S E O L A N E

Transcription

S E O L A N E

SEOLANE
S ite d’ E tude, d’ O bservation, de L ogement et d’ A ccueil
autour de la N ature et de l’ E nvironnement en Ubaye
Dossier scientifique
LA REGION DE BARCELONNETTE :
Un laboratoire naturel privilégié pour l’étude
multidisciplinaire des instabilités gravitaires
et de la vulnérabilité environnementale
à différentes échelles spatio-temporelles
Dossier scientifique SEOLANE – Version du 06/01/10
1
SOMMAIRE
I-
INTRODUCTION
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II- SURVEILLANCE ET ETUDE DES ESSAIMS SISMIQUES DE LA VALLEE DE L’UBAYE
Page 5
III- PROCESSUS GRAVITAIRES ACTIFS ET FOSSILES DU
BASSIN DU SE EN PROVENCE AUX ALPES MERIDIONALES
Page 7
III-1 : Les glissements gravitaires d’ampleur régionale et actifs dans le bassin du SE
Page 7
III-2 : L’activité tectonique active et récente des Alpes
Page 7
III-3 : Mesure des mouvements verticaux
Page 8
III-4 : La tectonique gravitaire fossile des Alpes méridionales
Page 9
IV- LES RESÉDIMENTATIONS CARBONATÉES DANS UN BASSIN EN OUVERTURE :
LES CONGLOMÉRATS ET CALCAIRES NUMMULITIQUES (PRIABONIEN)
DES MASSIFS DU SUD DE L’UBAYE
V-
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RELATIONS ENTRE SISMICITE, FAILLES RECENTES ET MOUVEMENTS GRAVITAIRES GEANTS
(SACKUNGS) EN HAUTE UBAYE
Page 12
V-1 : Les sackungs en Ubaye
Page 12
V-2 : Les failles actives en Ubaye
Page 13
VI- MECANISMES DE GLISSEMENTS ET RISQUES HYDRO-GRAVITAIRES
EN VALLEE DE L’UBAYE
Page 17
VI-1 : Mécanismes de glissements de terrain en Vallée de l’Ubaye : observation, caractérisation
et modélisation dans le cadre de l’Observatoire INSU OMIV
Page 20
VI-2 : Evaluation quantitative du risque hydro-gravitaire dans le Bassin de Barcelonnette
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VI-3 : Outil d’aide à la décision (DSS) pour la gestion du risque hydro-gravitaire – Phases
de prévention et de crise
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VI-4 : Hydrogéologie et caractérisation des flux préférentiels dans les massifs marneux fracturés
Page 27
VI-5 : Processus hydrologiques extrêmes en Ubaye : crues, laves torrentielles et inondations
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VII- EVOLUTION RECENTE A ACTUELLE DES VERSANTS ET DE L’IMPACT
ANTHROPIQUE ET CLIMATIQUE
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VII-1 : Plate-forme permanente d’observation de l’environnement forestier alpin
Page 32
VII-2 : Réponses des populations d’herbacées au changement climatique, plasticité
phénotypique et sélection de variants génétiques
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VII-3 : Connaissances et suivi des entomofaunes selon un gradient altitudina.
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1/ Les Coléoptères terricoles et les pièges terrestres
2/ Les Coléoptères forestiers et les pièges aériens
Page 36
Page 36
VII-4 : Projet d'étude de la taphonomie des Coléoptères dans les lacs et marais d'altitude
Page 37
VII-5 : Expérimentation sur la relation pluie pollinique/végétation : calibration
et relation avec le climat
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VII-6 : Surveillance et exploitation des gisements de bois fossiles ubayens
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VIII - REFERENCES
Page 43
2
I – INTRODUCTION.
Les phénomènes gravitaires sont parmi les principaux facteurs de risque à considérer dans les zones de
relief. Ces phénomènes gravitaires peuvent agir de l’échelle crustale, avec par exemple l’étalement gravitaire des
Alpes et l’activité sismique particulière qui en résulte, à l’échelle des processus de transport et de sédimentation
d’un torrent. Leur étude et leur compréhension doivent passer par l’intégration de ces différentes échelles. Par
exemple des glissements de versant peuvent résulter de secousses sismiques elles mêmes conséquence de
mouvements gravitaires crustaux.
La vallée de l’Ubaye, et de façon plus générale les Alpes du Sud, offre un véritable laboratoire géologique
pour l’étude des phénomènes gravitaires dans leur vaste gamme de taille, et de leurs relations génétiques. En
partant de l’étalement gravitaire des Alpes, jusqu’aux mouvements gravitaires de versants et des facteurs
climatiques et anthropiques, et en passant par les processus de mise en place des grandes nappes gravitaires des
flysch alpins, les phénomènes gravitaires qui peuvent être étudiés dans les Alpes du Sud touchent les points forts
des avancées récentes de la recherche.
Les théories de la tectonique des plaques ont été une avancée majeure des sciences de la terre (e.g. travaux
du Professeur Le Pichon). Cependant, tandis que les récents travaux en géomorphologie mettaient en évidence
l’importance de la contribution du relief dans l’évolution géodynamique d’une chaîne de montagnes (Cederborn et
al., 2004; Champagnac et al., 2007), les dernières avancées en géophysiques révélaient l’importance du moteur
gravitaire dans les processus tectoniques (e.g. Sue at al., 1999 ; Le Pichon, cours au College de France ). Ces
avancées majeures dans la compréhension de la géodynamique des chaînes sont le fruit d’études dans les Alpes et
en Provence.
Dans les Alpes, les campagnes et les réseaux GPS permanents ont montré qu’actuellement cette chaîne
n’absorbe pas de raccourcissement dans la direction de la convergence Afrique/Europe (e.g. Calais et al., 2002).
L’analyse des mécanismes au foyer enregistrés grâce au réseau Sismalp de Grenoble a révélé que les Alpes internes
étaient caractérisées par une extension radiale (e.g. Sue et al., 1999).
En Provence, les travaux de géophysique et de structurale menés par le Collège de France ont récemment
démontré que les déformations et la sismicité, qui étaient classiquement attribués à la convergence
Afrique/Europe, résultaient également de forces gravitaires qui entraînent ici le glissement vers le sud du panneau
Provençal bordé à l’est et à l’ouest par les failles décrochantes de la moyenne Durance (e.g. Guignard et al., 2005)
et de Salon.
3
A la croisée de ces deux domaines, les Alpes de Provence (et en particulier la vallée de Barcelonnette) sont
un lieu privilégié pour l’étude des phénomènes gravitaires en l’absence de convergence tectonique. Du fait de son
relief et de sa structure géologique cette région permet l’étude de phénomènes gravitaires actuels et passés sur
une large gamme d’échelles :
1) A l’échelle de l’arc alpin. La vallée de l’Ubaye est une des zones les plus actives sismiquement en séismes
extensifs caractéristiques des alpes internes. Elle a été aussi le site du plus fort séisme extensif des Alpes de
la période instrumentale et de nombreuses failles normales cartographiées sur le terrain pourraient être
encore actives.
2) A l’échelle des Alpes Françaises, les Alpes du sud ont été caractérisées par la mise en place
vraisemblablement gravitaire, des grandes nappes de Flysch entre les massifs cristallins externes des Ecrins
et du Mercantour. Les mécanismes de mise en place de ces grandes nappes sur des dizaines de kilomètres
sont encore très mal compris.
3) Les nappes gravitaires se sont mises en place à l’Eocène dans un vaste bassin sédimentaire flexural marin,
le bassin nummulitique des grès d’Annot, dont les processus de remplissage implique différents types
d’écoulements gravitaires. Les processus de remplissage de cette mer alpine ont particulièrement intéressé
les géologues de l’Institut Français du Pétrole et de diverses universités nord-européennes (e.g. Sinclair and
Allen, 1992 ; Naylor and Sinclair, 2008).
4) A l’échelle des massifs. Les montagnes environnant Barcelonnette montrent de nombreux «sackungs »,
qui sont les plus grands mouvements gravitaires connus et qui viennent d’être reconnus comme tels en
France, qui impliquent des versants entiers, voire des montagnes, et qui pourraient être générés et
entretenus par des secousses sismiques.
5) A l’échelle des versants la vallée de l’Ubaye est connue pour la concentration en instabilités gravitaires
comme les glissements coulées des terres noires auxquelles s’ajoutent les laves torrentielles qui ont formé
des cônes torrentiels parmi les plus grands de France (e.g. le Riou Bourdoux). Plusieurs de ces instabilités,
spécifiques à l’échelle mondiale et faisant l’objet de recherches depuis une vingtaine d’années, sont
labélisées par l’INSU dans le cadre de l’Observatoire Multidisciplinaire des Instabilités de Versants (OMIV,
http://eost.u-strasbg.fr/omiv).
6) Pour juguler les phénomènes érosifs et gravitaires liés au sur-pâturage, les Alpes du sud constituent
ème
depuis la fin du 19 siècle un terrain expérimental privilégié. L’étude de l’évolution récente à actuelle des
versants et des facteurs climatiques et anthropiques peut y être effectuée sur une période de plus de 11 000
ans grâce notamment aux archives de bois subfossiles présents en vallée de l’Ubaye et dans les vallées
environnantes.
4
II- SURVEILLANCE ET ETUDE DES ESSAIMS SISMIQUES DE LA VALLEE DE L’UBAYE.
1
2
1
2
Texte rédigé par : Guillaume DANIEL , François THOUVENOT , Olivier FABBRI , Liliane JENATTON
1
UMR 6249 Chrono-Environnement, Université de Franche-Comté, 16 route de Gray, 25030 Besançon cedex
2
LGIT UMR 5559, CNRS, Université Joseph Fourier, BP 53, 38041 Grenoble cedex.
La vallée de l’Ubaye est l’une des régions métropolitaines les plus actives sismiquement. La vallée a connu par
le passé des événements sismiques jusqu’à des magnitudes supérieures à 5, dont le séisme de St Paul-sur-Ubaye
(Mag. 5.5, le 5 avril 1959) constitue le plus récent témoignage. Une autre particularité de cette région à l’activité
modérée, est l’occurrence épisodique de périodes intensément actives, appelées « essaims ». Ces essaims diffèrent
des successions d’un choc principal et de ses répliques, en ce qu’aucun événement dominant n’initie l’activité
sismique, et que celle-ci croît et décroît irrégulièrement pendant plusieurs jours à plusieurs mois, sans motif
récurrent d’une crise à l’autre. C’est ainsi que plus de 16.000 événements microsismiques ont été enregistrés par le
réseau sismologique Sismalp en Ubaye, lors de l’essaim sismique des années 2003 et 2004. L’étude des essaims
sismiques s’avère aujourd’hui essentielle à une compréhension fine et à une caractérisation des processus
physiques qui siègent dans les profondeurs de la croûte terrestre et qui peuvent mener au déclenchement de
tremblements de terre.
L’occurrence du séisme de St Paul en 1959 a mis en avant d’une part, la vulnérabilité de l’habitat local à un
séisme modéré, et d’autre part, le besoin d’une surveillance accrue de la sismicité dans la région. Rothé et
Dechevoy (1967) rappellent effectivement qu’une grande partie des habitations de St Paul ont subi des
1
dégradations importantes liées à ce séisme, mais que son épicentre ne put être localisé précisément, étant donné
l’instrumentation déployée à l’époque. Il fut donc impossible de situer, à moins de 15 km près, la faille tectonique
à l’origine de cet événement sismique. Ce dernier aspect fut grandement amélioré par l’installation du réseau
sismologique Sismalp à partir de 1989, qui nous permet aujourd’hui d’identifier les failles tectoniques actives avec
une précision inférieure au km. Les stations sismologiques distantes permirent néanmoins d’établir que ce séisme
joua sur une faille N175E, en mécanisme décrochant associé à une faible composante extensive (Fréchet, 1978).
Parmi les essaims sismiques qui ont visité la région depuis 1959, deux séquences furent particulièrement
importantes. La première s’est déroulée entre 1976 et 1977. Notre connaissance de cette crise n’est cependant
qu’assez partielle pour les raisons décrites plus haut. Un déploiement temporaire de stations sismologiques
pendant quelques semaines (de mi-septembre à mi-octobre 1977), a cependant permis à Fréchet et Pavoni (1979)
de réaliser le suivi d’une partie de cette activité. Ces auteurs purent alors localiser avec précision plusieurs
centaines d’événements sismiques au NE de St-Paul, sous le massif du Chambeyron. Ils montrèrent également que
les plus gros séismes de la séquence sont associés au jeu de failles normales présentant une direction d’extension
Est-Ouest.
La seconde crise importante depuis le séisme de St Paul fut l’essaim sismique initié en 2003 et qui perdura
jusqu’à la fin de 2004. La station sismologique de Jausiers, située juste à l’aplomb de la séquence, enregistra plus de
16 000 séismes, dont les magnitudes sont comprises entre -1.3 et 2.7 (Jenatton et al., 2007). Cet essaim situé à
2
environ 5 km au SW de St-Paul-sur-Ubaye est très clairement une sismicité de socle , liée à l’existence de failles
préexistantes. L’analyse précise de cet essaim nous a récemment permis d’y relever plusieurs signes d’une activité
sismique particulièrement atypique, mais néanmoins distribuée le long d’une faille tectonique unique d’azimut
N130E. L’évolution spatiale de la sismicité montre une progression unilatérale de l’activité vers le SE (voir figure).
Ce genre de migration est tout à fait inattendu dans le cadre d’observation usuelle de l’activité sismique aux
frontières de plaques. En effet, si la sismicité aux frontières de plaques permet habituellement de définir
clairement les failles associées3, on n’y observe jamais, par contre, de migration systématique des événements le
long d’une direction particulière. Cela suggère donc qu’un processus physique siégeant en profondeur serait
1
Effondrements de pignons, endommagement important d’une chapelle, écroulement de la voûte de l’église du chef-lieu. Ce séisme a été
ressenti jusqu’à Toulon.
