Les glissements de terrain sont à l'origine de la destruction de nombreuses infrastructures routières, de bâtiments et causent la perte de vies humaines. L'observation des glissements de terrain est limitée par l'absence d'archives historiques précises. Sur les glissements de terrain superficiels forestiers, la dendrogéomorphologie permet de reconstruire, avec une résolution temporelle saisonnière et une emprise spatiale décamétrique, l'activité du processus, à partir de l'analyse des perturbations anatomiques contenues dans les cernes de croissance. 13 glissements de terrain superficiels forestiers, localisés dans la vallée de l'Ubaye ont été étudiés. L'analyse dendrogéomorphologique permet de densifier les chroniques historiques, d'obtenir des périodes de retour et d'améliorer nos connaissances sur le comportement spatial du processus. L'approche statistique basée sur un modèle de Poisson, permet de quantifier et de cartographier des probabilités de réactivation. La thèse proposera d'évaluer la robustesse de la reconstruction dendrogéomorphologique ainsi que le rôle des précipitations dans le déclenchement des évènements passé. / Landslides constitute a common mass movement process and a widespread hazard in mountain where they cause damage and destruction to settlements, transportation corridors, or even lead to the loss of life. A major obstacle for the knowledge of past landslide activity is the lack of historical data with satisfying spatial resolution over medium to long timescales and on a continuous basis. In wooded shallow landslides, the use of tree rings may greatly help the documentation of past events and may allow reconstruction of precise chronologies of landslide reactivations over considerable periods of the past. 13 wooded shallow landslides located in the Ubaye valley were analysed using dendrogeomorphic approach. This method enhances the historical chronicles. It permits to quantify return periods of landslide reactivations and to improve our knowledge concerning the spatial behaviour of the process. Coupled with a statistical approach based on a Poisson probabilistic model, it permits to quantify and to map the probability of landslide reactivations. Finally, the coincidence between landslide reactivations and extreme precipitation was examined in order to improve existing threshold values for the triggering of major landslides in the French Alps.

En République Démocratique du Congo (RDC), les provinces densément peuplées du Nord et du Sud-Kivu sont exposées à plusieurs types d’aléas d’origine géologique, tels que les glissements de terrain et les éruptions volcaniques des volcans Nyiragongo et Nyamulagira. En outre, la région souffre d'un faible niveau économique et de conflits récurrents qui contribuent à affaiblir encore davantage la population menacée.Cette recherche doctorale a été réalisée dans le cadre du projet GeoRisCA (Belspo, programme SSD, SD/RI/02A ;http://georisca.africamuseum.be), dont l'objectif global répond à la nécessité d'étudier les risques d’origine géologique dans la région du lac Kivu, afin de contribuer à la prévention des risques, à l’échelle régionale et locale. Cette recherche tente spécifiquement de répondre à la question de l’évaluation de la vulnérabilité d'une population confrontée à des aléas d’origine géologique, dans un contexte de rareté de données.L'étude a été menée dans deux sites urbains :Bukavu, chef-lieu de la province du Sud-Kivu qui compte environ 870.000 habitants, une ville affectée par des mouvements de terrain fréquents, et Goma, chef-lieu de la province du Nord-Kivu où vivent environ 775.000 personnes sous la menace des coulées de lave du volcan Nyiragongo dont la dernière éruption date de 2002. Pour combler le manque de données socio-démographiques fiables, une méthodologie adaptée à ce contexte particulier et s'appuyant sur la télédétection combinée à des enquêtes quantitatives, des entretiens approfondis et une connaissance détaillée de la zone étudiée a été développée. Deux bases de données démographiques comprenant des variables individuelles et de ménages ont été construites - une pour chaque ville étudiée. Ces données ont constitué la base de la réalisation de cartes détaillées de densité de population et ont permis l’analyse spatiale des caractéristiques socio-économiques des deux zones urbaines. Un indice de vulnérabilité sociale a ensuite été élaboré à partir de l’analyse en composantes principales (ACP) d’un large éventail de ces données socio-économiques. Un indice de vulnérabilité dit « opérationnel » a ensuite été déduit de l’indice de vulnérabilité sociale, afin de refléter davantage le contexte local et faciliter la reproductibilité du travail de terrain. La dernière étape de notre étude consistait à combiner spatialement l’évaluation de la vulnérabilité et la densité de la population aux analyses de susceptibilité aux glissements de terrain et de probabilité d’invasion des coulées de lave développées par des experts dans le cadre du projet GeoRisCA. Les cartes de risques obtenues constituent de nouveaux outils d'aide à la décision ;elles ont été transmises aux autorités locales et permettent d’une part le renforcement des politiques de réduction des risques de catastrophes et des programmes de prévention des catastrophes, et d’autre part une nouvelle approche de l’aménagement du territoire. Enfin, il est important de souligner que cette recherche n’aurait pu être réalisée sans un étroit partenariat avec les institutions scientifiques et les autorités locales, et a significativement contribué à améliorer les interactions entre ces différentes parties prenantes. