Une approche multidisciplinairepour la connaissanced'un glis sement-couléedans les marnes noiresdu C allovien- Oxfordien(S uper- S arrze, Alp e s - de - Haute - Provenc e, Franc e)

Dans le bassin de Barcelonnette, le glissement-coulée deSuper-Sauze s'est développé dans un bassin torrentiel demarnes noires callovo-oxfordiennes érodé en ravines etéchines coaslescentes. Sur ce site naturel, mais complexe etdifficile d'accès, une approche multidisciplinaire a absociéule.analyse ufoporphologi.uue couplée â un traitementphotogrammélrique numérique, unè prospectiongéotechnique (sondages et essais in situ ef en laboratoire) etullg investigation géophysique (méthodes de mesure de lârésistivité électrique (électrique par courant continu etTD E M - tim e - do m ain el e ctro - mag n eti sm), si smique réfraction,Slingram. Les comparaisons, ajustements, valiâations desrésultats complémèntaires ont permis de reconstituerl'évolution histolique du mouvêment, de proposer un modèleconceptuel d'évolution, de définir la positiion et forme de lapaléotopographie, la structure interne de la coulée de débrisdans la zone d'accumulation et dans la zone d'ablation avecdes ordres de grandeur de précision tout à fait satisfaisants.Il est maintenan! possible denvisager la modélisation ducomportement-dynamique de ce type de coulée de débris,fréqu_ent dans les Terres noires (thèse J.-p. Malet en cours)en relation avec Ies conditions hydrodynamiques. L'objectifest d'évaluer la probabilité de trânsfoimatiori rapide, de toutou partie de la masse instable, en coulées boueuôes ou enlaves torrentielles.

M9t9-c!és. : géomorphologie, photogrammétrie numérique,ggojg ç

hni que, gé ophys_i gue, inversibn j ointe éle ctrique -TPEM,_glissement-coulée, marnes noiies, Super-Saùze,Alpes-de-Haute-Provence, France.

. O..IÉAQUAIRE

IJ..C. FLAGEOLLET

J.-P. fuIALET

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D. WEBER

S. KLOTZCentre de recherches

écô-géogràpkiquès(CEREG)

CNRS.ULP.ENGEË'S3, nte de I'Argonne

67083 Sfrasb ourgmaquaire@equinoxe.u-

strasbg.fr: ,'

,' , : r,,,Y;,AlFOUy

M. DESCLOÎTRES

Institut de recherches pourIe développement URn)

Laboratoirede géophysique internedépartement RED, UR6

32, avenue Henri-Varagnat93143 BonQy,Cedex

À,I, DIETRICH'

Lab ofqtoire de g,éophysiqueinterne et tectonophysique

. UMR C5.559. CNRS,U hiv èr si'té J os eph' -F o uri er

de Grenoble

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i , ,' Dépàt(lpmentd.e géophysique appliquée

UMR 761g Srs;1pheUnivérs ;it é P i e ir e - e t'ti iri e -' Curie'{Paris 6)

"i,';,::iii:t31,, 7525,2 Pà,rii Cedex 0S

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J..J. SCHOTT2

, EcoIè et Obsèwatoire:

,des,scr ences del*F;;'r,

(J niv e r s it é L o uis -Pa s fe ur5, nte René-Descartes

' 6,7084 Sfrasb ourg Cedex

l'slIEl=lull.SllÉ,

France)(Super-S avze,

l+rIL.,t(ol\-| +r,I |tll-ot<

A multidisciplinary study for theknowledge of the Super-Sauze earthflowin C allovian- Oxfordian black marls

Alp es -de-Haute-Proven ce,

In the Barcelonnette basin, Southern French Alps, the Super-Sauzeearthflow occured in a torrential basin. The outôropping black marlsare eroded on a large 90 ha badlands area. on this-natuial, butcomplex and non accessible site, a multidisciplinary approachassociated a geomorphological analysis coupled to-a oilitalphotogr.ammetric processing, ? geotechnical prospectiôn (drillingsand rn sifu and laboratory tests) and a geophysicai-investigation(methods of measurement of the electiicai resistance (eleàtric by D.C.current and TDEM - Time-Domain Electro-Magnetism), seismiôrefraction, Slingram. The comparison, adjustmànt, validation of thecomplementary results made it possible to reconstitute the historicalevolution of the movement, to propose a conceptual evolution model,to define th,g position and shapeof the paleotopography, the internalstructure of the flow in both the accumulationanô ablâtion areas, thus*jt|t a satisfyinq accura.cy. It is now possible to consider the modeling9l tne dynamical behaviour of such fype of earthflow, frequent in the"black marls in relation to the hydrodynamic conditions phD thesis J.-P. Malet in progregs). In this context, the main objective is to evaluatethe potential transformation, of whole or part of the unstable mass, ina muddy flow or in a debris flow.

5"y w9rdl : seoffiorphology, digital photogrammetry, geotechnicalglyggti o. ati on, g eophysi cal inve sli g ati on, j oin invers i ôn électri cal -TDEM (Time Domain Electromagnetism), earthflow, Super-Sauze,Alpes-de-Haute-Provence, France.

15REVUE FRANçAIsE oE cÉorectNleuE

N" 951962eet3u trimestres 2001

Elntroductionet problématique scientifi q ue

Les glissements, de type complexe, évoluant en cou-lées sont fréquents dans les ct Terres noires I des Pré-alpes françaises. Dans le bassin de Barcelonnette, troisglissements-coulées actifs sont localisés sur des ver-sants ou dans des bassins torrentiels soumis à uneintense érosion (Flageollet et a1.,2000 ; Schmtrtz,2000 ;

Weber, 2001,).Le plus grand, le glissement de LaValette, en rive droite de l'Ubaye, a un volume estimé àplus de 6 millions de m3 et se développe sur une lon-gueur de 1 800 rr ; les glissements de Poche ou deSuper-Sauze, plus modestes (de 600 000 à 700 000 m3),

s'étendent sur des distances de l'ordre de 800 à 1 200 m.Ils possèdent une morphologie caractéristique : lesblocs et les panneaux qui se détachent de la couronne,de manière rétrogressive, par des ruptures planes(Malet et a1.,2000a), s'accumulent en se disloquant dansune ou plusieurs ravines, et forment, après leurdéstructuration progressive, une coulée de débris hété-rogène. La conséquence de cette morphologie particu-Iière est la grande difficulté à fixer la limite aval de lazone de rupture, et à identifier l'emplacement exact, lesdimensions et la profondeur de la (des) ravine(s) fossili-sée(s) par les matériaux en mouvement dans la zoned'accumulation. Dans cette dernière, les blocs et lespanneaux de marnes, plus ou moins déstructurés, sedéforment et se fragmentent progressivement del'amont à l'aval, et de la surface vers la profondeur,pour constituer une masse hétérogène aux caractéris-tiques très variables (Phan, 1993 ; Antoine et al., 1995).

