A la suite des dégâts occasionnés par le cyclone Hyacin~ the, le B.R.G.M. Réunion et l'équipe de géologie appliquée de l'I.R.I.G.M. (Université de Grenoble) ont entrepris l'étude des risques du secteur de Grand lIet. . Cette étude comporte plusieurs parties : La première est une présentation générale du secteur de travail dans le contexte géographique et géologique de l'ile de la Réunion. Les raisons du choix de Grand lIet y sont exposées. En dernier lieu, les résultats d'une analyse statis* tique systématique des directions de ravines sont présenté. La deuxième partie est l'étude géologique détaillée des formations de Grand Ilet. Elle conduit à la définition de l'unité intermédiaire qui est caractérisée par des glissements de grande ampleur. La troisième partie concerne des mouvements de terrains plus superficiels mais qui sont responsables de dégârs importants. On insiste sur le rôle des précipitations cycloniques dans leur évolution. Enfin, la quatrième partie tente de faire un bilan des conditions d'instabilité et permet de proposer un zonage du secteur adapté au contexte volcano-détrique et au climat tropical.

[néant]

La cartographie, l'inventaire et le suivi de glissements de terrain sont indispensables pour l'évaluation de l'aléa glissements de terrain et la gestion des catastrophes. La disponibilité croissante des satellites THR, des drones et des appareils photo numériques grand public offre un grand potentiel pour soutenir ces tâches à l'échelle régionale et locale en complément detechniques établies telles que l'instrumentation in-situ, radar, et les acquisitions par scanner laser. Un manque d'outils de traitement d'image pour l’extraction efficace d’informations pertinentes à partir de différents types d'imagerie optique complique encore l'exploitation des données optiques et entrave la mise en oeuvre de services opérationnels. Cette thèse est consacrée à l'élaboration et l'application de techniques de traitement d'image pour la cartographie, la caractérisation et la surveillance des glissements de terrain en exploitant des données d'imagerie optique. Un état de l'art approfondi des techniques de télédétection innovantes pour la surveillance des glissements de terrain est proposé et démontre le potentiel et les limites des techniques et propose des critères pour le choix des capteurs disponibles (plateformes et méthodes d'analyse d'images) selon le processus observé et les besoins des utilisateurs. Pour la cartographie rapide des glissements de terrain lors de catastrophes majeures, une méthode qui combine segmentation d'image et apprentissage supervisé est développée pour l'analyse des images satellitaires THR à travers plusieurs exemples en Chine, au Brésil, à Haïti, en Italie et en France. Pour l'analyse de glissements de terrain à l'échelle locale, la recherche a élaboré des chaînes de traitement d'images pour la détection de fissures à partir de séries temporelles d'images de drones comme possible géo-indicateurs de l'activité des glissements, la mesure des champs de déplacements horizontaux à partir d'images satellitaires THR utilisant en utilisant des méthodes stéréophotogrammétrie et par corrélation d’image, et les mesures 3D à partir de photographies terrestres basées sur des méthodes de photogrammétrie multi-images. / Landslide inventory mapping and monitoring are indispensable for hazard assessment and disaster management. The enhanced availability of VHR satellites, UAVs and consumer grade digital cameras offers a great potential to support those tasks at regional and local scales, and to complement established techniques such as in situ instrumentation, radar, andlaser scanning. A lack of image processing tools for the efficient extraction process-relevant information from different types of optical imagery still complicates the exploitation of optical data and hinders the implementation of operational services. This doctoral thesis is dedicated to the development and application of image processing techniques for the mapping,characterization and monitoring of landslides with optical remote sensing data. A comprehensive review of innovative remote sensing techniques for landslide monitoring shows the potential and limitations of available techniques and guides the selection of the most appropriate combination of sensors – platforms – image analysis methods according to the observed process and end-user needs. For the efficient detection of landslides after major triggering events at the regional scale, a method for rapid mapping combining image segmentation, feature extraction, supervised learning is developed. For detailed landslide investigations at the local scale, this study elaborates image processing chains for detection of surface fissures in time-series of UAV images as geo-indicators of landslide activity, the measurement of horizontal surface displacements from VHR satellite images using stereo-photogrammetric and image correlation methods, and 3D measurements from terrestrial photographs based on multi-view open-source photogrammetry.

