Module : Mouvements de terrain Cartographie de l aléa «mouvements de terrain» dans le bassin versant de l Hérault Rapport de synthèse

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1 Module : Mouvements de terrain Cartographie de l aléa «mouvements de terrain» dans le bassin versant de l Hérault Rapport de synthèse Etude réalisée dans le cadre le cadre d un programme de recherche en partenariat industriel BRGM 2002-RPI-102 juin 2002 BRGM/RP FR

2 Module : Mouvements de terrain Cartographie de l aléa «mouvements de terrain» dans le bassin versant de l Hérault Rapport de synthèse Etude réalisée dans le cadre le cadre d un programme de recherche en partenariat industriel BRGM 2002-RPI-102 N. Zornette, J.L. Nédellec et M. Vincent juin 2002 BRGM/RP FR

3 Mots clés : risque naturel, cartographie, aléa, mouvement de terrain, Hérault. En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante : Zornette N., Nédellec J.L. et Vincent M. (2002) - Démonstrateur du projet PACTES - Cartographie de l aléa «Mouvements de terrain» dans le bassin versant de l Hérault. - Rapport de synthèse. BRGM/RP FR, 10 p., 2 fig. BRGM, 2002, ce document ne peut être reproduit en totalité ou en partie sans l autorisation expresse du BRGM. BRGM/RP FR 3

4 Module : Mouvements de terrain Cartographie de l aléa «mouvements de terrain» dans le bassin versant de l Hérault Rapport de synthèse N. Zornette, J.L. Nédellec et M. Vincent Introduction Les aléas à traiter dans le cadre du projet PACTES, dans le bassin versant de l Hérault sont des aléas à occurrence rapide : crue éclair et mouvements de terrain associés. Dans ce module, le BRGM a orienté sa contribution essentiellement sur les termes de prévention par le biais d une amélioration de la connaissance des aléas de mouvements de terrain. Il s agit de la prédétermination des terrains instables, dont la tenue serait rendue précaire en cas d imbibition soudaine (dans les pores ou dans les discontinuités) ou en cas de crue (érosion de berges) et pourraient causer des instabilités de terrain En ce qui concerne les mouvements de terrain, les besoins sont vastes : répertorier et analyser les mouvements de terrain effectifs et alimenter la base de données nationale de Mouvements de terrain ; établir des cartes d aléas : connaître les terrains dont les caractéristiques hydromécaniques favorisent l instabilité et évaluer l occurrence spatiale des mouvements de terrain ; promouvoir des actions de surveillance, de confortement et/ou de réduction des risques ; prendre en compte les déclencheurs, en particulier hydraulique, dans les protocoles de surveillance. Le module «mouvements de terrain» du projet PACTES a privilégié la présentation d une méthodologie et d outils, faisant notamment appel aux techniques d observation spatiale, en vue de cartographier l aléa de mouvements de terrain. Cette explication des démarches et leur mise en œuvre sur un site pilote, le bassin versant de l Hérault, constitue un «démonstrateur» dans le programme PACTES METHODOLOGIES GENERALES 1. Méthodologie Il existe trois grandes approches de la cartographie de l aléa «mouvements de terrain» : l expertise : méthode cartographique la plus utilisée. Elle repose sur l expérience d un expert qui se base sur des critères se rapportant aux mécanismes de rupture ou d évolution des mouvements de terrain. l analyse en retour par reconnaissance de formes : L analyse statistique a vu le jour pour palier la subjectivité de la méthode précédente. Les choix des critères de prédisposition et des règles de combinaison résultent non de l expérience mais de faits tangibles. Elle requiert une quantité importante de données évènementielles fiables. BRGM/RP FR 4

