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Signature géomorphologique des déformations en domaine intraplaque : Applications à la Normandie

Présentation générale

De septembre 1999 à septembre 2002, j’ai travaillé au sein de l’équipe pluridisciplinaire de recherche du laboratoire de Morphodynamique Continentale et Côtière UMR CNRS 6143 "M2C", à l’Université de Caen, sous la direction du Pr. J.-L. LAGARDE.
Mon sujet de recherche doctorale s’intitulait : "Signature géomorphologique des déformations en domaine intraplaque : applications à la Normandie".
Cette étude a été financée par le BRGM dans le cadre du projet Géofrance3D/Armor, la Région Basse-Normandie et le Programme National Risques Naturels 2000.

La soutenance a eu lieu le mercredi 18 décembre 2002 devant un jury composé de :

M. Jean-Louis LAGARDE, Professeur, Université de Caen Directeur de thèse
M. Joseph MARTINOD, Professeur, Université de Toulouse Rapporteur
M. Jean-Christophe MAURIN, Professeur, Université de La Rochelle Rapporteur
M. Daniel AMORESE, Maître de Conférences, Université de Caen Examinateur
M. Jean-Pierre COUTARD, Ingénieur CNRS, Université de Caen Examinateur
M. Philippe DAVY, Directeur de Recherches CNRS, Université de Rennes I Examinateur
M. Robert WYNS, Ingénieur BRGM, Orléans Examinateur

Objectifs

La problématique générale de ce travail concerne la signature géomorphologique des déformations récentes en domaine intraplaque. La question posée est la suivante : dans les domaines intraplaques à priori peu déformés, existe-t-il des déplacements d’origine tectonique suffisamment marqués pour avoir une signature dans les formes du relief ?
Une méthodologie multidisciplinaire a été mise en place pour essayer de répondre au double objectif que représente (i) l’identification des zones éventuellement affectées par une déformation récente et (ii) l’analyse, dans ces zones, de l’évolution des morphologies de surface.
Cette méthodologie est basée sur une analyse comparative des résultats de la sismotectonique, de la tectonique et de la géomorphologie. Elle a été complétée par un volet expérimental pour contraindre les processus d’érosion et quantifier la dégradation cryoclastique des versants.
Cette méthodologie originale a été appliquée à l’étude de l’évolution des reliefs en Normandie depuis la fin du Tertiaire jusqu’à l’Actuel.

Identification des zones de failles actives

La tectonique dans les régions intraplaques actives correspond le plus fréquemment à la réactivation de structures héritées. En Normandie, nous nous sommes basés sur l’étude de la distribution spatiale de la sismicité et sur l’identification d’alignements sismiques (Amorèse et al., 1999) pour localiser les zones actuellement actives.
La méthodologie utilisée a permis de détecter plusieurs alignements sismiques présentant une bonne corrélation avec des failles déjà reconnues. Ces linéaments sismiques s’organisent suivant deux familles principales NW-SE et ENE-WSW, plus des alignements WNW-ESE.

Signature géomorphologique des déformations récentes en Normandie

L’analyse sismotectonique des déplacements actuels a été couplée à une étude détaillée des systèmes géomorphologiques, afin de détecter la signature des mouvements récents sur les formes du relief.
L’outil de base a été ici l’analyse géomorphométrique, à l’aide de topographies numériques et d’un S.I.G. (Système d’Information Géographique). L’exploitation de ces données a été effectuée après développement d’outils de traitement automatique adaptés, qui permettent d’estimer l’évolution des morphologies de surface dans le temps.

(Figure 1 : Interface utilisateur de l’extension Morphometry.avx réalisée sous ArcView – Menu déroulant des traitements morphométriques de M.N.T.)

Signatures géomorphométriques "régionales"

Les signatures géomorphométriques "régionales" ont été déterminées pour quantifier les caractéristiques géométriques du relief à l’échelle régionale (distributions des altitudes, distribution des pentes, surfaces résiduelles et volumes en creux, discontinuités et linéaments morphologiques) et des objets hydrographiques (variations des propriétés morphométriques des réseaux et bassins de drainage).
En Normandie, ces traitements ont mis en évidence des linéaments morphologiques identifiés par les distributions d’altitudes, les gradients de pente, les cartes d’ombrages et les variations d’incision verticale. Ces linéaments interprétables en termes d’escarpements se distribuent suivant trois grandes familles (N50-70, N110-130, et N150-160).
La comparaison des linéaments morphologiques avec les réseaux de failles connues a montré une bonne corrélation tant au plan des orientations qu’au plan de la distribution cartographique. Les linéaments morphologiques ont montré aussi une bonne corrélation avec les alignements sismiques utilisés pour identifier les zones à déformation récente.

Impact détaillé des déformations récentes sur les formes du relief

Les zones à déformation récente identifiées ont fait l’objet d’une étude spécifique comprenant une analyse morphométrique détaillée corrélée avec les études structurales de terrain (escarpements, surfaces décalées, terrasses étagées, plages surélevées, etc.). Le but a été d’y analyser l’impact éventuel des déformations récentes sur l’évolution des morphologies de surface.
Trois exemples, auxquels est associé un rajeunissement des formes du relief indiquant des mouvements verticaux différentiels, ont été présentés : 1) la zone de failles N110 La Hague-Jobourg, 2) la zone de failles E-W des plateaux côtiers du Nord Calvados et 3) la zone de failles N150-160 de Mayenne et de Saint-Sever-en-Calvados (granite de Vire).

Forçages climatiques : apports de la simulation expérimentale de l’évolution des formes du relief en contexte périglaciaire humide

Les conditions climatiques périglaciaires humides, auxquelles ont été soumis, de manière périodique, les reliefs de Normandie au Quaternaire, peuvent avoir affecté sensiblement la signature morphologique des déformations récentes.
Nous avons donc tenté de contraindre les processus d’érosion des versants sous l’effet de ces conditions particulières. Un même support, l’escarpement de la faille de La Hague-Jobourg (Nord Cotentin), a été utilisé pour une double approche méthodologique :
- une quantification de l’érosion de l’escarpement à l’aide d’une topographie numérique a montré (i) un volume total de roche enlevé à l’escarpement de 39 m3/m2 et (ii) un volume de produits de l’érosion encore stockés au pied de l’escarpement de 4,6 m3/m2 (Font et al., 2002a) ;
- une simulation expérimentale de la dégradation de l’escarpement sous l’effet des cycles gel/dégel, effectuée en station de gel, a permis de préciser les processus d’érosion de versants, les évolutions des formes de surface, l’organisation des produits de l’érosion au pied de l’escarpement et la quantification des volumes de matière déplacés ( 1 cm3.cm-2 pour 41 cycles gel/dégel) . De telles valeurs peuvent partiellement occulter les témoins morphologiques des déformations récentes en Normandie.


(Figure 2 : Dispositif expérimental de la simulation de la dégradation d’un escarpement sous l’effet de cycles gel/dégel)