Le glissement-coulée de Super-Sauze se situe enrive gauche de l'Ubaye, sur la commune d'Enchas-trayes et non loin de la station de sports d'hiver deSuper-Sauze (Fig. 1). L' évolution entièrement naturelledu site depuis son déclenchement, dans les années 60,en fait un objet d'étude intact, vierge de toute traced'aménagement hydraulique. Aucune informationfiable et précise n'est disponible sur les conditions etsur la date du déclenchement des glissements à

l'amont, ni sur la progression de la coulée à I'aval,contrairement par exemple, au glissement-coulée de LaValette qui avait été bien observé et suivi dès sondéclenchement en 1982. La probabilité de survenanced'une brusque et rapide évolution de la coulée ou d'unetransformation éventuelle de tout ou partie de la masseaccumulée en laves torrentielles n'était pas évaluéealors qu'à l'aval des infrastructures et des habitationsconstituaient des éléments exposés. Dans le but d'éva-luer ce niveau d'a\éa, il était nécessaire : 1) de reconsti-tuer l'évolution historique du mouvement, 2) de définirla paléotopographie recouverte et la structure internede la masse et 3) de comprendre son fonctionnementactuel et futur en relation avec les conditions clima-tiques par une modélisation hydromécanique, selondifférentes lois de comportement des matériaux (fluideou frottant).

Cet article traite du choix des différentes techniquesd'instrumentation et de prospection utilisées comptetenu des particularités du site. Il a pour objectif essen-tiel de montrer la complémentarité étroite de cesméthodes (géomorphologie, photogrammétrie numé-rique, géophysique et géotechnique). Les résultats pré-sentés constituent une synthèse des données acquisesdepuis 1996 sur la structure interne 3-D de la coulée,

t1',ttt:ti1ii11ilii1ti;it1:t::t:iii:i11iri1iffii:*!1111,:t Les grands traits morphologiques dela partie orientale du bassin deBarcelonnette et localisation de la zon:d'étude. 1) : coulée de débris ; 2) , cône dedéjection ; 3) : ligne de crêtes.Morphological sketch of the Barcelonnettebasin (oriental part) and location of the studyarea. 1) earthflow ; 2) alluvial fan ; 3) crest line.

ses caractéristiques hydromécaniques et des modalitésde son évolution. Le mécanisme de déclenchement desglissements structuraux (banc sur banc : Malet et al.,2000a) ou l'analyse détaillée des relations pluie-nappe-déplacements font l'objet d'autres publications (Maletet aL.,2000b, Malet et aL.,2001) ou de travaux sur lad5.namique d'écoulement et la validation de modèles depropagation de ces coulées (thèse en cours J.-P. Malet).

-

Le cont exle morp ho-structu ra I

Le bassin toruentiel (marnes noires callovo-oxfor-diennes) où se situe Ie glissement-coulée de Super-Sauze est fortement raviné. Les ravines (roubines) sonttrès rapprochées (30-40 m) et séparées par des arêtesaiguës ; d'une longueur de B0 à 500 m, les échines,,nues, très pentues fiusqu'à 65 o/o), sont plus ou moinsparallèles ou coalescentes (Figs . 2B et 3A). Elles sontsoumises à des écoulements saisonniers et quelquefoispérennes.

Les marnes possèdent un faciès de schistes argi-leux, noirs, gris ou légèrement bleutés, finement litésen feuillets parallèles, alternant avec des petits bancscalcaires. La microtectonique joue un rôle essentiel, enconstituant des surfaces de glissements potentielles, eten guidant la fragmentation des panneaux marneux.

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16REVUE FRANçAIsE or cÉorucHNtQUEN'95/962e eT3e trimestres 2001

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Morphologie du glissement-coulée de Super-Sauze en 1999 (2A) et extensionla paléotopographie du bassin torrentiel des Roubines de 19b6 (2B).Morphology of the Super-Sauze earthflow in 1999 (2A) and extension ofpaleotopography of the 1956 torrential basin (2B).

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de la coulée sur

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Cette microstructure, qui explique en partie leur éro-dabilité et leur susceptibilité aux mouvements de masse(Antoine et al., 1995 ; Web er, 2A01), résulte des condi-

tions de sédimentation en couches successives et del'histoire tectonique de la région. A la suite d'impor-tantes phases de tectonisations, le massif marneux pré-

17REVUE FRANçAIsE or cÉorccHNteuE

N" 95/962eeI3e trimestres 2001

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Vue aérienne du glissement-coulée en 1991 (3A) et 2000 (3D) et l'escarpementprincipal (3B et C).Aerial view of the earthflow in 1991 (34) and 2000 (3D) and main scarp (38 and C).

sente une macrostructure faillée et fortement diaclasée,et de fortes et brusques variations de pendage.

Ainsi, la structure et Ia morphologie du siteconcourent, sous un climat méditerranéen de mon-tagne agressif, après une phase de ravinement, au

développement de mouvements gravitaires de masse(glissements, éboulements, chutes de blocs). Ces der-niers se transforment progressivement en couléesboueuses ou de débris qui fossilisent un chenald'écoulement.

18REVUE FRANÇAISË DE GÉOTECHNIQUEN'95/962eeT3e trimestres 9001

Morphologie du gliss ement-co uléede Super-Sauze

Les traits morphologiques principaux sont décrits àpartir de la carte morphologique (Fig.2A) élaborée enjuillet 1999 au 1./1,000 par tachéométrie. Le glissement-coulée s'étend sur une longueur de 800 m entre les alti-tudes de 2 105 m à la couronne et 1 7 40 m à la base de lacoulée (Figs. 2A et 3A), pour une pente moyenne de 25".

L'escarpement principal (Fig. 3A, B et C), en amphi-théâtre, atteint une hauteur de B0 à 100 m. II laisseapparaître en coupe une couverture morainique d'unedizaine de mètres d'épaisseur qui repose sur lesmarnes saines. De larges fissures ouvertes, verticalesou obliques, témoignent du recul de la couronne (2 men 2000, dans l'axe de la coulée). Les plans de stratifi-cation présentent un aval-pendage de 65o (Weber,2001). Son architecture est très irrégulière avec desflexures à très petit rayon de courbure et des diaclasessoulignées par des filons de calcite.

La zone d'ablation prend la forme d'un replat supé-rieur (Fig. 3A et C) de 7-B ha de superficie entre 1930 met 1 970 m d'altitude . La topographie de détail est trèschaotique. Des panneaux (Fig. 3B) aux dimensions plu-rimétriques se retrouvent au pied de l'escarpement,,parfois noyés dans un matériau plus fin. Leur structure(lamines, schistosité, intercalation de lits calcaires) esttoujours conservée, mais leurs arêtes émoussées tra-duisent leur ancienneté. Ce replat est limité à l'aval parun escarpement secondaire (dont la pente atteint 30",parfois 40 à 50"), au profil concave, au tracé en arc decercle marqué par de larges fissures de traction, per-pendiculaires à la pente, et de nombreux suintements(Fig. 3C). Des panneaux de matériau remanié basculentpar paquets successifs emboîtés le long de ce versantraide et s'écoulent dans la pente sur des distances pou-vant atteindre 100 à 150 m.

La partie inférieure de la coulée qui s'est dévelop-pée en contrebas du replat supérieur constitue Ia zoned'accumulation sfricto sensu (Fig. 3A). Les écoulementsse concentrent à la base de l'escarpement secondaire,où prennent naissance des coulées localisées qui occa-sionnent des bourrelets. Des fissures de traction appa-raissent autour d'un éperon de marnes en place quiémerge actuellement au-dessus de la coulée vers 1 900 m(transect B).

