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Tectonique 57 PO IC - Géologie de l'ingénieur Chapitre 4 Tectonique Plan 4.1 Généralités 4.2 Echelle des temps géologiques 4.3 Echelle de durée de service des ouvrages 4.2.1 Plissements 4.2.2 Failles 4.3.1 Glissements de terrains 4.3.2 Ecroulements et chutes de blocs 4.3.3 Effondrements et affaissements 4.3.4 Séismes PO IC - Géologie de l'ingénieur La tectonique Echelles d'études spatiales : - tectonique analytique, au niveau microstructural - mégatectonique, au niveau d'un massif - géotectonique ou tectonique globale, au niveau des plaques temporelles : - déformations à l'échelle des temps géologiques - déformations à l'échelle de la durée de vie d'un ouvrage plissements, failles... 4.1 Généralités glissements, affaissement, séisme... Distinction selon le type de déformation et d'endommagement tectonique cassante : tectonique souple : effet du temps (fluage) effet des T et P

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Tectonique 57

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Chapitre 4Tectonique

Plan4.1 Généralités4.2 Echelle des temps géologiques

4.3 Echelle de durée de service des ouvrages

4.2.1 Plissements4.2.2 Failles

4.3.1 Glissements de terrains4.3.2 Ecroulements et chutes de blocs4.3.3 Effondrements et affaissements4.3.4 Séismes

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La tectonique

Echelles d'études• spatiales : - tectonique analytique, au niveau microstructural

- mégatectonique, au niveau d'un massif- géotectonique ou tectonique globale, au niveau des plaques

• temporelles : - déformations à l'échelle des temps géologiques- déformations à l'échelle de la durée de vie d'un ouvrage

plissements, failles...

4.1 Généralités

glissements, affaissement, séisme...

Distinction selon le type de déformation et d'endommagement• tectonique cassante :• tectonique souple :

effet du temps (fluage)effet des T et P

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4.2 Echelle des temps géologiques4.2.1 Plissements

Plis ou plissementsdéformations de couches provoquées par la flexion ou la torsion des roches

géométrie des couches géologiques : déterminée par la direction et le pendage

direction d'une couche

pendage d'une couche

sur les cartes géologiques

ou

ou

ou

pendage nul : couche horizontale

pendage 90o : couche verticale

pendage et valeur indiquéependage sans indication numérique

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Termes désignant lesdifférentes parties d'un pli

Formes variablesselon l'intensité despoussées subies

Différentes formes de plis

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Formation des plis

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Sur une carte géologique

Le terrain (a) encore plus ancien est invisible →

Exemple : association d'un synclinal etd'un anticlinal

- anticlinal : terrain ancien (b) entouré par des terrains de + en + jeunes (c,d)- synclinal : réciproque (d) entouré de (c) et (b)

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Des plis initiaux au relief actuel

constitué de monts anticlinaux et de vallons synclinauxinfluencé par l'effet de l'érosion

Érosion différente sur les reliefs

anticlinal →

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érosion dans le cas calcaires dursmarnes tendres

érosion dans le cas +

Age d'un plissement- plus récent que- plus ancien que

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4.2 Echelle des temps géologiques4.2.2 Failles

Failles- cassure qui se produit entre deux blocs de terrains- dimensions : quelques mètres à quelques centaines de kilomètres

distension Trois mouvements possibles

coulissement horizontalcoulissement vertical

création de fossés d'effondrementou graben (vallée du Rhin (Alsace))

α

βγ

mouvements β et γ :pas de vides entre lescompartiments déplacés

β β

γ γα α

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Vocabulaire lié aux failles à jeu vertical

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Failles listriques

Fossé d ’effondrement de la vallée du Rhinentre Vosge et Forêt-Noire

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faille de San Andreas

Groupement de failles

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Comment les modes de groupement de failles peuvent modifier l'exploitationd'une couche dans une carrière ou une mine ?