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Un glissement de terrain actif menace l’intégrité de l’unique chemin de fer qui relie la ville de Gaspé au reste du Québec. Il est impératif de comprendre les mécanismes qui contrôlent cette instabilité afin d’augmenter la sécurité de ce tronçon de la voie ferrée. Un système d’instrumentation du massif fût mis en place en 2009 pour caractériser le glissement, décrire son comportement cinétique, proposer des scénarios de rupture et évaluer le risque. Cette thèse de doctorat rassemble trois articles portant sur ces aspects. Ce document se veut aussi un moyen de partager les connaissances acquises sur l’instrumentation d’un massif rocheux, ainsi que la contribution de ces instruments à un système de prédiction d'un événement potentiellement dangereux. Le glissement de Gascons est une rupture dièdre asymétrique de 410 000 m³. Il glisse sur le litage de la formation sédimentaire de l’Anse-à-Pierre-Loiselle, une unité de transition composée majoritairement de calcilutite à nodules. Le glissement est divisé en blocs par l’étude des linéaments et des fractures. De plus, des surfaces de rupture intermédiaires sont reconnues. Le suivi in-situ couplé au suivi satellitaire mesure des déplacements variant de 6 à 111 mm/an selon les secteurs. L’interaction entre le glissement et les facteurs environnementaux, comme la présence d’eau, est complexe, mais bien présente. La nappe phréatique se situe généralement tout juste sous la surface de rupture dans la majorité du glissement, mais les précipitations et la fonte des neiges augmentent les pressions d’eau et le niveau équivalent de l’eau sous-terraine augmente au-dessus de la surface de rupture dans le secteur amont du glissement. Une analyse quantitative du risque est effectuée en adaptant la méthodologie proposée par Fell et al. (2005). Des scénarios de ruptures sont déterminés et l’effet domino d’une rupture partielle est étudiée avec un arbre d’évènements qui permet d’associer des probabilités relatives. La probabilité spatio-temporelle minimale sans prédiction est définie afin de caractériser le risque associé à un glissement actif sans prédire la rupture. Enfin, cette recherche contribue à améliorer la compréhension théorique des mécanismes associés au domaine de la post-rupture, par exemple le rôle de l’eau dans la progression d’une instabilité active. / An active rockslide threatens the integrity of the single railway connecting the town of Gaspé to the rest of Quebec. A better understanding of the mechanisms controlling this instability is needed to increase the safety of this section of the track. An instrumentation system was set up in 2009 to characterize the rockslide, describe its kinematic behaviour, propose failure scenarios and assess the risk. This thesis presents three papers covering these aspects. This document is also meant to share knowledge on the instrumentation of a very slow rockslide, and the contribution of these instruments to an early warning system of a potentially dangerous event. The Gascons slide is a 410 000 m³ asymmetrical wedge failure. It slides on the bedding of the sedimentary Formation of Anse-à-Pierre Loiselle, which is a transition unit mostly made up of nodulous calcilutite. The slide is divided into blocks by the study of lineaments and fractures and intermediate sliding surfaces are identified. In-situ monitoring, coupled with satellite monitoring, shows displacements varying from 6 to 111 mm/yr across different sectors. The slide is sensitive to environmental forces, such as groundwater level variations, but the interactions are complex. The water table is generally right below the sliding surface, but rainfall and snowmelt increase groundwater pressure, and the equivalent water level is then above the sliding surface in the uphill part of the slide. A quantitative risk analysis is carried out by adapting a methodology proposed by Fell et al. (2005). Failure scenarios are determined and the domino effect of a partial collapse event is evaluated by constructing an event tree, which enables the determination of relative probabilities. The concept of minimum temporal spatial probability without forecasting is defined to characterize the minimal risk associated with an active slide without predicting the rupture. Finally, this work contributes to improving the theoretical understanding of the mechanisms associated with the post-failure stage, for example the role of water in the progression of an active instability.

