ANALYSE CINEMATIQUE ACTUELLE DES RUINES DE SECHILIENNE

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1 ANALYSE CINEMATIQUE ACTUELLE DES RUINES DE SECHILIENNE KINEMATIC ANALYSIS OF THE «RUINES DE SECHILIENNE» Marie-Aurélie CHANUT 1, Johan KASPERSKI 2, Grégory BIEVRE 1, Jean-Paul DURANTHON 1 1 CETE de Lyon Ministère du Développement Durable, Bron, France 2 CETU Ministère du Développement Durable, Bron, France RÉSUMÉ Un point sur l évolution de la cinématique actuelle des Ruines de Séchilienne est effectué. Des outils simples et opérationnels d analyse du comportement sont présentés ainsi qu une méthode de détection des changements de régimes cinématiques. ABSTRACT An overview on the evolution of the kinematic regimes of the Ruines de Sechilienne landslide is performed. Simple and operational tools for behavior analysis are presented and a method for detecting changes in kinematic regimes is introduced. 1. Introduction Le versant rocheux instable des Ruines de Séchilienne est situé à une vingtaine de kilomètres à l est de Grenoble en basse vallée de la Romanche sur la route départementale RD 1091 qui relie Grenoble à Briançon. Réactivé au début des années 80, ce versant est le siège de chutes de blocs et d éboulements épisodiques avec une menace d éboulement en masse. Les risques associés à une telle menace ont amené le CETE de Lyon à suivre l ensemble du site en continu de manière opérationelle (Duranthon et Effendiantz 2004). Les données de déplacements de surface sur l'ensemble du versant et les observations de terrain amènent à considérer un état de déstructuration du massif de plus en plus avancé au niveau de la zone des Ruines, la zone la plus active du versant avec des déplacements annuels dépassant les deux mètres (Kasperski et al., 2010, Duranthon et al., 2011). Dans cet article, un point sur l évolution de la cinématique des Ruines de Séchilienne est effectué. Ensuite, le lien des déplacements observés avec les précipitations est discuté. Enfin, une méthode de détection de changements de comportement cinématique est proposée pour anticiper une éventuelle rupture. 2. Évolution du site des Ruines 2.1. Analyse spatiale Le dispositif de surveillance du CETE de Lyon est multiple : des mesures de déplacements par extensométrie, par géodésie et par radar sur l ensemble du 487

2 versant de Séchilienne sont réalisées 24 heures sur 24. Au niveau de la zone frontale du versant, la plus active (Figure 1), on choisit de s intéresser aux capteurs extensométriques A13, E3 et à la cible géodésique 1101 (partie est de la zone frontale) et aux points de mesures 1100, G4, 1103 et G2 (partie ouest). L étude du cumul des déplacements depuis 2001 (Figure 2) met en évidence deux phénomènes : extension des mouvements : les vitesses de déplacements dans la partie est de la zone frontale (A13, E3, 1101) étaient supérieures à celles observées dans la zone ouest (G2, G4, 1103) au début des années Cette différence tend à se réduire : la partie ouest suit le même comportement global que le reste de la zone frontale depuis 2007 (Kasperski et al., 2010) accélération : une accélération des mouvements commune sur toute la zone frontale et continue au cours du temps. Figure 1. Dispositif d instrumentation zone frontale du versant du Mont Sec 2.2. Identification des régimes depuis Figure 2. Cumul des déplacements mesurés au niveau de la zone frontale du versant du Mont Sec depuis 2001 Afin de compléter l approche qualitative précédente, il convient d identifier et de quantifier les régimes cinématiques c est à dire déterminer les périodes sur lesquelles une vitesse constante peut être identifiée. A cet effet, le parti d étudier les valeurs mesurées au niveau de l'extensomètre A13 a été pris : ce capteur apparaît comme le plus révélateur du comportement général de la zone frontale notamment via sa position centrale non affectée d épiphénomènes (Duranthon et al., 2011). Six régimes ont été identifiés depuis 1994 par régression linéaire et étude de l écart type (Figure 3). Leur durée varie de un an à cinq à six ans. Excepté le régime R5