A l'aval, la pente s'adoucit et devient rectiligne . Lafréquence et la taille des blocs diminuent en surfacevers l'aval. En effet, sous l'action des agents météo-riques,, les blocs et panneaux de marnes se désagrègentet produisent une matrice argileuse à nombreux débrisde tailles variables. La conséquence est la formation dezones bosselées où chaque bosse correspond à un blocen voie de désagrégation (Klotz, 1.999).

Dans le tiers inférieur de Ia coulée, une ravine cen-trale entaille Ie matériau sur une profondeur de plus de6 m, collecte les eaux de ruissellement et draine lanappe.

Le replat inférieur, en forme de triangle de quelquesdizaines de mètres de côté, bombé et en légère contre-pente, termine la coulée. Sa parfie occidentale présentedes fissures à orientation générale N-10' sur un rebordescarpé. Plus à l'est, le replat se raccorde au torrent duSauze par une rupture de pente, une topographie chao-

tique, où des arbres morts sont entremêlés. La pointe ter-minale présente des versants raidis par les deux torrentspérennes adjacents. Leur confluence marque I'extrémitéaval de la coulée, âu pied du bourrelet terminal.

Cette description détaillée montre bien un tracésinueux et des formes particulières qui semblent épou-ser une paléotopographie (Fig. 3D). Si son allure estfortement suggérée, il faut en préciser la position et lagéométrie exacte. La coulée se serait développée ensuivant et comblant une topographie accidentée deravines et d'échines comme celles observées dansl'environnement immédiat du bassin torrentiel.

EMéthodes d'analyseset d'investigation

ffiContraintes et stra tégies d'investigation

Les observations et mesures ont débuté en 1gg1 :

caractérisation de la cinématique de la coulée par lesuivi périodique d'un réseau topométrique par triangu-Iatération (Malet et a1.,2000b ; Web er, 2001), cartogra-phie morphologique au 1/1000" en 1995, installationd'un pluviomètre chauffant (1994) et d'une station cli-matique (1996), mesures préliminaires de géophysiquepar sismique réfraction et résistivité électrique en 1996(Schmutz,2000).

une étude a été engagée en 1996 pour déterminerla structure 3-D de la masse accumulée. Mais, en rai-son de Ia grande hétérogénéité et de la forte variabilitélatérale et amont-aval de l'épaisseur supposée de lacoulée, nous avons choisi de mettre en æuvre. dans untel site complexe, des techniques et méthodes permet-tant de disposer d'un maximum d'information complé-mentaire de sources différentes, puis de les confronterafin d'améliorer la restitution finale de l'objet.

Les techniques classiques de prospection parforages géotechniques ponctuels qui nécessitent uneinterpolation parfois hasardeuse ne permettaient pasd'obtenir une image < fiable > de la structure sans mul-tiplier grandement le nombre de forages. Cette aug-mentation du nombre de points d'investigation étaitlimitée en raison des coûts très élevés, renforcés sur cesite par une accessibilité réduite imposant un hélipor-tage corfteux de moyens lourds nécessaires pour péné-trer profondément dans Ia masse accumulée. Un maté-riel ( léger ), transportable à dos d'homme, auxperformances limitées ne pouvait permettre, dans cesenvironnements hétérogènes, d'atteindre une profon-deur d'investigation suffisante. Pour ces raisons, plu-sieurs méthodes de prospection géophysiques ont étéutilisées en complément d'investigations géotech-niques et d'une analyse photogrammétrique.

Les investigations ont été menées le long de cinqprofils transversaux (Fig. 3A) dont l'implantation a étéguidée par la morphologie particulière décrite précé-demment (replats, échines apparentes...) et par la visua-lisation des photographies aériennes les plus anciennes.Six couples stéréoscopiques couwant la période 195G-1995 ont fait I'objet d'une analyse par photogrammétrienumérique (Weber et Herrmann, 2000).

19REVUE FRANçAIsE or cÉorecHNteuE

N. 951962eel3e trimestres 2001

Afin d'analyser le fonctionnement hydromécaniquede la coulée et de modéliser son comportement,, denombreuses autres investigations ont été menées : suivien continu sur plusieurs semaines des déplacements desurface par GPS (global positioning systemi haute pré-cision (Malet et aL.,2000b ; Malet et al., 2001) ; installa-tion d'un capteur de déplacement à câble sur rouepotentiométrique (Malet et a1.,2001) ; installation d'unestation de bilan hydrique pour le suivi des potentiels depression et des conditions de recharge de la nappe ;

installation de tubes TDR-Trime pour le suivi de profild'humidité (Malet, 1998) ; installation de deux limni-graphes enregistreurs et d'un troisième pluviomètreenregistreur ; expériences de simulations de pluie pouridentifier la part respective des eaux infiltrées ou ruis-selées en fonction de différents états de surface.

ffiPhotogram m étrie n u mériq ue m u lti-dates

Le traitement par photogrammétrie numérique(Weber et Herrmann, 2000) de six couples de photo-graphies aériennes datant de 1956, 1.971., 1978, 1.982,19BB et 1,995 a permis d'obtenir une succession de des-criptions géométriques du site.La saisie numérique descouples stéréoscopiques a été effectuée(1) à une résolu-tion de 33 à 40 pm, soit une résolution au sol allant de0,55 à 1 m en fonction de l'échelle des originaux, com-prise entre le 1/17 000 et le 1/30 000. Les images ontensuite été rééchantillonnées numériquement pourarriver à une résolution planimétrique finale de 1 m.Les modèles altimétriques ont été générés automati-quement par corrélation numérique des deux imagesdu couple stéréoscopique. Privilégiant dans un premiertemps l'approche temporelle, une résolution planimé-trique de 15 m a été choisie pour les six modèles géné-rés . La qualité finale du MNT calculé est directementfonction des performances du corrélateur, les erreursétant particulièrement fréquentes dans les zones homo-gènes, sans textures ou contrastes radiométriques suf-fisants, comme les zones d'ombre ou les terrains ennei-gés. Ces échecs induisent des anomalies dans lescalculs d'élévation, parfois très locales sur un ou plu-

(1)Autorisation n" 70 8006 O IGN France 1998.

sieurs pixels (aberrations dans le relief restitué). Ceserreurs ont été corrigées par visualisation en relief d'uncouple d'images (stéréopaire) à l'aide de lunettes à cris-taux liquides. Les næuds du MNT sont superposés àcette représentation du relief et l'association de deuxcanaux d'information permet de visualiser la corres-pondance entre Ie relief calculé (le MNT) et le relief res-titué par les images. Pour les six MNT, le pourcentagedes points ainsi réajustés manuellement varie entre 3et 1,1 % du nombre total de points de chaque grille(BBB1). Un recalage absolu a posteriori des six modèlesa été réalisé à partir des données d'une campagne demesures GPS. L'intégration de ces points dans les sixgrilles altimétriques a permis d'obtenir une très bonnesuperposition géométrique des modèles de terrain envue de leur exploitation quantitative. Ce traitementphotogrammétriqu e a été complété par la réalisationd'ortho-photographies et de vues-perspectives.

ffiI nvestigation géotechniq ue

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Mise en æuyte : moyens/ sondages et essais

