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Des mouvements de terrain sur la route départementale 213 entre Petite Anse et Grande Anse, dans la Terre de Bas, sur l'île des Saintes (Guadeloupe, 2004). © BRGM - Séverine Bès de Berc

Exploitation de levés d’électromagnétisme héliporté dans une perspective de réévaluation des cartes d’aléa « mouvements de terrain » en milieu volcanique tropical : application aux Antilles

19.10.2017
L’anticipation des glissements de terrain est un enjeu à la fois humain et économique, et ce plus particulièrement dans les territoires ultramarins, où la susceptibilité des versants à se déstabiliser est particulièrement forte en raison des saisons cycloniques marquées, de la concentration des enjeux et d’une forte pression foncière

Glissement de la Médaille. Partie amont du glissement affectant régulièrement la RN 3. © BRGM

Glissement de la Médaille. Partie amont du glissement affectant régulièrement la RN 3. © BRGM

Contexte

L’instabilité de versant peut être évaluée de plusieurs manières plus ou moins objectives (approche experte, approche spatiale quantitative, approche déterministe). Un diagnostic déterministe, sans doute plus objectif, peut être conduit par l’utilisation de modèles 2D ou 3D valorisant des données topographiques, géologiques, géotechniques et hydrogéologiques locales. L’acquisition de l’ensemble de ces données pouvant être longue et coûteuse, une approche plus économique peut être proposée par l’utilisation de données issues de l’ElectroMagnétisme (EM) héliporté lorsque celles-ci sont disponibles.

Objectif

L’objectif général de cette étude, menée par le BRGM avec le soutien de la Direction Générale de la Prévention des Risques (DGPR), a été de mettre œuvre une nouvelle méthodologie d’analyse de glissement de terrain permettant l’interprétation conjointe des mesures d’ElectroMagnétisme (EM) et de données plus classiques, telles que les paramètres géotechniques, géologiques et hydrogéologiques, pour la caractérisation des glissements de terrain. La mise en œuvre de campagnes d’EM héliporté permet en effet de faciliter l’acquisition d’informations sur les épaisseurs des formations et leur spatialisation, tout en évitant de déployer des moyens techniques lourds à terre.

Les données acquises par l’EM héliporté sur la Martinique lors du projet MartEM ont ainsi été exploitées afin de juger de leur potentiel dans l’évaluation de l’aléa glissement de terrain (i .e. probabilité de rupture) sur les versants martiniquais.

Deux sites de la Martinique ont été sélectionnés pour leur représentativité des instabilités gravitaires régionales : le site de la Médaille, représentant un grand glissement de terrain complexe et actif ainsi que le site de Morne-Figue, représentant un glissement de terrain de type rotationnel en amont (avec déplacement plutôt vertical) et une composante translationnelle en aval, affectant une route depuis plus de trente ans.

Programme des travaux

La première étape des travaux a consisté, à partir des données EM héliporté, à identifier les différentes formations selon leur résistivité, confronter la cohérence des éléments géométriques et géologiques ainsi définis avec les données existantes (observations de terrains et travaux antécédents - rapports, forages, etc.,.).

Les efforts ont ensuite porté sur l’élaboration, pour chaque site, de modèles géologiques 3D tenant compte des différentes formations identifiées. Une attention particulière a été apportée sur la manière d’interpoler les différentes couches pour des secteurs possédant une couverture EM moins dense. Les observations de terrain ont permis d’améliorer considérablement le modèle pour ces secteurs.

Enfin, afin d’évaluer la susceptibilité des versants aux glissements de terrain, les modèles géologiques 3D ont été introduits dans le modèle de calcul de stabilité des pentes ALICE®. Cet outil, développé par le BRGM, permet de calculer de manière spatiale, à partir d’un MNT et d’un modèle géologique 3D, le long de profils de plus grandes pentes, un facteur de sécurité (FS) ou une probabilité de rupture pour chaque cellule. Après une analyse de sensibilité sur les paramètres géotechniques (cohésion, angle de friction interne et poids volumique) relevés dans la littérature (articles et rapports techniques) tenant compte des versants avant et après rupture, des probabilités de rupture pour chaque site ont été calculées selon des scenarii définis. Ces scenarii tiennent compte des différents types de rupture (taille, profondeur, translationnelle, rotationnelle), d’une probabilité de rupture dans différents matériaux et de différents niveaux de saturation des matériaux.

