Thèse soutenue par Florian Humair, le 13 janvier 2017, Institut des sciences de la Terre (ISTE)
Ce travail de doctorat s’intéresse aux processus qui om participés à la formation de deux chaines de montagnes, à savoir le Jura Suisse et la partie externe des Montagnes Rocheuses, au sud du Canada, nommée les Foothills. Plus précisément, nous nous intéressons aux potentiels liens qui existent entre ces processus et le développement de mouvements de versants, tels que les écroulements ou les glissements de terrain.
Ces deux chaînes de montagnes telles que nous pouvons les observer aujourd’hui sont le résultat de multiples processus géologiques qui se sont succédé et ont interagi au cours du temps. Les roches qui les composent, principalement des calcaires, mais également des dolomies, des marnes et des argiles ont été formées entre 250 et 10 Ma pour le Jura et entre 410 et 53 Ma pour les Foothills.
Par la suite, ces roches ont été compressées et ainsi déformées par des contraintes tectoniques. A l’instar d’autres chaînes de montagnes, la particularité du Jura et des Foothills réside dans le fait que ces couches qui sont assez peu déformables, ont été « décollées » de leur soubassement et ont « glissées » sur des couches plus tendres (argiles, sel, gypse), dits « niveaux de décollements ». Dans ce contexte, sous l’effet des différentes forces qui lui sont appliquées, la série de roche va se déformer et former des plis dont les caractéristiques dépendent de plusieurs facteurs.
Ce travail a notamment permis de mettre en évidence le rôle de certains de ces facteurs, comme l’épaisseur et le nombre des niveaux de décollement, le contraste de résistance entre les niveaux peu déformables et les niveaux tendres ou encore la présence d’hétérogénéités dans le niveau de décollement. Ce processus de plissement est accompagné et relayé à l’aide de grandes failles qui vont fortement influencer la forme et la genèse des plis.
De plus, la série de roches ne se déforme pas de manière complètement homogène. Si les horizons les plus tendres auront tendance à être intensément déformés voire à former des petits plis secondaires, les horizons les plus résistants auront quant à eux tendance, passé un certain stade de résistance aux contraintes, à se fracturer. Notre étude a permis de mettre en lumière quelles sont les types de fractures qui sont les plus susceptibles de se former lorsque les couches sont plissées.
C’est en grande partie ces phénomènes de plissements qui confèrent, à la topographie actuelle de ces deux chaînes de montagnes, une allure ondulatoire où les crêtes correspondent à des plis convexes (anticlinaux) et les vallées à des plis concaves (synclinaux).
Néanmoins, les paysages sont également modelés par l’érosion, par le travail des glaciers et rivières, mais également par les mouvements de versants.
L’un des objectifs de ce travail consiste donc à comprendre dans quelle mesure les informations sur les structures tectoniques que nous venons de mentionner nous permettent de mieux appréhender les causes du développement d’instabilités rocheuses dans les plis. Le développement de ces phénomènes gravitaires trouvent leurs causes dans une multitude de facteurs qui sont considérés comme internes (composition de la roche, perméabilité, orientation et pente de la topographie, présence de grandes structures), ou externes (conditions météorologiques, sismicité, gravité). L’évolution de la stabilité d’une pente est associée à la dégradation progressive des paramètres internes sous l’effet des facteurs externes.
Cette étude a permis de démontrer que la répartition des mouvements de versant n’est pas aléatoire, mais est liée à la combinaison de différents facteurs comme la topographie, la forme des plis, le type de roche ou encore l’érosion au pied des versants. De plus, leurs mécanismes de déstabilisation sont notamment associées aux fractures crées durant le plissement, ainsi qu’à la diminution de la résistance de la roche suite à la présence de grandes failles.
La compréhension des plis et structures qui y sont associées est non seulement utile pour appréhender certains types de mouvement de versants, mais est également profitable à l’industrie pétrolière et gazière puisque il s’agit de structures ou certaines ressources naturelles se nichent préférentiellement. Cette thématique n’a toutefois été que très partiellement approchée durant ce travail.
A la lumière des résultats et interprétations produits, cette thèse constitue un exemple de la manière dont les différents champs de recherche que sont la géologie structurale et la géologie de l’ingénieur peuvent être combinés afin de bénéficier à la gestion des risques naturels.