L'accès du site étant impossible à des engins (zoneshumides et boueuses peu portantes, larges et pro-fondes ravines à traverser), des outils d'investigation< légers r (pénétromètre dynamique, vibro-percuteur)ont été retenus en complément d'outils plus a lourds >,

afin de pouvoir mettre en place des tubes inclinomè-triques et des piézomètres ouverts, et réaliser des essaispressiométriques et des essais d'eau (Lugeon etLefranc). une sondeuse NIJZI (100 ch) a été héliportéeet six sondages profonds (un forage carotté et cinqforages destructifs au tricône avec enregistrements desparamètres) ont été réalisés par l'entreprise INFRASOLsur deux zones a planes ) situées dans la partie amontde la coulée (transects A et C). Les sondages complé-mentaires ont été réalisés avec un pénétromètre dyna-mique cc lourd ) DL 030 (mouton de 30 kg), uo pénétro-mètre dynamique ( léger ) (mouton de 10 kg) et unvibro-percuteur à gouges permettant la visualisation dela nature du sol et Ie prélèvement d'échantillons intactsou remaniés jusqu'à une profondeur de l'ordre de 9 m.

wW*Répartitiondesforagesetessaissurlacou]éedeSuper-Sauzepartransectd,investigation(état en novembre 1999).Distribution of the drillings and tests by cross-sections on the Super-Sauze earthflow (state in November 1999).

e0Total

REVUE FRANçAISE DE GÉOTECHNIQUEN'95/962eet3e trimestres 9001

Le principe général retenu a été d'étalonner et decorréler en quelques points les différents résultatsobtenus par les différentes méthodes, puis d'étendre Iaprospection à l'aide des outils les plus maniables, telsIes pénétromètres dynamiques et le vibro-percuteur. Larépartition des forages et essais par transect est don-née dans Ie tableau I.

Des essais d'eau ont été réalisés : un essai Lugeondans les marnes en place, 79 essais Lefranc (vidange etsuivi de la remontée en fonction du temps), de nom-breux essais d'infiltration sous charge (double anneau)et plus de 200 essais d'infiltration sous tension (TRIMS).

Les caractéristiques physiques et mécaniques desmarnes de la coulée ont été déterminées au laboratoire:limites d'Atterberg,'Â de CaCO., granulométrie, miné-ralogie, teneurs en eau, densités humides et sèches,porosités, compacités, conductivités hydrauliques,caractéristiques hydrodynamiques (K.,,, courbes derétention), caractéristiques intrinsèque"s' (cisaillementrectiligne et triaxial), rhéologie. Les résultats completsseront trouvés dans Klotz (1999). Ils complètent ceuxfournis par Ia littérature. Citons entre autres : Caris etVan Asch, 1991; Phan, 1993; Colas et Locat, 1993;Antoine et a1.,1995; Durville et Serratrice,1997 ;VanAsch et Buma, 1997 ;Le Mignon, 1999.

Wlnterprétation des essais pénétrométriques

Les résultats obtenus par les différentes techniquesd'investigation mises en ceuvre n'impliquent pai decommentaire particulier, et apparaissent conformes àIeur domaine respectif de validité. Toutefois, nous sou-haitons apporter un commentaire particulier sur lesrésultats obtenus par la pénétration dynamique dansces formations meubles et, par endroits, saturées (NFP94-1,1,5,1996). Le pénétromètre dynamique utilisé alimité nos investigations à une profondeur maximale de9,50 m, notamment en raison du développement defrottement latéral au passage de couchei instables etimbibées. D'autre parf la présence de nombreux biocsde moraines ou de blocs de marnes peu déstructurésau sein de la masse a également limité nos investi-gations, car la pointe ne pouvait pénétrer ce matériautrès résistant. Enfin, la présence de cailloux de moraineou d'éclats de calcite au sein d'une couche moins résis-tante génère des pics localisés (faux refus) sur les péné-trogrammes. Dans les marnes in sifu (ou dans un blocde marnes noyé dans la coulée), la résistance de pointeQo augmente progressivement, atteignant des valeursproches de 25 MPa ou plus quand la paléotopographieétait atteinte. Quelquefois, il fut possible de forcer lapénétration, puis de continuer l'essai au sein d'unecouche moins résistante. Le pénétrogramme D3 (Fig. 4)illustre clairement le problème majeur du faux refus,qui aurait pu partiellement être résolu en employant unmouton plus lourd chutant d'une plus grande hauteur.

Puisque I'interprétation des essais peut être difficile(essai en aveugle), plusieurs carottages, fossesmanuelles (pelle/pioche) et essais pressiométriques ontpermis d'étalonner les variations de résistance. Plusencore que Ies valeurs brutes de résistance de pointeQo, c'est l'allure des courbes qui est discriminante etpermet I'interprétation des différentes couches. Sur laplupart des 125 pénétrogrammes, en accord avec lessauts éventuels de résistance (rupture dans les courbes,transition progressive), trois couches ont pu être déter-minées dans la couiée

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ffitLa prospection géophysique

La prospection géophysique a consisté à développerune méthodologie d'étude (acquisition et traitement desdonnées) pour des sites complexes et hétérogènes. Laméthode électromagnétique transitoire (TDEM), couram-ment utilisée pour la recherche minière et hydrogéolo-gique, a été mise en æuwe pour la première fois sur cemouvement de terrain. Les méthodes électriques et élec-tromagnétiques ont fait l'objet de nombreuses adapta-tions de mise en æuvre et d'interprétation avec le déve-loppement d'outils d'interprétation conjointe (Schmutz,2000 ; Schmutz et a1.,2000).

Les méthodes électriques à courant continu, et élec-tromagnétiques dans les domaines temporel et fré-quentiel mesurent le même paramètre physiqu€, àsavoir la résistivité électrique des terrains qui est forte-ment corrélée à la teneur en eau et en argile. Cesméthodes sont complémentaires du point de vue de lasensibilité aux terrains conducteurs/résistants, maiségalement de celui de Ia profondeur d'investigation.Bien que les mêmes profondeurs puissent être théori-quement atteintes, dans la pratique, la méthode élec-trique ne permet pas de prospecter à plus d'une dizainede mètres. Cette limitation provient principalement dela topographie escarpée du site d'étude qui ne permetpas de réaliser des profils d'une longueur supérieure à50 m environ, des variations latérales de structure quiaugmentent avec cette distance, et de la faiblesse desvaleurs de résistivité des terrains argilo-marneux. LeTDEM, quant à lui, permet d'atteindre des profondeurs

21REVUE FRANçAISE DE GEOTECHNIQUE

N'95/962eet3e trimestres 9001

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de 30 à 40 m avec un dispositif d'extension limitée, maisil est aveugle sur les 4-5 premiers mètres.

La masse accumulée et la roche ln situ diffèrent parleurs teneurs en eau, leurs porosités et leurs compaci-tés. Pour ces raisons, plusieurs méthodes complémen-taires ont été utilisées pour répondre à la complexité dusite. Les méthodes de mesure de la résistivité électrique(électrique par courant continu et TDEM) ont été choi-sies en raison de la présence supposée d'une nappejusqu'à la base de la coulée. La sismique réfraction aété mise en æuvre pour déterminer les variations laté-rales d'épaisseur et la stratification interne de la couléeà partir des contrastes de vitesses de propagation desondes sismiques.

