Quatre équipes pluridisciplinaires de chercheurs du BRGM se sont regroupées en collaboration avec l’Université de La Réunion autour du projet RenovRisk-Érosion pour étudier les aléas gravitaires et érosifs dans les cirques de l’île de La Réunion, à l’échelle des bassins versants Rivière des Pluies / Salazie.
30 mai 2022

Comprendre la structure d’un glissement de terrain avec la géophysique - Projet RenovRisk Érosion

Comprendre la structure interne d’un glissement de terrain avec la géophysique : c'est l'objectif du travail mené par les équipes du BRGM et ses partenaires à La Réunion, dans le cadre du projet RenovRisk Érosion.

© BRGM

Nous sommes dans le cirque de Salazie. Ça s'est créé par un phénomène d'érosion intense à la suite de pluies cycloniques. On a eu du creusement, et finalement, tous ces matériaux se sont évacués vers la sortie du cirque. Par rapport aux 2 autres cirques de la région, la particularité de Salazie, c'est la présence d'immenses glissements de terrain. On dénombre une dizaine de glissements de grande ampleur. On en a deux qui sont particulièrement impressionnants. Ils font des volumes de 250 millions de m3. Une des caractéristique de Salazie, c'est la forte pluviométrie. Il pleut à peu près 3 m d'eau par an. C'est cette particularité entre la pluviométrie qui est assez forte et la géologie particulière qui va expliquer la présence des glissements de terrain ici. La problématique, ce sont les habitations sur ces terrains qui se déplacent. Les habitations sont positionnées sur des terrains qui avancent de manière continue, ce qui va engendrer des fissures qui vont engendrer des risques pour la population ou des risques pour les infrastructures. Pendant le cyclone Hyacinthe, la mare, elle est partie. On a eu un épisode de... 15 jours de fortes pluies. Et ça a déchiré depuis la mare, jusqu'à toute la route que vous voyez, qu'on a dû refaire. Il y avait un belvédère, là-haut ? Oui, il y avait un belvédère qu'on retrouve sur des anciennes cartes postales. Après Hyacinthe, le belvédère est parti. Il a atterri en bas de la falaise parce qu'il y a eu un éboulement. Il y a eu certainement des mouvements de terrain, et avec l'eau, tout est parti. Vous voyez encore des fissures s'ouvrir ? - Oui. - Quand il pleut ? Voilà, quand il pleut, après des épisodes de fortes pluies, on a des failles qui apparaissent. Ce qu'on a pu voir avec les suivis GPS qu'on a mis en œuvre depuis environ 20 ans, c'est des phénomènes d'accélération suite aux précipitations. Concrètement, quand il pleut fort, l'eau va s'infiltrer dans le sous-sol, on le suppose, et cette eau, moteur des glissements de terrain, va permettre l'accélération des terrains. Ici, ce qui va nous intéresser, c'est de savoir comment circule l'eau, où est-ce qu'elle s'infiltre. Suit-elle des discontinuités ? S'infiltre-t-elle à la base du glissement de terrain ? À un niveau intermédiaire ? Finalement, ça, c'est important dans la compréhension du mécanisme. Si elle est juste en superficie, le niveau de risque n'est pas le même que si elle s'infiltre et va en profondeur du glissement. Nous avons déjà une image de la structure interne du glissement suite à une campagne de géophysique héliportée. Il s'agissait de faire une sorte de scan 3D des terrains jusqu'à une profondeur de 300 m. L'idée serait de venir confirmer l'hypothèse qu'on ait 2 surfaces de glissement de terrain superposées et de pouvoir voir s'ils se déplacent à des vitesses différentes. Là, on a un premier aperçu du glissement de terrain dans son ensemble. On souhaite zoomer sur différents secteurs et identifier si on a une présence d'eau, si on a différents compartiments et caractériser l'ensemble du glissement, mais de manière plus précise, et surtout, confirmer les hypothèses qu'on a pu poser à partir de cette géophysique héliportée. La 1re phase de la campagne a consisté à déployer une centaine de capteurs sur le glissement, de la tête du glissement, jusqu'à son aval. Le géophone, il est composé d'un aimant permanent et d'une bobine très sensible qui permet après de transformer les mouvements du sol en signal électrique qui sera après enregistré. Chacun des capteurs va enregistrer une source de bruit. Grâce à ces enregistrements, on va pouvoir définir la vitesse de propagation des ondes dans ce milieu-là, ce qui va nous permettre d'avoir une cartographie, comme une radio, du sous-sol. Bienvenue à tous dans la 2e partie de cette mission. La 2e phrase de cette campagne consiste à déployer ces mêmes 100 capteurs le long d'un profil, d'une ligne qui va traverser le glissement de terrain de l'amont vers l'aval. L'idée d'avoir un seul et grand profil sur 2 km de long, c'est d'avoir une image en 2D verticale un peu comme une coupe, une tranche de terrain, et on va pouvoir imager le terrain sur des centaines de mètres de profondeur. On va enregistrer les ondes émises par une source active. Cette source active, c'est des explosions. Cet explosif, on va l'introduire dans des forages de 2 m de profondeur pour qu'il soit au contact avec les matériaux du sous-sol, et au moment d'exploser, il génère une onde mécanique qui va provoquer des vibrations du sous-sol, et c'est ces vibrations qu'on va enregistrer le long du dispositif. Chaque explosion va générer deux types d'ondes. Des ondes primaires, qu'on enregistre en premier, qui vont se propager dans le milieu à une certaine vitesse. En 2e lieu, on enregistre un 2e type d'onde, les ondes secondaires. Elles se propagent à une autre vitesse, plus lente. Les ondes primaires vont nous permettre de scanner le sous-sol avec une précision très fine. Pour caractériser la présence d'eau, on va utiliser les ondes secondaires, qui ne se propagent pas dans les milieux saturés en eau. En comparant les modèles de vitesse des zones premières par rapport aux secondaires, on va pouvoir imager les endroits où il y a de l'eau et ceux où il n'y a pas d'eau. Finalement, ce qu'on a pu comprendre de ce glissement, c'est tout d'abord un volume très important. À l'arrière du glissement, on est un peu inférieur à une centaine de mètres, de l'ordre de 50, 75 m. Vers la rivière, c'est là où le glissement est le plus imposant. On a presque 200 m d'épaisseur de glissement. Cette campagne nous a permis de confirmer qu'on avait 2 glissements superposés dans la partie aval, la plus proche de la rivière. Aujourd'hui, on se pose encore des questions du rôle de chacun de ces glissements. On a une base de glissement, un 1er corps de glissement qui va avancer. Un 2e au-dessus qui glisse. On sait qu'on a de l'eau qui va circuler entre ces glissements, dans la partie supérieure. Par contre, la question qu'on va se poser, c'est si on a des différentiels de vitesse. L'enjeu est d'avoir une image fine du glissement de terrain. Ça va nous permettre par la suite de modéliser le glissement. Ça va nous permettre à long terme, de simuler le changement climatique. Si les cyclones sont plus forts, doit-on s'attendre à voir des secteurs qui vont s'accélérer, des secteurs qui sont déstabilisés d'un coup, c'est-à-dire, tout va s'effondrer d'un coup. Une cartographie fine de ce glissement, connaître sa structure interne, connaître les circulations d'eau, ça va directement nous donner une information sur quel est le niveau de risque pour les infrastructures et surtout pour la population de Salazie.