2
L’essaim est localisé le long d’une bande entre 3 et 8 km de profondeur
3
L’organisation spatiale des hypocentres aux frontières de plaques s’aligne généralement le long de plans préférentiels définissant les failles
tectoniques
5
responsable du caractère anormal de cette migration. Nous avons également pu montrer récemment qu’un tel
processus en profondeur serait directement responsable de la génération d’une fraction de cette activité sismique ;
le reste étant (plus classiquement) dû aux répliques induites par chacun des (micro)séismes de la séquence. Ces
observations récentes sont finalement tout à fait cohérentes avec un modèle simple de propagation de fracture
liée à la migration d’une surpression de fluide en profondeur (Daniel et al., 2009). L’analyse poussée de l’évolution
spatiale et temporelle de l’activité de l’essaim de l’Ubaye en 2003 et 2004 nous a donc permis d’éclaircir un des
mécanisme à l’origine de la sismicité dans cette région. Il s’agit également d’une séquence potentiellement
importante à l’étude plus générale des interactions entre circulations de fluides dans la croûte terrestre et
déclenchement des tremblements de terre.
À l’heure actuelle, un certain nombre de points restent cependant à éclaircir. Et il devient dorénavant
primordial d’opérer une synthèse des connaissances sismologiques et géologiques dans la vallée de l’Ubaye. La
sismologie impose l’intervention de fluides crustaux profonds pour générer une partie de la sismicité en Ubaye.
Pour aller plus loin, il nous faut maintenant développer une collaboration étroite avec les géologues spécialistes de
la région pour en apprendre plus sur la nature de ces fluides, via l’étude de la géologie locale, et des composés
chimiques mobilisables dans la croûte à une telle profondeur. L’intégration de la géologie à l’échelle régionale
(englobant le massif du Mercantour) peut aussi nous renseigner sur le lien entre ces circulations de fluides
profonds et les systèmes hydrothermaux localisés à quelques dizaines de km. D’un point de vue plus sismologique,
une analyse complémentaire des sismogrammes de la crise de 2003-2004 nous permettra d’imager l’évolution des
propriétés mécaniques dans la croûte au cours de cet épisode de fracturation, et d’en apprendre plus sur ce
processus de fracturation hydraulique.
En conclusion, il convient de rappeler que certains essaims sismiques ont été observés à proximité de grandes
failles tectoniques préalablement à l’avènement de grands tremblements de terre (par ex., avant le séisme d’Izmit Mag 7.4- en 1999 en Turquie; ou avant les séismes d’Hokkaido -Mag 8.1- et de Sanriku -Mag 7.5- en 1994 au Japon,
voir Evison et Rhoades, 1999). Il ne faut donc pas négliger l’apport potentiel d’information, encore relativement
peu exploité que représentent de telles crises microsismiques.
Figure 1: Vue en coupe (haut) et en carte (bas) de l'essaim sismique de l'Ubaye entre janvier 2003 (bleu) et décembre
2004 (rouge). Chaque point indique la position d'un hypocentre de la séquence, les plus gros correspondent aux séismes de
magnitude sup. à 2. D’après Daniel et al. (2009).
6
III- PROCESSUS GRAVITAIRES ACTIFS ET FOSSILES DU BASSIN DU SE EN PROVENCE AUX ALPES
MERIDIONALES
Texte rédigé par : Claude Rangin1,2 et Christian Sue3
1
CEREGE, UMR 6635 CNRS - Aix Marseille Université, BP 80, 13545 Aix-en-Provence cedex 4.
2
Collège de France, Chaire de Géodynamique, BP 80, 13545 Aix-en-Provence cedex 4.
3
IUEM UMS 3113, 29280 Plouzané
III-1 : Les glissements gravitaires d’ampleur régionale et actifs dans le bassin du SE
Dans le bassin du SE, l’équipe du Collège de France - CEREGE en collaboration avec le CEA à
Cadarache a montré que la couverture de ce bassin qui s’étend du Vercors au nord aux Alpilles au sud se
déforme et glisse vers le sud sur son remplissage basal évaporitique triasique (voir cours et conférences de
la chaire de géodynamique du Collège de France associée au CEREGE : cours de la chaire de
géodynamique de X. Le Pichon de 2000 à 2007 et cours et conférences organisées à Aix par X. Le Pichon,
C. Rangin, et O. Bellier et sur la déformation active du SE de la France les 23 et 24 mars 2004 et sur la
tectonique récente de la Provence les 14 et 15 juin 2007 (voir site web : www.cdf.u-3mrs.fr/lepichon)). Ces
travaux on fait suite à des travaux similaires sur les grands glissements gravitaires sur le pourtour du Golfe
du Mexique (voir bulletin thématique de la Société Géologique de France, 179(2), 2008).
Dans le bassin du SE, le socle anté triasique n’est pas impliqué dans les grands glissements de
couverture. Il s’agit de tectonique gravitaire superficielle participant à l’effondrement du pourtour Alpin.
Les glissements gravitaires différentiels de part et d’autre de la moyenne Durance peuvent expliquer les
replis et décrochements superficiels au long du couloir Durancien. Le séisme de Lambesc par exemple est
directement lié à des replis dans la couverture glissée, comme le Luberon ou les monts Ventoux Lure.
Ceci montre bien l’importance de cette tectonique à l’échelle régionale. Elle fait appel à des
périodes d’instabilité transitoires qui n’obéissent pas à la mécanique élastique des séismes. Pourtant le
séisme de Lambesc, par exemple, lié à la faille de la Trévaresse (voir les travaux de l’équipe de O. Bellier au
CEREGE) s’enracine dans la couverture et n’affecte pas le socle paléozoïque. Cette tectonique gravitaire
peut donc être à l’origine de séismes significatifs.
III-2 : L’activité tectonique active et récente des Alpes
Comme ceci a été démontré récemment par méthodes géodésiques et par la sismologie (voir
travaux de Sue et Tricart par exemple), un réajustement gravitaire des Alpes est en cours depuis le
Miocène supérieur - Pliocène. Ce réajustement gravitaire prend en compte à la fois le relief, son évolution
et les structures profondes. Ceci est dû à l’arrêt de la construction de la chaîne après disparition de la
poussée africaine au sud. Cet effondrement est apparemment radial par rapport à la chaîne, et a été bien
argumenté récemment par des études fines de sismotectonique. Des zones particulièrement sensibles
caractérisées par de l’activité sismique modérée ont été identifiées sur le front Pennique (Haute Durance)
mais aussi dans toute la région des Préalpes. La dynamique la plus probable pour les Alpes méridionales
est l’effondrement vers le sud-est des parties internes de la chaîne au long du front Pennique utilisé
comme un décrochement transtensif dextre.
7
La régionalisation du mode de déformation à partir des données de mécanismes focaux montre
une extension généralisée de la haute chaîne alpine, depuis l'Argentera au sud jusque dans les Grisons au
NE. Cette extension est parfaitement corrélée avec le relief alpin, mais aussi avec la racine alpine, et in fine
avec l'épaisseur crustale. En termes de direction de déformation contraintes actuelles (interpolation d'axes
P-T et inversion des mécanismes), l'extension est radiale, et reste perpendiculaire aux structures alpines,
du N au S, au moins jusque dans l'ensellement entre Pelvoux et Argentera. Plus au Sud, le champ de
contraintes apparaît plus complexe, et tend à se paralléliser avec les structures. Ce système extensif
majeur dans la dynamique alpine actuelle est associé à un champ de déformation rotationel, décrochant
dextre le long de l'axe de la chaîne (rotation Apulie). En périphérie d'orogène, le champ de contrainte est
principalement décrochant, avec quelques zones compressives localisées exactement à la rupture de la
pente orogénique (front de Belledonne, nappe de Digne, mer Ligure). Ce contraste tectonique, corroboré
par les données de géodésie (GPS), s'interprète en termes de réajustement gravitaires à l'échelle de la
croûte, voir de la lithosphère alpine (cf.; tomographie kissling).
III-3 : Mesure des mouvements verticaux
Pour ce qui concerne l'activité actuelle des Alpes au sens large (Provence comprise), en particulier
celle liée aux processus d'extension post-orogénique au coeur de la chaîne, une des clés de la
compréhension des mécanismes impliqués est la quantification des mouvements verticaux. Via l'analyse
de la fracturation et des séismes, une idée assez précise du régime de déformation/contrainte se dégage.
Les mesures GPS donne des indications importantes sur les mouvements aux limites du système en terme
de "plaques majeures" (pas de convergence dans les Alpes W comme discuté plus haut) mais n’informe
pas sur les mouvements verticaux. La problématique actuelle est toutefois de comprendre le moteur de
l'extension, et donc des éventuels processus de glissements à grande échelle. Les données de
tomographie informent de plus en plus précisément sur la structure profonde et la dynamique des slabs
mantelliques, qui jouent très probablement un rôle majeur (cf travaux équipe Kissling à Zurich), en
compétition/rétroaction (?) avec les processus de surface. La donnée clé manquante dans la partie
centrale et sud de l'arc alpin reste donc les mouvements verticaux non contraints par le GPS. Ils sont
assez bien connus en Suisse grâce à une compilation de données de nivellement qui a mis en évidence une
corrélation nette entre extension, topographie/racine crustale, et surrection "rapide" (1mm/an) (cf. review
paper de Sue et al., IJES, 2007). Dans les Alpes franco-italiennes, il n’y a pas de données précises de
nivellement interprétées dans l'optique géodynamique/tectonique. Un travail important serait dès lors de
rechercher/combiner les données existantes et de les compléter par des mesures ciblées et suivies dans le
temps pour contraindre ces mouvements verticaux au coeur de l'arc alpin (Pelvoux-Ubaye-Queyras), c’està-dire dans la partie la plus active de la chaîne, et donc potentiellement, celle qui peut présenter le plus de
signal "vertical".
L'information portée par les mouvements verticaux actifs est de premier ordre pour discriminer
les modèles géodynamiques en discussion actuellement. Cette approche novatrice qui demande à être
précisée au vu de l'évolution des idées sur les Alpes nécessite un suivi de mesures de nivellement en des
points clefs assuré par des professionnels. L’Ecole Nationale de Géomètres dirigée par Mr. Kasser assure
régulièrement ses stages de formation de terrain pour ses élèves dans la région PACA depuis leur base de
Forcalquier. Contactée à ce sujet,elle s’est déclarée intéressée par une collaboration et prête à en discuter
la faisabilité.
Dans ce contexte, il est clair que la région de Digne - Barcelonnette/Haute Ubaye est un secteurclé quant à l'étude de cette dynamique, et des processus de glissements actifs induits, en particulier en
lien avec la sismicité notable de la zone.
8
III-4 : La tectonique gravitaire fossile des Alpes méridionales
Depuis 1900, les Alpes ont été considérées comme une des chaînes de montagnes classiques pour
l'étude de la tectonique tangentielle à grande échelle. La plupart des structures tangentielles référencées
comme des chevauchements sont souvent dénommés nappes. Il s'agit en fait de glissements de masses
sédimentaires généralement peu métamorphiques constituant les zones les plus externes de la chaîne
alpine. Au niveau structural le plus superficiel, celui observé classiquement sur le terrain, ces nappes se
sont déplacées par gravité participant massivement à l’érosion rapide de la chaîne.
La chaîne alpine méridionale est caractérisée par un avant-pays autochtone, qui s'étend de Digne
à la mer Méditerranée. Vers le nord-est cet autochtone est chevauché par un large prisme sédimentaire
qui s'étend de Digne – Castellane, au sud, à Embrun, au nord. C'est le prisme alpin externe proprement dit.
Ce prisme, constitué d'unités sédimentaires imbriquées et déplacées vers le sud de l'issue du sud-ouest,
est actif dans la région de Digne, mais plus ancien au nord-est. Ce prisme est bordé au nord-est par une
importante zone décro-chevauchante d'azimut N140 qui s'étire du massif du Pelvoux à celui de
l'Argentera. Cette zone tectonique linéaire a été considérée par plusieurs auteurs comme une barrière
lithosphérique permanente depuis le Crétacé supérieur, entre Alpes externes et Alpes internes (voir
travaux de Le Ricou et M. Ford sur le sujet). C'est sur cette frontière lithosphérique que viennent buter les
nappes alpines internes qui se déplacent vers l'ouest et le nord-ouest. On parle de front Pennique.
Les nappes gravitaires qui se développent au sud-ouest de ce front ont enregistré des instabilités
gravitaires épisodiques au cours de l'histoire alpine. Les nappes gravitaires les plus internes sont
particulièrement bien observables entre Embrun et Barcelonnette. Elles sont connues sous le nom de
Nappes de l'Embrunais. Elles constituent les premières nappes décrites dans les Alpes. Pour les anciens
auteurs elles constituent un modèle classique de flux gravitaire. Ces nappes sont préservées dans une
large dépression située entre le Pelvoux au nord, et le Mercantour au sud. Elles se sont déplacées vers le
sud-ouest d'une quarantaine de kilomètres. Les villes d'Embrun et de Barcelonnette sont situées dans
l'échancrure d’érosion de ces nappes pelliculaires (on parle de fenêtre tectonique) creusées par la Durance
et l'Ubaye. Ces langues gravitaires peuvent être séparées en deux groupes :
1/ la nappe inférieure est constituée de séries sédimentaires du Crétacé supérieur à Eocène
supérieur. Ces écailles sont enveloppées dans un complexe chaotique du Crétacé supérieur : les flyschs de
la nappe de l'Autapie. A la base de cette nappe on trouve un horizon chaotique d'argile contenant des
blocs de grès de plus de 100 m d'épaisseur. Ces schistes à blocs constituent des avalanches sous-marines
semblables aux phénomènes de sêche qui se manifestent aujourd’hui en Méditerranée. Les auteurs
considèrent que ces glissements se sont produits très rapidement et de manière quasi instantanée à
l'échelle des temps géologiques. Ce phénomène de mise en place suppose l'existence d'une pente vers le
sud-ouest en direction du bassin marin résiduel. Considérant que la nappe de l'Autapie est très mince par
rapport à son extension géographique (approximativement 500 m et 100 km, respectivement), nous
pouvons penser que la mise en place de cette nappe a été de nature gravitaire.
2/ les nappes supérieures sont séparé des précédentes par une épaisse séquence marneuse assez
chaotique, dénommée le complexe de base, sur lequel s'est déplacé la nappe dite du Parpaillon. Il s'agit
d'une épaisse série de flysch à Helminthoïdes (ce sont en fait des traces de vers fossilisées, très
reconnaissables sur le terrain). La période de mise en place de cette nappe du Parpaillon s'est
probablement faite très rapidement au Miocène inférieur. Cette nappe est très étendue
géographiquement mais relativement mince (à peu près 1000 m d'épaisseur). Le matériel sédimentaire
arraché à sa base et d'origines diverses indique des phénomènes de rabotage à la base de cette nappe. Les
plis ont été accentués et aplatis durant le glissement.