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Les outils et dispositifs utilisés

Les fondements des méthodes géophysiques sontdéveloppés dans Turner et Schuster (1996), et Rey-nolds (1997), et plus particulièrement dans Kaufmannet Keller (1983) et Descloîtres (1998) pour la méthodeTDEM désormais bien établie. Ainsi, nous ne déve-lopperons ni les principes de base théoriques et lesdomaines d'application des différentes méthodesretenues, ni les différents dispositifs utilisés. Il est ànoter également qu'une prospection Slingram,méthode électromagnétique à faible nombre d'induc-tion, a été réalisée sur une zone d'environ 150 m delarge et 100 m de long et s'est révélée être un bonoutil de reconnaissance des zones de conductivités

différentes. L'interprétation qualitative obtenue esten accord la plupart du temps avec les résultats etobservations disponibles (Schmutz, 2000).

o La prospection électrique

L'équipement de prospection électrique utilisé estcomposé d'un résistivimètre Syscal R1 (Iris Instruments)et d'un dispositif multi-électrodes de trente-deux élec-trodes comprenant un microprocesseur de pilotage desmesures. Cette technique instrumentale (panneau multi-électrode) permet d'acquérir, après l'installation du dis-positif, un grand nombre de mesures correspondantaux combinaisons de quatre électrodes parmi toutescelles disponibles. Le dispositif de prospection pôle-pôle (caractérisé par une électrode d'injection et uneélectrode de mesure, placées à l'infini) a été employé caril a l'avantage de minimiser le nombre d'électrodesnécessaires à la réalisation d'un profil. Par ailleurs, lesignal décroît en 1/r contre 1/r2 ou 1/r3 pour les disposi-tifs Wenner, Schlumberger ou dipôle-dipôle, ce qui setraduit par une profondeur d'investigation plus impor-tante. En revanche, le dispositif pôle-pôle est le moinssensible aux hétérogénéités de surface, latérales etlocales, ce qui constitue un inconvénient dans larecherche des discontinuités latérales. Trois campagnes(mai 1,997, octobre 1,997 et octobre 1998) ont permis deréaliser plus de 300 sondages avec un espacementconstant de 4 m entre deux sondages successifs.

o La prospection TDEM

lJne prospection TDEM a été entreprise pourétendre la profondeur d'investigation des mesures derésistivité par courant continu aù-delà d'une dizaine demètres. La technique TDEM est une méthode de pros-

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#$ffiffi Interprétation jointe de cinq couples de sondages TDEM-électrique avec sondagesgéotechniques sur le secteur Est du transect C fiocalisation sur la fignrre 2A).Joint lnterpretation of 5 electrical-TDEM sounding pairs and comparison with geotechnical interpretationisee Figure 2A for location).

22REVUE FRANçAISE DE GËOTECHNIQUEN'95i962eer3e trimestres 9001

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pection électromagnétique à source contrôlées. Lesprincipaux avantages de cette méthode sont sa profon-deur de pénétration importante pour un dispositif géo-métrique relativement peu étendu en surface, et unegrande sensibilité en présence de corps conducteurs.L'équipement utilisé est un matériel PROTEM avec unémetteur EM47 (Geonics Ltd.) spécialement conçu pourdes investigations peu profondes. Après une recherchepréalable sur Ie site, Ies caractéristiques du dispositif,le mieux adapté pour cette étude sont : une boucled'émission monospire de 5 m x 5 m, une distance entreles centres des bobines émettrice et récentrice de1,2,5m. Le profil TDEM est réalisé de Ia mêmé manièrequ'en prospection électrique en déplaçant Ie dispositifde géométrie et de dimensions fixes le long d'un tran-SCCT.

Plus de 200 sondages ont été réalisés lors de troiscampagnes en mai 1997, octobre 1997 et juillet 1999,principalement sur les transects B et C. La distanceentre deux points de sondages est de 5 m.

Puisque seule une interprétation 1-D était envisa-geable pour la méthode TDEM, il a été vérifié a priorique i'hypothèse d'un milieu tabulaire pouvait être utili-sée localement, malgré la complexité 3-D du site. Cettevérification a consisté à comparer les enregistrementsde sondages azimutaux, c'est-à-dire réalisés successi-vement à partir d'un même point central en déplaçantdans les quatre directions cardinales le dispositifd'acquisitiôn (boucle émettrice et réceptrice). L)hypo-thèse est vérifiée si les enregistrements sont superpo-sables, ou si les valeurs obtenues après interprétationdes quatre sondages se situent dans la même gammed'équivalence représentant toutes Ies solutions admis-sibles pour un même jeu de données. L'invariance a étévérifiée loin des échines, dans le compartiment centralde Ia coulée. En revanche, à proximité des échinesaffleurantes ou sub-affleurantes, l'interprétation 1-Dn'est plus valable. Ceci constitue un des résultatsimportants de ces travaux, car cela signifie qu'uneacquisition et une interprétation L-D sont suffisantessous certaines conditions.

o la prospection sismique-réfraction

Deux campagnes de sismique réfraction compor-tant un total de 62 tirs suivant six nrofils différents ontété réalisées en mai 1997 et mai 1098. L'objectif de cesprofils était de déterminer l'épaisseur et Ia strctureinterne de Ia coulée, parallèlement et perpendiculaire-ment à son sens d'écoulement. Les nrofils ont été enre-gistrés à l'aide d'un système d'acquisition sismique à24 traces régulièrement espacées de deux (ou quatre)mètres le long des profils. Des tirs à l'explosif (100 ou200 g de cordeau détonnant) ont permis d'obtenir desenregistrements de bonne qualité.

Les vitesses moyennes obtenues sont en accordavec celies trouvées dans la littérature pour ce type deroches. Lorsque le terrain peut ôtre considéré commeIocalement tabulaire, le modèle de terrain est globale-ment compatible avec celui obtenu par la géotechniqueet par l'interprétation conjointe des méthodes élec-triques et électromagnétiques.

linversion conjointe de données électriques et TDEM

Précisons au préalable que les valeurs de résistivi-tés apparentes obtenues avec les différentes méthodes

ne sont pas comparables , car elles sont dépendantes dela profondeur d'investigation et de la sensibilité auxconducteurs, c'est-à-dire du dispositif de mesure uti-lisé. Les résultats des sondages TDEM et électriques, etf interprétation d'un panneau électrique (profil C) et dessondages TDEM en variation continue ont été donnésdans Schmutz et aL. (1999). Nous choisissons de présen-ter les résultats les plus intéressants obtenus par uneinversion jointe de données électriques et TDEM.

Les sondages sur lesquels un traitement d'inversionjointe a été effectué se situent dans une zone où l'hypo-thèse d'un milieu localement tabulaire est vérifiée.L'interprétation peut être effectuée après inversion enmode multicouche ou à ( nombre minimum decouches ). Le premier mode permet de connaître lavariation de la valeur de résistivité avec la profondeuret d'évaluer le nombre de terrain minimal. Il ne permettoutefois pas de connaître la profondeur de ces terrains.C'est pourquoi l'interprétation en nombre < minimal )de couches est indispensable, même si en raison de lanon-unicité de la solution due au principe d'équiva-lence, elle reste délicate à employer. Ainsi un modèlemathématiquement correct (au sens des erreurs qua-dratiques moyennes) peut être géologiquement totale-ment aberrant. En revanche, la famille des solutions seréduit considérablement lorsqu'on inverse de manièreconjointe deux jeux de données électrique et TDEM, carcette combinaison optimise leurs sensibilités différentes(Schmutz et a1.,2000).

