Risques et aléas géologiques

L’étude et la connaissance du contexte géologique est une étape incontournable avant toute construction d’aménagement et davantage encore pour la création de barrages et de retenues collinaires. En effet, le sol a un rôle extrêmement important à jouer dans les fondations, pouvant à lui seul être responsable du succès ou de l’échec du projet. Pendant de nombreuses années, cette étape a été négligée, occasionnant des catastrophes à plus ou moins grande échelle. 

Buts et méthodes de l’étude géologique

Il existe plusieurs méthodes de prospection disponibles pour réaliser les études nécessaires à l’implantation d’une retenue : la cartographie, les photos aériennes et les études sur le terrain (Comité Français des Grands Barrages, 1997). Aujourd’hui, l’intervention d’un géologue professionnel est requise dans la plupart des cas. Les buts de cette étude sont diverses : elle permet de replacer le site dans un contexte local et régional, de déceler d’éventuelles conditions géologiques rédhibitoires à toute construction, d’orienter le déroulement de la suite des études et éventuellement d’affiner le lieu d’implantation de la retenue en tenant compte de toutes les observations faites. L’étude tectonique tient notamment une part prépondérante afin de repérer la présence de potentielles failles sismiques actives qui pourraient affaiblir les fondations. Rappelons que les secteurs montagneux, et particulièrement les Alpes en constante formation, sont des zones très actives. 

Les différents aléas géologiques

Les informations suivantes sont tirées du livre Retenues d'altitude de L. Peyras et P. Mériaux (2009). 

La prise en compte des aléas géologiques est un point capital pour la construction d’une retenue, notamment en milieu montagnard où les versants sont souvent instables. Certains aléas peuvent être responsables de l’abandon pur et simple du projet car ils représentent un risque non maîtrisable et trop important. Nous allons ici développer trois types d’aléas liés à la géologie : les mouvements gravitaires rapides, les mouvements gravitaires lents et les instabilités souterraines.  

  • Les mouvements gravitaires rapides

Ce sont des mouvements rocheux, qui peuvent être classés en fonction de leur importance et du volume transporté. On distinguera les simples chutes de pierres et de blocs, les éboulements et les écroulements rocheux. On considère un bloc ou rocher comme un volume unitaire compris entre le dm3 et la centaine de m3. Une pierre présente un volume inférieur au dm3. On appelle une chute de pierres ou de blocs un mouvement impliquant un volume total inférieur à 500 m3 et où on considère qu’il n’y a pas d’interaction entre les différents éléments. On appelle un éboulement rocheux un mouvement impliquant un volume total supérieur à 500 m3 et où existent des interactions, des chocs, entre les éléments en mouvement. Ces interactions vont rendre la prévision de ces mouvements et la dynamique générale plus complexes. Il est important de connaître la composition du sol car le type de roche (magmatique, métamorphique, sédimentaires) ainsi que la végétation, la tectonique des sols ainsi que le climat vont être paramètres influents de la dynamique. L’étude géologique se fait en 2 étapes :

  • Localiser les zones de départ et évaluer leur activité (fréquence de départ et volume produit)

  • Délimiter la zone maximale de propagation

Il faut pour cela repérer les blocs arrêtés surplombant, et également réaliser une étude historique sur les précédents événements ayant eu lieu pour évaluer l’activité. Dans le cas de notre station qui est boisée on peut repérer les cicatrices sur les arbres (étude dendrochronologique) et dater les blessures. Tous ces indices d’activité sont appelés des témoins silencieux (présence en falaise de zones de couleurs différentes et très contrastées pour repérer les points de départ, les arbres blessés avec fragments de roches dans le tronc, impacts dans le sol sous forme de cratère, blocs dans les arbres, etc).

Reconstituer les trajectoires potentielles de chacun de ces mouvements peut s’avérer fastidieux car beaucoup de paramètres entrent alors en jeu. Il existe des logiciels de simulation mais les résultats doivent être interprétés avec prudence. Les études sur le terrain sont indispensables pour repérer ces indices non repérables par cartographie. 