9
Pour Marcel Lemoine et Pierre Tricart (Marcel Lemoine et Pierre Tricart / Éditions du BRGM,
Orléans, et Parc national du Queyras -1988), ces chaînes subalpines reposent sur un coussin d'évaporites
du Trias qui a permis leur glissement. L'épaisseur initiale des séries sédimentaires situées au-dessus de ce
niveau de décollement pouvait atteindre originellement 1000 à 4000 m. D'après ces auteurs, la mise en
place de ces glissements est polyphasée. Toutefois, la mise en place de ces nappes gravitaires est encore
sujette à de nombreuses discussions. Si un accord est trouvé pour la mise en place des glissements de
terrain classiques, souvent catastrophiques de nature, tels que le glissement de Vailont de 1963 en Italie,
le glissement des grandes nappes gravitaires ne peut pas être comparée à ces phénomènes plus limités
géographiquement. Le glissement de ces nappes requiert la présence d'une pente qui ne peut plus être
observée puisqu'elle a été déformée ou érodée. Par exemple les massifs cristallins tels que le Mont Blanc
ont été soulevés bien après que ces nappes se soient mises en place. Seules des modélisations précises
basés sur la paléogéographie de l'époque permettraient de comprendre les mécanismes et le temps
nécessaire à la mise en place de ces masses glissées. Cette paléogéographie ne peut se comprendre qu'en
restaurant les paléo- environnements des 30 derniers millions d'années. Marcel Lemoine et Pierre Tricart
ont estimé notamment la longueur et l’angle de ces pentes, mais ce ne sont que des estimations.
Afin donc de préciser définitivement les processus ayant présidé à la mise en place des nappes
gravitaires, à leur mise en mouvement et d’en évaluer l’ensemble des conséquences géologiques, des
études fondamentales doivent être réalisées. Ainsi, pour déterminer l'angle minimum nécessaire à de tels
glissements, il est impératif de préciser non seulement les propriétés mécaniques des roches impliquées,
mais aussi le mécanisme tectonique qui les a induits. Pour contraindre les modélisations possibles - de
nombreux modèles basés sur des observations directes en sismique réflexion existent pour les prismes
d’accession (tapers) - il faut également s'intéresser à la permanence de la pente, qui peut s’étendre
jusqu’à 100 à 150 km pour les Préalpes par exemple, et à sa régularité. Le rôle des fluides dans ces
mécanismes de glissement, et particulièrement l'eau en circulation, est essentiel et implique donc de
connaître la production hydrique dépendant directement du climat. De plus, il est nécessaire de connaître
les pressions de fluides anormalement élevées (jusqu'à 90 % de la pression lithostatique) qui affectent ces
masses glissées. Celles-ci sont par exemple en cours d’étude dans les prismes de subduction, et pourraient
avoir joué un rôle majeur par le passé. Retrouver sur le terrain des témoins diagénétiques de ces
circulations constitue un objectif majeur car impossible à réaliser dans les prismes de subduction actifs
actuellement étudiés. Enfin, il est suspecté que ces glissements se sont mis en place pendant des périodes
brèves, sismogènes et catastrophiques comme ceux qui se sont produits sur des pentes modestes durant
le tremblement de terre du Chili en 1960.
En conclusion, la présence dans la région de Barcelonnette de mouvements gravitaires de
grande ampleur s’avère une opportunité pour mieux comprendre et modéliser ces processus
d’instabilité probablement catastrophiques mais heureusement ici en majorité fossiles. L'activité
tectonique encore soutenue de ce type de glissements gravitaires plus au sud-est, dans la région de
Digne et dans le bassin du sud est d’une part et à l’Est sur le front Pennique et la zone Brianconnaise
d’autre part , offre une chance d’étude de cette activité à risque fort tout à fait particulière.
En combinant l’étude des glissements passés fossiles et actifs de cette région des Alpes du Sud
c’est un chantier 3D intégrant la quatriéme dimmension (evolution dans le temps) qui est possible.
En résumé, c'est toute la région PACA qui est, ou fut le témoin de ces mécanismes gravitaires
depuis 30 Ma. Cette région constitue donc un laboratoire régional de premier choix, pluridisciplinaire,
pour l'étude de ces processus.
10
IV : LES RESÉDIMENTATIONS CARBONATÉES DANS UN BASSIN EN OUVERTURE : LES
CONGLOMÉRATS ET CALCAIRES NUMMULITIQUES (PRIABONIEN) DES MASSIFS DU SUD
DE L’UBAYE
Texte rédigé par : Marc Floquet et collaborateurs /
Laboratoire de Géologie des Systèmes et des Réservoirs Carbonatés, EA4229, Université Aix-Marseille, Marseille.
Il a été récemment proposé (Floquet & Léonide, 2005) que la «Trilogie Nummulitique» faite de l’empilement
des «Calcaires Nummulitiques», des «Marnes Nummulitiques» et des «Grès d’Annot» ou formations équivalentes,
serait une expression de la cyclicité de l’évolution tectono-sédimentaire du bassin d’avant-pays alpin à l’Eocène
final - Oligocène (Figure 1). Dans cette évolution : 1) les «Calcaires Nummulitiques» et conglomérats calcaires
associés, supposés être -dans les secteurs sud-occidentaux du bassin (Blieux, Barrême, Figure 2)- des
resédimentations carbonatées proximales, marqueraient l’ouverture du bassin ; 2) les «Marnes Nummulitiques»,
supposées être des resédimentations distales ajoutées à des faciès de décantation argileuse, traduiraient le
creusement maximum du bassin ; 3) les «Grès d’Annot» et formations équivalentes, faites de resédimentations
silicoclastiques dominantes (Joseph et al., 2005), correspondraient à la fermeture du bassin.
Figure 2
a) Esquisse paleogéographique représentant les resédimentations carbonatées («Calcaires Nummulitiques») se mettant en
place en bas de pente dans la partie sud-occidentale littorale du bassin sub-alpin Priabonien et correspondant à la région de
Blieux (d’après Floquet & Léonide, 2005) ; b) Diagramme litho-chronostratigraphique du bassin d’avant-pays alpin à
l’Eocène-Oligocène (adapté, à partir de Gupta, 1997).
Dans ce projet, il s’agit de réaliser des études sédimentologiques détaillées des «Calcaires Nummulitiques»
et des conglomérats calcaires associés, affleurant bien dans les massifs au Sud-Ouest de l’Ubaye qui s’étirent
depuis Dormillouse au NNW jusqu’au Denjuan au SSE en passant par la Tête de l’Estrop.
Le premier objectif de ces études est de remonter aux processus de dépôts et de savoir si ces calcaires et
conglomérats dérivent ou non de debris flows et de courants de turbidité (de haute et basse concentration),
reprenant du matériel (carbonates de plate-forme de l’époque et éléments de substratum) appartenant aux
bordures externes occidentales du bassin, comme cela a été démontré dans le synclinal de Blieux dans l’Arc de
Castellane, plus au Sud (Floquet & Léonide, 2005 ; Figure 1).
Le second objectif est de définir la dynamique de déformation / sédimentation de ces bordures
occidentales, sachant que l’architecture sédimentaire des carbonates résulte de l’interaction de la topographie
initiale (bordures continentalisées et érodées suite aux phases tectoniques pyrénéo-provençales, puis envahies par
la mer nummulitique), de la topographie induite par la tectonique synsédimentaire priabonienne, et des différents
types d’écoulements gravitaires (des debris flows aux différents types de turbidites).
Le troisième objectif est enfin de reconstituer les plates-formes côtières sources du matériel carbonaté
(bioclastes de, lamellibranches, coraux, rhodolites, nummulites…) et de quantifier leurs productions en établissant
un bilan des sédiments préservés et accumulés dans le bassin, en fonction d’une accommodation caractéristique
d’un bassin de flexuration.
11
V- RELATIONS ENTRE SISMICITE, FAILLES RECENTES ET MOUVEMENTS GRAVITAIRES GEANTS
(SACKUNGS) EN HAUTE UBAYE
Texte rédigé par : Jean-Claude Hippolyte et Didier Bourlès
CEREGE, UMR 6635 CNRS - Aix Marseille Université, BP 80, 13545 Aix-en-Provence cedex 4.
La Haute Ubaye a la particularité de procéder à la fois des mouvements gravitaires de grande ampleur
(sackungs) et une des activités sismiques les plus importantes de France métropolitaine (c.f. Paragraphe I)). Or,
comme l’ont démontré des recherches en Californie et en Alaska, une origine possible des sackungs est
l’affaissement des montagnes pendant des secousses sismiques. La Haute Ubaye est donc un site privilégié pour
étudier les relations entre les plus grands mouvements de terrains connus et la tectonique active.
V-1 : Les sackungs en Ubaye
Les sackungs sont des déformations gravitaires de grande ampleur, à l’échelle d’une montagne, et
caractérisés par des morphostructures spectaculaires : crêtes dédoublées, fossés de crêtes, escarpements
de failles géants et à contrepente, grandes crevasses… (Fig. 3). Ces mouvements de versants géants se
différencient des autres mouvements gravitaires non seulement par leur grande taille (un versant ou une
montagne), mais aussi par l’épaisseur du massif rocheux mobilisé (une à plusieurs centaines de mètres) et
la faible vitesse des mouvements sur une longue période de temps (0.4-5 mm/ans). La reconnaissance et
l’étude des sackungs en France n’en est qu’à ses débuts (Hippolyte et al., 2006a ; 2006b).
L’origine des ces mouvements gravitaires géants est mal comprise. Si la déglaciation est
probablement le premier facteur de déstabilisation, leur activité maintenue parfois sur des milliers
d’années, suggère l’intervention de facteurs externes comme le climat et les eaux pluviales. Mais lorsque
la géométrie des failles à contre-pente défie les lois de la mécanique des roches, l’hypothèse d’une
activation par des secousses sismiques peut être aussi évoquée. Cette origine a été confirmée par le
séisme de Denali en Alaska et d’autres exemples en Californie où des failles sackungs ont été activés
pendant des tremblements de terre.
Figure 3 : Exemples de sackungs dans les Alpes. c et d : sackung des Grands Moulins (Savoie), e : sackung de Vars les Cougniets
(Haute Ubaye), f : sackung du Lac froid (Haute Ubaye), g : sackung de l’Alpes d’Huez (Isère). (Hippolyte et Bourlès, 2009).
12
Nous avons récemment identifié de nombreuses failles de sackung en Haute Ubaye, au nord-est
de Saint-Paul-sur-Ubaye (Hippolyte et Bourlès, 2009) (Fig. 3). Les failles sackung observées sur les crêtes
sont à l’origine d’une morphologie étonnante : lac de crête de l’Etoile (dominant St Paul-sur-Ubaye), lac
Froid (près de Larche) (Fig. 3). Les mouvements gravitaire de ce secteur sont aussi à l’origine du curieux
gouffre/lac de la Mortice de 110 m de profondeur, près de St Paul-sur-Ubaye.
La cartographie et l’étude morphostructurale de ces sackungs reste à faire. Elle permettrait de lier
ou non cette activité gravitaire à la présence de la zone sismique de Haute Ubaye. La datation de ces
sackung permettrait de déterminer si ils présentent une activité continue, entretenue éventuellement par
des secousses sismiques, ou si ils résultent uniquement de la déglaciation des vallées.
La datation de ces sackung est désormais possible grâce aux méthodes de datations de surfaces
par temps d’exposition au rayonnement cosmique. Ces méthodes sont développées au CEREGE d’Aix-enProvence qui procède le spectromètre de masse par accélérateur ASTER (Accélérateur pour les Sciences de
la Terre, Environnement, Risques), instrument national dédié aux nucléides cosmogéniques (Fig. 4). Les
datations de failles sackungs et de surfaces rocheuses faillées, réalisées jusqu’à présent en Savoie, ont
permis de dater ces mouvements gravitaires et de quantifier des vitesses de déformation bien supérieures
aux vitesses des failles tectoniques (Hippolyte et al., 2006b; 2009).
Figure 4 : Spectromètre de masse par accélérateur du CEREGE (Aix-en-Provence) permettant de mesurer des concentrations en
10
26
36
nucléides cosmogéniques ( Be, Al, Cl…) et déterminer la durée d’exposition d’une surface rocheuse aux rayonnement
cosmique.
V-2 : Les failles actives en Ubaye
Certains auteurs ont proposé que des failles gravitaires soient également des failles tectoniques,
et que les mouvements gravitaires ne soient pas seulement la conséquences de secousses sismiques, mais
masqueraient la composante de mouvement tectonique des failles (e.g. Agliardi et al., 2009). La Haute
Ubaye a justement connu de forts séismes et en particulier le séisme de St-Paul-sur-Ubaye. Ce séisme qui
est resté dans toutes les mémoires ubayennes, s’est produit le 5 avril 1959 avec une magnitude de Ml=5.3
et une intensité MSK de VII-VIII. C’est le séisme le plus violent ressenti en France métropolitaine depuis
celui de Lambesc 1909. Il a produit de nombreux dégâts (très nombreuses cheminées détruites, fissures de
façades) incluant la destruction d’une chapelle et d’une partie de la voûte de l’église de St-Paul-sur-Ubaye,
avec deux blessés graves (Fig. 5).
13
Figure 5 : Mécanisme au foyer du séisme de St-Paul-sur-Ubaye, le plus violent ressenti en France depuis Lambesc 1909
et le plus fort séisme extensif des Alpes internes de ce siècle (Ménard, 1988) et vue des pierres décalées lors de ce
séisme au sommet du clocher de l’église de Serenne.
Toutefois, les failles actives en Ubaye ne sont toujours pas clairement identifiées. Des travaux
majeurs en géologie structurale ont été réalisés par des grands géologues alpins comme Claude Kerckhove
(1969) pour les nappes Ubayenne et Maurice Gidon (1962) pour la Haute
Ubaye. Ils ont permis de mettre en évidence des failles «tardives » comme la faille de Bersezio, la faille de
la Haute Durance, la faille de Bouzieyas et la faille du Ruburent (Fig. 6).
Figure 6 : Coupes géologiques NW-SE en haute Ubaye (secteur du Brec de Chambeyron) montrant la faille normale
(extensive) tardive du Ruburent, qui pourrait être à l’origine du séisme de St-Paul-sur-Ubaye de 1959 (Gidon, 1962).