L'inversion conjointe a été réalisée à partir des don-nées enregistrées sur Ie transect C qui bénéficie desforages géotechniques identifiant le toit du substratum.Le schéma général (Fig. 5) consiste en une alternancede terrains conducteurs et résistants. L'interprétationde ces différentes couches est donnée dans le para-graphe 5.3.1.

Ainsi, dans le cas de variations latérales modérées(pas d'échines affleurantes ou sub-affleurantes), unedétermination très précise de la structure peut êtreobtenue en accord avec les informations disponiblespar ailleurs (géotechnique, photographies aériennes),et ce, sans fixer de paramètre a priori dans le modèle.

ESynthèse et résultats

Les investigations, traitements et analyses fournissentdes informations de diverses natures, qualitatives ouguantitatives qut peuvent être comparées, ajustées et vali-dées. Ainsi, des interprétations objectives et étayées sontproposées sur l'évolution historique du mouvement, laposition et forme de la paléotopographie, la structureinterne de Ia coulée de débris dans la zone d'accumula-tion et rCans Ia zone d'ablation. ljn modèle conceptueld'évolution du glissement-coulée est aussi proposé.

ffi[évolution historiquedu mouvement

L'analyse multi-temporelle des ortho-images etMNT permet de situer les secteurs et les périodes dedéclenchement et d'extension du glissement-coulée, dedéfinir des vitesses de recul de l'escarpement principal

e3REVUE FRANÇAIsE or cÉorrctNteuE

N'95/962e el3e trimestres 2001

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ffiVuesperspectivesdubassintorrentieldesroubinesen1956,797a,7982et1995.RP:ravine principale; EP : escarpement principal; RS : replat supérieur; RIC : ravine intra-coulée. Exploitations quantitatives des traitements photogrammétriques numériques -profi ls rnulti-temporels.Perspective views ofthe Super-Sauze torrential basin in 1956, 1978, 1982 et 1995. RP : main gully; EP:present time main scarp ; RS : upper shelf ; RIC : intra-flowing gully. Quantitative interpretationsfrom digital photogrammetric results - multi-temporel topographic profiles.

24REVUE FRANçAISE DE GEOTECHNIQUEN" 95/969eet3e trimestres 2001

ou des vitesses d'extension de Ia coulée de débris(Weber, 2001). Les quatre vues perspectives de 1956,1,978, 1,982 et 1995 (Fig. 6) permettent de l'illustrer.Celles de 1977 et 1978 seront trouvées dans Weber etHermann (2000).

Avant 1956, de nombreuses ravines, parallèles etcertaines coalescentes se sont développées (Fig. 2B) oùIes terrains de couverture morainique sont peu pré-sents. En contrebas du glacier rocheux, une ravine pré-sente un recul, une largeur et une profondeur large-ment plus importantes que ses voisines; la moraine yest déjà largement entaillée par Ie ruissellement super-ficiel.

Entre 1956 et 1.971., des glissements superficielss'opèrent, essentiellement aux dépens de Ia moraine, etprovoquent un remplissage partiel des ravines du bas-sin. La ravine principale et Ia piupart des crêtes d'inter-fluves émergent encore entre ces accumulations.

Entre 197L et 1978 puis surtout entre 1978 et 1982, desruptures importantes affectent le substratum marneux.Elles se traduisent par l'extension croissante d'un escar-pement principal dans Ia partie supérieure du bassin.Les marnes déstabilisées se transforment en coulées vis-queuses fossilisant les ravines situées en contrebas.

Dans les années 80-90, si le recul de l'escarpementest modeste à l'amont. Ia coulée s'est considérablementdéveloppée (en largeur, en longueur et en épaisseur)dans le thalweg principal.

Ainsi, les mobiiisations de matériau les plus impor-tantes ont été détectées entre 1971 et 1982. Les profilstopographiques linéaires (Fig. 2A) issus des différentsmodèles altimétriques montrent très bien I'inversionprogressive du relief qui s'opère le long d'un profil longi-tudinal entre zones d'ablaton et d'accumulation (Fig. 6).

rcPosition etforme de la paléotopographie

La position et la forme de Ia paléotopographie ontété définies en croisant les informations issues desinvestigations rn situ, des observations morphologiquesde surface et des photo-interprétations des photogra-phies ortho-rectifiées de 1956 et 1995 (Flageollet ef af2000). L'ancienne topographie est constituée par unesérie de crêtes quasi-intactes dans Ia zone d'accumula-tion (Fig. 7). Au droit du transect B, les échines (4) et (3)émergent de la coulée sur quelques mètres de longueur(Fig. 2A, Fig. 7) alors que l'échine (7) est située àquelques mètres sous la surface. La coulée présenteune épaisseur maximale dans l'axe de la ravine princi-pale du bassin torrentiel de 1956. Elle atteint :

- un maximum de 20 m dans la zone d'ablation (profilA);- un maximum de B m le long du profil B dans la zoned'accumulation;

- une vingtaine de mètres dans Ia partie est du profil Cqui correspond à Ia zone de confluence des ravines dubassin torrentiel de 1956.

Puis, l'épaisseur diminue progressivement versI'aval (B à 9 m Ie long du profil E et quelques mètres aupied de la coulée). L'incertitude sur l'épaisseur est mini-male sur les profils B à E. En revanche, Ia position dusubstratum dans Ia zone d'ablation est encore incer-taine, en raison des nombreux pseudo-blocages obte-nus sur les essais pénétrométrioues du transect A

(blocs morainiques et nombreux pannearx et blocs demarnes structurées). Les sondages au pénétromètreréalisés en partie inférieure de la coulée, à partir duprofil D atteignent des profondeurs supérieures à cellesobtenues dans Ies sondages de la partie amont. Celatraduit, d'une part un nombre plus réduit de blocs demoraines, et d'autre part une plus grande fragmenta-tion des blocs de marnes au sein de Ia formation rema-niée (Flageollet et al., 2000).

Ce compartimentage lié à la présence des ravineset des échines est également mis en évidence grâceaux mesures des déplacements de surface. Les com-partiments présentent des comportements cinéma-tique, hydrodynamique et mécanique différents,variables saisonnièrement en relation avec les condi-tions climatiques (Flageollet ei al., 2000 ; Malet et al.,2001).

rcLa structure interne de la coulée de débris

ffiDans la zone d'accumulation

La coulée constitue une langue hétérogène à fortematrice limono-sabieuse mélangée à des débris morai-niques. Dans la zone d'accumulation (transects B à E),trois couches < géotechniques ) peuvent être identi-fiées, sur Ia base des critères de résistance, descontrastes dans la nature des matériaux et des défor-mations et cisaillements des tubes inclinométriques etpiézométriques. La structure verticale de Ia coulée estcomposée (Fig.7):

- d'une unité superficielle épaisse de 5 à 9 m (Q^< 10 MPa, EM < 15 Mpa, vitesses de déplacement superificiel supérièure à 5 m/an). Une surface de glissement àété identifiée à une profondeur de I'ordre de 5 m sur Ietransect B et B m de profondeur sur le transect C. SelonIa forme de Ia paléotopographie et la position saison-nière de la nappe, cette unité active peut être subdivi-sée en deux sous-unités (1a et 1b);

- d'une unité profonde ayant une épaisseur maximalede 10 m sur le transect C et de 5-6 m au droit du tran-sect B. Sur la base des mesures inclinométriques et desessais pressiométriques (EM > 15 Mpa, PI _> 4 Mpa),cette unité est considérée comme imperméable, trèscompactée, aux très faibles déplacements ou stablecomme un ( corps mort ), comme cela avait été identi-fié à La Valette (Colas et Locat, 1993) ou sur la couléede débris de Slumgullion (Varnes et a1.,7996).

