Réf. Lopez Saez 2011 - T

Référence bibliographique complète

LOPEZ SAEZ, J. 2011. Reconstruction de l'activité des glissements de terrain au moyen d'une approche dendrogéomorphologique (Moyenne vallée de l'Ubaye, Alpes de Haute Provence). Thèse de l’Université de Grenoble (07/12/2011), Philippe Schoeneich (Dir.), 374 p. [Thèse en ligne]

Résumé : 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.

Abstract: 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.

Mots-clés

Dendrogéomorpholgie – Glissement de terrain – Méthodologie – Interprétation – Instrumentation

 

Organismes / Contact

• Université de Grenoble, Laboratoire Politiques publiques, Action politique et Territoires (PACTE)
• Cemagref de Grenoble

Thèse dirigée par Philippe Schoeneich (PACTE) et codirigée par Frédéric Berger (Cemagref)

 

(1) - Paramètre(s) atmosphérique(s) modifié(s)

(2) - Elément(s) du milieu impacté(s)

(3) - Type(s) d'aléa impacté(s)

(3) - Sous-type(s) d'aléa

Températures, Précipitations

 

Mouvements de terrain

Glissements de terrain superficiels

 

Pays / Zone

Massif / Secteur

Site(s) d'étude / Exposition

Altitude

Période(s) d'observation

Alpes françaises du Sud

Moyenne vallée de l’Ubaye, dont le bassin versant du Riou Bourdoux

13 glissements de terrain superficiels :

• Adret : Fraissinets, Berger, Replat, Clemence, Pra Bellon, La Pare, Aiguettes (BV du Riou Bourdoux) + Champerous et Bouzoulieres
• Ubac : Davids-Bas, Bois Noir (versant du Bois Noir), Patignons et Aupillon

 

1860-2010

 

(1) - Modifications des paramètres atmosphériques

Reconstitutions

 

Observations

 

Modélisations

 

Hypothèses

 

 

Informations complémentaires (données utilisées, méthode, scénarios, etc.)

 

 

(2) - Effets du changement climatique sur le milieu naturel

Reconstitutions

 

Observations

 

Modélisations

 

Hypothèses

 

 

Sensibilité du milieu à des paramètres climatiques

Informations complémentaires (données utilisées, méthode, scénarios, etc.)

 

 

 

(3) - Effets du changement climatique sur l'aléa

Reconstitutions

La chronique dendrogéomorphologique et ses limites

A l’échelle de la moyenne vallée de l’Ubaye, 91 phases de réactivation depuis 1866 ont été identifiées sur les 13 glissements de terrain qui ont fait l’objet d’une étude dendrogéomorphologique. Jusqu’en 1890, la chronique représente uniquement l’activité de 3 glissements de terrain. Depuis1950, elle intègre l’activité des 13 glissements. Les phases de réactivation se répartissent sur 46 années différentes et, en moyenne, 7 phases de réactivation par glissement sont reconstruites. Deux réactivations sont reconstruites sur les glissements de terrain du Replat et des Patignons, 22 sur le glissement de terrain du Pra Bellon (24% du total des phases reconstruites). 54% des phases reconstruites ont été observées sur les 4 glissements de terrain principaux et 67% dans le seul bassin versant du Riou Bourdoux. A l’échelle de la moyenne vallée de l’Ubaye, 74% des phases de réactivation se localisent en adret.

Sur le plan temporel, 6 phases de réactivation (écart-type : 6,49) sont reconstruites, en moyenne, par décennie. Cette fréquence varie de 0 pour la période 1880-1889 à 20 phases de réactivation pour la décennie 2000-2009. On remarque une évolution à l’échelle de la vallée depuis les 150 dernières années, avec :

(i) une décennie 1910-1919 active, avec 10 phases reconstruites. On peut considérer cette période comme une première crise morphogénique,

(ii) cinq décennies, 1920-1969, caractérisées par une activité moins soutenue, avec un total de 15 réactivations, soit 3 phases en moyenne par décennie,

(iii) depuis 1970, une fréquence accrue des réactivations avec 60 phases reconstruites sur l’ensemble des 13 glissements de terrain, dont 20, uniquement depuis 2000.

La reconstitution à l’échelle de la moyenne vallée de l’Ubaye est relativement courte et ne remonte qu’à la fin du Petit Age Glaciaire (PAG) (Corona et al., 2010a). En effet, l’âge des arbres échantillonnés conditionne la durée de la chronique dendrogéomorphologique (Carrara et O’Neill, 2002 ; Corona et al., 2010b ; Stoffel et al., 2010). Corominas et Moya (2008) précisent ainsi qu’un glissement de terrain colonisé depuis une centaine d’années, peut connaître une activité depuis plusieurs siècles sans que celle-ci soit observée dans l’analyse des cernes.