14
C’est à cette dernière que Fréchet et Pavoni (1979), sur la base d’un essaim sismique sous le Brec du
Chambeyron enregistrée en 1977/1978, attribuent le séisme de St-Paul-sur-Ubaye. Cependant des travaux plus
récents (Sue, 1998) ont proposé que ce soient des failles perpendiculaire, orientées NE-SW, qui aient engendré ce
séisme, d’autant que les dégâts ont été très faibles le long de la faille du Ruburent à St Ours et à Larche (Fourno et
Dussouillez, 2009).
La Haute Ubaye est une des zones sismiques les plus actives de France et les données sismotectoniques
acquises notamment pas le réseau Sismalp de Grenoble (Thouvenot et al ., 1990) en font maintenant un site
privilégié pour étudier les relation entre la sismicité et les failles observables en surface (Fig. 7).
Figure 7 : Seismes de magnitude supérieure à 1.3 dans les Alpes du Sud et la Provence entre 1989 et 2001 d’après le réseau
Sismalp (http://sismalp.obs.ujf-grenoble.fr/cases/SismiciteSismalp.jpg). On note la forte activité au niveau de l’arc Alpin.
En plus d’événements destructeurs, l’Ubaye connaît presque chaque année une sismicité
particulière, sous forme de crises sismiques en essaim (activité semblable aux zones volcaniques avec
succession de nombreux séismes similaires). Les crises sismiques de 1977-1978 (Fréchet et Pavoni, 1979),
1989 (Guyoton et al., 1990) et surtout 2003-2004 (Jenatton et al., 2007) avec plus de 16 000 événements
enregistrés pour cette dernières (Fig. 8), nous montrent que les failles actives sont nombreuses et
généralement d’orientation NW-SE à N-S comme les failles tardives cartographiées par les premiers
auteurs.
15
Figure 8 : La crise sismique en Ubaye de 2003-2004 montre l’activité d’une zone de failles inconnue jusqu’alors,
orientée NW-SE, de 9 km de long et profonde de 3 à 8 km (Jenatton et al., 2007).
L’étude de la fracturation incluant la détermination de la cinématique des failles affleurant en
Ubaye est donc nécessaire pour mieux comprendre cette sismicité et ses relations avec la formation des
sackungs. A ce jour, des travaux de ce type ont concerné surtout le Briançonnais jusqu’au massif de la
Mortice en rive droite de l’Ubaye (Sue, 1998, Sue et Tricart, 1999). L’étude des failles « tardives » des
anciens auteurs et de la fracturation des zones sujettes à ces crises sismiques reste à réaliser.
Cette étude permettrait aussi de mieux comprendre l’évolution récente de la déformation alpine.
En effet, le mécanisme au foyer du séisme de St-Paul-sur-Ubaye de 1959 est extensif-décrochant (Ménard,
1988) (Fig. 3). Des travaux plus récents ont montré que cette sismicité extensive n’était pas un cas
particulier mais, contrairement aux modèles enseignés, concernait l’ensemble des Alpes internes (Sue
1998 ; Sue et al., 1999). Il est maintenant admis que la géodynamique des Alpes n’est plus dominée par la
convergence Afrique/Europe, mais par de l’extension résultant de forces de volume (Delacou et al., 2004).
Dans cette nouvelle interprétation des Alpes, avec le plus fort séisme extensif instrumental, l’Ubaye
représente une région très symbolique et un laboratoire idéal pour comprendre la géodynamique actuelle
des Alpes (voir Paragraphe III).
16
VI- MECANISMES DE GLISSEMENTS ET RISQUES HYDRO-GRAVITAIRES EN VALLEE DE L’UBAYE
La vallée de l'Ubaye est une vallée d'origine glaciaire ; la rive droite de l'Ubaye est ensoleillée et cultivée (adret),
la rive gauche quant à elle est ombrée et forestière (ubac). Les sommets sont façonnés dans des formations très
résistantes (calcaire, flysch) dont certaines sont sur-creusées en cirques glaciaires (Flageollet et al., 1999). Ces
formations se retrouvent jusqu'à des altitudes de 1900-2100 m et imposent des pentes supérieures à 45°. Au
dessous, les versants intermédiaires, entaillés dans des marnes souvent recouvertes de formations morainiques
glaciaires et de colluvions, possèdent des profils adoucis (pente moyenne de 20° sur l’ubac, de 25° sur l’adret). Les
versants sont localement soumis à un ravinement intense responsable d’un paysage de badlands (Roubines). Ces
secteurs ravinés, soumis à une intense érosion, sont plus ou moins développés. Les principaux se rencontrent sur
des croupes en pentes très fortes et le long des torrents (Weber, 2001 ; Maquaire et al., 2003). Des torrents
puissants ont entaillés des vallées profondes et étroites et ont développé des cônes de déjection imposants dans le
fond de la vallée, large d’environ 1500 m (Ballandras et Nevière, 1991 ; Miramont, 1998 ; Remaitre et al., 2005).
Figure 9 : Morpho-structure du Bassin de Barcelonnette. (a) : Principaux traits morphologiques ; (b) : Coupe géologique ;
(c) : Ensembles morphodynamiques et chronostratigraphiques postglacaires (Malet, 2003)
17
Les formations morainiques observables à l’heure actuelle appartiennent au Würm ou au tardi- et post-glaciaire.
La morphologie de la vallée bassin a été fortement remodelée par le glacier de l’Ubaye lors de la dernière
glaciation au Pléniwurm (15000 à 20000 B.P). Le glacier, long de soixante-cinq kilomètres et épais d’environ 600 m
(Fig. 3.2c) a creusé de nombreux ombilics, tel celui de Barcelonnette, comblés de nos jours par les alluvions (Jorda,
1980 ; Assier, 1993). Il était alimenté latéralement par des langues glaciaires (Abriès, Clapouse, Terres-Plaines,
Brecs, Bachelard). Les formes glaciaires jalonnent l’ensemble de la vallée (terrasses glaciaires, glaciers rocheux, arc
et cordons morainiques, roches moutonnées).
Les grands appareils torrentiels de l’Ubaye, se sont mis en place lors du retrait glaciaire (Chondroyannis, 1992).
La torrentialité holocène a contribué au modelage des versants, à la juxtaposition des formations superficielles et à
la construction d’imposants cônes de déjection (Riou-Bourdoux, Faucon). Les travaux de Jorda (1980, 1985, 1993) et
de Miramont (1998) ont distingué deux périodes de torrentialité accrue : du Tardiglaciaire à la fin de la période
atlantique (5000 B.P.), et au Subboréal. L’ensemble des formations superficielles torrentielles, les colluvions et les
formations de pente sont souvent difficiles à différencier sur le terrain en raison de leurs faciès proches (Remaître
et al., 2002).
Figure 10 : Paysage caractéristique du versant adret du bassin de Barcelonnette (Juillet 2004).
1 :L’Ubaye, 2 : Torrent de Faucon, 3 : Nappes de charriage (allochtones), 4 : Marnes noires (autochtones).
Le Bassin de Barcelonnette connaît un climat méditerranéen sec et montagnard. Les traits méditerranéens y
-1
sont marqués par un fort ensoleillement (> 2700 h.an ), une sécheresse estivale, d'assez fortes températures
diurnes, et surtout une variabilité forte des précipitations inter-annuelles (730 ± 400 mm sur la période 1928-2002).
Le régime climatique présente un pic de précipitations centré sur les saisons d’automme-hiver (épisodes pluvieux
longs, liquide ou solide) alors que le printemps et l’été, plus secs, sont caractérisés par des orages violents et très
localisés (intensités supérieures à 50 mm.h-1, Flageollet et al., 1999 ; Malet et al., 2003). Les précipitations
exceptionnelles de 1957 sur le Queyras et l’Ubaye ont engendré une crue historique (Tricart, 1958 ; Lecarpentier,
1963), dont la période de retour centennale sert aujourd’hui d’aléa de référence pour la prévention des
inondations dans le sud-est des Alpes. Les traits montagnards sont marqués par d’importantes précipitations
nivales (le cumul des précipitations hivernales représente en moyenne 35% des précipitations annuelles, Sommen,
1995) et de faibles températures hivernales (plus de 130 jours de gel par an). La température moyenne annuelle à
1140 m d’altitude (Barcelonnette) est de 9.6 C sur la période 1928-2002. De ces caractéristiques découlent des
réchauffements diurnes importants, de fortes amplitudes thermiques journalières, un grand nombre d'alternances
gel/dégel et une opposition très nette entre ubac et adret, accentuée par l'orientation générale Est-Ouest du relief
(Malet et al., 2003).
18
Figure 11 : Evolution du couvert forestier du Riou-Bourdoux (modifiée de Delsigne et al., 2001).
a : comparaison de l’extension forestière du Riou-Bourdoux entre 1881 et 2000 ;
b : versant de rive droite du Riou-Bourdoux en 1896 ; c :versant de rive droite du Riou-Bourdoux en 2000.
La végétation, largement influencée par ce régime climatique, et profondément modifiée par l'homme
è
depuis le 11 siècle, voit prioritairement le développement des conifères : aux sapins, pins noirs d'Autriche et
pins cembros succèdent les mélèzes entre 1300 et 1800 m d’altitude, relayés au-delà de 2000 m (1900 m pour
l'ubac) par les pelouses alpines. Le cortège floristique intègre les principales essences de l'étage subalpin
inférieur et moyen. La vallée de l’Ubaye se caractérise également par une faune et une flore
exceptionnellement riche et des paysages magnifiques.
Le bassin est fortement marqué par la présence et l’activité humaine, ① ancienne avec les déforestations
pour permettre l’agriculture, la culture d’arbres fruitiers, le pâturage et l’élevage, en partie responsables de
l’intense torrentialité et de l’érosion des sols ; ② puis des reboisements et des corrections de torrents engagés
e
par le service de Restauration des Terrains en Montagne (RTM) à partir de la deuxième moitié du 19 siècle
(Chondroyannis, 1992) ; et ③ actuelle par le tourisme estival et hivernal avec l’implantations de plusieurs
stations de skis (Sauze, Super-Sauze, Pra-Loup).
L’essor touristique a nécessité l’aménagement d’un réseau routier moderne qui assure aujourd’hui une
circulation aisée le long de l’Ubaye. Les communications avec les vallées voisines restent par contre délicates, et
nécessitent le franchissement de hauts cols longtemps enneigés. Au niveau économique, son revenu principal
reste le tourisme.
Ces caractéristiques tectoniques et environnementales favorisent une forte exposition de la Vallée de
l’Ubaye aux risques naturels.
19
VI-1 : Mécanismes de glissements de terrain en Vallée de l’Ubaye : observation,
caractérisation et modélisation dans le cadre de l’Observatoire INSU OMIV
- Coordination du thème de recherche :
EOST/IPGS (Strasbourg ; Malet) – [email protected]
- Partenaires :
- Nationaux : LGIT (Grenoble, Grasso/Jongmans/Helmstetter), BRGM (RN ; Grandjean) ; EMMAH
(Université d’Avignon ; Marc), GEOPHEN (Université de Caen Basse-normandie, Maquaire)
- Internationaux : Inst. Geophysik (University of Stuttgart), Water Resources Section (Technical University
of Delft; Bogaard), Utrecht University (Faculty of Geosciences, van Asch), Alert Solutions © (Delft,
Peeters)
Contexte :
Ce thème de recherche s’inscrit dans les objectifs scientifiques de l’Observatoire INSU OMIV (http://eost.ustrasbg.fr/omiv). Les glissements de terrain argilo-marneux (glissements rotationels/translationnels,
glissements-coulées) se produisent dans de nombreuses régions du monde et constituent des menaces
sérieuses aux populations et aux infrastructures. En conséquence d’un changement global des cycles
hydrologiques et de l’accroissement des enjeux (sites urbanisés et densément peuplés), les risques liés aux
mouvements de terrain augmentent. Si ces glissements de terrain sont généralement ‘lents’ (quelques cm à
dm/an), ils peuvent : (1) subir des accélérations brutales sous l’action de facteurs de déclenchement divers
(secousses sismiques, augmentation de la pression interstitielle en liaison les pluies cumulées), ou bien (2) tout
ou partie de la masse argilo-marneuse se fluidifier sous certaines conditions (pluies intenses, fontes brutales
printanières de la couverture neigeuse, etc.) pour donner naissance à des coulées boueuses visqueuses ou à des
laves torrentielles. Ces déplacements et écoulements rapides à extrêmement rapides (> 5 m/s) peuvent ainsi
avoir des conséquences graves en terme de pertes humaines et de dégâts.
Le projet se propose d’améliorer notre connaissance des facteurs de déclenchement contrôlant les
ruptures de versant et les crises de mouvements de terrain et de permettre le développement d’un système de
surveillance permettant une détection précoce des crises pouvant servir à générer des alertes pour les autorités
locales en charge de la protection des personnes et des biens.
Le projet développera une méthodologie (1) d’identification et d’analyse des précurseurs de crises
(accélération, fluidification) et de compréhension des mécanismes hydromécaniques, (2) de surveillance in situ
de variables appropriées associées aux précurseurs en testant des nouvelles ‘méthodes’ de surveillance et
d’inversion de données pour le suivi de ces précurseurs, et (3) de modélisation numérique en temps quasi-réel
de la stabilité de ces glissements permettant de proposer un ‘modèle de prévision de glissement’ (landslide
forecast model) pouvant inclure un arbre de décision ou tout autre outil de prise de décision (i.e. modification
de la fréquence des mesures, modification du système, etc.)
Objectifs spécifiques :
● Améliorer notre connaissance des facteurs de déclenchement contrôlant les crises de glissements de
terrain,
● Mettre en œuvre et développer des techniques d'observation novatrices, pour mesurer les changements
topographiques en détail, les modes de déformation du versant, les variations de la contrainte et de la
circulation d'eau dans les glissements (lidar terrestre et aérien, GPS en continu, monitoring micro- et nanosismique, fibre optique, etc).
● Améliorer le couplage entre mesures de surface et mesures en forages pour permettre d’obtenir une
vision 3D des différents paramètres, et de pouvoir accéder à la 4D en y joignant les informations de
monitoring,
20
● Identifier les signes précurseurs de mouvements de terrain par le développement d’expérimentations
originales, en laboratoire et in situ, et par un suivi en temps quasi-réel les changements temporels des
paramètres contrôlant l’évolution des glissements de terrain
● Développer des modélisations à base physique pour permettre de concevoir un système multi-capteurs de
détection précoce des crises, en temps quasi-réel (logiciel de démonstration) qui serait mis en application
comme système d'essai sur des sites bien équipés et instrumentés.