5 les analyses mécaniques : Les analyses mécaniques sont généralement utilisées pour l évaluation de l aléa glissements de terrain pour lequel on dispose de modèles déterministes de stabilité (ceux utilisés classiquement en géotechnique pour des études ponctuelles d instabilités). Ainsi la cartographie de l aléa des mouvements de terrain reste avant tout pour l instant essentiellement du domaine de l expertise et a recourt de plus en plus à des outils spécifiques. En ce qui concerne la surveillance et la prévention, les principales limites viennent des éléments suivants : alors que le mouvement se manifeste essentiellement en profondeur, on ne peut généralement en appréhender et en mesurer que les déformations de surface ; les champs de déplacement et de déformation sont discontinus dans le temps, mais continus dans l'espace : il est difficile de disposer d'outils fiables permettant de rendre compte simultanément de ces deux caractéristiques, en particulier dans les terrains meubles ; les précurseurs sont généralement mal appréhendés et l'évolution des phénomènes dans le temps mal connue. Les dates de déclenchement sont extrêmement difficiles à évaluer, ce qui pose de gros problèmes pour définir des alertes ; lors des phases paroxysmales, il est nécessaire d'avoir accès aux données en temps réel car l'évolution est très rapide ; les mouvements de terrains sont uniques et non reproductibles sur un point donné METHODOLOGIE PROPOSEE L aléa «mouvements de terrain» a ainsi été cartographié suivant deux finalités. La première concerne l aménagement du territoire (échelle régionale 1/50 000) et la seconde la gestion de crises en analysant le risque de coupure du réseau routier (échelle 1/10 000). Concernant la première évaluation de l aléa, la méthodologie choisie, qui conjugue une analyse des susceptibilités par une approche d'expertise et une synthèse cartographique par SIG, se décline selon les étapes suivantes : 1 Inventaire détaillé des phénomènes déjà constatés dans le bassin ; 2 Analyse critique des événements, établissement d une typologie de mouvements de terrain représentative du bassin d'étude et identification des contextes sensibles ; 3 Définition des paramètres et des critères géologiques et physiques permettant une évaluation des facteurs de déclenchement et la propagation des mouvements de terrain. Etalonnage de ces paramètres à partir des évènements inventoriés ; 4 Réalisation d'une carte d'aléa «mouvements de terrain» à l échelle 1/ en combinant les différents paramètres retenus par l expert. Le traitement est en partie automatisé grâce à l'exploitation d'un logiciel SIG. A une échelle plus locale, et pour répondre aux besoins exprimés, l évaluation de l aléa le long d un tronçon routier a été développée en utilisant une technique basée essentiellement sur des levés de terrain, suivie d une expertise. 2. Inventaire des mouvements de terrain 2.1. CADRE GEOGRAPHIQUE ET GEOLOGIQUE Le bassin versant de l'hérault, d'une superficie d'environ km 2, constitue une entité géologiquement complexe formée d ensembles bien distincts. Au Nord du bassin versant, la terminaison Sud-Ouest des Cévennes, haute en relief, est constituée de schistes et de calcaires. A l'ouest, les Causses calcaires se trouvent resserrés entre les massifs anciens des Cévennes, au Nord, et de la Montagne Noire, au Sud. Dans cet ensemble, le réseau de drainage est essentiellement karstique. BRGM/RP FR 5

6 Au Sud et à l'est, séparée des Causses par la faille régionale des Cévennes orientée NE-SW, la zone des Garrigues est plissée ou tabulaire et est constituée de calcaires plus récents. Ce secteur correspond à l avant-pays du chevauchement du pli de Montpellier DONNEES EXPLOITEES Sources d'informations Plusieurs sources de données ont été exploitées afin de dresser une base de données : déclarations de l état de catastrophe naturelle ; archives du Laboratoire Départemental de l Equipement (34) ; archives du BRGM ; autres sources d information : communes, Conseil Général de l Hérault ; visites de terrain : une dizaine de visites de terrain entre mars 2001 et avril Evènements recensés Ce sont en définitive 127 sites qui ont été identifiés dans le bassin versant de l Hérault, comme ayant été le siège de mouvements de terrain. Les caractéristiques de ces sites et des phénomènes qui y ont été observées sont récapitulées dans un précédent rapport (RP FR) TYPOLOGIE DES MOUVEMENTS DE TERRAIN Les mouvements de terrain recensés se répartissent selon les types suivants : chute de blocs (16 phénomènes recensés) ; éboulement rocheux (19 phénomènes recensés) ; érosion de berge / éboulement (5 phénomènes recensés) ; effondrement de cavités souterraines (un seul phénomène recensé) ; glissement (65 phénomènes recensés) ; glissement / coulée de boue (10 phénomènes recensés) ; glissement / éboulement (10 phénomènes recensés) IDENTIFICATION DES FACTEURS DE CAUSALITE L identification de ces facteurs et leur interaction est importante car ce sont eux qui gouvernent la répartition spatiale de l aléa «mouvements de terrain». La cartographie de cet aléa nécessite donc, d une part, la connaissance de ces facteurs et, d autre part, une évaluation de leur valeur en tout point. Les mouvements de terrain qui surviennent dans le bassin de l Hérault sont liés à la conjonction de deux types de facteurs : des facteurs de prédisposition (ou facteurs permanents) : on cite notamment la lithologie, la structuration des formations géologiques à l affleurement (discontinuités, fracturation, pendage ), la géométrie (pente des versants, thalwegs ), l occupation du sol (infiltration, ruissellement ), etc ; des facteurs de déclenchement : on cite en particulier la pluviométrie, le gel et le dégel, la modification du profil topographique (naturel ou anthropique), la secousse sismique, etc ZONE D ETUDE DE GANGES 3. Cartographie de l aléa Cette zone test, de 250 km² dans le Nord du bassin de l Hérault, est représentative de l ensemble du bassin versant dans la mesure où elle regroupe suffisamment d'évènements recensés (45 mouvements sur 127 inventoriés). BRGM/RP FR 6