La création d’inventaires de glissements de terrain sert de base à l’évaluation quantitative de l’aléa et à la gestion du risque. Les cartes d’inventaires de mouvements gravitaires sont produites en utilisant des méthodes conventionnelles (campagnes de mesures de terrain, interprétation visuelle de photographies aériennes) et par des techniques de télédétection plus innovantes. Une des techniques les plus prometteuses pour la détection et la cartographie des glissements de terrain fait appel à la mesure de la déformation du sol par interférométrie radar satellitaire (InSAR). Cette thèse est consacrée à la constitution d’un inventaire multi-dates à partir de données multi-sources (incluant les données InSAR) en vue d’évaluer de façon quantitative l’aléa glissement de terrain. Les méthodes associent l’analyse de produits d’Observation de la Terre et des modélisations statistiques pour la caractérisation de l’aléa dans la vallée de l’Ubaye, une région rurale et montagneuse des Alpes du Sud. Elles ont été développées à l’échelle du versant (1:5.000-1:2.000) et à l’échelle régionale (1:25.000- 1:10.000). Pour la création des inventaires, cette étude propose une interprétation combinée de séries temporelles d’images SAR, de photographies aériennes, de cartes géomorphologiques, de rapports historiques et de campagnes de terrain. A l’échelle locale, une méthodologie d'interprétation guidée par la géomorphologie et utilisant l’InSAR a été proposée pour identifier les champs de déplacement des glissements de terrain et mesurer leur évolution. A l’échelle régionale, la distribution spatio-temporelle des glissements de terrain a été caractérisée et l’aléa a été calculé à partir des probabilités d’occurrence spatiale et temporelle pour une intensité donnée des phénomènes. L’occurrence spatiale est estimée grâce à un modèle multivarié (régression logistique). L’occurrence temporelle des mouvements gravitaires est évaluée grâce à un modèle de probabilité de Poisson permettant de calculer la probabilité de dépassement (incluant ou non un seuil de surface) pour plusieurs périodes de retour. Plusieurs unités d'analyse spatiale ont été utilisées pour la modélisation ; les résultats démontrent clairement leur influence sur les résultats. L’analyse de l’aléa a été réalisée sur quelques cas spécifiques. Des relations entre les (ré)activations de glissements de terrain et les facteurs déclenchants sont proposées. / The analysis of landslide inventories is the basis for quantitative hazard assessment. Landslide inventory maps are prepared using conventional methods (field surveys, visual interpretation of aerial photographs) and new remote sensing techniques. One of the most promising techniques for landslide detection and mapping is related to the measurement of the ground deformation by satellite radar interferometry (InSAR).This doctoral thesis is dedicated to the preparation of a multi-date inventory, from multi-source data, including InSAR, for a quantitative assessment of landslide hazard. The methods associate the analysis of Earth Observation products and statistical modelling for the characterization of landslide hazard in a rural and mountainous region of the South French Alps. They have been developed at the slope (1:5000-1:2000) and the regional (1:25.000-1:10.000) scales. For the creation of a multi-date inventory, this study developed a combined interpretation of time series of SAR images, aerial photographs, geomorphological maps, historical reports and field surveys. At the slope-scale, a geomorphologically-guided methodology using InSAR was proposed to identify landslide displacement patterns and measure their kinematic evolution. At regional scale, spatio-temporal distribution of landslides is characterised and hazard is assessed by computing spatial and temporal probabilities of occurrence for a given intensity of the phenomena. The spatial occurrence is evaluated using a multivariate model (logistic regression). The temporal occurrence of landslide is estimated with a Poisson probability model to compute exceedance probabilities for several return periods. Different mapping units were used in the modelling, and their influence on the results is discussed. Analysis of landslide hazard is then proposed for some particular hotspots. Relationships between landslide (re)activations and triggering factors are envisaged.