RenovRisk : un programme de recherche pour étudier les aléas naturels liés aux cyclones tropicaux dans le sud de l’Océan Indien

Le programme de recherche RenovRisk vise à étudier les aléas naturels liés aux cyclones tropicaux dans le sud de l’Océan Indien et à évaluer leurs impacts sur le développement économique de la région.

Le programme de recherche est constitué de 4 projets interdépendants : RenovRisk-Cyclones, RenovRisk-Érosion, RenovRisk-Transports et RenovRisk-Impacts sur lesquelles travaillent des équipes pluridisciplinaires coordonnées par l’Université de la Réunion et le BRGM.

Le Laboratoire Géosciences Réunion (LGSR) et le BRGM ont construit conjointement le projet de recherche RenovRisk-Érosion. Ce projet a pour vocation de poursuivre et perfectionner les suivis des phénomènes gravitaires et érosifs dans les cirques de La Réunion, initiés notamment dans le cadre des projets MvTerre (2003-2008) et MvTerre-2 (2011-2014).

Glissements de terrain d’Ilet à Vidot et de Mare à Poule d’eau dans le cirque de Salazie Glissements de terrain d’Ilet à Vidot et de Mare à Poule d’eau dans le cirque de Salazie

Glissements de terrain d’Ilet à Vidot et de Mare à Poule d’eau dans le cirque de Salazie, La Réunion. L’érosion active des ravines associées aux événements de pluies intenses favorise le déclenchement d’instabilité et le déplacement des terrains sur lesquels est installée la population. Les contours jaunes délimitent des exemples de zones d’érosion active, le contour bleu délimite un compartiment stable.

© BRGM - René Carayol

Les phénomènes gravitaires et érosifs dans les cirques de La Réunion

La Réunion est une île volcanique au climat tropical régulièrement impactée par les cyclones. Au-delà des vents violents, ces phénomènes climatiques extrêmes sont associés à des épisodes pluvieux de forte intensité engendrant de nombreuses déstabilisations gravitaires.

Les pluies records de l’île de La Réunion figurent souvent parmi les pluies les plus intenses enregistrées dans le monde.