Figure 12 : Modélisation des déformations et des pressions interstitielles avec le code Flac sur le glissement de SuperSauze (Malet, 2009)
Méthodes et techniques :
Un système de surveillance intégré sera développé pour mesurer l’évolution d’indicateurs pertinents sur
l’évolution du niveau de stabilité d’un versant, à des résolutions spatiale et temporelle adaptées. Ces
indicateurs sont basés sur divers types de surveillance :
● Surveillance météorologique - principalement précipitations, toutefois aussi le vent, la pression et la
température peuvent également être mesurés et fournis au modèle de prévision de temps en tant
qu'élément d'une rétroaction itérative pour améliorer les prévisions à court et à long terme.
● Surveillance géotechnique/géologique - incluant différents points de mesures comme la pression
interstitielle, les déplacements (i.e. rotation, …), l’extension de fissures, ou d'autres mesures indiquant les
changements physiques ou morphologiques.
● Surveillance hydrologique (variation de la composition du fluide, de la pression interstitielle).
● Des mesures géophysiques par l’installation de stations sismologiques mesurant la sismicité locale ou
l’identification de ruptures de massifs, ou la surveillance des déformations extérieures utilisant des
systèmes d’imagerie au sol ou satellitaire, des câbles de fibre optique pour des mesures de la
température et de contraintes/déformations.
L'intégration des données et la modélisation sera réalisée sous une plateforme SIG. Cette plate-forme
utilisera des outils permettant la visualisation spatiale et l'analyse des données.
21
Figure 13 : Exemple de suivi multi-date des déformation et de l’organisation des principales structures d’un
glissement de terrain par intégration de données aérien et d’imagerie optique très-haute résolution par drone : (a) :
Drone utilisé pour l’étude ; (b) : Suivi des déformation du pied du glissement de terrain de Super-Sauze (Mai 2007 –
Octobre 2008 ; (c) : Suivi de zones de fractures et de zones saturées dans la partie amont du glissement de terrain de
Super-Sauze (Mai 2007- Octobre 2008).
Figure 14 : Exemple de signal nano-sismique typique et sonogramme associé pour un évènement d’accélération
(ouverture de fracture) sur le glissement de Super-Sauze – Evénement enregistré avec un réseau de capteur IHR a
50 m de distance de la fracture.
Insertion dans des programmes de recherche
Projet européen SafeLAND – “Living with landslide risk in Europe: Assessment, effects of global change, and risk management strategies”.
Projet ANR TriggerLand – “Triggering Mechanisms of Landslides”.
Projet ANR SISCA – “Système intégré de surveillance de crises de glissements de terrain”.
Observatoire INSU – OMIV “Observatoire Multidisciplinaire des Instabilités de Versants et des Risques Hydro-gravitaires” : http://eost.ustrasbg.fr/omiv
22
VI-2 : Evaluation quantitative du risque hydro-gravitaire
dans le Bassin de Barcelonnette
LIVE (Strasbourg ; Puissant) – [email protected]
- Partenaires :
- Nationaux : EOST/IPGS (Strasbourg ; Malet/Remaître), LETG (Caen, Maquaire)
- Internationaux : ENGAGE (University of Vienna ; Glade/Kappes), ITC (Enschede ; van Westen)
- Acteurs locaux / Gestionnaires du risque :
- RTM – Département 04 (Division Ubaye-Blanche : Deymier)
- CCVU (Communauté des Communes de la Vallée de l’Ubaye) et municipalités de Jausiers, de Barcelonnette, de Saint-Pons
et de Faucon-de-Barcelonnette
- Sous-préfecture Département 04 – (Barcelonnette ; Bassaget)
Contexte :
Le projet porte sur le fonctionnement passé, présent et futur d’écosystèmes montagnards anthropisés, et
en particulier sur l’analyse des impacts du changement global (climat, occupation et utilisation du sol) sur la
vulnérabilité du système face au risque hydro-gravitaire (glissements de terrain, laves torrentielles, crues).
Le postulat de départ est que l’exposition des populations de montagne au risque hydro-gravitaire sera
modifiée au cours du 21è siècle, par des changements dans les facteurs de prédisposition et de déclenchement
de l’aléa (sous l’effet de modifications climatiques), et des changements de la vulnérabilité structurelle,
corporelle, sociale (sous l’effet de modifications socio-économiques).
Le projet a ainsi pour objectif général de développer une méthodologie d’analyse intégrée et quantitative
des impacts du changement global (climat, occupation du sol et usage du sol, économie) sur les versants de
montagne, et de définir les conséquences potentielles du changement global sur l’aléa, la vulnérabilité et le
risque (par ex. modification de l’activité des processus, changement de localisation et des caractéristiques des
zones à risque).
La méthodologie sera développée et les impacts seront étudiés à l’échelle régionale de la Vallée de l’Ubaye
dans les Alpes-de-Haute-Provence, où de très nombreuses données et connaissances sont disponibles au sein
du laboratoire d’accueil ou des laboratoires associées au projet de recherche (Maquaire et al., 2004 ; Puissant
et al., 2006 ; Malet et al., 2006 ; Thiery et al., 2007, Malet et al., 2007).
Figure 15 : Représentation schématique de la relation ALEA – VULNERABILITE – RISQUE et des aires potentiellement
affectées par des modifications environnementales et socio-économiques sous la forme de scénarios.
23
● Caractériser l’occupation et l’utilisation du sol de la zone d’étude à plusieurs dates, et proposer des scénarios
de changement à partir de modèles dynamiques (automate cellulaire ou multi-agents).
● Caractériser le contexte climatique de la zone d’étude pour le passé et le futur à partir de données régionales
et de simulation de changement climatiques
● Caractériser l’occurrence spatiale et temporelle des mouvements de versants à partir de modèles
probabilistes et hydro-mécaniques.
● Proposer un concept d’analyse intégrée de l’aléa (susceptibilité, occurrence temporelle, intensité) et du
risque (caractérisation des enjeux, mesures de la vulnérabilité).
● Transcrire le concept d’analyse intégrée dans une plateforme d’analyse, permettant la combinaison des
facteurs de l’analyse du risque. Les problèmes de transfert d’échelle et d’incertitudes liées aux données et aux
simulations seront abordés.
● Réaliser des simulations d’aléa, de vulnérabilité et de risque pour la zone d’étude pour différents scénarios, et
représenter les résultats par différents indicateurs.
Figure 16 : Exemple de cartographie des conséquences potentielles de mouvements de masse avec une method semiquantitative appliqué au Bassin de Barcelonnette. (a) Orthophoto des zones d’études dans le Bassin de Barcelonnette et
carte de conséquance spotentielles ; (b) Courbe de probabilité cumulée pour définir les classes de conséquences (Puissant
et al., 2006).
24
Méthodes et techniques :
Une méthodologie d’analyse intégrée puis une plateforme de modélisation seront développées pour
permettre de caractériser l’aléa et le risque ‘mouvement de versant’ ainsi que leurs relations avec le climat et
l’occupation du sol à deux échelles spatiales (échelle locale, e.g. versant instable ; échelle régionale, e.g. bassin
de risque) pour des périodes passée et actuelle (1970-2010) et pour les 40 prochaines années (2010-2050).
La plateforme d’analyse sera fondée sur des investigations de terrain, l’analyse d’images optiques
(aérienne et satellite) et la modélisation spatiale des processus. L’évaluation des effets des changements
environnementaux sur l’aléa et le risque s’appuiera sur l’utilisation de plusieurs modèles distribués (dynamique
pour l’occupation du sol ; statistique et à base physique pour l’occurrence de mouvements de versants), et sur
le développement de scénarios.
Insertion dans des programmes de recherche :
Projet européen SafeLAND – “Living with landslide risk in Europe: Assessment, effects of global change, and risk management strategies”.
Projet européen Mountain-Risks – “Mountain Risks: from risk assessment to risk management and governance”.
VI-3 : Outil d’aide à la décision (DSS) p our la gestion du risque hydro-gravitaire – Phases
de prévention et de crise
CNRS – LETG-Geophen (Caen, Maquaire) – [email protected]
CNR – IDPA (Milano, Sterlacchini) – [email protected]
- Partenaires :
- Nationaux : EOST/IPGS (Strasbourg ; Malet)
- Internationaux : ITC (Enschede, Alkema); IRPUD (Technical University Dortmund; Greiving), Alert Solutions © (Delft, Peeters); KCL
(King’scollege London, Department of Geography: Pelling) Globo Inc.© (Milano, Frigerio), Conseil de l’Europe – Accord Risques
Majeurs (CERG ; Strasbourg ; Pla)
- Acteurs locaux / Gestionnaires du risque :
- RTM – Département 04 (Division Ubaye-Blanche : Deymier)
- Sous-préfecture Département 04 – (Barcelonnette ; Bassaget)
Contexte :
Les connaissances sur les nouveaux dispositifs de collecte de données spatialisées (en particulier liée à
l’imagerie) et sur les outils d’analyse et de simulation sont très rarement transférées aux opérationnels ; peu
d’efforts sont également réalisés pour l’explication des mesures de prévention (cartographie, ouvrages, etc) au
grand public. Hors, une surveillance à long-terme des zones dangereuses a le potentiel de fournir des
connaissances scientifiques sur les processus, et des méthodes d’analyse ont été proposées par la
communauté scientifique pour déterminer l’aléa et le risque. Ces dispositifs peuvent être combinés pour
définir des scénarios ‘réalistes’ pour des événements spécifiques, et par conséquent identifier des mesures de
gestion des risques adaptées et socialement acceptées. La gestion inclut la hiérarchisation des zones de
prévention (selon des critères normatifs), la définition des actions de protection selon un ratio coût-bénéfice,
le choix du type de mesures réglementaires à édicter sur l'utilisation du territoire ou d’un système d'alerte, et
dans la phase de crise de disposer d’un outil automatique de gestion des secours et des moyens.
● Proposer des directives de planification pour un développement durable (aménagement du territoire,
choix des mesures de protection et de réduction des risques) adapté au site de Barcelonnette – Vallée
de l’Ubaye.
Des options de directives de planification seront proposées pour le territoire en se fondant sur les
connaissances des acteurs locaux, sur ‘l’historique’ de la gestion des risques dans le territoire, et sur des
directives existantes dans d’autres pays européens. Les stratégies, anciennes et actuelles, de gestion du
risque seront étudiées et évaluées et des modifications seront proposées sur la base des connaissances
actuelles sur les processus.
25
Des exercices théoriques et pratiques seront réalisés pour qualifier l’efficacité du choix d’une mesure de
prévention, pour les différents scénarios identifiés à l’action. La performance et le coût de ces mesures de
prévention seront évalués et confrontés au gain en sécurité pour les individus et la Société par une
analyse cout-bénéfice. Ainsi, des seuils de ‘risque acceptable’ et de ‘risque tolérable’ pourront être
proposés. Parmi ces mesures de prévention, des critères seront définis pour établir des systèmes de
surveillance et d’alerte à partir de dispositifs de surveillance classiques, mais aussi à partir de dispositifs
innovants de traitements de données image (satellites, aéroportés).
● Informer le public et développer des outils de visualisation et de communication adaptés
Pour communiquer l’information sur le risque au public, un effort sera réalisé pour créer des cartes
dynamiques et animées, utilisant une sémiologie adaptée au plus grand nombre. La communication de
l’information sera traitée en distinguant un ‘groupe social d’adultes et adolescents’ et un ‘groupe social
d’enfants (< 12 ans)’ ; ce travail de communication pourra être effectué grâce à l’expérience de certains
membres de l’équipe de recherche qui participent à l’élaboration du portail européen BeSafeNet
(http://www.besafenet.org/) dédié à la communication sur les risques, en particulier pour les groupes
scolaires. Des outils simples pour visualiser les résultats scientifiques de données de surveillance ou des
résultats de simulation numériques (ainsi que leurs incertitudes) seront également proposés.
● Développement d’un prototype de support d’aide à la décision pour la gestion de crise (pré-alerte,
alerte, post-crise)
A methodology (procedures, actions, and communication systems) targeted to manage the aftermath of
critical events will be developed for the Barcelonnette Basin. It will take advantage of Geographical
Information Systems (GIS) tools, Decision Support Systems (DSS), and Information and Communication
Technology (ICT) to prepare, apply, and coordinate Civil Protection Plans. The last aim is to identify and
prepare in advance people in charge to take actions, and define the activities to perform in case that a
damaging event occurs, on the base of available resources.
With this respect, a WebGIS (PostGRE/SQL – GIS, MapServer) is already being developed at EOST
(Strasbourg) for the management off all spatial and temporal data over the region, at both local and
regional scales, and the DSS PETer (Protection and Emergency TERritorial plans) will be tested on the La
Valette case study in 2010, before a possible implementation at the region scale (agreement with
Prefecture of Department 04 & RTM & University of Milano-Bicocca).
Figure 17 : Structure du logiciel d’aide à la décision PETer
Insertion dans des programmes de recherche :
Projet européen Mountain-Risks – “Mountain Risks: from risk assessment to risk management and governance”.
Accord Partiel Ouvert ‘Risques Majeurs’ du Conseil de l’Europe (Strasbourg) – “Real-Time Management of Emergency Phase in the aftermath
of Natural Disasters”
26
VI-4 : Hydrogéologie et caractérisation des flux préférentiels dans les massifs marneux
fracturés
EMMAH – Université d’Avignon et des Pays de Vaucluse (Avignon ; V. Marc)
- Partenaires :
- Nationaux : IPGP (Paris, Gaillardet), Chrono-environnement (Besançon, Bertrand), IPGS (Strasbourg, Malet)
- TUD – Delft University of Technology (Delft, Bogaard)
Contexte :
Une meilleure connaissance des circulations d’eaux transitoires dans les massifs rocheux fracturés est
nécessaire pour mieux comprendre la genèse de crues torrentielles chargées (Mathys et al., 1999, 2003) et le
stockage d’eau dans les réservoirs souterrains. Dans des roches litées, fortement tectonisées et fracturées comme
les marnes noires (Antoine et al., 1988 ; Maquaire et al., 2003), le rôle des discontinuités est triple (Beven and
German, 1982 ; German, 1990 ; Bouma, 1990 ; Bryan et Jones, 1997) :
1) Elles fonctionnent comme des conduits d’écoulements préférentiels ou comme des barrières imperméables.
er
Dans le 1 cas, elles confèrent au massif fracturé des coefficients de perméabilité très élevés
comparativement à la matrice rocheuse. Par exemple, Snow (1968) et Louis (1974) indiquent qu’une
-1
-6
-1
discontinuité ouverte de 0.1 mm.m conduit à une perméabilité de 10 m.s . Dans le second, les couches
ductiles, non fracturées par les contraintes tectoniques, forment des frontières imperméables qui peuvent
faciliter l’accumulation d’eau (Habib, 1985).