  • Les mouvements gravitaires lents

Ce sont principalement des glissements de terrain. Ce sont des mouvements naturels qui permettent de rétablir l’état d’équilibre naturel perdu par la disparition des glaciers qui ne jouent plus le rôle de support. Même si ce sont des mouvements naturels, la réalisation d’aménagements et notamment la construction d’une retenue peut engager un mouvement du fait d'une surcharge locale ou de l'augmentation des pressions interstitielles dans le sol engendrée par des fuites de la retenue. Il existe deux types de glissements : le premier est un glissement plan sur une couche dite « savon ». Le second est le glissement rotationnel. Il est plus facile de prévoir un glissement plan car la couche savon est souvent reconnaissable grâce aux études géologiques préliminaires, mais le glissement rotationnel se produit de façon plus courante. L’utilisation de photos aériennes peut permettre de reconnaître des indices quant à ces instabilités tels que des décrochements, des éboulements actifs, des zones de bombements, synonymes de l’activité du mouvement. Des observations sur site nous permettront de trouve des indices tels que des failles, mais aussi des fracturations ou des schistosités.

  • Les instabilités souterraines 

Elles sont le plus souvent liées à la présence de karst ou de poches de gypse pouvant entraîner des effondrements. Les formations karstiques sont des formations très poreuses : elles présentent des difficultés à retenir et l’eau et sont instables en entraînant parfois la rupture de grottes et donc un affaissement du terrain. Elles sont à éviter sur les sites de construction. La recherche des instabilités liées au quartz peut être réalisée grâce aux cartes géologiques et à des observations de terrain. Les indices les plus courants à repérer  sont la présence d'affleurements de calcaires massifs, des formes de dolines ou la présence de lapiaz. Ces formes sont observables dans la Chartreuse par exemple. 

Figure 1: un lapiaz à la Dent de Crolles, dans le massif de la Chartreuse (Isère) Source : Wikipedia

La présence de gypse représente également un critère qui peut être rédhibitoire. De formule CaSO4·2H2O, cette roche évaporite est composée de sulfate de calcium. Elle est particulièrement sensible à l’eau. Elle est formée par la superposition de plusieurs feuillets successifs, reliés entre eux par des liaisons faibles. En cas d’infiltrations locales d’eau, ces liaisons vont être fragilisées entraînant la dissolution du gypse, ce qui peut provoquer des effondrements. Ce sont des phénomènes bien connus dans les carrières de gypse notamment en la région parisienne. Pour cette raison, une attention particulière devra être apportée à l’étanchéité de la retenue et du réseau si du gypse venait être trouvé sur site.
La présence de gypse n’est pas aisée à reconnaître. En plus des cartes géologiques, une étude de terrain est plus que jamais nécessaire avec le repérage de cargneules, des roches vacuolaires jaunâtres avec des reliefs découpés. Une eau sulfatée pourrait également être synonyme d’un sol contenant du gypse (voir le contexte géologique et qualité de l'eau). 

Figure 2- cargneule (source: site Géologie et patrimoine, Matheysine et alentours) 

De manière globale, la composition souterraine au niveau local est à prendre en compte. La présence d’argiles est à vérifier car elles sont soumises à des variations importantes de volume : elles peuvent gonfler en présence d'eau et se rétracter en période de dessiccation, provoquant des mouvements au sein de la retenue. La présence d’une couche meuble hétérogène en profondeur peut également induire des phénomènes de suffusion, où l’érosion souterraine provoque un affaissement de la surface. 

Contexte géologique de la station de Puy-Saint-Vincent

Nous allons ici étudier le contexte géologique de la station, et nous intéressant plus particulièrement aux sites éventuels retenus pour la construction de la retenue. 

  • Constitution du sol et contexte géologique

La station de Puy-Saint-Vincent est située dans la région Briançonnaise, dans le département des  Haute-Alpes. Située dans le massif des Ecrins-Pelvoux, ce dernier fait partie des massifs cristallins externes. 

Figure 3- carte géologique des zones alpines et ensembles rocheux rencontrés dans les Alpes occidentales françaises (Source : www.geol-alp.com)

Les roches constituant le sol au niveau de la station sont principalement sédimentaires et métamorphiques. Les cartes géologiques du Briançonnais montrent que le haut de la station est principalement formé de flyshs et de conglomérats nummulitiques (roches sédimentaires calcaires). On remarque également une ceinture de gypse (en rouge sur les figures 4 et 5) située juste au-dessus de la ville de Puy-Saint-Vincent. Même si elle ne semble pas très étendue et située vers le bas de la station, et que le gypse ne semble pas très présent dans la vallée de la Vallouise, des études plus approfondies sur le terrain, notamment la réalisation de carottages au niveau des sites choisis pourraient être nécessaires afin de confirmer cela. 

Figures 4,5,6: cartes géologique de Puy-Saint-Vincent, indiquée dans le cadre rouge, et leur légende. La commune étant située la jonction de quatre cartes géologiques différentes, elles doivent être compilées afin d'avoir une idée du contexte géologique global.

