Glissements de terrain, surpressions de fluide et incisions : caractérisation géologique et modélisation : exemple du complexe de Waitawhiti, Nouvelle-Zélande

par Aurélien Lacoste

Thèse de doctorat en Sciences de la Terre

Sous la direction de Bruno Vendeville et de Lies Loncke.

Soutenue le 03-12-2009

à Lille 1 .


  • Résumé

    Les glissements de terrain sont un des principaux facteurs d’érosion des chaînes de montagne. L’étude des facteurs de déclenchement et des paramètres contrôlant l’évolution des instabilités gravitaires est donc un enjeu très important dans la compréhension des processus de dénudation des reliefs et dans la prévention du risque naturel associé. De nombreuses instabilités gravitaires affectent la Chaîne Côtière de l’île du Nord de Nouvelle-Zélande. L’analyse détaillée du complexe glissé de Waitawhiti, situé au cœur du synclinal de Tawhero, a permis de mettre en évidence un mécanisme de glissement original dans ce domaine émergé de marge active. Les glissements du complexe sont bordés en bas de pente par des vallées profondément incisées, dont la direction est perpendiculaire à la direction de mouvement des glissements. Trois zones d’échappement de fluides, mettant en évidence la migration vers la surface de gaz thermogéniques, ont été découvertes dans la région. Ces fluides peuvent se trouver confinés à la base de niveaux silteux peu perméables, et ainsi entrer en régime de surpression. De telles surpressions réduisent de façon critique la résistance au cisaillement de ces niveaux peu perméables et facilitent alors le glissement de la couverture sus-jacente. De plus, les fortes incisions fluviatiles érodent les butoirs distaux et éliminent ainsi toute force résistant au mouvement en bas de pente des glissements.Des modélisations analogiques ont montré que la combinaison de surpressions de fluide et d’incision favorise le déclenchement de glissements, même le long de faibles pentes basales. Des failles normales se forment le long des flancs de la vallée, et se propagent ensuite de façon rétrogressive vers le haut de pente. L’étendue de la déformation augmente avec l’augmentation de la pression de fluide et/ou de l’angle de base. Nous avons également développé un modèle analytique de glissement afin de détailler les forces mises en jeu et l’impact de la pression de fluide sur l’évolution des glissements en l’absence d’un butoir distal. Les résultats analytiques montrent, à l’instar des modèles expérimentaux, que le mouvement peut être initié dans ce cas lorsque de faibles pressions sont appliquées à la base de la couverture potentiellement mobile. La longueur de glissement augmente quand la pression de fluide augmente.L’incision fluviatile conduisant à la mise à l’affleurement de niveaux soumis à des surpressions de fluide et dont la résistance au cisaillement est réduite, et à l’absence de résistance en bas de pente, est identifiée ici comme un facteur important de déclenchement d’instabilités gravitaires de grande ampleur.

  • Titre traduit

    Landslides, fluid overpressure and incisions : geological caracterisation and modelling : the example of the Waitawhiti complex, New Zealand


  • Résumé

    Landsliding is a major erosional factor in mountain ranges. The study of the triggering factors and of the parameters controlling the evolution of gravitational instabilities is therefore an important stake in the understanding of the processes leading to the denudation of reliefs and in the prevention of the associated natural hazard. Multiple gravitational instabilities affect the Coastal Ranges of the North Island of New Zealand. The detailed analysis of the Waitawhiti sliding complex, located in the core of the Tawhero syncline, permits to reveal an original sliding mechanism in this emerged active margin setting.In this complex, the landslides are bounded downslope by deep-incised valleys having directions perpendicular to the sliding directions. Three gas seeps, evidencing upward migration of thermogenic gases to the surface have been discovered in the area. These fluids might be confined at the base of low-permeability siltstone layers, and be overpressured. Such fluid overpressure critically decrease the shear strength of these low-permeability layers and facilitate sliding of the overlying cover. Furthermore, deep fluvial incisions erode downslope buttresses, therefore removing any force resisting sliding at the base of the slope.Analogue modelling show that combined fluid overpressure and incision promote sliding, even on low-angle basal slopes. Normal faults form on the valley flanks, and propagate retrogressively upslope. The extent of the deformation increases with increasing fluid pressure and/or basal slope angle. We have also developed an analytical model of gravity sliding in order to detail the forces in presence and the influence of fluid pressure on the evolution of landslides in the absence of any downslope buttress. The analytical results show, as observed in the experimental models, that sliding might be triggered in this case where low pressures are applied at the base of the potentially mobile cover. The sliding-sheet length increases with increasing fluid pressure.Fluvial incision, leading to the exposure of mechanically weak layers subjected to fluid overpressure and to the removal of the force resisting sliding at the base of the slope, is identified in this study as an important triggering factor for large-scale gravitational instabilities.


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