Même si l’analyse dendrogéomorphologique permet de préciser et d’affiner les chroniques individuelles, la majorité des phases reconstruites doivent être considérées comme des réactivations, puisque la présence du glissement de terrain précède, généralement, l’installation de la végétation arborée. Cette hypothèse est confirmée par l’analyse iconographique (archives du RTM et du Cemagref de Grenoble) puisque les glissements sont visibles sur de nombreux documents d’archives antérieurs à la reconstruction dendrogéomorphologique. (…)

L’analyse des documents iconographiques confirme que la plupart des événements reconstruits sont des réactivations. Elle souligne également les limites des chroniques dendrogéomorphologique dont la durée est conditionnée par l’âge du peuplement. D’autres limites doivent également être prises en compte dans la reconstruction : (i) le déclenchement ou la réactivation d’un glissement de terrain doit être d’une magnitude et d’une extension spatiale suffisantes, pour perturber significativement le peuplement (McClung et Chaerer, 1993). Il pourra ainsi, induire une réactivation anatomique caractéristique visible dans les cernes de croissance. A l’inverse, une perturbation trop intense ou continue, induit une réaction durant plusieurs années. Les perturbations résultant d’instabilités ultérieures ne sont ainsi plus enregistrées dans les cernes de croissance (Carrara et O’Neill, 2003), (ii) un événement majeur peut, dans certains cas, masquer les traces laissées par des événements antérieurs de plus faible amplitude, (iii) lorsque plusieurs événements se produisent au cours d’une même année, un seul peut être reconstitué.

Synchronisme entre la reconstruction dendrogéomorphologique et les archives historiques

La reconstruction dendrogéomorphologique à l’échelle de la vallée a été comparée à la base de données historiques des glissements de terrain depuis 1860 (Amiot et Nexon, 1995 ; Flageolet, 1999 ; OMIV, 2011). Les 91 phases de réactivation reconstruites se répartissent sur 46 années différentes. Au total, 23 années (50%) présentent un synchronisme avec la base de données historique. (…) Cette comparaison permet de confirmer indirectement 43 phases de réactivation reconstruites. Pour les 23 années restantes, soit 48 phases de réactivation, la reconstruction n’a pas pu être confirmée par les archives. Cette absence de concordance peut s’expliquer par des lacunes dans la chronique historique, malgré le nombre important de phases recensées (Remaître et al., 2010). De plus, Malet (2003) indique que celle-ci est largement influencée par l’activité des deux grands glissements de terrain-coulées de La Valette et de Super Sauze qui ont tendance à focaliser l’attention.

D’autres biais, plus généraux, relatifs à l’utilisation des archives historiques peuvent également expliquer ces différences : (i) une évolution des normes et critères d'archivages au cours du temps (Ibsen, 1996), (ii) un biais lié à l'observateur, lors de l'identification du processus géomorphologique (Ibsen et Brunsden, 1996 ; Flageollet, 1999), (iii) une sous-estimation des évènements, même les plus catastrophiques, qui se produisent dans des secteurs isolés et sans habitation (Guzzetti et al., 1994; Ibsen, 1996; Carrara et al., 2003), (iv) l'absence de vocation scientifique (Mayer et al., 2010).

Dans le BV du Riou Bourdoux, la reconstruction dendrogéomorphologique a été comparée avec la chronique historique des évènements torrentiels (Delsigne et al., 2001). Les synchronismes sont rares. Au cours de la période 1898-1994, 33 laves torrentielles sont recensées dans la chronique historique. Elles se répartissent sur 21 années. Cependant, la chronique présente deux lacunes, pendant l'entre deux guerres (1918-1947) puis depuis 1994.

Lorsque l'on considère la période commune aux deux chronologies, la reconstruction compte 31 phases de réactivation (sur un total de 61 phases) qui se répartissent sur 18 années différentes. Seules les années 1898, 1915, 1917, 1963, 1977, 1979 et 1982, soient 14 phases de réactivation, sont analogues dans les deux chroniques. Inversement, 17 phases de réactivation (réparties sur 11 années) ne montrent pas de synchronisme avec l'activité torrentielle et 21 laves torrentielles n'ont pas d'analogues dans la reconstruction dendrogéomorphologique. Par conséquent, les précipitations jouent certainement un rôle crucial dans le déclenchement des laves torrentielles et des glissements de terrain. Les précipitations violentes, plutôt estivales, qui génèrent l'activité torrentielle dans le bassin versant du Riou Bourdoux (Remaître, 2006), ne génèrent pas ou peu de réactivation des glissements de terrain superficiels localisés dans le bassin versant.