Résultats obtenus

D’un point de vue géologique, cette étude a permis d’apporter de nouvelles informations sur les matériaux mobilisables comme : l’extension, l’épaisseur et la profondeur des formations. Ainsi, des informations supposées, mais non confirmées faute de sondages profonds, ont été validées, comme l’existence de deux corps principaux superposés et de deux compartiments indépendants pour le site de la Médaille.

Pour l’évaluation de la susceptibilité, les modèles calculés sous ALICE® ont permis :

  • pour le site de la Médaille, de confirmer que le glissement fonctionne par compartiment : en conditions totalement sèches, le glissement doit être stable, une nappe d’eau conséquente est nécessaire pour que le glissement devienne très instable.
  • pour le site de Morne-Figue, de définir un nouveau schéma géologique et structural  composé de couches de résistivités faibles et modérées à fortes, représentant des formations favorables aux instabilités gravitaires superficielles et profondes.

Malgré des résultats satisfaisants, des limites relatives à la résolution des images issues de l’EM héliporté ont été identifiées. En effet, l’EM héliporté a permis de définir différents horizons en profondeur (précédemment mal connus) avec une précision jusqu’au mètre pour les couches superficielles proches du sol, il reste difficile de caractériser, en profondeur, les couches les plus fines. Par exemple, pour le site de la Médaille, la semelle du glissement n’a pas été identifiée clairement. Il est également important de préciser que la pertinence des données EM héliportées est directement fonction de la couverture disponible sur la zone d’étude. Cette couverture doit en effet être compatible avec la taille de l’objet étudié. Ainsi, il apparaît que seul le glissement principal de Morne-Figue est suffisamment couvert pour pouvoir être modélisé de manière précise ; a contrario, la couverture du glissement de Morne-Figue n’est pas aussi dense que celle de la Médaille, générant des incertitudes significatives impactant la fiabilité du diagnostic sur la susceptibilité de glissement (particulièrement à l’est du secteur).

Interprétation géomorphologique des compartiments A et C du glissement de terrain de la Médaille suite à l’analyse des images EM héliportées et la mise en cohérence avec les sondages et interprétations antécédantes.© BRGM

Interprétation géomorphologique des compartiments A et C du glissement de terrain de la Médaille suite à l’analyse des images EM héliportées et la mise en cohérence avec les sondages et interprétations antécédantes.© BRGM

Modèle géologique 3D du glissement de la Médaille (relief dérivé du MNT Lidar 2013).© BRGM

Modèle géologique 3D du glissement de la Médaille (relief dérivé du MNT Lidar 2013).© BRGM

Synthèse des formations observées et/ou interprétées sur le site de Morne-Figue à partir des travaux antécéeants et de l’EM héliporté.©BRGM

Synthèse des formations observées et/ou interprétées sur le site de Morne-Figue à partir des travaux antécéeants et de l’EM héliporté.©BRGM

 Cartes des probabilités de rupture pour des glissements rotationnels profonds selon le niveau de la nappe d’eau (Ground Water level = GWL). Les calculs sont réalisés avec une maille de 10 m. © BRGM

Site de Morne-Figue : Cartes des probabilités de rupture pour des glissements rotationnels profonds selon le niveau de la nappe d’eau (Ground Water level = GWL). Les calculs sont réalisés avec une maille de 10 m. © BRGM

PARTENAIRE

Direction Générale de la Prévention des Risques du Ministère chargé de l’Environnement

RAPPORTS PUBLICS

BRGM/RP-65407-FR - Exploitation de levés d'électromagnétisme héliporté dans une perspective de réévaluation des cartes d'aléa "mouvement de terrain" en milieu volcanique tropical. Application aux Antilles - Phase 2 - Télécharger le rapport

BRGM/RP-66605-FR - Exploitation de levés d'électromagnétisme héliporté dans une perspective de réévaluation des cartes d'aléa "mouvement de terrain" en milieu volcanique tropical. Application aux Antilles - Phase 2 - Télécharger le rapport

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