Les mouvements de terrains sont particulièrement actifs dans le cirque de Salazie du fait de son encaissement et des fortes précipitations qui s’y produisent. On y observe différents phénomènes :

  • Les glissements lents de grande ampleur : on en dénombre 6 dans le cirque de Salazie, avec l’exemple du glissement de Grand Ilet. Ce dernier représente le déplacement de plusieurs dizaines de centimètres par an d’un volume de plus de 350 Mm3 sur lequel sont installées des habitations.
  • Les phénomènes catastrophiques : mouvements gravitaires localisés et instantanés. Il peut s’agir de glissements de plusieurs dizaines milliers de mètres cubes, d’effondrements de rempart ou encore de "déboulés", terme local désignant le phénomène de recul quasi-instantané de la bordure de l’Ilet de plusieurs centaines de mètres.
Déplacements cumulés mesurés au centre du glissement de Grand Ilet Déplacements cumulés mesurés au centre du glissement de Grand Ilet

Déplacements cumulés mesurés au centre du glissement de Grand Ilet et modélisé à partir des précipitations (Belle et al, 2013 et 2018). Les phases d’accélérations du glissement concordent avec les épisodes de fortes pluies, comme lors des cyclones Diwa en 2016 et Gamède en 2007.

© Belle et al

Objectifs du projet RenovRisk-Érosion

Le projet RenovRisk-Érosion a pour objectifs d’ici fin 2021 :

  • de caractériser et d'acquérir des connaissances fondamentales sur les glissements et les éboulements rocheux des cirques ;
  • d'appréhender le fonctionnement des glissements de terrain selon le facteur "eau" à l'origine des mouvements ;
  • de modéliser la dynamique des glissements de terrain au regard du changement climatique ;
  • de détecter et suivre le transport des matériaux déstabilisés lors des crues afin d'intégrer ces données dans les plans de prévention des risques naturels liés aux cyclones tropicaux.

Suivi des déplacements des glissements de terrain et des effondrements rocheux

Afin de mieux comprendre la dynamique de ces glissements et d’évaluer l’aléa mouvement de terrain à La Réunion, le BRGM et le LGSR disposent d’importants réseaux d’observations. Depuis 2011, des relevés géodésiques et topographiques de grande précision et des campagnes de mesures sismiques et électromagnétiques ont été effectués sur les principaux glissements de terrain de grande ampleur et aux abords des remparts des cirques de l’île. Le BRGM procède également au suivi hydrologique et géochimique des eaux souterraines et des eaux de surface aux niveaux des grands glissements. Un réseau sismique large bande a été installé pour suivre le transport des produits de l’érosion en continu dans les rivières.

Ces données ont notamment permis de mettre en évidence le rôle des eaux souterraines dans l’accélération de ces glissements de terrain lors des événements cycloniques.

Actions engagées

Campagnes d’acquisition

  • Juin 2019 : Levé LiDAR des glissements de terrain du cirque de Salazie
  • Septembre-octobre 2019 : première campagne de cartographie géomorphologique des mouvements gravitaires du cirque de Salazie
  • Septembre-octobre 2019 : seconde campagne de cartographie géomorphologique des mouvements gravitaires du cirque de Salazie
  • Novembre 2020 : campagne sismique passive et active

Valorisation des résultats

  • Octobre 2019 - Lyon : Journée technique "Devenir des grands glissements" du CFGI
  • Octobre 2019 - Nice : Journées Aléas Gravitaires
  • Novembre 2019 - Maurice : IWS-Mauritius - Computational Geo-Environmental Mechanics: Multiphysics and Multiscale Couplings
  • Mai 2020 – Conférence ISPRS online - Structure-from-motion processing of aerial archive photographs: sensitivity analyses pave the way for quantifying geomorphological changes since 1978 in La Réunion island
  • Février 2021 – Publication Natural Hazards - ReNovRisk: a multidisciplinary programme to study the cyclonic risks in the South-West Indian Ocean
  • Mars 2021 - colloque GEOFCAN online - Morphologie et structuration d’un glissement de terrain de grande ampleur en milieu volcanique tropical : apport de la géophysique sur la caractérisation du glissement de Hell-Bourg (La Réunion)
  • Avril 2021 - EGU General Assembly 2021online - Structure-from-Motion applied to historical aerial photographs: parameter variability and application on landslide cyclonic evolution on France's La Réunion Island, Indian Ocean
  • Avril 2021 - EGU General Assembly 2021online - How to reconstruct geometrical characteristics and failure conditions of an historic atypical complex flow-like landslide: example of the Déboulé of La Ravine de l’Eglise (La Réunion Island, France)
Logos du projet RenovRisk Erosion et de ses partenaires financiers Logos du projet RenovRisk Erosion et de ses partenaires financiers

Projet "RenovRisk Érosion - processus et impact de l'érosion" avec le soutien financier apporté par l'Union Européenne, l'Etat et la Région Réunion.

© RenovRisk Erosion