Réf. Lateltin & al. 1997 - R: PNR31

Référence bibliographique complète
LATELTIN O., BEER C., RAETZO H., CARON C. Instabilités de pente en terrain de flysch et changements climatiques. Rapport final PNR 31 (Programme National de Recherche). Zürich, vdf – Hochschulverlag AG an der ETH Zürich, 1997, 168 p.

Résumé : Les zones de flysch sont largement représentées en Suisse, couvrant 6 % du territoire national. On estime que 40 % de ces pentes sont soumises à des mouvements de terrain (environ 1000 km²) et qu'un glissement sur trois est situé sur du flysch. Les conditions intrinsèques (lithologie, agencement structural, couverture quaternaire), héritées de l'histoire géologique ou glaciologique, déterminent le type d'instabilités. Les paramètres aggravants sont liés à des changements de température et à des périodes de précipitations prolongées au cours de décennies (climatologie) ainsi qu'à des activités humaines. Les conditions météorologiques et des travaux dans le versant peuvent surtout déclencher des glissements de terrain superficiels dans les zones de flysch. Depuis 1990, le déclenchement et la réactivation soudaine de glissements profonds dans les régions préalpines situées en dessous de l'altitude 1500m, semblent liés à des périodes d'hiver exceptionnellement chaud, responsable de l'infiltration massive des eaux de fonte dans le sol. A l'aide de datation C14 et de l'analyse dendrochronologique de bois récoltés dans les glissements, nous avons identifié deux autres périodes de crise (Préboreal and Atlantique récent Subboréal) durant les dix mille dernières années, dans des conditions climatiques chaudes. Nous postulons ainsi l'existence d'une relation étroite entre les variations climatiques et l'activité des glissements. Sur la base des dernières prévisions de IPCC (1996), la distribution spatiale des glissements en zone de fIysch ne devrait pas subir de modifications importantes dans le futur mais les pentes instables situées à des altitudes comprises entre 1000 et 1500 mètres sont susceptibles de montrer une augmentation marquée des vitesses dans des glissements actuellement actifs.

Mots-clés
Instabilités de pente, flysch, changements climatiques, Préalpes suisses, réactivation...

Organismes / Contact
Partenaires
Institut de Géologie de l’Université de Fribourg  

Principaux rapports scientifiques sur lesquels s'est appuyé le rapport
Cf. "références citées" en bas de page.

(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 Permafrost, écoulements souterrains, forêts Mouvements de terrain Glissements de terrains profonds et superficiels, coulées de débris

Pays / Zone
Massif / Secteur
Site(s) d'étude
Exposition
Altitude
Période(s) d'observation
Suisse Zone de flysch / Préalpes suisses     Essentiellement les altitudes < 1500m ~ 13 000 BP - 1997

(1) - Modifications des paramètres atmosphériques
Reconstitutions
 
Observations
Sur la base des mesures effectuées en Suisse durant la période 1864 à 1990, les augmentations moyennes de la température ont été de 1.6°C en hiver et de 1.2°C en été. Les précipitations hivernales ont augmenté durant la période 1901-1990, dans certaines régions de l'ordre de 30% alors que les changements ne sont pas perceptibles en été.

Températures :

En observant 4 stations (Zürich, Lugano, Davos, Santis) durant la période 1901-1992, une augmentation de 2° K des températures minimales a été enregistrée (Beniston et al., 1994) et celle-ci peut être corrélée avec les données à l'échelle mondiale. Les années les plus chaudes sont celles de la période 1944 -1953 et surtout de 1978 jusqu'à 1994.

Une augmentation de l’ordre de 0,3°C à 1,2°C a été observée en Suisse sur la base d’une statistique effectuée par rapport à la période climatique internationale de 1961-1990 sur 44 stations météorologiques (Projet KLIMA 90 ; Gutermann, 1996).

A basse altitude, une série de 7 années consécutives d'hiver pauvre en neige, durant les années 1988-1994, semble être unique dans les annales de ces 700 dernières années (Pfister, 1994) en Suisse. Ce phénomène a provoqué une élévation marquée des températures minimales durant l'hiver et le début du printemps en Suisse romande.

Dans la région du Lac-Noir, la limite de l'isotherme 0°C se trouvait à l'altitude de 1300m jusqu'en 1987 durant la période hivernale (de décembre à mai). Dès 1988, cette limite est remontée à l'altitude de 1600 mètres (Raetzo, 1997), durant la même période de l'année. Ces modifications importantes de la température engendrent de nombreuses périodes de gel/dégel durant l'hiver.

