ISTE, Université de Lausanne, Suisse en collaboration avec le LETG-CAEN GEOPHEN, UMR6554 CNRS, Université de Caen, Basse-Normandie, France

Sujet de mémoire de master ès Sciences en géosciences de l'environnement, mention analyse, monitoring et représentation du risque Alizée Vioget

ANALYSE DE L’ÉVOLUTION MORPHOSTRUCTURALE DES FALAISES LITTORALES DU BESSIN, BASSE-NORMANDIE, FRANCE

Alizée Vioget (1), Clément Michoud (1), Olivier Maquaire (2), Stéphane Costa (2), Robert Davidson (2), Marc-Henri Derron (1) et Michel Jaboyedoff (1). (1) Université de Lausanne, Institut des Sciences de la Terre, Groupe risque, Lausanne, Suisse (2) LETG-CAEN GEOPHEN, UMR 6554 CNRS, Université de Caen, Basse-Normandie, France

Journées «Aléa Gravitaire» 2015, Caen

Falaises du Bessin, Basse-Normandie

03.09.2015 2

1. Introduction

Deux formations jurassiques principales : y Marnes de Port-en-Bessin, y Calcaires du Bessin.

● Introduction ○ Méthodes ○ Résultats ○ Synthèse ○ Conclusion et perspectives Modifié d’après Maquaire (1990)

03.09.2015 3

1. Introduction

● Introduction ○ Méthodes ○ Résultats ○ Synthèse ○ Conclusion et perspectives

y Hauteur maximale des falaises comprise entre 40 et 50 m près d’Arromanches-les-Bains à l’Est.

y Elles atteignent progressivement 70 m dans le secteur des batteries de Longues sur mer à l’Ouest.

1. Introduction

Études antérieures – site des falaises du Bessin : y Recensement des événements (Ballais et al., 1984; Helluin, 1988), y Thèse du Dr Olivier Maquaire (Maquaire, 1990), y Rapport du Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées (Detourbe, 2013), y Étude géotechnique du bureau Hydro-Géotechnique Nord et Ouest

(Petkovski et al.). Dans le but de comprendre l’évolution de la portion de falaises du Bessin, l’étude est abordée selon les trois points suivants : y Étude géomorphologique, y Analyse diachronique, y Étude d’un cas particulier de fluage des marnes.

03.09.2015 4 ● Introduction ○ Méthodes ○ Résultats ○ Synthèse ○ Conclusion et perspectives

2. Méthodes

03.09.2015 5 ○ Introduction ● Méthodes ○ Résultats ○ Synthèse ○ Conclusion et perspectives

2.1 et 2.2 Cartographie géomorphologique et Analyse diachronique

Cartographie géomorphologique : y Étude des formes géomorphologique sur le terrain et à partir des

photographies aériennes obliques (Photographies de P. Gigot).

Cadastre et caractérisation des événements : y Recherche dans la littérature, y Comparaison des photographies aériennes obliques prises entre 1971 et

2008 (Photographies de P. Gigot) et visite sur le terrain en novembre 2013. Analyse diachronique de la crête de falaise : y Géoréférencement de photographies aériennes (IGN) à un rythme

décennal, y Comparaison des lignes de crêtes et calcul des déplacements (1947-2012), y Étude des cadastres Napoléoniens (1809).

03.09.2015 6 ○ Introduction ● Méthodes ○ Résultats ○ Synthèse ○ Conclusion et perspectives

2.3 Étude d’un cas particulier de fluage des marnes – mai 2013

03.09.2015 7 ○ Introduction ● Méthodes ○ Résultats ○ Synthèse ○ Conclusion et perspectives

(IGN, 2009)

03.09.2015 8

Terrain : ● Acquisition LiDAR, ● Étude des pendages des

bancs calcaires effondrés.

Post-traitement: ● Comparaison avec le Litto 3D

de 2011 (IGN), ● Calculs des volumes effondrés ● Analyse structurale avec test

cinématiques, ● Réalisation du profil.

2.3 Étude d’un cas particulier de fluage des marnes – mai 2013

○ Introduction ● Méthodes ○ Résultats ○ Synthèse ○ Conclusion et perspectives

Caractéristiques du LiDAR - Optech Ilris3D HD-ER Longueur d'onde du laser : 1535 nm (Infrarouge) Fréquence d'acquisition : 10 kHz Distance maximale d'acquisition des falaises : environ 300 m Précision moyenne de mesure de distance : 4 mm à 100 m Précision angulaire : 8 mm à 100 m Diamètre du faisceau laser : 19 mm à 100 m

(IGN, 2012)

3. Résultats

03.09.2015 9 ○ Introduction ○ Méthodes ● Résultats ○ Synthèse ○ Conclusion et perspectives

3.1 Carte géomorphologique

03.09.2015 10 ○ Introduction ○ Méthodes ● Résultats ○ Synthèse ○ Conclusion et perspectives

(IGN, 2009)

(IGN, 2009)