2) Les circulations d’eau peuvent modifier leurs propriétés physico-chimiques par dissolution des matériaux
encaissants et entraîner une fragilisation des terrains. Dans certains contextes, des érosions chimiques de
l’ordre de 10 t/ha/an ont pu être mesurées dans les marnes noires (Cras et al., 2003). Ces processus
d’altération profonde de la matrice sont quantitativement significatifs et constituent une préparation efficace
au déclenchement des glissements.
3) Les circulations d’eau peuvent mettre en pression les discontinuités. Dans ce cadre, l’effet de la pression
interstitielle dépend de l’anisotropie planaire qui se traduit, à l’échelle du massif, par une différence très
importante entre les perméabilités dans les directions parallèles et perpendiculaires à la stratification (Van
Genuchten, 1989 ; Nieuvenhuis, 1991 ; Van Beek and Van Asch, 1999 ; Tsutsumi et al., 2004).
Par leurs caractéristiques et leur extension spatiale, les marnes noires du Sud-Est de la France sont un observatoire
naturel privilégié pour étudier ces processus. Depuis une dizaine d’années, de nombreuses études pluridisciplinaires ont été menées sur ces matériaux, en particulier autour des bassins-versants expérimentaux de l’ORE
‘Draix’ (Mathys et al., 1999, 2003 ; Marc et al., 2001 ; Maquaire et al., 2002 ; Cras et al., 2003) et autour des sites
expérimentauix situés dans le Bassin de Barcelonnette (Malet et al., 2000 ; Maquaire et al., 2001 ; Malet et al.,
2005, De Montety et al., 2007 ; Grandjean et al., 2007, Meric et al., 2007) :
- d’un point de vue hydrologique, ces études ont indiqué que les écoulements préférentiels contribuaient au
transfert rapide des eaux météoriques (et des eaux de sub-surface pré-événement pluvieux) aux chenaux
torrentiels (Estèves et al., 2002 ; Descroix et Olivry, 2002 ; Descroix et Mathys, 2003 ; Mathys et al., 2003) ;
- d’un point de vue hydro-mécanique, ces études ont indiqué que le rôle des discontinuités ‘ouvertes’ dépendait
de l’état de saturation de la matrice environnante, en favorisant d’une part l’infiltration, ou en constituant
d’autre part des voies de drainage empêchant l’accumulation d’eau et favorisant la dissipation des pressions
interstitielles (Van Asch et al., 1996 ; Malet , 2003 ; Malet et al., 2005).
27
Figure 18 : Discontinuités
observées dans les marnes noires
du Bassin de Barcelonnette, et
caractérisation par carottage et
diagraphies de forage.
L’investigation expérimentale des flux préférentiels à l’échelle d’un versant est un exercice difficile. En
premier lieu, les écoulements rapides dans le milieu non saturé sont presque toujours mis en évidence ‘a
posteriori’ en étudiant la réponse d’un système à un forçage d’entrée (pluie, élément chimique, matière en
suspension, etc). Les techniques employées incluent l’analyse purement hydrodynamique du système,
notamment en conditions contrôlées (pluie simulée, Di Pietro et al, 2003) et l’application du traçage
naturel ou artificiel de l’eau (Lindström and Rodhe, 1992 ; Roulier et al., 2002, Bogner et al., 2004).
Les méthodes expérimentales adaptées à cette analyse entrée-sortie ont l’avantage de fournir des
informations relatives au temps de transfert et aux processus de modifications du fluide au cours de son
trajet (charge soluble, solide, température, etc.…). Elles sont cependant inadaptées à l’investigation des
conditions d’écoulements dans le milieu (répartition spatiale des écoulements préférentiels en fracture).
Le second avantage de ces méthodes est qu’elles permettent d’obtenir une réponse relativement
intégrative même si, pour l’étude spécifique des flux préférentiels, elles sont rarement appliquées au delà
de l’échelle de la parcelle ou du versant. A l’inverse, la plupart des méthodes d’investigation utilisées pour
la connaissance interne du système ont uniquement une valeur locale. Il s’agit essentiellement
d’expériences et de mesures de laboratoire (propriétés hydrodynamiques, modèles réduits), de suivis en
continu et en fonction de l’état hydrique des formations (tensiométrie, humidimétrie), et de l’application
de certains traceurs permettant de localiser les zones d’écoulements préférentiels (ex. brilliant blue,
Stadler et al., 2000 ; Bogner et al., 2005).
● Impact des discontinuités sur les caractéristiques pétro-physiques, hydrodynamiques et hydrophysiques des marnes noires
Les expérimentations prévues en laboratoire sont diverses. Elles ont pour but de définir les principaux
paramètres pétro-physiques, hydrodynamiques et hydro-chimiques des marnes noires et d’examiner la
réaction du milieu à différentes contraintes. Des expérimentations spécifiques seront effectuées sur des
échantillons carottés des deux sites d’études :
- mesure de conductivité électrique à pression et température ambiantes, avec une eau
représentative du terrain.
- mesure de perméabilité par la méthode à débit constant ou par la méthode transitoire. Cette
méthode nécessite d’appliquer un incrément de pression d'eau à l'une des extrémités de
28
l’échantillon, et donc d’avoir un confinement et une pression axiale pour assurer l'étanchéité du
système (Jouniaux et al., 1994 ; 1995 ; Darot et Reuschlé, 2000 ; Bourlange et al., 2004).
- mesures d’électrofiltration.
● Investigation hydrogéochimique in-situ et monitoring géophysique des flux préférentiels
La chimie des eaux a déjà été utilisée dans les marnes noires (Bogaard et al., 2004) et des études
quantitatives (De Montety et al., 2007) ont permis de préciser le fonctionnement hydrodynamique
général et les conditions aux limites du système ‘marnes noires’. Dans ce projet, traceurs conservatifs et
non conservatifs seront utilisés conjointement et dans les mêmes conditions afin d’investiguer les temps
de transfert de l’eau et les modifications du fluide au cours de son trajet.
L’utilisation des traceurs conservatifs permettra (1) d’accéder à la vitesse moyenne de percolation des
eaux, (2) de déterminer les modalités probables de l’écoulement (infiltration par effet piston,
intervention de processus dispersifs, combinaison des deux), (3) de repérer, s’ils existent, des processus
d’infiltrations rapides et (4) de quantifier des mélanges, notamment entre l’eau matricielle et l’eau libre.
Les qualités conjointes de l’oxygène-18 et du carbone-13 seront utilisées sur les sites d’étude :
- l’oxygène-18 permet une identification quasi directe du temps de transfert de l’eau à condition de
connaître avec précision les caractéristiques du signal d’entrée (variation en fonction de l’altitude,
variation temporelle au sein de l’épisode pluvieux). A court pas de temps (épisodes pluvieux),
l’investigation nécessite une connaissance préalable de la concentration des eaux déjà présentes
(sol, nappe) et un suivi de la teneur isotopique de la pluie par l’intermédiaire d’un collecteur
séquentiel. En sortie du système, la collecte des eaux sera réalisée dans des piézomètres ou dans
des sources dont la présence et la position révèlent un secteur fracturé. Un suivi à long-terme
(pluie-nappe) sera réalisé sur les deux sites afin de discriminer à l’échelle du cycle hydrologique la
part de l’infiltration matricielle et la part de l’infiltration rapide. Une telle démarche s’appuiera sur
le suivi isotopique mensuel des pluies mis en place depuis février 2004.
13
- le C du carbone minéral total dissous (cmtd) constitue un traceur complémentaire et indépendant
de l’oxygène-18. Il est habituellement utilisé comme traceur du temps de contact de l’eau avec une
matrice carbonatée (Fritz and Clark, 1997 ; Emblanch, 2003). Les échanges matriciels tendent à
donner à l’eau le même marquage que celui de la matrice, ce qui permet d’identifier l’impact sur les
eaux de nappe d’une nouvelle infiltration (eau de pluie en équilibre avec le CO2 atmosphérique).
L’utilisation de ce traceur est envisagée à l’échelle de l’épisode pluvieux (ou fonte des neiges). Il
13
nécessite au préalable une analyse de la teneur en C des matériaux considérés.
Un suivi temporel hydrodynamique de chaque site d’étude sera réalisé. L’instrumentation requise
comprend des tensiomètres, des capteurs de teneurs en eau (TDR, capteurs capacitifs), des piézomètres,
des mesures PS, et/ou un équipement de suivi des débits de sources. Des mesures hydrogéologiques en
forage seront réalisées à différentes profondeurs (essais d’eau de type Lugeon haute pression, essais
Lefranc). En complément, l’utilisation couplée des traceurs non conservatifs de la chimie des eaux
permettra d’avoir une approche qualitative indépendante et d’estimer, en outre, l’intensité de l’échange
eau-matrice. Ce dernier aspect est fondamental car même si l’intensité de l’érosion chimique est environ
2 ordres de grandeur inférieure à celle de l’érosion solide (Cras et al., 2003), elle concourt à l’altération
des matériaux qui favorise les flux préférentiels en créant une macroporosité et déstabilise les terrains.
● Modélisation géochimique – Comparaison de l’intermittence de traceurs passifs à l’échelle du
laboratoire et du terrain
Une interprétation exhaustive des données hydrodynamiques et hydro-chimiques nécessite une étape
complémentaire de modélisation géochimique. L’objectif est de comprendre les conditions de
minéralisation des eaux et ainsi de déterminer leur origine. Les traceurs isotopiques, non sujet à
modification après contact avec la matrice du sol, sont particulièrement adaptés à une approche
quantitative du suivi hydro-chimique. Au delà des simples modèles de mélange qui ont montré en de
nombreuses occasions leurs intérêts et leurs limites, les traceurs conservatifs permettent de mettre
explicitement en évidence la non stationnarité des temps de transfert. Des modèles conceptuels
isotopiques globaux ont été largement utilisés dans le cas des hydrosystèmes souterrains (Maloszewski
29
and Zuber, 1982 ; Amin and Campana, 1996 ; Vitvar and Balderer, 1997 ; McGuire et al., 2002) ou plus
récemment, sur des petits bassins versants avec des pas de temps beaucoup plus courts (Stewart and
McDonnell, 1991 ; McDonnell et al., 1999) ou encore pour étudier le transfert dans les sols (Lindstrom
and Rodhe, 1992). En contraignant les paramètres des modèles de transferts, les couplages eau-traceurs
sont susceptibles de fournir des renseignements sur les caractéristiques intrinsèques du système (temps
de résidence, dispersivité du milieu –Weiler et al., 2003–).
VI-5 : Processus hydrologiques extrêmes en Ubaye : crues, laves torrentielles et inondations
EOST/IPGS (Strasbourg ; Remaître) – [email protected]
- Partenaires :
- Nationaux : Cemagref (Grenoble, Laigle/Liebault/Richard), EMMAH (Avignon, Marc)
- Utrecht University (Faculty of Geosciences, van Asch).
Contexte :
Les crises hydrologiques et torrentielles se produisent de manière ubiquiste à travers le monde ; elles
constituent un danger réel pour les biens, les populations et les systèmes socio-économiques montagnards de
4
7
3
part notamment l’importance des volumes d’eau et de matériaux déplacés (de 10 à 10 m par événement).
L’effet conjugué du changement global et de l’augmentation croissante des populations dans des secteurs
sensibles augmente « mécaniquement » les risques hydrologiques et torrentiels. La vallée de l’Ubaye et le
bassin de Barcelonnette illustrent parfaitement cette tendance.
Les caractéristiques morpho-climatiques et anthropiques de la vallée de l’Ubaye ont favorisé le
développement d’un réseau hydrologique (torrentiel dans son immense majorité) particulièrement dense et
actif. L’étude des archives des services RTM montre que depuis 1850 près de 600 événements de crues et de
ème
ème
laves torrentielles ont été rapportés. L’intense activité agro-pastorale aux 17 et 18 siècles (déboisement et
défrichement massif) a contribué à la mise en place de puissants organismes torrentiels qui ont connues depuis
lors des crues et des laves particulièrement meurtrières et dévastatrices. La vallée de l’Ubaye est appelée la
« vallée des torrents » car plusieurs dizaines d’appareils torrentiels actifs connaissement des débordements
réguliers ; citons entre autres les torrents du Riou-Bourdoux, de l’Abéous ou de Faucon. La vallée de l’Ubaye est
donc un site unique pour la possibilité d’observer à la fois des crues hydrologiques de rivières torrentielles
(Ubaye et Bachelard) et des laves torrentielles dans l’un des 26 torrents actifs présents dans le bassin. Les deux
grands derniers événements montrent bien l’importance de ces processus :
-
en Mai 2008, l’Ubaye a connu une importante crue causée par l’action conjointe des fortes
précipitations printanières et de la fonte massive et rapide du manteau neigeux notamment en haute
Ubaye. De nombreux dégâts ont été occasionnés et plusieurs sites touristiques évacués ;
-
en Juillet 2009, le torrent de l’Abéous a été frappé par une lave torrentielle, la quatrième depuis 2005.
Les dépôts charriés par cet événement ont gravement endommagé le dispositif de correction torrentiel
et provoqué l’apparition d’un embâcle à la confluence entre le torrent de l’Abéous et de l’Ubaye. Cet
embâcle a ensuite provoqué des débordements de l’Ubaye à l’amont et une dégradation du lit à l’aval.
30
Figure 19 : Photo de gauche : vue sur l’Ubaye pendant les crues de Mai 2008. De nombreux sapements de berge, comme celui
observé sur cette photographie, ont provoqué des dégâts importants sur les propriétés et les biens jouxtant l’Ubaye (Photo
prise par M. Peyron, services RTM de Barcelonnette). Photo de droite : vue sur les dépôts laissés par lave de Juillet 2009 à la
confluence entre le torrent de l’Abeous et l’Ubaye (au premier plan).