7 D un point de vue géologique, les deux ensembles distincts (les terrains paléozoïques et cristallins et les terrains sédimentaires argileux ou calcaires) sont représentés. D un point de vue tectonique, la faille des Cévennes est visible au Sud-Est de la zone test DONNEES EXPLOITEES Plusieurs types de données ont été exploités afin de dresser la carte d aléa : Modèle Numérique de Terrain : un premier MNT au pas de 50 m (produit IGN) qui couvre la totalité de la zone d étude de Ganges et un deuxième MNT au pas plus précis de 25 m (produit SPOT) disponible sur un secteur représentant les ¾ au Sud de la zone test. Le MNT permet de représenter la topographie et de calculer des produits dérivés (carte des pentes, modèle de drainage) ; carte géologique : vectorisée et harmonisée depuis les cartes géologiques (Nant, Le Vigan, Le Caylar et Saint-Martin-de-Londres) à l échelle 1/ L analyse et la caractérisation des formations permettent de déterminer pour chacune d entre elles un niveau de susceptibilité lithologique par type de mouvement de terrain ; carte de la fracturation : issue des cartes géologiques à l échelle 1/ ; cartes topographiques : cartes à l échelle 1/ de l Institut Géographique National ; photographies aériennes : missions de 1997 et 2000 (produit IGN) ; photographies satellites : produit Ikonos MODE OPERATOIRE / ETABLISSEMENT DE LA CARTE D ALEA Facteurs permanents principaux par type de phénomènes La cartographie des zones d instabilité potentielle est obtenue par combinaison des cartes de répartition spatiale des différents facteurs susceptibles de participer à l instabilité des terrains. La caractérisation et l évaluation des critères visant à déterminer la susceptibilité en fonction des facteurs de causalité sont établies suivant une démarche d expert. De plus, pour la cartographie, seuls quatre types de phénomènes élémentaires (chute de blocs, glissement, coulée de boue et effondrement) sont retenus. Les facteurs permanents pris en compte pour chacun des types de phénomènes sont : chute de blocs : la lithologie (formations rocheuses), la pente des versants et la fracturation ; glissement de terrain : la lithologie (formations meubles) et la pente des versants ; coulée de boue : la lithologie (formations meubles), la pente des versants et le modèle de drainage ; effondrement de cavités souterraines : la lithologie (formations calcaires), la fracturation et l altitude Carte de l aléa «mouvements de terrain» Pour chacun de quatre phénomènes retenus, une répartition spatiale présentant trois classes aléa nul à faible, aléa moyen et aléa fort a été établie par combinaison des facteurs selon des lois empiriques spécifiques à chaque mécanisme et ensuite délimitation des zones d aléa en contrôlant la cohérence vis-à-vis de la topographie. Les quatre cartes ont ensuite été synthétisées en une seule carte d aléa «mouvements de terrain» à l échelle 1/ suivant un objectif d aménagement du territoire (fig. 1). Cette échelle de restitution est déterminée par l échelle des cartes géologiques et la précision des MNT utilisés. Ceci interdit donc toute utilisation de la carte à une échelle plus détaillée. Il s agit essentiellement d une carte de localisation préférentielle d un type de mouvement. De plus, les types de mouvements de terrain sont représentés en deux classes aléa nul à faible et aléa moyen à fort afin d assurer la lisibilité de la carte de synthèse. Ainsi, cette cartographie permettra de BRGM/RP FR 7

8 localiser les secteurs les plus exposés aux principaux types de mouvements de terrain susceptibles de se produire dans la zone d étude. fig. 1 - Extrait de la carte d aléa «mouvements de terrain» sur la zone d étude 4.1. OBJECTIFS 4. Etude le long d un tronçon routier L'objectif principal de cette partie de l'étude est de dresser, pour la prévention et la gestion de crises, une carte à une échelle 1/ servant à évaluer le risque de coupure du réseau routier. Ce type de carte, reposant essentiellement sur des levés de terrain, nécessite un investissement conséquent en temps de technicien. A ce titre, au contraire de la méthode assistée par SIG, cette méthode ne peut facilement être déclinée à de vastes secteurs faute de moyens et de temps, et également en raison des conditions d'accès qui ne sont pas toujours aisées METHODE GENERALE D ANALYSE Etapes de l analyse La méthode adoptée consiste en une technique classique de type expertise basée essentiellement sur des levés de terrain. Les étapes de la méthode adoptées sont les suivantes : 1 Rétro analyse des mouvements de terrain recensés dans la zone d étude ; 2 Identification des formations géologiques et des contextes géomorphologiques à risque à partir de la description des formations et de l analyse des évènements recensés ; 3 Report des zones à risque sur un fond topographique ; 4 Levé de terrain le long de la RD 25 avec prise de photographies du site et positionnement au GPS des points de repère. Découpage du tronçon routier en 115 sections homogènes ; 5 Constitution d une base de données intégrant les informations de chaque section sous forme de fiches individuelles où sont consignés les renseignements généraux administratifs (PR, commune...), des données géologiques, topographiques et hydrogéologiques, des indications sur les aléas rencontrés (nature et niveau), et des propositions de parades ; 6 Etablissement d une série de six cartes de synthèse (fig. 2) à l échelle 1/ ; BRGM/RP FR 8