03.09.2015 11

3.2 Analyse diachronique

○ Introduction ○ Méthodes ● Résultats ○ Synthèse ○ Conclusion et perspectives

Décembre 1985 Novembre 1986

(IGN, 2009)

(IGN, 2009)

P. Gigot P. Gigot

3.2 Analyse diachronique

03.09.2015 12 ○ Introduction ○ Méthodes ● Résultats ○ Synthèse ○ Conclusion et perspectives

P. Gigot, 2006

P. Gigot, 2006

P. Gigot, 2006

3.3 Étude d’un cas particulier de fluage des marnes – mai 2013

03.09.2015 13 ○ Introduction ○ Méthodes ● Résultats ○ Synthèse ○ Conclusion et perspectives

Comparaison du nuage de point LiDAR de 2013 avec le Litto 3D (IGN, 2011) : ● Rétrogression horizontale maximale de 28 m, ● Accumulation verticale d’environ 10 m.

Pour un volume effondré d’environ 30'000 m3

PolyWorks selon plan XY

[m3]

PolyWorks selon plan XZ

[m3]

Carrea et al., 2015 [m3]

Ablation 31'000 28'500 28'480 Accumulation 51'500 41'000 40'660 Pilier rocheux 1’750 1’580 1'590

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Volumes mobilisés calculés à l'aide d'IMInspect (selon un plan XY)

Volumes mobilisés calculés à l'aide d'IMInspect (selon un plan XZ)

Illustration sur Matlab de la triangulation pour la zone d'ablation et pour le pilier rocheux

Illustration sur Matlab de la triangulation pour la zone d'accumulation

Calcul de l’’indice de foisonnement :

Volume de roche foisonnée = volume initial + (volume initial x indice de foisonnement)

Indice de foisonnement = 42′250 𝑚3 −28′480 𝑚3

28′480 𝑚3 = 0.48 Larcher et Gelgon (2012)

PolyWorks développé par Innovmetric Software Inc. et Matlab développé par The MathWorks Inc.

Détermination des volumes de l’effondrement

3.3 Étude d’un cas particulier de fluage des marnes – mai 2013

○ Introduction ○ Méthodes ● Résultats ○ Synthèse ○ Conclusion et perspectives

03.09.2015 15

Détermination des plans de fracturation à l’aide du logiciel Coltop 3D (Jaboyedoff et al., 2007)

Topographie J1 J2 J3 J4 Litto 3D 356/81 027/79 327/81 - - LIDAR 2013 - 029/69 310/65 186/74 120/73

J1

J2

J3

J4 Coltop3D développé par Terr@num

3.3 Étude d’un cas particulier de fluage des marnes – mai 2013

○ Introduction ○ Méthodes ● Résultats ○ Synthèse ○ Conclusion et perspectives

03.09.2015 16

3.3 Étude d’un cas particulier de fluage des marnes – mai 2013

Selon les observations sur le terrain et les post-traitements LiDAR et SIG, l’événement aurait suivi le scénario suivant :

○ Introduction ○ Méthodes ● Résultats ○ Synthèse ○ Conclusion et perspectives

03.09.2015 17

3.3 Étude d’un cas particulier de fluage des marnes – mai 2013

Selon les observations sur le terrain et les post-traitements LiDAR et SIG, l’événement aurait suivi le scénario suivant : ● Création et élargissement de la fracture arrière, ● Tassement par fluage des marnes, ● Basculement et effondrement du compartiment calcaire.

○ Introduction ○ Méthodes ● Résultats ○ Synthèse ○ Conclusion et perspectives

4. Synthèse

03.09.2015 18 ○ Introduction ○ Méthodes ○ Résultats ● Synthèse ○ Conclusion et perspectives

03.09.2015 19

Talus surmontant une paroi active

4.1 Profils types rencontrés

○ Introduction ○ Méthodes ○ Résultats ● Synthèse ○ Conclusion et perspectives

P. Gigot, 2006

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4.1 Profils types rencontrés

○ Introduction ○ Méthodes ○ Résultats ● Synthèse ○ Conclusion et perspectives

03.09.2015 21

Éboulement

4.1 Profils types rencontrés

○ Introduction ○ Méthodes ○ Résultats ● Synthèse ○ Conclusion et perspectives

P. Gigot, 2006

03.09.2015 22

Glissements superficiels

4.1 Profils types rencontrés

○ Introduction ○ Méthodes ○ Résultats ● Synthèse ○ Conclusion et perspectives

4.3 Dynamique et évolution de la portion de falaise

03.09.2015 23

Schéma simplifié du recul de la falaise et caractérisation de la largeur de frange :

Larg

eur d

e fr

ange

Largeur de frange instable, sur la base de l’analyse du déplacement de la crête de falaise sur une période de 65 ans (1947-2012) : ● Entre 4 et 15 mètres en moyenne pour les falaises ne montrant

pas de chaos à leur base, ce qui correspond à une vitesse moyenne de recul comprise entre 6 et 20 cm/an.