Groupement de failles

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Age des failles- plus récente que le plus jeune des terrains recoupés- plus ancienne que plus vieux des terrains non recoupés

- F2 plus jeune que etplus ancienne que

- F1 plus que F2

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eur Caractérisation d'une faille

- orientation : direction et pendage- dimension : plus grande longueur observable- densité de fracturation : longueur cumulée de fissures / surface de l'affleurement analysé- ouverture : ouverte ou fermée- état de surface : lisse, rugueux- remplissage : nature, épaisseur, caractéristiques des produits de remplissage

Observation des failles- souvent cachées par l'érosion- définie par une direction et un pendage- sur une carte géologique trait fort - rectiligne : faille verticale

- sinueux : faille inclinée

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• • •

exemple : faille du tunnel de Toulon, qui a entraîné unéboulement lors du percement du tunnel

Importance des failles en génie civil

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Glissements de terrains (caractéristiques générales)

Echelle humaine

4.3 Echelle de durée de service des ouvrages4.3.1 Glissements de terrains

- lents :- brutaux :phénomènes

• mouvements lents (qques cm/an à 200 m/h)• matériaux meubles• grands volumes• déplacement continu• pas de surface de rupture

Exemples de glissements de terrains

Fluage - solifluxioncouche de terrains plastiques (marnes, argiles)

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cas particulier de la solifluxion

sol gelé dégel- saturé d'eau en surface- encore gelé en profondeur

impossibilité de drainage

création de loupes de sol

faible pente (2 à 3o)

déplacement vers le bas relief

Fluage - solifluxion

4.3.1 Glissements de terrains

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• mouvements de translationde matériaux meubles

• coulées - de boues- d'éboulis- de neige

Coulées

• déplacements

plus rapides que le fluage ( )

± importants (jusqu'à quelques km)

mais assez lents- alerte- évacuation

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• causes variées- nature du terrain- disposition des couches- action des agents atmosphériques

- action de l'eau interstitielle

• glissements rotationnels

- remblais et talus- basculement de la masse glissée suivant une

surface plus ou moins circulaire

Glissements

• apparition de surfaces de rupture - planes- courbes

• sols, roches, terrains consolidés

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• glissements translationnels

- Anchorage (Alaska), 1964• un séisme a liquéfié la couche argileuse (1)• cette couche supporte des argiles sèches (2) et des graviers (3)• les couches (2) et (3) se sont alors déplacées vers la côte

marine en créant des failles et des effondrements (4)→ maisons déplacées, canalisations rompues

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Glissements• glissements translationnels (suite)

- Barrage du Vaïont(Longarone, Italie),1963

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4.3 Echelle de durée de service des ouvrages4.3.2 Ecroulement et chute de blocs

Caractéristiques• chutes de masses rocheuses le long de versants raides et de falaises• inclus les glissements rocheux "bancs sur bancs"

• mouvements rapides quasi instantanés

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• écroulement d'une colonne rocheuse- basculement- rupture au pied

selon la position de la force résultante agissante (poidspropre) par rapport au centre de gravité e la section d'appui

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Exemple d’activité dansune région sensible

(Alpes)

glissements, coulées

1950

1978

1994Bilan en 1994

quelques 100 000 m3

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Exemple : Roque-Gageac (1957)chute de 5000 m3 de roche

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4.3 Echelle de durée de service des ouvrages4.3.3 Effondrements, affaissements

Caractéristiques• effondrements : mouvements lents plus ou moins continus

• affaissements : mouvements rapides et discontinus

Causes possibles• mouvements liés à des exploitations souterraines actuelles ou passées :

- mines- carrières- salines

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En conclusion• passage progressif d'une catégorie de phénomènes à une autre :

• dans certaines régions sensibles, plusieurs mécanismes peuvent être associés :

- roches carbonatées : calcaire, dolomie- roches sulfatées : gypse, anhydrite- roches salines : sel, potasse

évolution des phénomènes

plus rapide si solubilité plus grande

• mouvements liés à des circulations d'eau dans des roches solubles :

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4.3 Echelle de durée de service des ouvrages4.3.4 Séismes

Définition• ébranlement brutal du sol provoqué par un mouvement relatif soudain de deux

plaques tectoniques (écorce terrestre)

• à la fin du séisme, nouvelle accumulation d'énergie élastique jusqu'à unenouvelle libération brutale