L’étude diachronique et la reconstitution spatio-temporelle

L’analyse diachronique de différentes campagnes de photographies aériennes depuis 1948, mais également l’observation des photographies et cartographies anciennes permettent de confirmer la robustesse spatio-temporelle de la reconstruction dendrogéomorphologique. (…) [cf. Résultats p. 266-271]

Les phases de réactivation et les seuils de déclenchement

Sur la période 1860-2003, lorsque l’on compare la chronique dendrogéomorphologique avec les précipitations annuelles de la base de données HISTALP, certaines années, de forte activité, coïncident avec des années pluvieuses. C’est le cas, par exemple, des réactivations de 1916, 1977, 1979 et 1996 qui surviennent au cours de cycles de 5-6 ans de précipitations importantes. Flageollet (1999) signale l’existence de ces cycles excédentaires de 6 à 7 ans qui précède en général une année riche en événements. A l’inverse, certaines années caractérisées par de nombreuses réactivations coïncident plutôt avec des cycles pluviométriques déficitaires (Flageollet, 1999). En 1990 (déficit de 170 millimètres par rapport à la moyenne) et 1998 (déficit de 280 mm), par exemple, 8 phases de réactivation sont reconstruites malgré des cumuls de précipitations déficitaires. Finalement, la corrélation entre les phases de réactivation reconstruites et les précipitations annuelles n’est pas significative. Ces résultats sont confirmés par les régressions logistiques réalisées à l’échelle des glissements, des versants et de la vallée. Ils sont en accord avec ceux de Flageollet (1999) à l’échelle de la moyenne vallée de l’Ubaye. En revanche, des relations significatives sont observées entre les précipitations saisonnières et les phases de réactivation reconstruites. A l’échelle du glissement de terrain, les régressions logistiques mettent en évidence des relations statistiquement significatives entre les cumuls pluviométriques saisonniers et les réactivations :

(i) sur le glissement de terrain du Pra Bellon, 50% des phases de réactivation ont eu lieu lorsque le cumul des précipitations au cours des mois d’automne (d’août à décembre (n-1)) est supérieur à 650 mm.

(ii) sur le glissement des Aiguettes, des cumuls de précipitations hivernaux (de décembre (n-1) à avril (n)) supérieurs à 490 mm contribuent au déclenchement de 50% des phases de réactivation. Cette corrélation a également été observée sur le glissement de terrain du Pra Bellon mais avec un degré de significativité moindre.

(iii) d’après les régressions logistiques réalisées sur le glissement de terrain du Bois Noir, quatre phases de réactivations sur huit (1875, 1867, 1963 et 1977) se sont déclenchées lorsque les précipitations du mois de juillet (n-1) excèdent 153 mm et les précipitations estivales (juillet et août (n-1)), 200 mm. Remaître (2006) confirme le rôle important des précipitations estivales, intenses en particulier, dans le déclenchement des mouvements de versants. Remaître et al., (2010) précisent que ces orages estivaux, en moyenne vallée de l’Ubaye, peuvent être localement très intenses avec un cumul horaire supérieur à 50 mm. Cependant, le seuil de déclenchement proposé, reste très indicatif. La régression logistique significative entre les précipitations estivales et la réactivation n’a été observée que sur le glissement de terrain du Bois Noir. Elle repose seulement sur 8 phases de réactivation.

Cette approche à l’échelle du glissement est fortement influencée par les conditions locales, d’une part, et par le nombre de phases reconstruites, d’autre part. Ces paramètres conditionnent la qualité et la significativité de la régression logistique. Ainsi, lorsque l’on observe la relation entre les phases de réactivation et les précipitations à petite échelle, l’augmentation du nombre de réactivations prises en compte permet d’augmenter la robustesse du modèle.

Une régression significative est ainsi observée entre les 61 phases de réactivation des glissements de terrain localisées dans le bassin du Riou Bourdoux et le cumul des précipitations des mois de décembre (n-1) au mois d’avril (n). Ainsi, la probabilité qu’un glissement de terrain se déclenche dans le bassin versant du Riou Bourdoux est de 18% lorsque le cumul excède 380 mm et de 50% pour 420 mm de précipitations. Sur le versant ubac de la vallée, cette relation n’est pas significative.

