 à 3 s) de chute de blocs rocheux. Des tests menés sur site ont permis de suivre la chute de blocs d'une vingtaine de kg à 1200 m de distance. Il est envisagé d'évaluer en temps réel la trajectoire du bloc ainsi que sa taille. Ces fonctionnalités présenteraient un grand intérêt dans le cadre de la surveillance d'une falaise dominant une route. Session 3 - Risques naturels en zone montagneuse III - 21

6 J.- P. Duranthon Evaluation des volumes éboulés : en cas d'effondrement sur le site de Séchilienne, il est important de disposer rapidement d'une évaluation du volume effondré car la visibilité optique n'est pas garantie en raison d un fort dégagement de poussières ou d un événement survenu de nuit et l'accès au site expose les personnels. Le radar, doté d'un système de balayage (actuellement en cours d'étude), permettra l'élaboration d'un profil de la surface après effondrement, qui, par comparaison avec les relevés précédents délivrera cette donnée. 4. Le dispositif de gestion de la télésurveillance Les exigences spécifiques à la gestion du site ont nécessité depuis l origine de la mise sous surveillance le recours à des développements logiciels appropriés et réalisés en interne au CETE de Lyon. Les notions de gestion (figure 11) de proximité avec deux Terminaux de Site déportés implantés à proximité immédiate du versant instrumenté (Les Thiébauds et Montfalcon) et de gestion à distance avec le Centre d Exploitation de Bron, ont été reprises dans l architecture du de l'outil GeSSRI (Gestion de la Surveillance des Sites Rocheux Instables) mis en place en Sont particulièrement concernés : au niveau gestion de proximité : le pilotage des acquisitions (paramétrage des capteurs, pas d acquisition, contrôle des systèmes), la retransmission des informations vers le Centre d Exploitation (pilotage et sécurisation des liaisons) ; au niveau gestion à distance : la mise à disposition des données (archivage, mise en forme «accessible»), la délivrance automatique d alertes sur dépassement de seuils à destination de la structure technique chargée du suivi du site. Une gestion en réseau du noyau commun aux dispositifs de mesure permet la centralisation des données. Le but final est d archiver les données réelles et calculées ainsi que de créer des courbes de prévision et d évolution permettant de prévenir avec quelques heures ou quelques jours d avance une accélération des mouvements laissant supposer l imminence d un écroulement en masse et d en prévenir les effets. Le système, tout d abord implémenté sur le site des Thiébauds, équipé de deux PC redondants, interroge les autres applications pour centraliser les données et les transmettre via un modem RTC vers le centre d'exploitation des massifs rocheux instables du CETE de Lyon Utilisation et valorisation des données Afin d améliorer la connaissance du phénomène et de permettre la production de critères de détection et d actualisation, les données font l objet de traitements spécifiques tels que : L'établissement de modèles analytiques; Les calculs de volumes à partir du MNT; L'établissement de cartes iso-cinétiques, visualisation des évolutions; Les courbes d évolution, tendances. III - 22 Session 3 - Risques naturels en zone montagneuse

7 JNGG 2006 Lyon Figure 11. Architecture simplifiée du système de télésurveillance 4.2. Stratégie opérationnelle de suivi Le suivi opérationnel du mouvement (figure 12) prend en compte les demandes d'interprétation "prédictive" des données de la télésurveillance. Les remarques énoncées ci-dessous démontrent la nécessité d'observer une grande prudence dans leur analyse qui ne peut faire l'économie d'une prise en compte globale, pondérée et constamment réactualisée des différents paramètres disponibles : la prise en compte des contextes saisonniers, de l'activité météorologique et des indices de terrain constitue un préalable indispensable à l'interprétation des mesures, chacun de ces paramètres pouvant s'avérer déterminant ; les comparaisons et corrélations doivent être faites sur des domaines homogènes tels que la zone frontale ou la zone intermédiaire..., ce qui suppose une réactualisation permanente et critique de leurs contours au fur et à mesure de l'évolution du phénomène. L'hypothèse de l'individualisation de panneaux à comportements indépendants à l'intérieur des zones actuellement considérées comme homogènes ne peut être écartée ; par référence au modèle de rupture retenu, l'appréciation de la dynamique du phénomène doit se faire en considérant la position des points de référence. Dans un secteur considéré, les capteurs situés en partie supérieure possèdent actuellement une dynamique supérieure à celle des capteurs situés à la base. Toute évolution de ce "gradient" peut signifier un changement du régime de déformation susceptible de conduire à l'individualisation d'une surface de rupture basale et à une divergence rapide du mouvement ; d'une manière générale, la divergence du phénomène ne pourrait intervenir sans une période d'accélération préalable, période qui sera d'autant plus brève que l'on se situe dans un contexte de vitesse initiale forte. Session 3 - Risques naturels en zone montagneuse III - 23

8 J.- P. Duranthon Figure 12. Schéma d'organisation du suivi du site 5. Conclusions A mesure de la progression dans la connaissance du phénomène et de la crédibilité d'une hypothèse de crise, le dispositif de télésurveillance a fait régulièrement l'objet d'adaptations pour assurer la continuité et la qualité de l'information sur l'évolution des mouvements. Ces adaptations passent par la redondance et la diversification des techniques mises en œuvre sur le site. La gestion de la sécurité passe également par une connaissance constamment réactualisée du niveau d'activité du phénomène. Des seuils de vitesses et d'accélérations sont déterminés par référence à des situations types. La gestion de l'ensemble de ces techniques est supervisée par un outil informatique unique (GeSSRI) spécialement adapté aux particularités du site et intégré à la stratégie opérationnelle du suivi. 6. Bibliographie Antoine P. Camporota P. Giraud A. Rochet L. (1987) La menace d écroulement aux Ruines de Séchilienne. Bulletin de liaison des Laboratoires des Ponts et Chaussées n Rochet L. Giraud A. Antoine P. Evrard H. (1994) La déformation du versant sud du Mont Sec dans le secteur des Ruines de Séchilienne. (Isère) - Ass. Int. Géol. de l'ing.- n 50 Potherat P. Alfonsi P. (2001) Les mouvements de versant de Séchilienne (Isère) Prise en compte de l'héritage structural pour leur simulation numérique Rev. Fran. Géotech. n 95/96 Evrard H. Gouin T. Benoit A. Duranthon J-P. (1990) Séchilienne Risques majeurs d éboulement en masse Point sur la surveillance du site Bulletin de liaison des Laboratoires des Ponts et Chaussées n 165 Duranthon J.P., Effendiantz L., Memier M., Previtali H. (2003) Apport des méthodes topographiques et topométriques au suivi du versant rocheux instable des Ruines de Séchilienne. Revue X Y Z Effendiantz L.; Duranthon J-P. (2005) Le versant instable des Ruines de Séchilienne. Bulletin de liaison des Ponts et Chaussées n Lemaître F., Malassingne C. (1998) Développement d un radar adapté a la surveillance des versants instables. Rapport technique ONERA nº 1/1916. Lemaître F., Duranthon J-P. (2000) Mise en œuvre d'un système radar de surveillance Comité Technique 23/sujet du L.C.P.C. Lemaître F., Poussiere J.C., Duranthon J-P., Effendiantz L. (2004) Utilisation du radar sol pour la surveillance des mouvements de terrain. Bulletin de liaison des Ponts et Chaussées n 249 III - 24 Session 3 - Risques naturels en zone montagneuse