Précipitations :
Au niveau des précipitations, les tendances actuelles sont moins nettes. Depuis 1975, la fréquence des fortes précipitations, c'est à dire plus de 70 mm/jour sur une surface minimale de 500 km², a doublé par rapport à celle de la période 1901-1974 pour atteindre aujourd'hui 3 événements par an. La comparaison des moyennes mensuelles des précipitations en Suisse de la période 1961-1990 par rapport à celle de 1931-1960 a montré une augmentation de plus de 20% pour les mois de décembre, mars et avril. Par contre les mois de juillet et septembre montrent un déficit de l'ordre de 10%. L'augmentation des précipitations hivernales semble la plus forte (environ 20%) en Suisse occidentale (Gutermann, 1996).

On observe des excédents de précipitations aux stations de Montreux et Fribourg, durant les années 1934-1940 et surtout une augmentation massive des précipitations après l’année 1978.
Modélisations
Hypothèses
Si les hivers doux des années 1988-1994 devenaient le « standard » pour les Préalpes, la limite de l'isotherme 0°C ne serait que rarement atteinte durant plusieurs semaines consécutives entre les mois de novembre et avril à des altitudes inférieures à 1200m.

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

(2) - Impacts du changement climatique sur le milieu naturel
Reconstitutions
Vers 13 000 BP (fin du Pléistocène), on peut considérer que la limite supérieure de la forêt ne devait pas dépasser l'altitude de 1000 m.

La période de l'Holocène, qui débute à la suite du petit épisode froid du Dryas récent (depuis 10 000 BP), marque la fin du retrait rapide des glaciers dans le fond des vallées préalpines et l'établissement du climat que nous connaissons actuellement. Durant la période du Préboréal, la limite supérieure des forêts passe rapidement de 1300m à environ 2000m (Burga, 1987), ce qui contribue à développer une couverture forestière sur les versants préalpins. La limite inférieure de la neige (altitude au-dessus de laquelle la couverture hivernale de neige sur une surface plane ne fond plus en cours de l'été) s'élève de 2000m à 2600m. Selon les conditions locales (exposition, pente), la limite du pergélisol devait être proche de l'altitude 1700m pendant le Dryas récent dans les Préalpes romandes pour s'élever ensuite à plus de 2300m pendant le Préboréal.

Le réchauffement rapide des températures, qui a suivi le Dryas récent a causé de profondes modifications du cycle hydrologique dans les versants, de la couverture végétale et une élévation de la limite du pergélisol. De plus, suite au retrait des glaciers, des érosions de pied de versant par surcreusement des rivières se développent progressivement en combinaison avec le phénomène de décompression des flancs des vallées.

Le début de l'Atlantique récent (dès 6000 BP) montre un réchauffement des températures, ce qui se traduit par une élévation de l'ordre de 200 mètres de la limite supérieure des forêts et de la limite de la neige. La limite inférieure du pergélisol atteint l'altitude de 2700m et produit de nombreuses mobilisations de moraines sous la forme de laves torrentielles dans les Alpes (Gamper, 1985).
Observations
L'effet de l'augmentation des précipitations (surtout depuis 1978) durant des hivers doux (dès 1988) sur des sols souvent non gelés et pauvres en couverture neigeuse, à des altitudes comprises entre 1000m et 1500m, contribue à une modification importante du cycle hydrologique en Suisse occidentale. Par la multiplication des phénomènes de gel/dégel durant un hiver, l'infiltration efficace est fortement accélérée durant la période de novembre à mars et engendre une saturation très précoce des sols de flysch peu perméables au printemps.

L'augmentation des précipitations en hiver et des températures minimales constitue un facteur aggravant non négligeable, avec un effet direct sur le niveau de la nappe phréatique en surface et la teneur en eau de dépôts meubles dans les versants préalpins d'altitude inférieure à 1500m.
Modélisations
 
Hypothèses
L'altitude de l'isotherme 0°C durant l'hiver est prépondérante pour la recharge des nappes phréatiques dans les glissements de terrain en zone de flysch des Préalpes.