C’est dans ce contexte que le projet se propose d’améliorer notre connaissance des facteurs de
contrôle de ces processus : facteurs de déclenchement (épisodes pluvieux extrêmes, changement d’occupation
du sol), facteurs contrôlant l’érosion et le dépôt pendant la propagation (effet « boule de neige »). Pour
améliorer la prévention des risques hydrologiques et torrentiels il est indispensable de disposer de chroniques
de données concernant à la fois les processus proprement dit (débit(s) et vitesse(s) des écoulements ;
granulométrie et lois de comportement des mélanges ; volumes liquides et solides écoulés, etc.) et les facteurs
contrôlant ces processus (pluviométrie, nivométrie, occupation du sol, dispositifs de correction torrentiel, etc.).
Ces données, acquises sur des sites constituant des références naturelles bien documentées, combleraient une
partie du manque cruel de données qui limite les avancées scientifiques (modélisation numérique) et sociétales
(amélioration de la qualité du zonage, prévention plus adaptée…).
● Améliorer notre connaissance des facteurs contrôlant le déclenchement de crues dans les rivières
torrentielles et de laves torrentielles ;
● Pour les appareils à lave torrentielle, mettre en œuvre des techniques d'observation pour mesurer les
changements topographiques du lit en détail pendant la propagation (lidar terrestre, caméra(s), etc) ;
● Equiper les torrents les plus actifs et certaines sections de l’Ubaye d’appareils permettant de mesurer les
paramètres hydrologiques (hauteur d’eau et débit) en continu ;
● Densifier et compléter la base de données existante sur les crues et les laves torrentielles dans la vallée de
l’Ubaye en insistant notamment sur les paramètres déclenchants (climatiques essentiellement) ;
● Identifier les conditions favorables à des situations de crises torrentielles (situation synoptique, conditions
hydro-météorologiques précédant un événement, situation du stock sédimentaire dans les zones de
production à l’amont) pour améliorer la prévision temporelle et spatiale de ces événements ;
● Développer des modélisations à base physique en calant rigoureusement les modèles (modèles
hydrologiques pour les crues et modèles rhéologiques pour les laves torrentielles) sur des données
observées sur des sites naturels instrumentés. Ces modèles doivent ensuite permettre d’améliorer
sensiblement la qualité de la prévention des risques hydrologiques et torrentiels.
31
VII- EVOLUTION RECENTE A ACTUELLE DES VERSANTS ET DE L’IMPACT ANTHROPIQUE
ET CLIMATIQUE
L’écologie est naturellement nourrie par l’expérience du terrain avec toutefois la difficulté récurrente de
pérenniser dans la continuité les expérimentations nécessaires à l’évaluation des concepts et des hypothèses
formulées. De plus, le suivi à long terme reste le seul moyen de comprendre le rôle et l’impact de paramètres tels
que le climat ou encore les changements d’usage des terres sur les dynamiques des écosystèmes.
Les disciplines paléoécologiques ont quant à elles un obstacle difficile à surmonter : celui de la taphonomie,
jouant le rôle de filtre puisque les fossiles étudiés ne relatent qu’imparfaitement les communautés écologiques
passées (aussi bien quantitativement que qualitativement). Dans ce domaine précis, l’expérimentation sur le
piégeage et la préservation des thanatocénoses demeurent des champs d’investigation peu explorés, tout
particulièrement en montagne, alors que la grande majorité des archives paléoécologiques s’y trouvent (lacs,
marais, tourbières).
L’opportunité de mettre en place des plateformes d’observation et d’expérimentation répond parfaitement
aux besoins multiples des sciences écologiques sensu lato. De plus, la localisation du projet en zone montagneuse
périméditerranéenne se révèle être un atout supplémentaire : les montagnes méridionales pourraient jouer un rôle
de zones-refuges pour des espèces qui seraient chassées par une aridification drastique du pourtour
4
méditerranéen . Dans ce contexte, des plateformes d’observation seraient des « avant-postes écologiques »
précieux pour la recherche et la gestion de notre environnement.
VII-1 : Plate-forme permanente d’observation de l’environnement forestier alpin
Porteur du Projet : Frédéric Guibal, dendroécologue, Institut Méditerranéen d’Ecologie et de Paléoécologie (IMEP)
L’étude des fluctuations spatio-temporelles de la limite supérieure des arbres constitue un outil
performant pour évaluer la variabilité climatique au cours de la période Holocène. Les études de
paléobioindicateurs de la présence locale des arbres (palynologie, paléoentomologie, pédoanthracologie)
associées à l’analyse des structures d’âge des communautés d’arbres vivants sont particulièrement bien
adaptées pour reconstituer les variations de la limite supérieure des arbres (Nicolussi et al, 2005).
La dynamique forestière qui se déroule, actuellement, à la limite supérieure des forêts, tire profit (1)
des changements d’usages des terres survenus au cours des dernières décennies en relation avec la déprise
humaine en milieu de montagne et (2) de l’augmentation des températures en cours depuis le début du
ième
20
siècle. Mais les études entreprises jusqu’à présent pour comprendre et modéliser cette dynamique de
reconquête forestière butent sur la part relative de chacun de ces deux facteurs dans cette dynamique
(Handa et al, 2006).
Le projet présenté offre l’occasion de vérifier la part des changements d’usages des terres de celle liée
aux facteurs climatiques par la mise en œuvre d’une plate-forme permanente d’observation de
l’environnement alpin installée sur des surfaces exposées à des conditions climatiques semblables mais dont
l’histoire de l’utilisation des sols diffère (il est à souligner que l’équivalent de ce type de plate-forme n’existe
pas, actuellement, dans la montagne française).
De fait, peuvent être envisagés, sur cette plate-forme localisée à la limite supérieure des arbres :
- Un inventaire initial de la structure d’âge de toutes les essences ligneuses présentes, réactualisé
périodiquement pour comptabiliser l’apparition et le développement des nouvelles plantules,
- Un dispositif de suivi permanent (1) de la croissance radiale (voir figures suivantes) en continu des
essences pionnières (mélèze, pin sylvestre) et des essences secondaires (pin cembro), (2) de la
phénologie de ces essences, (4) de la pluie pollinique et (3) des flux hydriques tant à l’échelle des
arbres que du sol.
4
si le réchauffement climatique actuel se poursuivait.
32
Les données recueillies sur une plate-forme pérenne de ce type contribueraient à comprendre les
processus de dynamique végétale en cours et aideraient à valider un modèle de végétation et un modèle de
croissance qui seraient transposables à l’échelle des Alpes internes et utilisables en mode prédictif.
Figure 20 : Deux exemples de dendromètre à bande
Figure 21 : Dendromètre électronique à bande
33
Figure 22 : Un exemple de micro-prélèvements du bois lors de suivis de la croissance radiale des arbres.
La reconquête forestière en altitude ne représente pas seulement qu’un enjeu écologique ou
paysager (bien que celui-ci soit d’importance). Elle constitue également un processus essentiel de la
préservation des versants et de la lutte contre les phénomènes érosifs, les avalanches, ou encore les crues
torrentielles ; des risques naturels dont la force et la fréquence ne sont plus à démontrer en Ubaye. Les
ième
reboisements « défensifs » initiés par Prosper Demontzey à la fin du XIX
siècle illustrent bien le rôle
fondamental de la forêt dans la gestion des territoires de montagne et des risques associés.
Il existe enfin une dimension sylvicole (et donc économique) à ce type de suivi puisqu’il serait
possible d’améliorer par la prédiction, la gestion et l’exploitation des peuplements forestiers ubayens.
VII-2 : Réponses des populations d’herbacées au changement climatique, plasticité
phénotypique et sélection de variants génétiques
Porteur du Projet : Alex Baumel, généticien, IMEP
L'une des conséquences théoriques d'une élévation des températures est une migration des
plantes en altitude ou en latitude. Cela semble néanmoins peu probable compte tenu du caractère très
fragmenté de nos paysages. En revanche, et comme cela a été synthétisé récemment par Jump et
Penuelas (2005), l'adaptation des plantes à leur nouvel environnement va jouer un rôle majeur. En effet un
changement environnemental, s'il provoque une mortalité accrue des adultes, des juvéniles ou une
diminution du succès de reproduction, représente une pression de sélection qui peut être suivie d'une
réponse évolutive des populations : une adaptation. En parallèle, la modification de facteurs écologiques
agissant sur la physiologie des organismes peut entraîner une accommodation de l'organisme à son nouvel
environnement : une plasticité phénotypique. Afin de comprendre les conséquences écologiques des
changements climatiques, leur effets sur les paysages, et les espèces rares qu’ils abritent, impose d'évaluer
avec précision la possibilité des ces deux modalités de réponses.
Parmi les méthodes couramment utilisées - génétique moléculaire et quantitative, cultures
expérimentales - les expériences de transplantations servent à "mimer" un changement climatique
(Etterson et Shaw, 2001). Elles sont le plus souvent réalisées selon un gradient latitudinal pour simuler un
34
réchauffement climatique : on compare alors la survie et la croissance de clones (plantes de mêmes
génotypes), ou de demi-frères, cultivés sous des climats différents.
Un site d'expérimentation dans les Alpes du sud pourrait servir à mimer un réchauffement
climatique (en transplantant des végétaux du nord des Alpes ou de l'Europe) ou un refroidissement
5
climatique (en transplantant des espèces de montagnes méditerranéennes s. s.). Enfin il est également
possible de transplanter des espèces locales mais à des altitudes différentes pour "mimer" également un
réchauffement ou un refroidissement climatique pour la flore locale : cette dernière proposition est
détaillée ci-après.
Les sujets biologiques utilisés pour ces expériences seraient des plantes herbacées annuelles ou
pérennes à courte durée de vie comme les Caryophyllacées. L’objectif serait ainsi d’évaluer en quelques
années les effets de la transplantation sur la survie et le succès reproducteur des groupes d'individus
transplantés. Idéalement, le schéma expérimental (Figure 23) devrait comporter trois sites répartis sur un
gradient altitudinal pertinent, i.e. situé sur un même versant et sur un substrat identique6.
Figure 23: Schéma explicatif des expérimentations de transplantation (F1, F2: générations successives)
Les transplantations seraient réalisées à partir de semences collectées l'année précédente dans
7
des populations naturelles grandes , en tenant compte de leur structure génétique. La surface nécessaire
dépendra des moyens disponibles et du nombre d'espèces étudiées, mais une superficie minimale de 100
m² par site est nécessaire. Enfin, un lot des semences en serre expérimentale (à l’IMEP) sera mis en culture
afin de contrôler la diversité génétique échantillonnée initialement et d'évaluer les conséquences de la
transplantation sur cette diversité. La durée de l'expérience devrait donc s’étaler sur plusieurs années.
A terme, la comparaison de la diversité génétique initiale (phénotypique et moléculaire)
déterminera si ce changement climatique "mimé" a induit une réponse évolutive et/ou des processus
d'accommodation des plantes.
5
Comme cela a pu se passer lors de la dernière glaciation (- 90 000à - 20 000 ans).
Avec le recours à des substrats artificiels si nécessaire.
7
Afin d’éviter la consanguinité.
6
35
VII-3 : Connaissances et suivi des entomofaunes selon un gradient altitudinal
Porteur du Projet : Philippe Ponel, entomologiste, IMEP
En dépit d’une communauté d’entomologistes très active en France, la connaissance des insectes
dans les Alpes du sud demeure incomplète. L’ordre des Coléoptères est particulièrement important, de par
sa diversité et son étroite relation avec l’état des sols et du couvert végétal.
Dans le cadre du projet, il est proposé d’effectuer un suivi des populations de Coléoptères
(terricoles et forestiers) au moyen de la pose de deux séries de pièges étagés selon un gradient altitudinal:
- des pièges terrestres de type pitfall trap (Figure 24),
- et des pièges aériens à interception de type Polytrap (Figure 25)
Figure 24 : Un piège entomologique
de type pitfall trap
Figure 25 : Pose d'un piège à interception
modèle Polytrap
1/ Les Coléoptères terricoles et les pièges terrestres.
Ce dispositif permettrait de mieux connaître la faune terricole de la vallée de l'Ubaye, de préciser
sa répartition selon l'altitude, de mettre en évidence des espèces indicatrices (Mc Geoch, 1998), et de
suivre l'évolution au cours du temps de ces espèces indicatrices (Naujok et Finch, 2004), sous l'action du
changement climatique, des activités humaines, d'une éventuelle utilisation ou gestion particulière des
milieux.
2/ Les Coléoptères forestiers et les pièges aériens.
Les Coléoptères saproxylophages sont maintenant reconnus comme d’excellents indicateurs de
divers paramètres environnementaux en milieu forestier. L'échantillonnage de ces insectes est maintenant
au point puisque l'utilisation du piège Polytrap est standardisée dans ses grandes lignes (Bouget et al,
2008). La mise en oeuvre d'un dispositif de piégeage à grande échelle pourrait ainsi permettre de mettre
en évidence des espèces de Coléoptères saproxylophages patrimoniales, de préciser leur répartition dans
la vallée de l'Ubaye, de définir les facteurs qui influencent leur diversité (Økland et al, 1996). Sur un plan
plus pratique, les résultats de ces recherches pourraient permettre de mieux encadrer les méthodes de
gestion forestière dans une perspective de conservation de la biodiversité en insectes saproxylophages
(Müller, 2008).
Le choix des sites doit être pertinent, en prenant en compte des stations dont les formations
végétales sont caractéristiques de la vallée de l’Ubaye, mais également en incluant des zones d’intérêt
patrimonial (Natura 2000, etc.) pour lesquelles les inventaires d’insectes déjà menés ne sont que des
instantanés, et mériteraient un suivi rigoureux dans le temps (pour une meilleure gestion).
36
VII-4 : Projet d'étude de la taphonomie des Coléoptères dans les lacs et marais d'altitude
Porteur du Projet : Philippe Ponel, entomologiste et paléoécologue, IMEP
Un dispositif expérimental est envisagé afin d’améliorer nos connaissances en paléoécologie, et plus
exactement sur la taphonomie des insectes. En effet, si les phénomènes taphonomiques qui conduisent à la
formation d'assemblages fossiles à partir d'organismes vivants sont relativement connus pour les pollens, un
peu moins pour les macrorestes végétaux et pour les mollusques, l’enfouissement et la préservation des
insectes n’ont fait l’objet que de peu de travaux, tous essentiellement menés dans des conditions artificielles
(Kenward, 1975; Lemdahl, 1990), à l'exception d'un récent travail mené à l'IMEP et à l'Université Montpellier II
(Mancet, 2002-2003).