Ce travail vise à comprendre les relations qui existent entre, d'une part, les hétérogénéités lithologiques et structurales au sein d'un glissement argileux et, d'autre part, l'alimentation en eau des surfaces de glissement. Le site d'étude est le glissement d'Avignonet (Trièves, Alpes françaises), constitué d'argiles glaciolacustres würmiennes. Ce glissement, d'une surface d'environ 1.5 km², est situé à proximité immédiate de celui d'Harmalière qui a évolué en coulée boueuse en 1981. Plusieurs surfaces de glissement sont connues à des profondeurs variables (5, 10-15 et 40-50 m). Dans ces terrains saturés (en dehors de la frange superficielle), les vitesses moyennes de déplacement peuvent atteindre 0.15 m/an. Les observations géodésiques indiquent que, bien que situés dans des contextes géologique et météorologique identiques, les deux glissements ont des cinétiques différentes depuis les années 60 au moins. A l'aide d'outils géophysiques (bruit de fond, tomographies sismiques et électriques, diagraphies) couplés à des données géotechniques (forages, essais de laboratoire, analyses d'échantillons), géodésiques et météorologiques, il est possible de mettre en évidence une activité variable à différentes échelles au sein du glissement. À l'échelle régionale, le contexte morphologique conditionne la cinématique du mouvement de terrain. Les hétérogénéités lithologiques, au sein de la séquence argileuse, induisent un comportement hydrogéologique variable et, conséquemment, une cinétique différentielle en surface. Finalement, les hétérogénéités structurales, telles que les fissures dans une zone intensément déformée, servent de chemin d'infiltration préférentielle et permettent d'apporter rapidement de l'eau jusqu'à la nappe superficielle et aux surfaces de glissement à 10 m de profondeur.

Cette thèse porte sur l'étude de glissements de terrain rotationnels-translationnels complexes localisés en bordure littorale du Calvados. Ces glissements se manifestent par une activité régulière, avec des déplacements saisonniers variant de quelques millimètres à quelques centimètres par an. Ils revêtent un caractère plus spectaculaire lorsque les déplacements s'accélèrent brutalement sous l'action de facteurs de déclenchement divers et combinés. La complexité de ces processus hydro-gravitaires réside dans leur fonctionnement hétérogène dans le temps, et dans leur localisation dans un environnement littoral urbanisé. Ces secteurs sont donc des zones à risque à fort enjeux socio-économiques. Pour mieux comprendre le fonctionnement de ces glissements, les travaux se focalisent sur : * (1) la caractérisation de la structure interne des glissements à l'aide de données géophysiques, géotechniques et géomorphologiques ; * (2) les spécificités hydrologiques et hydrogéologiques du versant et la caractérisation des paramètres hydrodynamiques des corps aquifères qui composent ces glissements ; * (3) la caractérisation de la cinématique de versant en surface et en profondeur à partir d'un réseau de surveillance et la mise en évidence des variabilités spatiales et temporelles des déplacements actuels ; * (4) l'identification de seuils piézométriques ou pluviométriques qui expliqueraient le déclenchement des instabilités brusques et saisonnières ; * (5) l'évaluation des conséquences et la gestion du risque suite aux différentes crises d'accélération et l'évaluation du risque actuel à partir des conséquences potentielles et des scénarios d'extension des glissements.