L'augmentation des précipitations hivernales (plus de 20%), sous forme de neige ou de pluie interviendra directement sur la teneur en eau des sols et sur la surface de la nappe phréatique. Lors d'hivers plus doux, ces précipitations pourront s'infiltrer plus facilement dans ces sols non gelés. La période propice à l'infiltration efficace des précipitations pourra être prolongée de 30 à 50 jours à des altitudes comprises entre 1000m et 1500m.

Sensibilité du milieu à des paramètres climatiques
Informations complémentaires (données utilisées, méthode, scénarios, etc.)
   

(3) - Impacts du changement climatique sur l'aléa
Reconstitutions
Vers 13 000 BP, les glaciers locaux occupent encore le fond de certaines vallées préalpines situées au-dessus de 1200m et empêchent le déclenchement d'instabilités de terrain.

Du début de la glaciation du Würm jusqu'à la fin du tardiglaciaire, les régions préalpines en zone de flysch ne sont pas le siège de nombreuses instabilités de terrain car les paramètres climatiques engendrent des conditions de pergélisol jusqu'à des altitudes très basses (environ 1500m). C'est donc une période très calme sur le plan des glissements de terrain.

Durant le le début de l'Holocène (Préboréal, vers 10 000 BP), de très nombreuses instabilités de terrain se développent dans les zones de Flysch des Préalpes et des Alpes, avec des surfaces de glissement supérieures à 10 mètres de profondeur. Plusieurs événements catastrophiques (grands glissements ou éboulements) se sont produits dans les Alpes à cette époque.

Il faut attendre la période qui s'étend de l'Atlantique récent (6000 BP) à la fin du Subboréal (2700 BP) pour rencontrer de nouveaux exemples de glissements de terrain en zone de flysch dans les Préalpes. Par exemple, la première phase de mobilisation connue du glissement de Falli-Hölli dans les Préalpes fribourgeoises (Flysch du Gurnigel) date de 5000 BP (Raetzo & Lateltin, 1996). Entre 5000 BP et 2300 BP, 5 phases majeures de réactivation ont pu ainsi être recensées dans ce versant (Raetzo, 1997). Trois de ces cinq phases se produisent durant des périodes « chaudes » de retrait des glaciers (Haeberli, 1995). De plus, lors du Subboréal, les phases de réactivation correspondent à des périodes « humides » reconstruites d'après les forages du Gerzensee (Ruch et al. 1997).

La période qui s'étend de l'Atlantique récent à la fin du Subboréal semble constituer une époque très favorable aux glissements de terrain profonds (plus de 10 mètres) dans les Alpes. L'exemple de Falli-Hölli n'est pas isolé et d'autres instabilités de terrain en Singine (glissement du Hohberg) ont pu être récemment datées de l'époque du Subboréal (3715 BP et 3190 BP). Le glissement de La Lavanche (vallée des Ormonts, Ultrahelvétique à la base du Niesen) montre une phase de réactivation (1870 BC) durant cette période (Schoeneich, 1990). Des phases actives de solifluxion sont également reportées en Suisse vers 4000 BP (Gamper, 1985). En Autriche et en Allemagne, quelques glissements rocheux ont été datés (Abele, 1994) par 14C de la fin du Subboréal.

Ces données éparses tendent à confirmer qu'il existe une certaine corrélation, comme pour le Préboréal, entre l'adoucissement du climat et la fréquence des glissements de terrain profonds durant l'Atlantique récent et le Subboréal.

Durant le Subatlantique récent (2800 BP à 1000 BP), des périodes de solifluxion ont été décrites dans les Alpes (Gamper, 1985) mais elles semblent plutôt correspondre sur les terrains préalpins en zone de flysch à des déclenchements d'instabilités superficielles ou à des laves torrentielles (p.ex. glissement du Hohberg).

Dans le glissement de Falli-Hölli, des troncs ont été analysés par dendrochronologie et une corrélation intéressante existe entre l'épaisseur des cernes annuels de croissance des arbres et les périodes d'inondations catastrophiques en Suisse (Rôthlisberger, 1991). Sur la base des informations disponibles, la période qui s'étend du Moyen Age jusqu'à la fin du Petit âge glaciaire ne semble pas propice, à l'échelle régionale, à d'importantes réactivations de glissements de terrain profonds dans les zones de flysch.
Observations
Dans certains cas, les périodes de précipitations prolongées peuvent être corrélés directement avec l'accélération des vecteurs de déplacements. Le glissement de La Serra s'est fortement réactivé à la fin de l'année 1992, à la suite des précipitations d'octobre et novembre (200 % de la moyenne pluri-annuelle à la station de La Valsainte).