9 7 Identification de tronçons particuliers pour lesquels la probabilité d occurrence d un mouvement de terrain est fortement susceptible de couper totalement la circulation routière Niveaux d endommagement de la route Contrairement à la méthode cartographique assistée par SIG, qui ne prend pas en compte la vulnérabilité de la route départementale vis-à-vis d une coupure, il a été choisi de définir les niveaux de dommages au droit de la RD 25 en combinant la probabilité qu un mouvement de terrain se déclenche et atteigne la route avec le fait qu il puisse interrompre la circulation routière COMPARAISON ENTRE LA CARTE A L ECHELLE 1/ ET LA CARTE A L ECHELLE 1/ Bien que les deux cartes ne répondent pas aux mêmes objectifs, leur comparaison permet d'apprécier la représentativité locale du traitement des données à l'aide de la méthode assistée par SIG, et ainsi d'en évaluer les besoins en terme de développement. De plus, la cartographie à l échelle 1/ permet, par les investigations de détails qu elle implique, d apporter de nouveaux éléments de calage pour la méthode mise en œuvre à l échelle 1/ D une manière globale, la comparaison entre les deux cartes est satisfaisante. On retrouve assez bien la même répartition des types de mouvements de terrain. Cependant, afin d'améliorer la représentativité de la carte à l échelle 1/ dressée par assistance SIG, divers axes doivent être développés, notamment dans les techniques spatiales : l adoption d une maille plus fine de MNT permettrait de significativement faciliter l identification des petites parois rocheuses ; l analyse du couvert végétal par télédétection permettrait de mieux identifier la présence et la nature des formations superficielles non représentées sur les cartes géologiques. fig. 2 - Extrait d une carte de synthèse de l étude de risque de coupure de la RD 25 BRGM/RP FR 9

10 Conclusion Le module «mouvements de terrain» du projet PACTES a permis de mettre en œuvre une méthodologie et des outils permettant d'identifier et de cartographier l aléa de mouvements de terrain dans une zone d'étude. Après analyse du travail effectué et suite à une confrontation entre la carte de risque de coupure de la RD 25 et la carte d aléa à l échelle 1/50 000, il s'avère que divers points se révèlent sensibles en vue d'optimiser la qualité du produit final : La qualité de l'inventaire des évènements et la connaissance des formations géologiques sont fondamentales afin de définir et d'étalonner les critères qui régissent le déclenchement et la propagation des mouvements de terrain. A ce titre, l'appui de géologues et de techniciens ayant une bonne connaissance du contexte régional est capital. L'harmonisation entre cartes géologiques (échelle 1/50 000) est indispensable. Par ailleurs, l'information géologique doit être complétée pour identifier les formations superficielles de faible extension (colluvions, éboulis) propices aux instabilités qui ne seraient pas repérés sur les cartes géologiques. Ce travail, en partie réalisé par télédétection ou à partir d'un traitement du couvert végétal, doit impérativement être complété par des levés de terrain. Toute diminution de la maille du MNT ira dans le sens d'une amélioration de la précision et de la fiabilité des cartes produites. De plus, l'identification des phénomènes de faible ampleur permettra de mieux hiérarchiser les niveaux d'aléas, ce qui est important lorsque les aléas sont confrontés aux enjeux. Enfin, si l on reprend les facteurs limitant vis-à-vis de la surveillance et de la prévention des mouvements de terrain, on peut signaler quelques avancées à attendre de la part des techniques spatiales, qui n ont pu être mises en œuvre dans le cadre de ce démonstrateur mais qui appellent des faisabilités grâce à l arrivée de nouveaux capteurs : on peut tenter de généraliser la mesure des déformations de surface en sites jugés à risque avec toutes les techniques possibles (géodésiques et imagerie) ; des recherches sur l identification et le suivi des précurseurs doivent être poursuivies si l on veut résoudre les problèmes pour définir des alertes. BRGM/RP FR 10

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