Déstabilisation de reliefs, d'érosion en terrain volcanique. Exemples pris dans le Massif Central français. Vidal Nathalie, De Goër De Hervé Alain, Camus Guy.

Synthèse

L'analyse des terrains volcaniques du Massif Central français révèle que les structures géologiques issues de l'activité volcanique, telles que les necks et les mesas, sont potentiellement instables et sujettes à des glissements et écroulements gravitaires. Ces formations, souvent en inversion de relief en raison de leur résistance à l'érosion, présentent des contacts francs (verticaux ou horizontaux) avec leur encaissant, ce qui constitue une faiblesse structurelle.

L'instabilité est considérablement accentuée par deux facteurs principaux : la présence d'un substratum ductile et saturé en eau (marnes, argiles, pyroclastites altérées) agissant comme une "couche-savon", et des phénomènes tectoniques, bien que ces derniers soient difficiles à identifier a posteriori.

Les événements de déstabilisation peuvent se manifester de deux manières principales :

1. Glissement lent suivi d'un effondrement brutal et catastrophique, souvent lié à des contacts verticaux (parois de diatrèmes, emboîtement de coulées).
2. Simple glissement en masse, favorisé par un substratum argileux, une altération intense des roches ou la présence d'un horizon phréatique sous une coulée.

Les avalanches de débris qui en résultent partagent des caractéristiques morphologiques et texturales avec celles produites lors d'événements éruptifs, notamment une surface bosselée à "hummocks" et des dépôts très brassés. Cependant, en raison de leur courte distance de transport et de l'absence de décompression majeure, elles n'évoluent généralement pas jusqu'au "faciès à matrice dominante". Les coefficients apparents de friction (H/L) sont néanmoins comparables à ceux des avalanches de débris syn-éruptives.

Enfin, une conclusion critique émerge pour la gestion des risques : certaines buttes volcaniques en Limagne, situées dans des zones urbanisées, reposent sur un substratum ductile et montrent des signes de glissements lents. Ces sites nécessitent une surveillance attentive, car ces mouvements lents pourraient évoluer instantanément en avalanches de débris catastrophiques.

Introduction au phénomène des avalanches de débris

Les avalanches de débris sont des événements courants en contexte volcanique, caractérisés par la déstabilisation brutale d'un large secteur d'un édifice. Le phénomène a été particulièrement mis en lumière par l'éruption du Mont Saint Helens en 1980. Ces événements résultent en un écoulement rapide, granulaire et inerte de matériaux.

Caractéristiques morphologiques et texturales :

• Source : l'effondrement laisse une cicatrice en forme de U, appelée "caldera d'avalanche" ou "caldera en fer à cheval".
• Dépôts proximaux : le faciès proximal, ou "faciès à blocs dominants" (block faciès), est marqué par la présence de :
  • Mégablocs : De grands panneaux déformés et fracturés, pouvant atteindre plusieurs centaines de mètres, qui conservent parfois la stratification initiale de l'édifice.
  • Hummocks : Une topographie de surface bosselée, où chaque butte ("hummock") est formée d'un ou plusieurs mégablocs intensément fracturés en puzzle (jigsaw cracks).
• Dépôts distaux : le faciès distal, ou "faciès à matrice dominante" (matrix faciès), est une formation plus homogène où la proportion de matrice augmente. Cette matrice est composée de matériaux volcaniques incohérents et de fragments arrachés aux formations sous-jacentes lors du passage de l'avalanche.

Il est important de distinguer l'avalanche de débris (écoulement granulaire) de la coulée de débris, qui est un écoulement de sédiments et d'eau présentant une cohésion interne. L'incorporation progressive d'eau peut transformer une avalanche en coulée de débris.

Analyse de cas d'Étude dans le Massif Central

L'étude se concentre sur plusieurs exemples illustrant différents scénarios de déstabilisation post-éruptive.