3 dénotant un ralentissement, on observe une succession de régimes linéaires aux pentes de plus en plus importantes (Tableau 1). Le régime R1 est caractérisé par une vitesse de 2,2 cm/mois alors que le régime actuel, R6, est marqué par une vitesse de 17 cm/mois. Les vitesses ont été multipliées par un facteur 8 en une petite vingtaine d années. De plus, les vitesses de déplacements augmentent alors que le niveau moyen de précipitations est globalement constant autour de 1300 mm/a (+/- 280 mm/a) depuis Tableau 1. Vitesses moyennes associées à chaque régime cinématique Régime R1 R2 R3 R4 R5 R6 Vitesse 2,2 cm/mois 3,6 cm/mois 5,2 cm/mois 10,0 cm/mois 5,0 cm/mois 17,0 cm/mois Figure 3. Régimes cinématiques depuis 1994 (A13) 2.3. Tendance d évolution La pente de plus en plus grande du cumul des déplacements, mise en évidence dans la partie précédente, conduit à étudier la tendance de l'évolution globale du mouvement. Plusieurs auteurs (Saito, 1965, Fukuzono, 1985) ont montré que la représentation de l'inverse de la vitesse, appelée lenteur, en fonction du temps était un bon indicateur de l'évolution du site. En particulier, elle permet de mettre en évidence l'évolution du site étudié vers la rupture si la courbe est décroissante de façon linéaire ou autre (Effendiantz et Rochet 2000). Les courbes ainsi calculées en plusieurs points du site sont similaires (Figure 4) et présentent les mêmes variations. La tendance d évolution semble être uniforme au niveau de la zone frontale, ce qui confirme l'évolution de cette dernière vers une rupture certaine (Panet et al., 2009). Pour autant, cette représentation ne permet pas d'affirmer la date de rupture et encore moins d en préciser les modalités. La droite de régression linéaire montre simplement une intersection avec l'axe des abscisses à court terme dans le cas du maintien de la tendance d évolution. L inverse des vitesses de l extensomètre A13 (Figure 5) montre une stabilité de la tendance de décroissance linéaire. La tendance linéaire déterminée sur la période /2012 est identique à celle calculée sur la période /

4 Figure 4. Lenteurs des déplacements de la zone frontale Figure 5. Quantification de la lenteur de l'extensomètre A13 3. Étude des relations entre déplacements et précipitations Après l'éclairage précédent sur la cinématique générale de la zone frontale, il convient d examiner les éventuelles relations entre déplacements et précipitations. Les données quotidiennes de déplacements et d apports d eau sont trop bruitées pour être étudiées. Sont présentées ici (Figure 6) des données de déplacements agrégés sur une période de quinze jours. La durée de quinze jours permet de sortir du bruit quotidien sans trop lisser les courbes. Les apports d'eau sont agrégés sur la même période puis pondérés par une loi à décroissance linéaire et cumulés sur 6 mois. Ce post-traitement se justifie par le fait que le massif est très déstructuré et parcouru de nombreuses fractures et failles. Il est donc raisonnable de supposer que les apports hydriques à l'instant t n'agissent pas uniquement sur le mouvement à cet instant mais ont une influence sur la durée (Vengeon, 1998). Les grandeurs de déplacements et de précipitations calculées sont visuellement bien corrélées la plupart du temps puisque leurs variations et leurs extremums sont simultanés (Figure 6). Néanmoins, il existe des périodes sans corrélation entre déplacements et précipitations : début 2009 a été, par exemple, une période atypique avec beaucoup d'eau mais peu de déplacements. Si nous montrons que les déplacements et les précipitations sont globalement liés, cette relation évolue dans le temps. La figure 7 montre les courbes de quantités d eau associées à un mètre de déplacement pour plusieurs mesures de déplacements (extensomètres et réflecteurs). Toutes les courbes sont décroissantes : par exemple il fallait 4,9 m d eau pour obtenir 1 m de déplacement au niveau de l extensomètre A13 en 1993 alors qu il ne faut plus que 0,6 m en Une hausse de la sensibilité hydrique du massif est mise en évidence : il faut moins d eau pour obtenir le même déplacement. 490

5 Figure 6. Étude qualitative des relations entre déplacements et précipitations Figure 7. Quantité d eau associée à 1m de déplacement 4. Méthode de détection des changements de comportement L objectif poursuivi est de construire un outil qui permet de déterminer les changements de comportement : transitions entre régimes (Figure 3) ou changements plus ponctuels tels une accélération saisonnière. La méthode de détection de changements de comportement proposée dans cette partie est simple. Elle consiste (Figure 8) : à caractériser le comportement sur plusieurs fenêtres de temps : 10, 30 et 90 jours à l aide d une régression linéaire, à extrapoler ce comportement sur les périodes associées : 2, 7 et 30 jours. Un fuseau de comportement normal est défini par la droite de régression et une demi-largeur égale à 10 écarts-type. Cette valeur paramétrable a été fixée à 10 pour cette analyse afin d éliminer le bruit des données comme comportement anormal. Pour suivre les changements de comportement, trois indicateurs (Ind10j, Ind30j et Ind90j) sont définis : ils prennent la valeur 0 quand le comportement est à l intérieur du fuseau et 1 quand il en sort. L idée est de confronter les valeurs des indicateurs sur les trois échelles de temps. Si les trois indicateurs indiquent simultanément un comportement anormal, un changement de comportement a nécessairement lieu. Par sa construction mathématique, un changement de comportement est rapidement intégré sur la courbe à 10 jours : au 11 ème jour, la courbe s est adaptée au nouveau comportement. Par contre, les répercussions sont plus longues sur la courbe à 90 jours. D autre part, si le comportement est anormal de façon constante sur la courbe à 10 jours, cela montre que le nouveau comportement ne perdure pas et qu il y a sans cesse évolution vers un autre comportement : cela peut être le cas de la divergence. Les courbes permettent donc de prendre en compte les changements à très court terme, court terme et moyen terme. 491

