RECHERCHE FONDAMENTALE

INFLUENCE DES HÉTÉROGÉNÉITÉS STRUCTURALES : FAILLES ET FRACTURES

Cette partie du travail de recherche de Thomas BOIS GIL s’est attardée à caractériser le rôle tenu par les hétérogénéités structurales, telles que les failles et les fractures, sur la perte de stabilité des versants et massifs rocheux.​

 

Pour traiter ce sujet, il a été utilisé une approche de modélisation physique, dimensionnée (les actions et leur effets sont proportionnées à la taille du modèle).

 

RÔLE TENU PAR LES FAILLES :

 

Pour caractériser le rôle tenu par les failles (grande extension latérale et forte pénétrativité dans le massif), il a été réalisé des modèles physiques du versant de La Clapière (Vallée de la Tinée, Alpes-Maritimes, France). Compte tenu de l’homogénéité lithologique (massif de gneiss) il n’a pas été introduit différents types de matériaux. Les modèles ont été réalisés suivant une coupe projetée de sorte à s’affranchir des effets de bord (modèle en « 2.5 D »).

 

Plusieurs configurations ont été testées pour le réseau de failles (absence de faille pré existante, failles listriques, présence d’un chevauchement basal, etc.).​

 

Les résultats obtenus ont montré que les failles jouent un rôle fortement conditionnant sur la rupture des versants, au travers :

  • de leur pré existence ;
  • de leur géométrie ;
  • de leur persistance.

En effet, l’absence de faille conduit à la formation d’une rupture profonde et de grande ampleur qui mobilise tout le massif (ce phénomène est connu dans la littérature sous le nom de sakung, ou Deep Seated Gravitational Slope Deformation). A contrario, l’addition de failles listriques pré existantes sans chevauchement basal conduit :

 

  • à une rupture analogue à celle ayant affecté le versant de La Clapière, avec activation d’un glissement de terrain localisé sur le versant ;
  • à la formation d’une fracture basale se propageant à la faveur des inflexions des failles listriques ;
  • à des déformations profondes de plus grande ampleur (type sakung), se traduisant en surface par l’ouverture de crevasses telles qu’observées sur le terrain.

 

 



 

 

 

 

Ces travaux ont fait l’objet de la rédaction d’un article paru en 2008 chez Earth and Planetary Science Letters (lien vers l’article)

 

 

RÔLE TENU PAR LES FRACTURES:

 

Parallèlement à ce qui précède, il a également été caractérisé le rôle tenu par des réseaux de fractures (plus petite extension latérale et plus faible pénétrativité). Pour se faire il a été considéré des modèles physiques en « 2.5 D » et en vraie 3D, basés sur le cas d’étude du glissement rocheux de Randa (cantons du Valais, Suisse).

 

Ce versant, ayant été le théâtre de deux glissements rocheux en 1991 (volume total mobilisé de 30 millions de mètres cube) présente la particularité d’être parcouru par plusieurs réseaux de fractures discontinues.

 

 

Modèles « 2.5 D »

 

Dans un premier temps l’étude a été menée en considérant un modèle dont la géométrie correspond à une coupe du versant suivant la direction de plus grande pente, projetée suffisamment largement pour s’affranchir de tout effet de bord. Plusieurs configurations ont été considérées (modèle sans fractures, modèles avec certaines fractures plus persistantes que d’autres, modèle avec même persistance de fracture).

 

 

Les résultats obtenus montrent que :

 

  • L’absence de fracture conduit à la formation d’une rupture circulaire, assez profonde et ne correspondant pas à la réalité observable sur site ;
  • L’addition de fractures ayant toutes la même persistance résulte en une connexion de l’ensemble des fracture délimitant une masse rompue constituée de plusieurs petits blocs, ce qui n’est pas conforme à la réalité ;
  • L’augmentation de la persistance de certaines fractures permet d’obtenir une rupture conforme à la réalité avec destructuration d’un premier bloc, et activation d’un second bloc à l’arrière poussant le premier et aboutissant à l’écroulement de ce dernier dans la vallée ;
  • La suppression de toutes les fractures (à l’exception des plus persistantes), peine à reproduire le résultat précédent et se traduit par une déstabilisation proche (en terme de cinématique et de volume mobilisé) de celle obtenue sans aucune fracture. Il en résulte donc que toutes les fractures jouent un rôle dans la déstabilisation, qu’elles se propage ou non, au travers d’un rôle de localisation/concentration des contraintes.

 

 



 

 

Modèles « en vraie 3 D »

 

Dans un second temps l’étude a été menée en considérant un modèle dont la géométrie est issue d’un modèle numérique de terrain dont la résolution spatiale est de 50 mètres. À nouveau plusieurs configurations ont été considérées (modèle sans fractures, modèles peu fracturé, modèle densément fracturé).

 

Les résultats obtenus montrent que :

 

  • L’absence de fracture conduit à la formation d’une rupture circulaire, assez profonde (de type sakung ou Deep Steated Gravitational Slope Deformation) sur laquelle se surimpose une rupture du versant (de plus petite ampleur). Ceci implique qu’il existe un contrôle exercé par la topographie sur la localisation de la rupture aussi bien à grande échelle qu’à plus petite échelle. Cependant, l’absence de fractures initiales ne permet pas d’obtenir une rupture suffisamment localisée ;
  • L’addition de quelques fractures pré existantes conduit à une meilleure localisation de la rupture, mais ne permet pas d’obtenir la cinématique de rupture observée lors des éboulements de Randa ;
  • En revanche, l’augmentation de la densité de fractures permet non seulement d’obtenir une rupture conforme à la réalité en terme de localisation, mais permet également d’obtenir une cinématique très proche de celle survenue lors de la rupture du versant.

 

 



 

 

 

 

 

CONCLUSION SUR LE RÔLE TENU PAR LES HÉTÉROGÉNÉITÉS STRUCTURALES :

 

Ces travaux ont permis de montrer que le rôle exercé par les hétérogénéités structurales, qu’il s’agisse de failles ou de fractures, sur la rupture des massif et des versants est fort et multiple.

 

Il a ainsi été mis en évidence que la déstabilisation gravitaire d’un massif rocheux, et particulièrement la cinématique associée, est fortement conditionnée par les hétérogénéités structurales affectant le massif et notamment au travers des paramètres propres que sont la géométrie, la persistance et la densité du ou des réseau(x) de failles ou fractures.

 

​En effet :

 

  • Il a été montré que la géométrie des failles affectant un massif influence la déformation profonde (et globale) du massif ainsi que les déformations de surface. Il en résulte donc que la cinématique de la masse déstabilisée est fortement influencée par la géométrie des failles en profondeur ;
  • Dans le cas de fractures discontinues, il a également été montré que le paramètre « persistance verticale » avait aussi un rôle important. La rupture va se localiser sur les structures les plus persistantes et être guidée par ces dernières ;
  • Les modèles physiques ont aussi montré que la densité des réseaux (qu’il s’agisse de fractures ou de failles) exerce également une influence importante sur la résistance effective à l’échelle du massif ainsi que sur la cinématique des glissements. En effet, plus la densité des fractures sera forte et moins la résistance effective grande échelle sera élevée et par conséquent plus facile sera la déstabilisation. De plus, il a été montré que des fractures en apparence inactives durant le mouvement gravitaire (ne propageant pas) ont une grande influence sur la cinématique du mouvement, de par conséquent modifient le champ de contraintes général.

 

Enfin, il a également été montré que la topographie joue un rôle non négligeable sur la localisation de la déformation. A la lumière de ceci, la suite du travail de recherche de Thomas s’est orienté dans cette direction