Ce projet de recherche répond à l'objectif d'améliorer notre connaissance des processus élémentaires contrôlant le comportement hydrologique post-rupture des glissements de terrain argileux, afin de pouvoir comprendre, reproduire et éventuellement prévoir leur comportement par des modèles hydromécaniques adaptés. Ce travail consiste à améliorer et développer des méthodes de traitement et d'interprétation de paramètres géophysiques en milieu argileux et hétérogène. Les objectifs principaux de ce travail sont : 1. D'améliorer des méthodes géophysiques et géodésiques de mesure de la déformation et de la géométrie interne des glissements. 2. De caractériser les relations possibles entre géométrie et structure interne du glissement. 3. De développer et améliorer des méthodes de détection et d'imagerie des circulations préférentielles de fluide dans un milieu fissuré et déformable. 4. De caractériser temporellement et spatialement les réponses hydrologiques du versant. Un algorithme d'inversion haute-résolution des temps de premières arrivées est développé. Il utilise les volumes de Fresnel pour rétropropager les résidus ainsi que l'hypothèse d'un signal source de bande-passante finie et permet de retrouver une image haute-résolution de la structure du glissement. L'atténuation sismique des ondes-P est également inversée pour retrouver la distribution des zones fissurées en surface. Des méthodes photogrammétriques sont utilisées pour caractériser et quantifier les déformations de surface. Une méthode alternative à la corrélation d'image est développée, fondée sur la détection et le suivi de cibles. Le lien entre les variations de régime de déformation le long du profil, et l'existence de fissures en surface est finalement discuté. Les informations précédentes sont ensuite intégrées dans un modèle géométrique par une méthode de fusion de données. Par la modélisation numérique, nous vérifions si l'état de contrainte calculé peut être en rapport avec la distribution de la fissuration en surface. Une méthode de correction de l'effet géométrique des fissures sur les résistivités apparentes est développée. Différents types d'artefacts d'inversion liés à la présence de fissure sont identifiés et la capacité de la méthode proposée à réduire ces artefacts est testée. Une méthodologie de sélection et de traitement des données ERT time-lapse acquises sur une période d'un an est développée. La réponse électrique courte (de quelques heures à quelques jours) aux évènements pluvieux naturels est ensuite analysée pour proposer des modèles conceptuels de réponse hydrologique à ces évènements pluvieux. / The objective of this research project is the improvement of our knowledge of the elementary processes controlling the post-rupture hydrological behavior of clayey landslides. It should allow understanding, reproducing and possibly forecasting their behaviors by the use of adapted hydro-mechanical models. This work consists in the improvement and the development of geophysical parameters processing and interpretation methodologies in clayey and heterogeneous medium. The main objectives of this work are : 1. The improvement of geophysical and geodesic methods to measure the internal geometry and structure of the landslide. 2. The characterization of possible relationships between landslide internal geometry and structure, presence of discontinuities, slope hydrology and deformations. 3. The development and improvement of methodology for the detection and imaging of preferential flows in a fissured and deformable medium. 4. The spatial and temporal characterization of the hydrological response of the slope. A high resolution inversion algorithm of the first seismic arrivals is developed. It uses the Fresnel volumes for the retropropagation of the residuals and the assumptions of a finite-bandwidth source signal. It permits to recover a high resolution image of the internal structure of the landslide. The seismic P-wave attenuation is also inverted to characterize surface fissured zones. Photogrammetric methods are used to characterize and quantify the surface deformations. A method alternative to image correlation is developed, based on the target detection and tracking. The link between changes in deformation regime along the profile and the existence of surface fissures is finally discussed. The previous data are integrated inside a geometric model trough data fusion. Using numerical modeling, we verify if the state of stress computed is related to the surface fissure density distribution. A methodology of correction of the geometrical effect of fissures on apparent resistivity is developed. Different types of inversion artefacts, linked to the presence of surface fissures, are identified. The ability of the proposed method to limit this artifact is tested. A methodology of selection and processing of the time-lapse ERT data is developed. The short electrical response (from several hours to several days) to natural rainfall events is analyzed and conceptual hydrological responses to these rainfall events are proposed.