Continent

Mer

○ Introduction ○ Méthodes ○ Résultats ● Synthèse ○ Conclusion et perspectives

4.3 Dynamique et évolution de la portion de falaise

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Événement entre 1988 et 2000

Événement entre 1986 et 1988 Prochains événements ?

○ Introduction ○ Méthodes ○ Résultats ● Synthèse ○ Conclusion et perspectives

P. Gigot, 1988

P. Gigot, 2000

03.09.2015 25

Les tests cinématiques pour la zone de l’événement montrent que : ● Le plan de discontinuité J1 est potentiellement une source de rupture plane , ● Trois couples de discontinuités J1 /J2, J1/J4 et J2/J4 peuvent entrainer des

ruptures en dièdre , ● Le plan de discontinuité J3 montre une probabilité de rupture par basculement .

Test cinématique pour la rupture par basculement ; avec : la topographie ayant un pendage de 356/81, un angle de frottement interne des joints égal à 35° et les limites latérales à plus ou moins 30°

Test cinématique pour la rupture en dièdre ; avec : la topographie ayant un pendage de 356/81 et un angle de frottement interne des joints égal à 20°

Test cinématique pour la rupture en plan ; avec : la topographie ayant un pendage de 356/81, un angle de frottement interne des joints égal à 35° et les limites latérales à plus ou moins 30°

4.3 Dynamique et évolution de la portion de falaise

○ Introduction ○ Méthodes ○ Résultats ● Synthèse ○ Conclusion et perspectives

4.3 Dynamique et évolution de la portion de falaise

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Événement entre 2004 et 2006

○ Introduction ○ Méthodes ○ Résultats ● Synthèse ○ Conclusion et perspectives

J2 J1 J2 J1

P. Gigot

Conclusion

y Travail sur le terrain et compilation de documents d’archives pour une analyse approfondie du secteur d’étude.

y Placement de l’événement de mai 2013 dans son contexte et détermination de ce dernier comme étant un événement de forte ampleur.

y Mise en parallèle de l’état actuel des falaises avec leur évolution passée pour une meilleure compréhension des mécanismes de rupture et des vitesses de déplacement.

y Aide et soutien à la gestion intégrée des risques littoraux dans les programmes de prévention et d’aménagement du territoire.

03.09.2015 27 ○ Introduction ○ Méthodes ○ Résultats ○ Synthèse ● Conclusion et perspectives

Perspectives

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y Quantifier la fréquence et les temps de retour des aléas,

y Étude de l’évolution des éboulis en pied de falaise avec l’effet de la houle,

y Développement de la méthode photogrammétrique et du LiDAR mobile

(travaux Clément Michoud (ISTE-UNIL) en collaboration avec l’université de

Caen).

y Étendre l’étude structurale des falaises.

○ Introduction ○ Méthodes ○ Résultats ○ Synthèse ● Conclusion et perspectives

Perspectives

03.09.2015 29 ○ Introduction ○ Méthodes ○ Résultats ○ Synthèse ● Conclusion et perspectives

Acquisition

Etude structurale

Analyse diachronique

(Michoud et al., 2014)

(Michoud et al., 2014)

(Michoud et al., 2014)

Merci de votre attention

03.09.2015 30

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Bibliographie Ballais, J.-L., Maquaire, O., Ballais, H., 1984. Esquisse d’une histoire des mouvements de terrain dans le Calvados depuis deux siècles. Centre de Recherche En Géographie Physique de l’Environnement, Université de Caen, 477–483.

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Detourbe, S., (2013). Etude du sentier littoral 14 entre Saint-Côme de Fresné et Grandcamp-Maisy: Qualification des mouvements de terrain. CETE Normandie Centre - Ministère de l’Ecologie, du Développement durable, des Transports et du Logement, Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées de Rouen.

Carrea, D., Abellan, A., Derron, M.-H., Jaboyedoff, M., 2015. Automatic Rockfalls Volume Estimation Based on Terrestrial Laser Scanning Data, in: G. Lollino et al. (Eds.), Engineering Geology for Society and Territory - Volume 2, DOI: 10.1007/978-3-319-09057-3_68, ©Springer International Publishing Switzerland 2015, pp. 425–428.

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Larcher, J.-L., Gelgon, T., (2012). Aménagement des espaces verts urbains et du paysage rural, Lavoisier. ed. Paris.

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Maurizot, P., Auffret, J.-P., Baize, S., Deroin, J.-P., Dugué, O., Fily, G., Le Gall, J., Leliepault, F., Mazenc, B., Pellerin, J., (2000). Carte Géologique de la France à 1:50’000, Bayeux - Courseulles-sur-mer, Feuille 119 et notice, BRGM.

Michoud, C., Carrea, D., Costa, S., Derron, M.-H., Jaboyedoff, M., Maquaire, O., Abellàn, A., Davidson, R., Delacourt, C., Guerin, A., Letortu, P., Matasci, B., (2014) Retour d’expérience d’étude de falaises par LiDAR embarqué et perspectives. Séminaire scientifique du ROLNP, Caen.

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