Figure 26 : Un assemblage de Coléoptères subfossiles contenu dans un bloc de tourbe
Ainsi, pratiquement rien n'est connu des relations qui existent entre un assemblage de
Coléoptères morts et le milieu "naturel" d'où ils sont issus. Cette lacune complique singulièrement les
reconstructions paléoécologiques et paléoclimatiques basées sur l'analyse des assemblages de
Coléoptères fossiles quaternaires, qui de ce fait ne peuvent faire appel qu'à des notions développées de
manière empirique. Le rôle croissant de la paléoentomologie quaternaire dans les reconstructions
paléoenvironnementales, particulièrement en milieux montagnard et alpin (Ponel et al, 2001) rend cette
situation de moins en moins acceptable.
Dans le cadre du projet, le dispositif consisterait :
1/ à placer des pièges à insectes,
2/ et à exploiter des sites préexistants (retenues collinaires, bassins, lacs), selon un gradient
altitudinal.
Les pièges pourraient être constitués de cuves remplies d'eau fonctionnant de façon analogue aux
petits lacs de montagne dans lesquels les insectes chutent, se font piéger et se noient. Ces dispositifs
fourniront des indications sur la manière dont se constituent naturellement au fond de ces lacs les
assemblages d'insectes morts, puis les assemblages d'insectes subfossiles après leur enfouissement dans
les sédiments. Il serait alors possible de comparer le milieu actuel (documentés par d’autres méthodes de
piégeage, et des prospections régulières) et l'image fournie par les assemblages d'insectes récemment
morts, selon le même principe appliqué à la pluie pollinique actuelle et à son interprétation dans la
reconstruction de la végétation (Andrade Olalla et al, 1994).
37
À terme, le but est de tester l'hypothèse du transport à longue distance d'insectes (et d'autres
objets biologiques) sous l'action du vent dont on a tendance à sous-estimer l’influence dans les régions de
montagne (Ponel et Richoux, 1997).
VII-5 : Expérimentation sur la relation pluie pollinique/végétation : calibration & relation
avec le climat.
Porteurs du Projet : Frédéric Guiter, Valérie Andrieu-Ponel, paléoécologues, IMEP
Le projet présenté ici est le corollaire découlant de la proposition précédente. Il s’inscrit dans la
nécessité de comprendre en paléoécologie, la représentativité de la pluie pollinique fossile par rapport aux
communautés végétales passées. En effet, la palynologie (étude des spores et pollens fossiles), bien
qu’étant une discipline majeure (si ce n’est fondatrice) de la paléoécologie continentale quaternaire, s’est
toujours heurtée à l’interprétation quantitative des données polliniques fossiles, à la fois en termes de
physionomie du couvert végétal, et de changements climatiques.
D’une manière générale, le pollen des arbres est dispersé sur de longues distances, contrairement
à celui des herbacées. Les différences de productivité pollinique entre les divers taxons induisent
également des distorsions dans les enregistrements polliniques. Par conséquent, les reconstitutions
paléoécologiques peinent parfois à caractériser (a) les changements structurels des écosystèmes passés,
(b) le degré d’ouverture et de fermeture des écosystèmes, en relation avec l’activité humaine et le climat.
Cet obstacle est lié à la difficulté de caractériser des relations entre la pluie pollinique et la végétation
actuelle. Cette problématique de recherche est très aboutie dans les pays nordiques. Les théories sur la
dispersion pollinique ont été grandement affinées, grâce à des travaux rigoureux de modélisation et
d’estimation quantitative des relations pluie pollinique/végétation (Andrade Olalla et al, 1994 ; Broström
et al, 2004)
De nombreuses publications sur le sujet ont récemment vu le jour, notamment sur la végétation
arborée suisse et sa productivité pollinique pluri-annuelle (Sjögren et al, 2008), mais également à
proximité de l’Ubaye, dans la région du Champsaur (Court-Picon et al, 2005). Il découle de ces travaux
fondamentaux pour la paléoécologie, une bonne connaissance des modalités de dispersion pollinique des
principaux taxons forestiers. Cependant, en dépit de ces résultats prometteurs, une grande partie des
dynamiques de dispersion (à courte et longue distance) et de conditions de dépôt demeurent méconnus
(Jackson et Lyford, 1999). De plus, dans les zones montagneuses méridionales, il faut prendre en compte
8
des paramètres complexes comme la zonation altitudinale de la végétation, des reliefs contrastés, des
régimes climatiques variés, ainsi que des apports polliniques méditerranéens lointains (bien disséminés
par les vents vers les plus hautes altitudes).
Le projet permettrait de mettre en place des séries de pièges à pollen (type tauber trap)
- étagés sur plusieurs versants ubayens
- répartis dans l’ensemble des formations végétales qui caractérisent la vallée.
Associée à un réseau de stations météorologiques (pré-existantes ou nouvelles), chaque zone de
piégeage ferait l’objet d’un inventaire floristique complet, et d’un relevé automnal systématique par piège,
et sur plusieurs années.
8
Souvent difficiles à intégrer dans les modèles de dispersion.
38
Le but serait ainsi :
1) de quantifier annuellement la pluie pollinique,
2) d’identifier sa composition,
3) d’établir par reconstructions et/ou modèles statistiques des relations avec les changements de
végétations et du climat.
Figure 27 : Photographie d’un Tauber Trap (piège à pollen) en place
A l’issue de ces suivis pluriannuels, de nouvelles expérimentations pourront être menées (suivis
aéropalynologiques, etc.), afin d’améliorer les reconstructions quantitatives sur la pluie pollinique fossile /
végétation passée et d’alimenter les modèles de reconstitution des paysages passés (Sugita, 2007). Un tel
dispositif doit être conçu sur plusieurs années, pour la phase d’acquisition des données, mais également
pour leur exploitation.
VII-6 : Surveillance et exploitation des gisements de bois fossiles ubayens.
Porteur du Projet : Cécile Miramont, géomorphologue et dendrochronologue, IMEP
Dans les Alpes du Sud, les petits organismes fluviaux affluents des grandes rivières ont construit au
cours du Tardiglaciaire et de la première partie de l’Holocène (14500 – 6500 cal BP) de très épais
remblaiements sédimentaires de fond de vallons. Ces sédiments constituent des archives
paléoenvironnementales extrêmement riches qui permettent de reconstituer les grandes étapes de l’histoire
des paysages fluviaux au cours des 15 derniers millénaires et d’avancer des hypothèses sur les changements
paléoclimatiques. L’originalité de ces corps sédimentaires est de contenir de très nombreux gisements
d’arbres subfossiles (Pinus silvestris sp.) (Miramont et al, 2000). Les pins ont été enfouis dans les dépôts de
crue des torrents. On retrouve aujourd’hui les souches particulièrement bien conservées, en position de vie,
avec souvent encore leur écorce. Elles sont aujourd’hui mises au jour par l’incision linéaire des cours d’eau et
apparaissent dans les fonds et les berges des torrents sur plusieurs niveaux stratigraphiques superposés.
La région de Barcelonnette comprend plusieurs gisements d’arbres subfossiles. C’est le cas en
particulier du torrent de Rouchouze, près du col de Larche. Les arbres découverts dans ce torrent constituent
le gisement d’arbres subfossiles préservés in situ le plus élevé en altitude. Une première étude (Sivan, 2002)
a montré que les datations radiocarbone des arbres s’échelonnent entre 9000 et 8000 BP. Récemment, les
crues du torrent ont révélé de nombreux autres spécimens. Il apparaît aujourd’hui fondamental de surveiller
l’apparition de nouvelles souches d’arbres subfossiles dans ce torrent et de les prélever avant que les troncs
ne soient emportés par les crues de la rivière.
39
Figure 28 : Le cône torrentiel postglaciaire du torrent de Rouchouze. Un remonte-pente souligne le sommet des
dépôts. Les arbres subfossiles apparaissent au fond du torrent et à mi-pente dans les berges
Figure 29 : Quelques souches de Pinus silvestris découvertes après que les crues du printemps 2008 aient rafraîchi
les berges du torrent de Rouchouze (Larche, 04).
40
Une des composantes du projet proposé pourrait donc s’articuler autour d’un suivi, d’une veille de ces
troncs fossiles, apparaissant lors d’épisodes érosifs brutaux.
L’étude des gisements de bois subfossiles débouche sur plusieurs axes de recherches :
- La reconstitution de l’histoire des paysages fluviaux. A la fin du Pléniglaciaire, les versants possèdent
une forme réglée sous l’effet des processus périglaciaires qui ont perduré durant des millénaires. A partir du Bölling
(14500 cal BP), des phénomènes d’érosion régressive s’amorcent depuis les grandes rivières en cours d’incision et
des bassins torrentiels latéraux s’ouvrent sur les versants. Corrélativement, en aval de ces nouveaux bassins, les
premiers dépôts alluviaux (« Remblaiement Postglaciaire Principal » ou RPP) se mettent en place, fossilisant des
souches de pins vestiges de la reconquête végétale tardiglaciaire. Ce phénomène se poursuit au cours des premiers
millénaires de l’Holocène jusque vers 6500 cal BP : les bassins de réception s’étendent sur des versants et des
dépôts mixtes alluviaux-colluviaux à bois subfossiles viennent se superposer aux dépôts tardiglaciaires. La tendance
à la sédimentation s’achève vers 6500 cal BP.
Localement des sols bruns forestiers se développent, en particulier dans la vallée de l’Ubaye où ils sont
bien datés (Jorda et al., 2002). Dans certains torrents, des nappes alluviales s’emboîtent à l’intérieur des dépôts du
RPP mais n’atteignent jamais l’ampleur des dépôts précédents. Une phase d’incision majeure intervient ensuite
pour aboutir aux paysages fluviaux actuels : les rivières s’encaissent de 5 à 20 m en contrebas de la surface des RPP.
L’analyse dendrochronologique des pins subfossiles révèle des courbes de croissance très particulières, bien
différentes de celles des pins sylvestres d’aujourd’hui. Des cernes très minces caractérisent la fin de vie des arbres
montrant qu’ils ont survécus, péniblement, pendant plusieurs dizaines d’années malgré l’ensevelissement des
souches dans dépôts de crue et l’asphyxie partielle de leur système racinaire.
- La reconstitution de l’histoire du climat. Les principales tendances plurimillénaires de l’évolution
géomorphologiques peuvent être interprétées en termes d’évolution paléoclimatique. L’importance de la
sédimentation alluviale entre 14500 et 6500 cal BP plaide en faveur de conditions climatiques humides et de
précipitations de forte intensité au cours de cette période. Un changement majeur vers un assèchement et un
changement des régimes de pluie interviennent aux environs de 6500 cal BP. Au-delà de ces grandes étapes, des
périodes de fossilisation préférentielles des pins se distinguent dans les Alpes du Sud. Certaines sont
contemporaines de périodes de hauts niveaux lacustres enregistrées dans les Alpes du Nord, le Jura et la Provence
(Bruneton et al, 2001, Magny et al, 2002). Elles témoignent de fluctuations climatiques pluriséculaires,
caractérisées par une fréquence accrue des précipitations de forte intensité responsable de l’enfouissement des
arbres. De plus, l’analyse dendrochronologique des séries de cernes des pins subfossiles associée à l’étude des
perturbations de croissance (cicatrices, abrupt growth changes, déformations…) et des périodes de germination et
de la mort des peuplements permet de travailler sur les rythmes de la sédimentation alluviale à haute fréquence.
- La reconstitution de l’histoire de la végétation. L’identification anatomique des troncs subfossiles de Moyenne
Durance montrent qu’ils appartiennent tous à l’espèce des Pins de type sylvestre, et ce, quels que soient leurs âges
radiocarbone. Ce résultat peut apparaître surprenant et en contradiction apparente avec les connaissances sur
l’histoire de la végétation, en particulier pour la période boréo-atlantique durant laquelle les palynologues
montrent que la forêt caducifoliée domine les paysages des moyennes montagnes subalpines. Les bois subfossiles
reflètent en réalité la diversité de la couverture végétale à une échelle spatiale plus fine, non perceptible dans les
analyses de pollen. Les paysages étaient en effet composés d’une mosaïque de milieux diversifiés, et les contrastes
liés à la dynamique de l’érosion : dans les fonds de vallons fréquemment envahis par les crues, seuls les pins
sylvestres, espèce qualifiée de « durablement pionnière » (Rosique, 1994), parvenaient à se satisfaire de substrats
mobiles et de sols très pauvres. En revanche, les versants couverts par d’anciens éboulis hérités des périodes
glaciaires, stabilisés et coiffés de sols bien évolués supportaient une végétation plus dense de chênaie mixte.
14
- La calibration du radiocarbone. La datation par C constitue un outil universel et incontournable pour dater de
14
façon absolue des vestiges organiques naturels ou archéologiques. Mais il est indispensable que les âges C
puissent être étalonnés avec précision sur le calendrier solaire. Cette calibration est réalisée grâce aux séries
41
dendrochronologiques de référence pluri-millénaires établies à partir de bois archéologiques pour les périodes
récentes et de bois subfossiles pour les périodes les plus anciennes.
A l’heure actuelle, la plus longue chronologie servant de référence pour la calibration du radiocarbone
couvre les 12 593 dernières années, (Schaub et al, 2007 ; Reimer et al., 2004 ; Stuiver et al. 1998). Antérieurement à
cette période, la calibration des dates radiocarbone est réalisée à l’aide de données essentiellement d’origine
marine (Reimer et al. 2002 ; Bard et al. 2004 ; Hughen et al. 2004) qui, bien qu’elles approchent la résolution
offerte par les chronologies de cernes, ne peuvent se soustraire aux problèmes induits par la variabilité des effetsréservoir de l’océan au cours du temps.
14
Pour cette raison, il apparaît aujourd’hui fondamental de prolonger la courbe de calibration du C
obtenue à partir des chronologies de cernes. Les arbres subfossiles de Moyenne Durance peuvent permettre d’y
parvenir.
42
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