L'ingénierie écologique, qui est décrite comme «la gestion de la nature», a d'abord été proposée par Odum en 1971. Dans les dernières décennies, l'ingénierie écologique a été largement consacrée à lutter contre l'érosion des sols et les mouvements de masse, tout en permettant d'assurer la durabilité des écosystèmes. L'objectif de cette thèse est d'évaluer l'impact de peuplements forestiers sur la stabilité de pentes de dimension finie, en considérant à la fois les effets mécaniques et hydrologiques des racines peu profondes contre les glissements de terrain. Deux sites forestiers monospécifiques et équiennes, plantés respectivement de Robinia pseudoacacia et Platycladus orientalis, ont été sélectionnés sur le Plateau du Loess en Chine et utilisés comme sites d'étude. Le Facteur de Sécurité (FoS) de ces pentes ont été calculées en utilisant un modèle éléments finis 2D qui prend en compte la distribution des racines dans les couches superficielles du sol.Des mesures de terrain et des tests de laboratoire ont été effectués afin d'estimer les principaux paramètres du modèle, à savoir la distribution des surfaces relatives de racines dans le sol (Root Area Ratio), la résistance à la traction des racines, ainsi que les propriétés mécaniques et hydrologiques du sol nu. La contribution des racines à la résistance au cisaillement du sol a été considérée par l'intermédiaire d'une « cohésion additionnelle » calculée à l'aide de modèles fournis par la littérature. Six modèles existants ont été testés. Cette thèse est composée de deux chapitres principaux portant sur: (1) l'effet mécanique de l'hétérogénéité spatiale de la distribution des racines à l'échelle de pente; (2) l'influence de la distribution des racines sur le couplage entre la diffusion de l'eau interstitiel et les contraintes mécaniques dans le sol et son impact sur la stabilité des pentes.Les simulations amènent aux conclusions principales suivantes: (1) les pentes en terrasse sont en théorie 20% plus stables que les pentes rectilignes, sans tenir compte des effets hydrologiques; (2) le FoS atteint une valeur asymptotique lorsque l'on augmente la cohésion des racines; (3) les variations de la cohésion des racines observées sur le terrain ont peu d'effet sur la stabilité des pentes. Toutefois le renforcement de la partie basse des pentes, où les racines ont un plus grand impact positif sur le FOS, peut permettre de diminuer le risque de glissement; (4) l'effet des fortes précipitations sur la stabilité de la pente pourrait probablement être atténué par la présence de racines, mais cet effet dépend des caractéristiques des racines et de leur influence sur le débit d'eau dans le sol. / Ecological engineering, which is described as ‘the management of nature', was first proposed by Odum in 1971. In the past few decades, ecological engineering has been largely devoted to combat soil erosion and mass movement all over the world, because of its benefit on sustainable ecosystems. The objective of this thesis is to evaluate the impact of forest stands on the stability of finite slopes, considering both the mechanical and hydrological effects of roots against shallow landslides. Two monospecific and even-aged forest sites planted with Robinia pseudoacacia and Platycladus orientalis respectively were selected on the Loess Plateau of China and used as study sites. Slope Factors of Safety were calculated using a 2D finite element model that takes into account the distribution of roots in the shallow layers of soil.Field site experiments and laboratory tests were performed in order to estimate the main parameters of the model, i.e. distribution of root area ratio within the soil, root tensile strength, as well as bare soil mechanical and hydrological properties. The contribution of roots to soil shear strength was considered through an additional cohesion calculated with models provided by the literature. Six existing models were tested. This thesis is composed of two main chapters that make the focus on : (1) the mechanical effect of the spatial heterogeneity of root distribution at the slope scale; (2) the influence of root distribution on the coupling between pore fluid diffusion and mechanical stress and its impact on slope stability. This study brings to the following main conclusions: (1) terraced slopes were 20% more stable than rectilinear slopes, disregarding the differences in hydrological regimes between the two sites; (2) FoS could reach an asymptotic value when increasing root additional cohesion; (3) variations of the actual root cohesion do not affect much slope stability. However more attention should be given to the reinforcement of the bottom part of the actual slopes, where roots have a larger positive impact on the FoS; (4) the effect of heavy precipitations on slope stability could probably be overcome or at least mitigated by root system network, but this depends on root characteristics and their resulting effect on soil water flow.

En Gaspésie, un chemin de fer longe approximativement le tracé de la côte entre la municipalité de Gaspé à la vallée de la Matapédia. Le long de ce tracé, un secteur montrant des évidences de mouvement de terrain dans un talus rocheux a été identifié. Afin de connaître les vitesses de déplacement du glissement, un système d'observation du mouvement de masse a été mis en place. Les déplacements mesurés et un modèle numérique de terrain ont permis de segmenter le massif rocheux en compartiments distincts: quarante-trois, au total, ont été générés. Sur ce total, la moitié (19) des compartiments comptait un instrument sur au moins une de ses arêtes. Les résultats provenant des lectures de ces instruments ont démontré que le massif rocheux est actuellement en mouvement. Les compartiments de Gascons se déplacent à une vitesse variant entre 0.5 et 5.5 mm/mois, selon divers patrons de déplacement.

