Analyse des processus de glissements gravitaires sous-marins par une approche géophysique, géotechnique et expérimentale : cas de la pente continentale de Nice

par Maëlle Kelner

Thèse de doctorat en Sciences de la planète et de l'univers

Sous la direction de Sébastien Migeon et de Emmanuel Tric.

Soutenue le 21-12-2018

à Côte d'Azur , dans le cadre de École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice) , en partenariat avec Université de Nice (établissement de préparation) , Laboratoire Géoazur (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) (laboratoire) et de Géoazur (laboratoire) .

Le président du jury était Françoise Courboulex.

Le jury était composé de Françoise Courboulex, Agnès Baltzer, Nabil Sultan, Gabriela Unterseh.

Les rapporteurs étaient Agnès Baltzer, Nabil Sultan.


  • Résumé

    Les glissements de terrains sous-marins, même de petite taille, représentent un risque majeur d’érosion littorale et de submersion marine lorsqu’ils sont déclenchés à proximité des côtes. Ce fut le cas à Nice (France) avec l’effondrement en mer d’une partie de la plateforme aéroportuaire, suivit d’un tsunami du fait d’un glissement sous-marin en octobre 1979. Du fait que la pente continentale niçoise soit abrupte, à proximité des côtes et soumise à une activité sismique modérée, elle constitue un véritable laboratoire naturel pour l’étude des glissements sous-marins de petite échelle. Ce travail repose sur une approche multidisciplinaire permettant une étude globale des processus de glissement dans la zone proximale. Il intègre des données issues de la géophysique marine, de la sédimentologie de la géotechnique et une phase préliminaire de modélisation numérique. Pour la première fois, la morphologie ainsi que l’architecture des dépôts du delta du Var ont été investigués à partir de données de très haute résolution. Elles ont permis d’identifier la signature de nombreux processus gravitaires de petite taille en surface (morphologie / taille / répartition spatiale) ainsi que leur imbrication en profondeur. Dans le cas du glissement de 1979, des éléments encore inconnus ont été identifiés tels que : 1) ses cicatrices Est et Ouest ; 2) des blocs et paquets glissés non évacués ; 3) la surface de glissement en profondeur ; 4) l’estimation d’un volume total déplacé différent du volume de sédiments évacués. Les carottes sédimentaires ont ensuite permis de discuter de la répartition en zone proximale des dépôts/érosion et de l’enregistrement de paléoglissement à partir de l’état de surconsolidation des dépôts. L’activité des glissements a été estimée dans le temps. Les plus grands glissements (V > 106 m3) ont des fréquences estimées ~50 ans, les glissements de taille moyenne (105 < V < 106 m3) autour de 3 à 25 ans, et les nombreux petits glissements (V < 105 m3) tous les 1-2 mois à 5 ans au cours des périodes actives des 50 dernières années. Ces glissements sont enregistrés dès la zone proximale à des fréquences de 3-7 ans au cours des périodes de plus forte activité depuis 400 ans. L’évolution de la morphologie suit des cycles successifs de déclenchement/quiescence/rechargement. À l’échelle de temps humaine deux cycles s’étendent de 1967-1999 et de 1999-2011 ; les ruptures se regroupent en cluster de 5-10 ans. À l’échelle pluriséculaire, les clusters de turbidites durent 20-40 ans et les périodes de quiescence ~100 ans. Enfin, cette étude apporte de nouvelles contraintes à propos des facteurs déclenchants ou préconditionnants agissant sur le delta du Var. L’état de stabilité de la zone semble être fortement préconditionné par la complexité de la topographie, l’état de consolidation des sédiments et l’importance des apports sédimentaires du Var. L’architecture des dépôts semble principalement contraindre la profondeur des instabilités. Parmi les forçages externes connus sur la zone, nous avons cartographié l’extension de la zone riche en gaz ainsi que des panaches de fluides dans la colonne d’eau. Notre analyse montre que l’amplitude des précipitations, des crues et du niveau de la nappe alluviale seraient trop faibles au cours des 50 dernières années pour agir en tant que facteur déclenchant de manière isolée. Afin de déstabiliser les pentes, ces forçages semblent devoir être couplés entre eux ou associés à l’action de séismes. Les analyses des bases de données en lien avec l’activité des glissements ainsi que les tests numériques permettent de suggérer que la sismicité régionale et que les séismes historiques sont soit 1) de magnitude trop faible, soit 2) à de trop grandes distances des zones de déclenchement, pour générer des PGA assez fort (0,2 g) et avoir individuellement un impact sur les pentes du Delta.

  • Titre traduit

    Analysis of submarine mass-movements processes through a geophysical, geotechnical and experimental approach : case study of the Nice continental slope


  • Résumé

    Small submarine landslides, when triggered near the coast represent a major coastal hazard due to erosion of the coastline and marine submersion. In October 1979, a submarine landslide generated a part of the airport platform of Nice (France) to collapse at sea and provoked a tsunami. Because the continental slope off this region is abrupt, close to the coast and subject to moderate seismic activity it is a natural laboratory to study small-scale submarine mass movements processes. This work is based on a multidisciplinary approach allowing a global study of landslide processes in the source area. It integrates data from marine geophysics, sedimentology, geotechnics and numerical modelling. For the first time morphology and architecture of the Var delta deposits are investigated using very high resolution data. It allows identification of numerous small-size gravitational processes signatures as well as their embedding at depth. In the case of the 1979 landslide previously unknown features are identified: 1) eastern and western scars, 2) in-situ blocks and lateral spreading’s traces, 3) in-depth sliding surface, 4) estimation of a total displaced volume, which is different from the evacuated sediment volume. The sedimentary cores are then used to discuss the proximal distribution of deposits, erosion and paleo-landslides records from the deposits overconsolidation. The landslide activity has been estimated over time in terms of return frequencies. The largest landslides (>106 m3) have return frequencies nearing 50 years; the medium-size landslides (105 > V > 106 m3) between 3 and 25 years; and the numerous small landslides (<105 m3) every 1-2 months to 5 years during the most active periods in the last 50 years. Landslides deposits recorded in the source area show return frequencies of 3-7 years during periods of greater activity over the last 400 years. The morphology’s evolution follows successive cycles of sliding/quiescence/reloading. In recent times, two main cycles can be observed (from 1967 to 1999 and from 1999 to 2011) during which triggering are clustered in 5-10 years. On a longer time scale, the turbidites clusters span 20-40 years and quiescence periods ~100 years. Finally, this study brings new constraints on preconditioning and triggering factors acting on the Var delta. The stability of the area seems to be strongly conditioned by the complexity of the topography, the sediments consolidation and the quantity of sediments brought by the Var river. The deposits architecture mainly constrains the depth of the instabilities. Among the external drivers known in the area the extension of the gas-rich zone as well as fluids plumes in the water column have been considered and mapped. Looking at other external drivers, the analysis shows that the magnitude of rainfall and floods, and the alluvial water level would be too low over the past 50 years to act as an isolated triggering factor. In order to destabilize slopes, these external drivers need to be tackled together or associated to earthquakes. Relationships between databases analyses, landslides activity and numerical tests suggest that regional seismicity and historical earthquakes are either too small or too distant from the source areas to generate sufficient peak ground acceleration (0.2 g) and to have an individual impact on the delta slopes.


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