La localisation de la station dans les Alpes peut également induire localement la présence de roches métamorphiques. Les schistes, lorsqu’ils se délitent en feuillets, deviennent particulièrement instables et sujets aux mouvements gravitaires rapides. Une étude locale permettra d’évaluer leur présence au niveau des sites sélectionnés. ​

  • Etude des aléas géologiques et sites de construction

Plusieurs sites potentiels ont été sélectionnés pour construire la retenue collinaire. Ils sont au nombre de quatre. Nous allons nous intéresser aux caractéristiques géologiques de chacun d'entre eux afin d'estimer les aléas géologiques que nous pourrions rencontrer et ainsi évaluer leur potentiel de construction respectif. Les données satellites utilisées datent de 2010.

Figure 7- présentation des quatre sites potentiels de construction de la retenue (Source: Google Earth)

Ces sites ont été choisis en collaboration avec le binôme 1 afin qu'ils répondent aux différentes contraintes hydrologiques et de construction. Le trait rouge délimite les contours du bassin et de la station. 

Site 1:

 

Figure 8- emplacement du site 1 à l'ouest du bassin. Les coordonnées exactes sont indiquées en bas de l'image (source: Google earth).

Ce site est situé sur un replat naturel, ce qui est un atout pour la construction, évitant ainsi des travaux de terrassement trop lourds. Cependant, il est situé sous un relief présentant des signes d'instabilité. En effet, la présence de zones plus claires à l'ouest du site marquant une frontière plus ou moins nette peut être synonyme d'une dynamique des sols, notamment pour les mouvements gravitaires lents ainsi que des éboulements. 

Figure 9-  vue du site 1 et exposition à des pentes supérieures à 30° indiquées en rouge  (Source: www.skitrack.fr)

Cette carte permet de voir que le site 1 est bien situé à l'aval de pentes supérieures ou égales à 30°, ce qui représente un risque non négligeable de mouvements gravitaires. Des études de terrain plus poussées seront nécessaire afin de déterminer la cohérence du sol et les risques d'éboulement. La mise en place de mesures de sécurité lors de passage d'engins ou la mise en place de protection devront être envisagées en cas de construction (voir la construction d'aménagements associés à la retenue)

Site 2: 

Figure 10- emplacement du site 2, à l'ouest du bassin, au-dessus du site 1 (source: Google earth)

Il est constitué d'un lac naturel. Situé à proximité de la ligne de crête, il peut être sensible à certains aléas climatiques comme des vents forts, de l'érosion, l'apports de particules éoliennes, un ruissellement fort. Cependant, son environnement boisé lui confère une protection contre ces aléas ainsi qu'une cohésion du sol pour éviter les glissements de terrain. En cas de construction, un boisement maximum devra être conservé afin d'assurer cette protection. 

Figure 11- vision surplombante du site 2. Estimation de l'exposition à des pentes supérieures à 30° ainsi que de la proximité avec la ligne de crête (source: Google earth)

Site 3: 

Figure 12- emplacement du site 3 (Source: Google Earth)

Le site 3 est situé sur un plateau naturel. Du fait de son emplacement, il n'est pas directement menacé par des éboulements. Cependant, il est très exposé aux aléas climatiques. La proximité de pentes supérieures à 30° situées en aval nécessiteront une étude approfondie du sous-sol afin de prévenir tout mouvement gravitaire lent que pourrait occasionner une surcharge locale créée par la retenue.

Figure 13- Exposition du site 3 aux pentes supérieures à 30° indiquées en rouge. (Source: www.skitrack.fr)

Site 4:

Figure 14- Emplacement du site 4 à l'est du bassin et de la station. (Source: Google Earth)

Cet emplacement est situé à l'est de la station, sur la ligne de crête séparant le bassin versant de la combe de Narreyrrou. De la même façon que pour le site 3, il n'est pas directement menacé par des phénomènes d'éboulement du fait de sa position surplombante, mais sa proximité avec des pentes supérieures à 30° doit être prise en compte.

Figure 15- vision surplombante du site 4 et proximité avec des pentes supérieures à 30°. (Source: www.skitrack.fr)

Conclusion de l'étude et avertissement:

Ces observations préliminaires se basent uniquement sur des cartes géologiques et des images satellites. Elles ne permettent pas de connaître toutes les caractéristiques géologiques avec précision, mais permettent d'avoir une première impression. Des études de terrains sont absolument nécessaires pour repérer les caractéristiques locales, avec notamment des carottages afin de déterminer les caractéristiques du sol qui sont primordiales.