Dans le cadre d’un mandat de recherche confié à l’Université Laval par le Ministère des Transports du Québec et consistant à la réalisation d’une analyse initiale des mouvements de terrain liés à l’exploitation minière et leurs conséquences possibles sur les infrastructures routières et urbaines à Black Lake, ce projet de maîtrise a pour but d’analyser le potentiel tsunamigénique des glissements de terrain actifs sur la paroi est de la mine abandonnée LAB d’Amiante du Canada suite au remplissage actuellement en cours de la fosse. Pour ce faire, le logiciel GeoClaw, basé sur le système d’équations de Barré de Saint-Venant, a été utilisé afin de modéliser numériquement la formation d’un tsunami. Étant donné que la possibilité qu’un tsunami soit généré à Black Lake ne pourrait se réaliser que dans plusieurs années, le modèle utilisé a été tout d’abord validé en l’utilisant pour un cas québécois récent survenu en 2014 au Lac-des-Seize-Îles. La génération d’un tsunami est non seulement fonction du plan d’eau dans lequel il peut se produire, mais aussi du volume impliqué et de la vitesse de déplacement d’une masse en mouvement. Ces paramètres ont donc été préalablement déterminés avant de procéder à l’analyse du potentiel tsunamigénique des divers scénarios possibles le long de la paroi est de la mine. Étant donné les diverses incertitudes inhérentes à une telle analyse prospective, la modélisation numérique de la génération, de la propagation et de l’inondation d’un tsunami a été réalisée par une approche paramétrique, en utilisant les différents scénarios établis par les analyses de stabilité et de la cinématique ainsi qu’un modèle numérique de terrain obtenu à partir de plusieurs levés LiDAR en tant que paramètres d’entrée. De plus, l’effet du remplissage graduel de la fosse, provoqué par l’arrêt des opérations d’exploitation et de pompage, a aussi été évalué pour les divers scénarios. Les travaux ont permis d’identifier, si tel est le cas, le niveau minimal requis dans la fosse pour qu’il y ait atteinte des différentes infrastructures durant l’inondation, et d’ainsi estimer, pour chacun des scénarios, les conséquences potentielles advenant l’accélération soudaine d’un glissement de terrain et la formation d’un tsunami. Les principaux résultats démontrent que si un glissement de terrain avait réellement à se produire, trois scénarios sont potentiellement plus problématiques en termes de conséquences liées à l’inondation des différentes infrastructures. L’infrastructure routière principale du secteur (c.-à-d. la Route 112) serait potentiellement affectée, avec une gravité variable en fonction du niveau d’eau du lac et de la vitesse de mobilisation des glissements de terrain, alors que les infrastructures urbaines du secteur de Black Lake seraient toujours épargnées. Finalement, cette analyse aura aussi démontré l’intérêt d’étendre l’application de cette méthode à d’autres cas récents et historiques au Québec. / As part of a research project entrusted by the Quebec Ministry of Transports consisting in a preliminary analysis of landslides induced by the mining operations and their potential consequences on the road and urban infrastructures of Black Lake, this Master’s project analyses the tsunamigenic potential of the east wall landslides of the abandoned mine LAB d’Amiante du Canada following the eventual reflooding of the open pit. In order to achieve this, the GeoClaw software, based on the Barré-de-Saint-Venant shallow water equations, has been used to model the tsunami formation. Given the fact that a landslide-generated tsunami could only happen in several years in Black Lake, the model was first validated by applying it to a recent case that occurred in 2014 at Lac-des-Seize-Îles in Quebec. Tsunami generation is not only a function of the affected water basin, but also of the volume and the displacement velocity of the mobilised mass. These parameters have been pre-determined before proceeding with the tsunamigenic potential analysis of possible landslides along the east wall. Given the inherent uncertainties associated with this kind of prospective analysis, the generation, propagation and flood modeling has been completed with a parametric approach, using scenarios established from a stability and kinetic analysis , and using a digital elevation model built from LiDAR surveys as input parameters. Furthermore, the effect of pit flooding induced by the mine shutdown has also been evaluated for the landslide scenarios. This work allowed identifying the minimal water level required in the open pit at which the road and urban infrastructures would be affected by the inundation and thus allowed estimating the potential consequences if a sudden acceleration of the landslide occurs and if a tsunami is generated. The main results show that if a landslide were to occur, three different landslide scenarios would be potentially more problematic in terms of inundation of the infrastructures. The main road infrastructure (i. e. Highway 112) would be potentially affected, with varying severity depending on the water level of the lake and the mobilization velocities of the landslides, while the urban infrastructure located in the Black Lake area would remain unaffected. Finally, this analysis has demonstrated the interest to extend the application of this method to other recent and historic landslide-induced tsunami cases in Quebec.