La géophysique indique la même succession decouches avec des gammes de résistivité et de vitessessismiques respectivement pour chaque couche de : 5-40 Q.m et 450-600 m./s pour Ia couche 1 ; de 45-L00 Q.met 450-600 m/s pour la couche 2 (corps mort) et> 100Q.m et 2 200-5 000 m/s pour le substratum(Schmutz et a1.,1999; Schmutz, 2000). Toutefois, I'inter-prétation jointe élecfique-TDEM a permis de mettre enévidence des lits intermédiaires (Schmutz et a1.,2000)non détectés par la prospection géotechnique. IIs appa-raissent cependant waisemblables et constituent doncun apport efficace et inédit de l'inversion jointe. A par-tir du modèle géophysique en six couches (Fig.5), enconsidérant un modèle général comprenant une masse

95REVUE FRANçAISE DE GÉOTECHNIQUE

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Structure interne de la coulée dans la zone d'accumulation fiocalisation des profilssur la figure 2A).Intemal structure of the flow in the accumulation zone (cross-sections are localized on Fisure 2Al.

active superposée à une masse stabilisée, elle-mêmesuperposée au substratum, il s'agirait :

- d'une zone de transition d'épaisseur faible (0,7-0,9 m)de boue très lâche et humide entre la masse active et la

e6REVUE FRANçAIsE oe cÉorucHNreuEN" 95/962eel3e trimestres 2001

masse cc stabilisée ll. Cet horizon est le plus conducteuravec des résistivités peu contrastées (2-3 Q.m) et desfacteurs d'anisotropie s'étendant de 0,35 à 1. Cesvaleurs de résistivités correspondent aux résistivitésmesurées dans les échantillons d'eau pure. Par ailleurs,aucun effet de polarisation provoquée du à des miné-raux métalliques ou argileux ne perturbe les mesures.De ce fait, cet horizon doit être saturé ;

- du toit de la masse stabilisée, sur une épaisseur trèsmince de 0,7 -0,9 m, Ie matériau est compacté et < glacé)), comme cela est parfois observé sur les surfaces deglissement. Les résistivités sont supérieures au précé-dent terrain (31-35 O.m). Le facteur d'anisotropiemoyen est de 0,9-1. ;

- de la transition entre la masse stabilisée et le substra-tum. D'une faible épaisseur (0,7 -1.,4 m), cet horizon peutcorrespondre au manteau d'altération des marnes enplace (altérite et régolithe mélangé à des formations depente) ou à des épandages de moraines (Weber,2001).La gamme de résistivité varie de 37 à B0 Q.m pour unfacteur d'anisotropie compris entre 0,7 et 1..

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A I'inverse, dans la zone d'ablation (transect A), lagéométrie de la masse accumulée et la forme de la sur-face de rupture reste délicate à définir. Les trois forages

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profonds EP5, EPB et F1 localisent, respectivement, lesmarnes rn situ à - 19,50 m, - 20,50 m et - B,B5 m sous lasurface topographique actuelle (Fig. BA). Les profilsphotogrammétriques montrent un abaissern-ent de l'alti-tude de 15 à 20 m entre 1956 et 1995 (Fig. 6). L'altitudedes terrains en place s'est donc abaissée localement de40 m au maximum avec un encaissement comblé sur lamoitié environ de sa hauteur. La surface de rupture pré-sente une forme irrégulière qui s'apparente à celles desravines qui se trouvaient initialement 30 à 40 m au-des-sus. La localisation des forages sur l'ortho-photographiede 1956 montre d'ailleurs que les différences de profon-deur colncident avec l'emplacement d'une ravine et del'échine (4) du paléo-relief (Figs. 2B et BB).

L'interprétation des profils inclinométriques (du10 septembre au 1" octobre 1996, date après laquelle latorpille était bloquée) et surtout le suivi des déplace-ments des têtes de forage (topométrie), de leur défor-mation puis cisaillement (passage de gabarits dans lestubages), d'octobre 1996 à juillet 2000, va aussi dans cesens. Sur la coupe AA' de la figure 7a, les altitudes decisaillement des tubages s'alignent parfaitement le longd'une surface de rupture située -8,50 m sous la surfacetopographique, vers 1 950 m d'altitude. Cette surfacede glissement principale est calée et contrainte sur letoit d'échines, non tronquées lors du paroxysme dumouvement. Les déformations et cisaillements succes-sifs des tubes au cours de leur déplacement permettentde proposer un profil interprétatif de vitesse (Fig. BD). ttmontre des déplacements qui s'amortissent,, à partir de

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iffiSchémainterprétatifdusuividesinclinomètresdureplatsupérieur(zoned,ablation)entre1996et2000(84), extrait des ortho-photographies de 1956 et 1995 et position respective des sondages (BB), vecteurs-déplacement des têtes de tubage (BC) et profil vertical de vitesse de la coulée (BD).Interpretative scheme of inclinometer position on upper shelf (ablation zone) between 1996 et 2000 (BA). 1956 and 1995ortho-rectified pictures and respective location of drills (BB). Displacement-vectors of the head-tubes (BC) and velocityvertical profile of the flow (Bd).

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Modèle conceptuel d'évolution du glissement-coulée de Super-Sauze.Qualitative evolution model of the Super-Sauze earthflow.

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3-4 m, progressivement vers la profondeur. Ce mêmemodèle géotechnique peut être adopté dans la zoned'accumulatiorr :

- masse active d'une épaisseur de B à 9 m, aux vitessessuperficielles très variables, d'une zone à l'autre de lacoulée, de 2 à plus de 10 m/an, avec une discontinuité

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ffiExemplederelationpluie-nappe-déplacernentsporrrlapériodejuin1999-novembre 1999 sur le transect B (1OA) et relation pressionsinterstitielles/vitesse superfi cielle moyenne (10B).Example of relation between effective daily precipitation-pore water pressure-displacements (measured by extensometry and topometry) on the B cross-section between June to November 1999 (10A). Pore water pressure and meansurficial velocity (10B).

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de vitesse vers - 5-6 m, au comportement a rigide-plas-tique ) sur les deux premiers mètres, puis élasto-plas-tique à < visqueux ) en profondeur ;

- ( corps mort ) dans le fond des ravines, dont l'écou-lement est bloqué par la topographie en échines.