Nous souhaitons connaître les processus qui contrôlent les glissements de terrain lents à l'aide de méthodes sismiques passives. Nous installons des dispositifs d'écoute sismique sur les sites de Super-Sauze (France) et de Valoria (Italie). Nous détectons, localisons et caractérisons trois types principaux de signaux sismiques. Un type est associé aux séismes régionaux donc externe à la dynamique des glissements. Les deux autres sont localisés dans des foyers de fissures ou des ruptures de pente. Nous suggérons que le premier type est associé à des écroulements depuis l'escarpement et à du transport en surface, tandis que le second type est associé à des fractures et des cisaillements. On montre qu'il existe des corrélations entre ces signaux, les déplacements en surface et les précipitations. Les glissements de terrain sont des volumes variables dans le temps et dans l'espace, ce qui impose une maintenance régulière des équipements et complexifie l'acquisition de données permanentes.

Les glissements de terrain argileux affectent de nombreux versants à travers le monde et menacent régulièrement les activités humaines dans les zones urbanisées montagneuses. Ces glissements sont caractérisés par des cinématiques souvent lentes mais ils peuvent brutalement se liquéfier et accélérer de manière imprévisible. Cette transition solide-liquide a été étudiée sur les argiles de la région du Trièves (Alpes Françaises) à l'aide d'études rhéologiques. Elles ont montré le caractère de fluide à seuil thixotrope avec une bifurcation de viscosité importante lors de la fluidification pouvant expliquer le caractère catastrophique de l'accélération observée sur le terrain. Cette perte de rigidité du matériau peut être observée par une chute de la vitesse des ondes de cisaillement (Vs). Des études réalisées en parallèle à la fois sur un modèle analogique de plan incliné et sur le terrain (glissement de Pont-Bourquin, Suisse) ont permis d'observer une chute de Vs précédent à cette fluidification montrant ainsi que Vs pourrait être un bon proxy pour la surveillance des instabilités de terrain argileux.

Le rift de Corinthe, en Grèce, est un jeune rift séparant la Grèce continentale du Péloponnèse. Sa partie la plus active, où la subsidence a été la plus importante durant le Quaternaire récent, a été envahie par la mer Méditerranée et forme le Golfe de Corinthe. Cette région est sujette à de nombreux aléas naturels : fréquents séismes, tsunamis et glissements de terrain côtiers. Cette thèse est dédiée à l'étude de ces processus à l'extrémité ouest du Golfe, où le l'aléa sismique, en particulier, est le plus élevée. Nous avons investigué les sédiments quaternaires accumulés sous le golfe, par l'acquisition de profils sismiques et de carottes sédimentaires. Premièrement, 22 grands glissements de terrains sous-marins ont été découverts. Leur volume varie entre 106 et 109 m3. Ces glissements eurent lieu durant 6 intervalles de temps, 4 durant l'Holocène et 2 durant le Pléistocène supérieur. Parmi les possibles facteurs ayant favorisé ou déclenché ces glissements, le rôle des apports sédimentaires semble avoir été prépondérant. Ensuite, une carte détaillée des failles en mer a été réalisée. Cette carte met en évidence, pour la première fois, des mouvements décrochants significatifs dans la partie marine du rift. Trois phases sont mises en évidence dans l'évolution tectono-sédimentaire. Durant ces phases, nos interprétations suggèrent une migration vers le nord de la déformation, conduisant à la désactivation progressive de grandes failles normales à pendage sud qui contrôlaient la subsidence durant une première phase du rifting. Par l'étude des carottes sédimentaires, nous avons ensuite recherché dans les sédiments récents des événements sédimentaires ayant été déclenchés par les grands séismes historiques. La meilleure correspondance entre l'âge des événements et l'âge des séismes est observée dans la partie la plus profonde du bassin. Finalement, quatre carottes plus longues ont été prélevées dans cette région et ont révélé une distribution spatiale et temporelle spécifique des glissements sous-marins au cours des derniers 500 à 1000 ans. Cette distribution est interprétée comme résultant principalement de variations dans la fréquence des grands séismes. Ainsi, selon ces nouvelles données, une période de quiescence