A la suite de l'excédent de précipitations enregistrées en Singine durant la période 1978-1988 et de l'élévation des températures minimales durant l'hiver et le printemps, de nombreuses zones instables se sont réactivées à proximité du site de Falli-Hölli dans la vallée du Lac Noir dès 1990. Au niveau régional, il ressort que la réactivation des glissements de terrain a été beaucoup plus ressentie depuis l'année 1978 en Suisse romande (transversales occidentale et médiane) qu'en Suisse centrale. Le secteur le plus sensible est constitué par le Massif Berra-Lac Noir dans le Flysch du Gurnigel.
Modélisations
 
Hypothèses
Des réactivations importantes d'anciens glissements sont à attendre au printemps, comme le montre l'exemple actuel de la région du Lac Noir en Singine où de nombreux déclenchements de glissements et de coulées se sont produits autour du site de Falli-Hölli, dès les années 1990.

L'impact des scénarios proposés, en particulier l'élévation des températures minimales durant l'hiver, sera surtout ressenti sous la forme d'une augmentation généralisée des vitesses de déplacement dans les zones instables de la région préalpine, à des altitudes inférieures à 1500m. En revanche, la superficie des terrains affectés par des glissements ne devrait pas subir de grands changements. Par contre, si les projections climatiques s'avèrent inexactes et ne se réalisent pas d'ici la fin du XXIe siècle, l'évolution des versants instables sera totalement différente. Un abaissement de la température moyenne annuelle contribuerait à augmenter la stabilité des zones potentiellement instables.

Paramètre de l'aléa
Sensibilité du paramètres de l'aléa à des paramètres climatiques
Informations complémentaires (données utilisées, méthode, scénarios, etc.)
Facteurs de contrôle des glissements de terrain
Les facteurs aggravants sont liés aux processus climatiques à moyen et long terme (de la dizaine au millier d'années). Les précipitations pluri-annuelles, les variations de l'isotherme 0°C (pergélisol), les fluctuations de la nappe phréatique et le bilan de l'eau de surface sont des paramètres déterminants pour abaisser le facteur de sécurité et rendre les pentes susceptibles de bouger, sans en provoquer la rupture (état marginalement stable ou potentiellement instable).

Les facteurs déclenchants sont ceux qui initient le mouvement et qui font passer une pente d'un état d'équilibre instable à la rupture. Ils concernent essentiellement les événements météorologiques de courte durée (fortes précipitations journalières ou mensuelles).

Pour les glissements profonds, des périodes pluvieuses prolongées (plusieurs mois) favorisent l'augmentation des vecteurs de déplacements, sans pour autant qu'il soit toujours possible de corréler les courbes de précipitations avec les vitesses (Bonnard et al., 1996).

Dans les phénomènes plus superficiels, notamment les coulées de débris ou les glissements pelliculaires, ce sont les conditions météorologiques extrêmes qui constituent les facteurs de déclenchements. Des valeurs supérieures à 100 mm en 24 heures de précipitations sont critiques et des déclenchements de coulées de boue ou de glissements superficiels sont à attendre sur des pentes potentiellement instables en zone de flysch.
La géologie, la géomorphologie, les archives, la dendrochronologie, la datation au C14, les cadastres, les cartes et l'utilisation de différentes techniques de mesures permettent de reconstruire, partiellement, l'histoire passée et récente des versants instables durant le Quaternaire.

De nombreux cas d'instabilités dans différentes séquences de flysch, dans des contextes structuraux et géomorphologiques variés, ont été étudiés. Des travaux de cartographie de dangers dans plusieurs régions ont permis de comprendre la distribution spatiale et l'intensité des différents phénomènes (chute, glissement ou coulée). Les déplacements récents de surface dans les glissements ont été enregistrés grâce au contrôle de points géodésiques par des théodolithes ou par des antennes GPS. Les plans de glissements ont été détectés par des mesures inclinométriques dans des forages ou par des prospections géophysiques.


La prise en compte du passé récent (quelques dizaines à centaines d'années) et moins récent (durant l'Holocène) permettent d'anticiper, selon les scénarios climatiques proposés, l'évolution des pentes instables en terrain de flysch durant les prochaines décennies.


A titre de simplification, les projections climatiques suivantes seront retenues pour l'année 2050 :
augmentation de la moyenne annuelle de 2°C ;
augmentation de 20% des précipitationsen hiver ; diminution de 10% en été ; augmentation de la fréquence des périodes à fortes précipitations (>70 mm/jour sur 500 km² ou plus).