Ce dernier point mérite un commentaire : les direc-tions des vecteurs déplacements des sondages (Fig. BC)sont obliques à transverses par rapport aux axes descrêtes et ravines contrairement à l'aval, dans la zoned'accumulation, où les vecteurs sont calés sur la paléo-topographie (Malet et a1.,2001). Cela indique clairementque dans cette zone amont en pente forte, la gravitél'emporte sur l'influence de la paléotopographie.

ffiModèle conceptu el d' évolutiondu glissement-coul ée

L'ensemble des informations ainsi que le suivi de larupture d'une échine sur le versant ouest de la coulée(Malet et aL.,2000), permet de proposer un modèle

conceptuel qualitatif d'évolution du glissement-coulée.Le mouvement majeur s'est initié selon des glissementsstructuraux sur des discontinuités existantes (tecto-nique et schistosité) qui sont encore nettement visiblessur l'escarpement principal. Les cassures et déforma-tions sont accentuées par une faille localisée dans l'axedu bassin torrentiel. Sur le flanc est, les couches mar-neuses sont ployées et relevées avec des pendages par-fois supérieurs à 60". on comprend dès lors I'ampleurdu phénomène (en terme de volume de matériau mobi-lisé), sa complexité (rupture de plusieurs échines) et saprogressivité. Les ruptures dans les marnes se sont ini-tiées, dans les années 70, dans la partie haute deséchines, avant de se propager vers l'aval ; en mêmetemps, le matériau s'accumule dans les ravines (Fig.9A). Puis, par étapes, l'escarpement recule, alors queles échines continuent à s'écrouler et Ie matériau àcombler les thalwegs. Des panneaux et des dièdres, deplusieurs mètres cubes, sont emballés dans une matriceargilo-marneuse hétérogène et progressent dans lesravines. L'élévation du niveau d'accumulation dans lesravines fossilise progressivement l'ensemble de Iapaléotopographie et recouvre les échines (Fig. gB).Ainsi, la coulée, très hétérogène se développe dans le

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chenal d'écoulement et < charrie > des débris de toutestailles . La coulée de débris continue à progresser rapi-dement vers l'aval (plus de 180 m depuis 1982). Mais,son alimentation est réduite à de petites chutes de blocsou de plaquettes issues de l'escarpement. La consé-quence est un démaigrissement de Ia zone d'accumula-tion amont et la réapparition des anciennes échines fos-silisées le long du transect B (Fig. 9C). Comme soulignéprécédemment, la paléotopographie joue un rôleessentiel dans le développement de la coulée en chena-Iisant les écoulements sauf dans la partie amont enforte pente (cf. précédemment). Le recoupement desanalyses photogrammétriques avec les informationsgéotechniques nous permet d'estimer un volume glo-bal actuel de matériaux remaniés de 650 000 m3.

ffiffitiRelations pl uie- na pp e-déplacements

Les vitesses d'avancée de Ia coulée varient grande-ment, dans l'espace et le temps, avec des valeurs de 0,5à 10 cm/jour, voire des pics très ponctuels pouvantatteindre 40 cm/jour (Fig. 10A), selon les comparti-ments. Les vitesses les plus importantes sont localiséesen partie amont, dans l'axe de la coulée. Cette variationspatiale et temporelle est directement liée aux batte-ments de la nappe et aux pressions interstitielles géné-rées. En effet, le comportement piézométrique de Iacoulée montre une grande amplitude des variations depression fiusqu'à 20 kPa) avec des recharges brutalesconsécutives à Ia fonte de la neige au printemps, ou àdes périodes climatiques défavorables (pour un seuil de50 à 60 mm de précipitation efficace cumulée) àl'automne (Malet et al., 2001). Les épisodes de nappehaute sont brefs et la pression maximale ne dépassepas 35 kPa pour des piézomètres situés à 4 m de pro-fondeur.

Les pics de vitesses correspondent aux pics de pres-sions interstitielles. Les accélérations (vitesses supé-rieures à 10 cm/jour) s'opèrent dès que la nappe atteintun seuil de - 0,30 m/T.N. Le rôle des pressions intersti-tielles est renforcé par la pente en long du terrain qui,outre l'influence de la paléotopographie, accentue lesdifférences de vitesses entre compartiments. Lafigure 10A montre un exemple d'enregistrementdes relations pluie-nappe-déplacements (de juin à

novembre 1999) sur le transect B.

La dynamique de la coulée est contrôlée par desseuils de pressions interstitielles. Le mouvement s'initie(Fig. 108) dès que la nappe se situe entre - 0,50 et C-0,40m de profondeur (i.e. 35 kPa à - 4 m). De même, lemouvement diminue progressivement dès que leniveau redescend en dessous de - 0,80 m de profon-deur (i.e. 32 kPa à - 4 m). La relation entre la pressioninterstitielle et les vitesses de déplacement peut êtremodélisée simplement par une régression hyperbo-lique avec un coefficient de détermination de 0,92. Lenuage de point est limité par une courbe enveloppe quidélimite Ie champ d'influence des pressions intersti-tielles sur la cinématique de la coulée. Dès que la nappese situe au-dessus de - 0,80 m par rapport à la surface,les mouvements se produisent avec une vitesse supé-

rieure à 2-3 cm/jour, l'amplitude atteinte étant alorsfonction de l'intervalle de temps où le niveau de lanappe reste supérieur à un seuil de pression de 32 kPa.

EConclusion

Dans des bassins marneux fortement ravinés, desglissements structuraux (banc sur banc) se produisent,dans les secteurs où les avals-pendages atteignent desvaleurs proches ou supérieures de celles de l'angle defrottement, en raison de la réduction voire de l'annula-tion de la cohésion liée à la décompression et des éven-tuelles surpressions liées aux infiltrations dans les dif-férentes diaclases et interfaces. En évoluant, lesmatériaux issus de ces glissements forment une couléede débris qui progresse en fossilisant un bassin torren-tiel.

Sur ce site complexe, I'approche multidisciplinaireassociant géomorphologie,, géotechnique et géophy-sique fournit de précieux résultats complémentaires.Leurs comparaisons, ajustements, validation ont per-mis de reconstituer l'évolution historique du mouve-ment, de proposer un modèle conceptuel d'évolution,de définir la position et forme de la paléotopographie,la structure interne de la coulée de débris dans la zoned'accumulation et dans la zone d'ablation dans unegamme de précision tout à fait satisfaisante.

L'initiation des déplacements s'effectue sous l'actiondu déjaugeage (pression interstitielle) et du change-ment d'état du matériau (du comportement élasto-plas-tique au comportement visco-élastique à visco-plas-tique). Le mouvement est ensuite uniquemententretenu sous l'action de la gravité, avec un amortis-sement progressif des vitesses lié aux forces de frotte-ment et au ressuyage des matériaux.

Le comportement dynamique de ce type de couléede débris, fréquent dans les Terres noires, doit doncêtre modélisé (thèse en cours, J.-P. Malet) en relationavec les conditions hydrodynamiques afin d'évaluer Iaprobabilité de transformation rapide, de tout ou partie,en coulées boueuses ou en laves torrentielles commecela a déjà été observé en mai 1999. De mêffie, la com-préhension des relations entre ravinement et initiationde mouvements gravitaire est essentielle pour la ges-tion de tels bassins torrentiels.

l:,ffiËru.i ',"'i1";'.Cette recherche a été engagée en juin 1996 avec le soutien finan-

cier du programme de recherche européen I,{EWTECH flriew Tech-nologies for Landslide Hazard Assessment and Management inEurope). Puis, elle a été financée par 1e CÀIRS (Centre national de larecherche scientifique) dans le cadre du Programme national sur1es risques naturels (PNnlÇ de l'Institut national des sciences deI'univers ûlrlst, contratPl{RN 97/98/99-34MT (contribution n" 276).

EIle se poursuit actuellement dans le cadre de l'Action concertéeincitative (ACl Prévention des catastrophes naturelles) du ministèrede la Recherche.

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