sismique eut lieu entre ~1740 et ~1890 AD à l'ouest de la zone d'étude alors qu'à l'est, une quiescence sismique aurait eu lieu plus tôt, entre ~1500 et ~1700 AD. / The Corinth Rift, in Greece, is a young and active continental rift stretching between Continental Greece and the Peloponnese. The most active part of the rift, where the subsidence has been the highest during the Late Quaternary, has been covered by the sea and forms the Gulf of Corinth. This area is prone to natural hazards, including frequent large earthquakes, tsunamis and coastal landslides. The present thesis is dedicated to the study of these processes at the western tip of the Gulf, where the earthquake hazard, in particular, is considered as very high. We have investigated the Quaternary sediments below the Gulf of Corinth floor, through seismic reflection profiling and gravity coring. First, 22 large mass transport deposits were discovered. Their estimated volumes range from 106 to 109 m3. Large mass wasting events occurred in six stratigraphic intervals, four attributed to the Holocene and two attributed to the Upper Pleistocene. Among possible preconditioning factors and triggers, the likely influence of the sediment supply is highlighted. Then, an accurate map of offshore faults is presented. The map highlights for the first time significant strike-slip component in the offshore Corinth Rift, in addition to the dominant normal strain. Three phases are proposed for the Late Quaternary tectono-sedimentary evolution of the area. During these phases, the strain was suggested to migrate northward, driving the progressive deactivation of the large south-dipping faults that controlled the subsidence in an earlier phase of the rifting. Based on the sediment cores, sedimentary events triggered by large historical earthquakes in the last 3 centuries have been looked for. The best fit between the age of the identified event deposits and large historical earthquakes is observed in the deep basin. Finally, four longer cores retrieved in this area reveal specific spatial and temporal patterns of slope failures for the last 500-1000 yr. Such pattern is interpreted as resulting primarily from changes in the frequency of strong earthquakes. From these data, a period of seismic quiescence may have occurred between ~1740 and ~1890 AD in the west of the study area, while eastward, seismic quiescence would have occurred earlier, between ~1500 and ~1700 AD.

Nous souhaitons connaître les processus qui contrôlent les glissements de terrain lents à l’aide de méthodes sismiques passives. Nous installons des dispositifs d’écoute sismique sur les sites de Super-Sauze (France) et de Valoria (Italie). Nous détectons, localisons et caractérisons trois types principaux de signaux sismiques. Un type est associé aux séismes régionaux donc externe à la dynamique des glissements. Les deux autres sont localisés dans des foyers de fissures ou des ruptures de pente. Nous suggérons que le premier type est associé à des écroulements depuis l’escarpement et à du transport en surface, tandis que le second type est associé à des fractures et des cisaillements. On montre qu’il existe des corrélations entre ces signaux, les déplacements en surface et les précipitations. Les glissements de terrain sont des volumes variables dans le temps et dans l’espace, ce qui impose une maintenance régulière des équipements et complexifie l’acquisition de données permanentes. / We aim at improving our knowledge regarding slow-moving landslide evolution processes by means of passive seismic methods. Seismic arrays have been installed on two landslides (Super-Sauze, France and Valoria, Italy). We detect, locate and characterise three main types of seismic signals. One type corresponds to the regional earthquakes and is also external to the dynamics of the landslides. The two others are located into clusters close to fractured or scarp zones. The first type is interpreted as rock falls or brittle material propagating along the slide, while the second type is interpreted as fracture or shearing phenomena. We evaluate that displacements and precipitations might be correlated with seismic signals variations. Landslides are likely to move and to mechanically change in space and time, which implies a continuous monitoring of the seismic equipment and prevents from long-term acquisition.