• après déclenchement d'un séisme →

• foyer :

• épicentre :

le lieu dans le plan de faille oùse produit réellement le séisme(zone où l'énergie se libère)

le point à la surface terrestre àla verticale du foyer(maximum d'activité sismique)

ligne isoséiste

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Définition (suite)

• suivant la profondeur du foyer- séismes superficiels < 60 km → % des cas- séismes intermédiaires 60-300 km → % des cas- séismes profonds > 300 km et jusqu'à 700 km → % des cas

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Propagation des séismes• trois familles d'ondes

Onde P : onde compressive (5 km/s surface)Onde S : onde cisaillante (3 km/s surface)

Ondes de volume

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Onde LQ (Love) : onde cisaillante (2.9 km/s surface)Onde LR (Rayleigh) : onde complexe (2.7 km/s surface)

Ondes de surface

Propagation des séismes• trois familles d'ondes

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Propagation des séismes• propagation des ondes : trajectoire

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Propagation des séismes• propagation des ondes : trajectoire

P : onde P manteauS : onde S manteauK : onde P noyauI : onde P graineJ : onde S grainec : onde réfléchie noyaui : onde réfléchie grainem : ordre des réflexions

Exemple de propagationSeismic Waves

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Détection des séismes• à l'aide de sismographes (pendules à ressort)

enregistrementdes déplacementsdes vitesses de déplacementdes accélérations

du sol

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signaux enregistrés

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A chaque station, 3 sismographes pour mesurerles 3 composantes des mouvements du sol

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Réseau mondial sismologique

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Détectiondes séismes

• stations réparties

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Durée des séismes• secousse principale suivie de répliques

• diagramme de Husiol

- moins fortes- habituellement même foyer

!dangereuses car agissentsur ouvrages endommagés

temps requis pour passer de 5% à 95% de l'énergie

1

10

100

5.5 6 6.5 7 7.5 8

Magnitude

Seco

nds

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Intensité des séismes• échelle Mercalli (1902) et MSK (1964)

• échelle de Richter (1935)

- intensité sur une échelle de I à XII- basée sur les dégâts causés

et la perception qu'a eu la population du séisme

- magnitude d'un séisme, calculée à partir de la quantité d'énergie dégagée au foyer- échelle logarithmique ouverte

Magnitude locale

amplitude maximale de la réponsed'un sismographe étalon supposéplacé à 100 km de l'épicentre

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Risque sismique• variable d'une région à l'autre• moyenne sur la terre 0,28 séisme destructeur / siècle / 100 000 km2

!Italie : Grèce :

autres zones à risques :Japon, Indonésie, façadeouest des Amériques

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Risque sismique• carte mondiale

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Risque sismique• en France

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Risque sismique• sismicité française

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3 < M < 42 < M < 3 4 < M < 5,5

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Prévision des séismes• on ne sait pas prévoir à coup sûr la date, le lieu et l'intensité d'un séisme• on peut dire qu'une zone réputée sismique est d'autant plus dangereuse qu'elle

n'a pas subi d'événement sismique depuis longtemps

• signes prémonitoires

• méthode VAN

- la faille de San Andreas coulisse au sud de San Francisco de quelques mm par an demanière continue

- au nord, au contraire, son mouvement est bloqué depuis 1906 (énergie emmagasiné)

- diminution de la résistivité des roches- variation du champ magnétique local- augmentation de la circulation des eaux souterraines, variation du niveau d'eau des

puits et du débit des sources- activité sismique plus importante que le bruit de fond habituel- légères déformations de la surface du sol détectables par des inclinomètres- inquiétude des animaux peu de temps avant la secousse

- basée sur la mesure des impulsions électriques qui se propagent dans le sol- réseau de stations réceptrices réparti sur toute la Grèce

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Prévention contre les séismes

• éducation de la population• respect des normes de

construction

- éviter de construire en zone de faille- en zone sismique, éviter de construire sur des terrains en

pente, sur des terrains meubles, alluvions en particulier, quientrent en résonance

- le béton est un bon matériau parasismique mais la structureelle-même doit être parasismique : chaînages raidisseurs,éviter les corniches et balcons, etc.