Les précipitations du mois de juillet (n-1), en particulier, jouent un rôle dans le déclenchement des 23 phases de réactivation. Sur ce versant, la probabilité de réactivation d’un glissement de terrain est de 12% pour un cumul de 65 mm de précipitations en juillet et 30% pour un seuil de 130 mm. La régression logistique est cependant moins robuste.

La régression logistique est encore plus significative à l’échelle de la moyenne vallée de l’Ubaye. Elle révèle le rôle important du cumul des précipitations des mois de décembre (n-1), à avril (n) dans le déclenchement des 91 réactivations reconstruites. Ainsi, les probabilités de réactivation d’un glissement de terrain superficiel sont de 30% et 80% pour des cumuls de précipitations respectifs de 286 mm et de 420 mm.

Lorsque l’on observe le modèle de régression logistique à l’échelle de la moyenne vallée de l’Ubaye, 5 années riches en événements (correspondant à un total de 18 phases de réactivation reconstruites, soit 20% de l’effectif total), 1936, 1977, 1978, 1979 et 1986, sont exceptionnellement pluvieuses avec des cumuls supérieurs à 420 mm sur la période décembre (n-1) à avril (n).

Depuis 1860, le dépassement de ce seuil a systématiquement entrainé le déclenchement ou la réactivation d’au moins un glissement de terrain superficiel dans la vallée. La littérature confirme le caractère exceptionnel de ces hivers. Péguy (1947) confirme l’existence d’un hiver 1935-1936 très pluvieux, avec notamment un mois de janvier très arrosé (104 mm en moyenne sur la période 1800-2003, d’après HISTALP). Des inondations fréquentes sont recensées dans les archives historiques sur toute la France. Elles provoquent notamment un glissement de terrain â Serières-en-Chautagne (Savoie) suite à la fonte rapide du manteau neigeux, le 17 Janvier 1936 (Martin, 1936). D'importantes chutes de neige sont également observées sur pratiquement tout le pays (Péguy, 1947). Les hivers 1976-1977, 1977-1978 et 1978-1979 sont également exceptionnellement neigeux avec de fortes chutes de neiges en montagne (Bilan des accidents d’avalanche, Anena, année 1977, 1978 et 1979). Dans les Alpes du Sud, le manteau neigeux atteint parfois 2 mètres d'épaisseur â Moyenne altitude. Dans la base de données HISTALP (Efthyamidis et al, 2006 : Auer el al., 2008), les cumuls de précipitations de janvier 1977 (146 mm en moyenne, sur la période 1800-2003), janvier 1978 (163 mm) et janvier 1979 (129 mm) sont ainsi les plus importants depuis 1860. Enfin, l'hiver 1985-1986 est réputé pour être particulièrement froid avec de fortes chutes de neige dans les Alpes du Sud (Bilan des accidents d'avalanche, Anena, 1986).

Le rôle des précipitations hivernales dans le déclenchement de la réactivation d’un glissement superficiel a été mis en évidence par de nombreux auteurs (Flageollet, 1999 ; Schuster ct Wieczorek, 2002). La combinaison de précipitations intenses et de la fusion du manteau neigeux est très fréquemment évoquée comme facteur météorologique de déclenchement ou de réactivation (Schuster ct Wieczorek, 2002). En Europe, de nombreux auteurs confirment cette relation (…) [cf. exemples et références p. 274-275].

A l'échelle: du bassin versant du Riou Bourdoux et de la moyenne vallée de l'Ubaye, des travaux antérieurs ont montré l’existence d'une relation entre les précipitations hivernales, la fonte rapide du manteau neigeu3; et les phases de: réactivation des glissements, Par exemple, le déclenchement du glissement de terrain-coulée de La Valette en Mars 1982 fait suite à des précipitations et une fonte du manteau neigeux (Ma1et, 2003 ; Malet et al., 2005), Flageo11et (1999) précise que la fusion de la couche de neige épaisse qui se forme durant les mois froids de décembre et mars s'ajoute à l'effet des pluies printanières abondantes pour expliquer l'instabilité des versants, Dans 1e cas des glissements coulées, Malet et al. (2003, 2005) soulignent le rôle fondamental des précipitations soutenues, du gel/dégel mais aussi de la fusion du manteau neigeux. Dans les marnes noires, malgré la faible évapotranspiration en hiver, la circulation de l'eau dans les fissures, en particulier lors de: la fonte des neiges, favorise la pression interstitielle, à l’origine de l’initiation des mouvements de terrain (Mathewson et al., 1990 : Van Asch et Van Steijn, 1991).