Des événements géologiques passés ont montré que les glissements de terrain, près des côtes, impliquant des volumes de quelques milliers de mètre cube à plusieurs centaines de kilomètres cube, peuvent provoquer des vagues de tsunami d’une amplitude considérable. La vague générée et l’effondrement représentent tous deux un danger important pour la population et les infrastructures situées sur ou proche des côtes. Une modélisation réaliste nécessite de tenir compte de la nature granulaire du glissement de terrain. Nous avons développé dans ce travail de thèse, une série d’expériences de laboratoire à petite échelle, pour étudier en détail le processus de génération de vague par l’effondrement d’une colonne granulaire, initialement sèche, dans l’eau. Tout un ensemble de paramètres est testé : (1) la masse granulaire impliquée (hauteur, volume, rapport d’aspect, granulométrie et densité), (2) la hauteur d’eau et (3) la configuration géométrique (plan horizontal ou plan incliné). Des expériences quasi-bidimensionnelle en canal rectangulaire, permettent d’enregistrer à la fois l’évolution temporelle de l’effondrement granulaire et celle de la surface libre de l’eau. Nous montrons que le processus de génération des vagues est piloté par la dynamique collective de l’effondrement des grains à la surface de l’eau. Nous identifions une dépendance linéaire claire entre l’amplitude relative de la vague principale et un nombre de Froude défini comme le rapport des vitesses d’avancée du front granulaire et de la vague solitaire. En particulier, l’amplitude de la vague atteint sa valeur maximale pour une profondeur d’eau intermédiaire. Le transfert d’énergie global a montré que seulement quelques pourcents de l’énergie potentielle initiale de la colonne sont transférés à la vague, issus notamment d’une perte d’énergie considérable dans l’effondrement granulaire lui-même. Enfin, nous soulignons la faible influence du diamètre et de la masse volumique des grains dans la génération de la vague. Cela suggère que la masse de l’effondrement est de faible importance par rapport à son volume. Un autre résultat intéressant est la dépendance linéaire de l’amplitude relative de la vague avec le volume immergé du dépôt final. Cette loi nous permet d’estimer l’amplitude de la vague pour des événements passés et potentiels. Malgré les échelles, géométries diverses et variées de ces événements, et l’incertitude des données, cette loi empirique provenant de notre expérience à petite échelle prédit des vagues similaires à d’autres modèles numériques ou expérimentaux. / Various past geological events have shown that landslides near coastlines, involving volumes from a few thousand cubic meters to several cubic kilometers, can lead to tsunami waves with significant amplitude. The generated wave and the collapse both represent an important hazard for the population and infrastructure located on or near the coast. Realistic modeling requires considering the granular nature of landslides. Here, we developed a new set of small-scale laboratory experiments to investigate in detail the wave generated by the collapse of an aerial granular column into water. An entire set of parameters are tested: (1) the falling granular mass (height, volume, aspect ratio, grain size and density), (2) the water layer height and (3) the geometrical configuration (horizontal or inclined plane). From quasi-bidimensional experiments in a rectangular channel we record both the time evolution of the granular collapse and of the generated wave. We show that the wave generation process is driven by the collective dynamics of the granular collapse at the water free surface. We identify a clear linear dependence between the relative wave amplitude and a Froude number defined as the ratio of the granular front velocity and the solitary wave velocity. The wave amplitude reaches its maximum value at an intermediate water depth. The total energy transfer shows that only a few percent of the initial potential energy of the column is transferred to the wave, suggesting a considerable energy loss in the granular collapse itself. Finally, we highlight the low influence diameter and density of the falling grain in the generation of the wave. This suggests that the mass of the collapse is of low importance compared to its volume. Another interesting result is the linear dependence of the relative wave amplitude with the relative immersed volume of the final deposit. This allows us to estimate the wave amplitude generated by past or potential events in Nature. Despite the various scales and geometries of these natural events, and the uncertainty of the data, our empirical law, from our small-scale experiment, predicts waves similar to other numerical or experimental models.