6 Figure 8. Principe de la méthode de détection des changements de comportement Figure 9. Exemple de courbes de cumul de déplacements avec divergence Figure 10. Indicateurs de changements Sur l exemple théorique (Figure 9) d une courbe de cumul présentant trois régimes différents avec une divergence exponentielle finale, l application de la méthode de détection fournit les résultats de la figure 10. La transition du premier régime linéaire vers le second est détectée : premier pic des indicateurs sur les courbes de comportement sur 10 j, 30 j et 90 j. L apparition de la divergence est également repérée par un second pic pour les trois indicateurs. On constate qu excepté pour l indicateur à 10 jours, les indicateurs à 30 j et à 90 j restent à la valeur 1 ce qui rend bien compte de la divergence. L application de la méthode sur les données de déplacements de l extensomètre A13 depuis le 1 er janvier 2009 conduit à détecter trois changements de comportement (Figure 11) sur cette période : fin 2009, fin 2010 et juillet On détecte ainsi le ralentissement des vitesses amorcé fin 2009 (transition entre le régime R4 et le régime R5 de la figure 3) et la nouvelle accélération observée à partir de fin 2010 (transition entre R5 et R6). Le pic de juillet 2011 correspond à une accélération ponctuelle des vitesses associées à des précipitations très fortes et concentrées. La 492

7 méthode met ainsi en évidence des modifications relativement fines de vitesses. Cette approche «analyse multi-échelles de temps» s avère donc intéressante et conduit à un outil objectif de détection de changement qui demande sans doute à être perfectionné. Figure 11. Détection de changement de comportement sur les mesures de déplacements de l'extensomètre A13 5. Conclusions La cinématique de la zone frontale a été analysée depuis 2000 et plusieurs régimes de vitesses ont été identifiés. On observe une accélération continue des vitesses dans le temps et commune sur l ensemble de la zone frontale. Par ailleurs, l analyse conjointe des déplacements et des précipitations montre que le versant est de plus en plus réactif aux précipitations. Une méthode de détection de changements de comportement basée sur la comparaison du comportement observé par rapport à un comportement de référence déterminé sur plusieurs échelles de temps a été proposée. Les résultats actuels montrent une détermination fine des phases d accélération ou de ralentissement. Références bibliographiques Duranthon J P., Bievre G., Chanut M A., Potherat P. (2011). Ruines de Séchilienne Rapport annuel de suivi du site Avril 2010 Mars 2011 CETE de Lyon. Duranthon J. P., Effendiantz L. (2004). Le versant instable des Ruines de Séchilienne : point sur l'activité du phénomène et présentation du nouveau dispositif de gestion de la télésurveillance. Bulletin des Laboratoires des Ponts et Chaussées, n ,

8 Effendiantz L., Rochet L. (2000). Suivi d une instabilité rocheuse jusqu à l éboulement Commune de la Perrière (Savoie), Bulletin des Laboratoires des Ponts et Chaussées, vol 226, Fukuzono T. (1985). A new method for predicting the failure time of a slope Proc IV th International Conference and filed workshop on landslides, Tokyo. Kasperski J., Potherat P., Duranthon J P, (2010). Le mouvement de versant de Séchilienne : point sur l activité du phénomène Rock Slope Stability INERIS France. Panet M. (2009). Scénarios d évolution du versant des Ruines de Séchilienne. Rapport du collège d experts. Saito M. (1965). Forecasting the time of occurrence of a slope failure, Proc of the 6th ICSMFE, Vengeon J M. (1998). Déformation et rupture des versants en terrain métamorphique anisotrope Apport de l étude des ruines de Séchilienne. Thèse de doctorat Université Joseph Fourier Grenoble