La validité de la cartographie prédictive de l'aléa

La reconstruction de l'extension spatiale des réactivations des glissements de terrain au moyen d'une approche dendrogéomorphologique est récente (Corominas et Moya, 2010). Dans la moyenne vallée de l'Ubaye, la dendrogéomorphologie a permis de cartographier précisément les réactivations passées, les périodes de retour et la probabilité de réactivation des glissements de terrain du Pra Bellon, des Aiguettes, du Bois Noir et des Davids-Bas. Pour cela, les séries de croissance de 753 arbres perturbés ont été analysées. L'approche a permis (i) d'obtenir une cartographie à haute résolution de 50 phases de réactivation passées, pour la plupart non recensées dans les archives historiques, et donc d'extension spatiale inconnue.

Cette information a ensuite été convertie (ii) en cartographie de la période de retour, en utilisant les périodes de retour individuelles de chaque arbre. En assumant l'hypothèse de paramètres climatiques et géomorphologiques stables dans le futur, cette période de retour a été transformée (iii) en probabilité de réactivation au moyen d'une loi de probabilité de Poisson (Guzzetti et al., 2005). Une cartographie des probabilités de réactivation a ainsi été obtenue à l'échelle du glissement de terrain pour des intervalles de temps compris entre 5 et 100 ans.

Ces cartes permettent de quantifier localement le risque de réactivation et de proposer un zonage à haute résolution (précision décamétrique) des secteurs les plus propices à l'instabilité. Cette approche permet de proposer une probabilité de réactivation, sans analyse préalable de la susceptibilité (Corominas and Moya, 2008). (…) [cf. Résultats p. 275-277]

Ces cartographies reposent sur un échantillonnage exhaustif et nécessitent un investissement important lors des phases de prélèvements et de traitements des échantillons. La quantification des probabilités de réactivation basées sur des chroniques historiques très détaillées, tant sur le plan spatial que temporel, est innovante. Elle diffère des méthodes conventionnelles qui combinent des approches statistiques et/ou physiques (Corominas et Moya, 2008 ; Jaiswal et al., 2011). La majorité des travaux antérieurs portent essentiellement sur la réalisation de carte de susceptibilité à petite échelle et fournissent donc une information peu précise concernant les secteurs soumis à l'instabilité (voir Brabb, 1984 ; Guzzetti et al., 2005 ; Miller, 2011). Peu d'auteurs proposent une cartographie de la probabilité de réactivation à l'échelle du glissement de terrain (Lips et Wieczorek, 1990 ; Coe et al., 2000 ; Guzzetti et al., 2005). L'approche présentée dans cette thèse permet de quantifier les probabilités de réactivation estimée directement à partir de la période de retour des évènements. (…) [cf. Limites de la méthode p. 278]

Observations

 

Modélisations

 

Hypothèses

 

 

Paramètre de l'aléa

Sensibilité des paramètres de l'aléa à des paramètres climatiques

Informations complémentaires (données utilisées, méthode, scénarios, etc.)

Fréquence des glissements de terrain superficiels

 

La reconstitution dendrogéomorphologique obtenue à l’échelle de la moyenne vallée de l’Ubaye compile les données obtenues sur les 13 glissements superficiels étudiés. Elle est basée sur l’observation des séries de croissance de 978 arbres perturbés, dont 885 (90%) ont pu être interdatés en utilisant les différents référentiels dendrochronologiques.

L’analyse dendrogéomorphologique des 3540 échantillons prélevés a permis d’identifier 1708 perturbations de croissance (PC) causées par l’activité des glissements de terrain, parmi lesquelles on dénombre 1029 réductions de croissance (RC, 60%), 638 bois de compression (BC, 37%) et 41 canaux résinifères traumatiques (TRD, 3%). A l’échelle du glissement de terrain, l’utilisation de la dendrogéomorphologie améliore considérablement l’information spatio-temporelle disponible dans les archives. Le choix de seuils pour l’indice It et pour le nombre minimal de PC, adapté en fonction du recouvrement forestier et de la densité de l’échantillonnage, permet de limiter l’introduction de bruit dans la reconstruction. Certains événements mineurs peuvent certes êtres écartés de la reconstruction mais des PC liés à d’autres processus (creeping, chablis entre autres) sont également exclues (Stoffel et Perret, 2006).

 

(4) - Remarques générales

 

 

(5) - Syntèses et préconisations

 

Références citées :

à compléter…