(4) - Remarques générales
 

(5) - Préconisations et recomandations
Destinataires et portée du rapport Recommandations générales pour les gestionnaires
Types de recommandations et / ou préconisations
La mise en oeuvre des nouvelles recommandations fédérales pour la prise en compte des mouvements de terrain dans l'aménagement du territoire permettra de réduire sensiblement les dégâts causés par les glissements, en évitant d'utiliser les secteurs trop menacés pour l'établissement de nouvelles zones à bâtir. La construction d'ouvrages de protection et la mise en vigueur de plans d'évacuationdevront également être étudiées. Ces mesures passives d'aménagement devront être soutenues par les autorités politiques et un grand travail de sensibilisation est à prévoir à ce niveau, en montrant les bienfaits de la prévention.

Les mesures actives (génie biologique, ancrage, confortation, drainage, modification de la pente) pour lutter contre le déclenchement de ces phénomènes resteront d'actualité mais seront toujours plus coûteuses. Le maintien des forêts protectrices est également capital pour lutter contre les phénomènes d'érosion dans les Préalpes.

Références citées :

ABELE, G. 1994: Felsgleitungen im Hochgebirge und ihr Gefahrenpotential. Geographische Rundschau, H.7-8, 414-420.

BENISTON, M., REBETEZ, M., GIORGI, F. & MARINUCCI, M. R. 1994: An analysis of regional climate change in Switzerland. Theor. Appl. Climatol. 49,135-159.

BONNARD, Ch., NOVERRAZ, F. & DUPRAZ, H. 1996: Long-term movements of substabilized versants and dimatic changes in the Swiss Alps. Proceedings International Symposium on Landslides, Trondheim, Senneset (ed.), Balkema, 1525-1531.

BURGA, C. 1987: Vegetationsgeschichte seit der Spâteiszeit. ln Das Quartâr der Schweiz seit den letzten 18000 Jahren. Geographica Helvetica, Vol. 2/42, 71-76.

GAMPER, M. 1995: Morphologische Untersuchungen an Solifluktionzungen, Moränen und Schwemmkegeln in den Schweizer Alpen. Geographisches Institut der Universität Zürich, Vol. 17, 1-115.

GUTERMANN,Th. 1996: Extreme Wetterereignisse ais Foigen fur die Schweiz ? Klimarisiken - Herausforderung für die Schweizer Wirtschaft, PNR 31 Vdf. 39-49.

PFISTER, Ch. 1994: Wâhrend sieben Jahren kaum noch Schnee im schweizerischen Mitteland: einmalige Schneearmut set mehr ais Jahren. NFPNR 311nfo 5,11-12.

RAETZO, H. 1997: Massenbewegungen im Gumigelflysch und Einfluss von Klimaänderungen. Diss. Universitat Freiburg, Vdf (sous presse).

RAETZO, H. & LATELTIN, O. 1996: Rutschung Falli Hëlli, ein ausserordentliches Ereignis ? Internationales Symposiun Interpraevent 1996 Garmisch-Partenkirchen, Tagungspublikation Band 3,129-140.

ROTHLISBERGER, G. 1991: Chronik der Unwetterschâden in der Schweiz. Ber. Eidgenëss. Forsch. anst. Wald Schnee Landsch. 330,1-122.

RUCH, P., STUECKLI, P., THEW, N., WICK, L., ZEH, M. & ZBAEREN, D. 1997: Comparaisons des signatures isotopiques, chimiques, minéralogiques et biologiques dans le Gerzensee.  Signification des réponses. Corrélation des δ 18O avec les glaces du Groenland pour le Postglaciaire. Rapport final PNR 31, vdf Hochschulverlag AG an der ETH Zürich, (en préparation).

SCHOENEICH, Ph. 1990: Datation de glissements de terrain et de sédiments fluviatiles et lacustres dans la vallée des Ormonts. Rapport scientifique pour le Fonds du 450- Institut de Géographie Université de Lausanne, 1-30.

ZIMMERMANN, M., MANI, P. & ROMANG, H. 1997: Magnitude-Frequency aspects of alpine debris flows. Comptes rendus du Symposium Dangers naturels ASSN Zürich, Eclogae geologicae Helvetiae, Vol. 3 (en préparation). [Fiche biblio]

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