1. Glissements avec effondrements initiaux (contacts verticaux)

Ces cas se caractérisent par une phase de glissement lent suivie d'un effondrement brutal, facilité par une faiblesse structurelle verticale.

Pardines (Limagne d'Issoire)

Le 22 juin 1733, le village de Pardines fut enseveli par un glissement de terrain. L'événement fut précédé par une phase préparatoire de 20 ans, marquée par des lézardes dans les maisons et un affaissement du sol.

• Contexte géologique : une coulée de basalte pliocène du plateau de Pardines s'emboîte le long d'un contact sub-vertical avec une formation conglomératique ("lahars de Perrier"). L'ensemble repose sur des sédiments oligocènes argilo-sableux et marno-calcaires.
• Déclenchement : la catastrophe a été favorisée par la pente, le poids des formations supérieures et la présence d'une "couche savon" sédimentaire saturée en eau (Oligocène détrempé par de l'eau piégée dans des alluvions sous-basaltiques).
• Mécanisme : le contact vertical a permis aux "lahars" de se désolidariser du basalte. Des panneaux de "lahars" se sont immobilisés près du point de départ, tandis que la matrice a continué de s'étaler jusqu'à 1200 m. Le basalte ne s'est écroulé qu'en dernier ressort.

La Dent du Marais (Monts Dore)

Cet effondrement, daté à 2600 ans BP, a créé l'actuel lac Chambon.

• Contexte géologique : le site est un diatrème à paroi verticale, recoupant un ensemble de coulées basaltiques reposant sur des argiles graveleuses oligocènes. Un système de failles (faille de Jassat) pourrait se prolonger sous le diatrème.
• Mécanisme : le flanc oriental du diatrème et une partie de son encaissant se sont effondrés, générant une avalanche de débris de 1600 m de long et d'un volume de 7.10⁶ m³. Le dépôt présente une morphologie à hummocks caractéristique, observable jusque dans les îlots du lac Chambon.
• Facteurs : l'effondrement est le résultat de la conjugaison du contact vertical, d'un substratum argileux et de la proximité d'un accident tectonique majeur. Une activité sismique ou un affouillement par la rivière Couze sont des déclencheurs possibles. L'avalanche a incorporé des matériaux d'une avalanche de débris antérieure (syn-éruptive).

Châteaugay-Pompignat (Limagne de Clermont)

• Contexte géologique : un plateau de basanite miocène (16 Ma) en inversion de relief repose sur un substratum oligocène. L'ensemble est recoupé par un diatrème pépéritique très fracturé, permettant une circulation d'eau facile qui imprègne les terrains marneux encaissants.
• Mécanisme : un décollement préférentiel s'est produit au contact du diatrème. Les mégablocs de la corniche basaltique ont été incorporés à la masse déplacée. La mobilité a été favorisée par l'incorporation d'argiles vertes miocènes du substratum.
• Dépôt : l'événement a produit une avalanche de débris avec un faciès proximal à blocs (basanite, pépérites, argiles) et un faciès distal à matrice dominante, constitué uniquement de pépérites remaniées.

2. Glissements Simples

Ces mouvements sont principalement favorisés par la nature du substratum ou des matériaux volcaniques eux-mêmes.

Murol (Monts Dore) - Pente Faible

• Contexte géologique : le château de Murol est bâti sur un culot basaltique miocène qui coiffe une colline d'argiles graveleuses oligocènes.
• Phénomène : le versant oriental de la colline présente une morphologie bosselée, avec des amas basaltiques disjoints et des sédiments oligocènes perturbés. Ceci traduit l'incorporation, lors d'un glissement en masse, de panneaux du culot basaltique sommital et de ses éboulis. La distance parcourue (950 m) était trop courte pour permettre un brassage complet du dépôt. La nature argileuse du substratum a servi de surface de glissement.

Montfoulhoux (Limagne) - Pente Forte

• Contexte géologique : le Montfoulhoux est un cône de scories pléistocène démantelé, associé à une puissante coulée de basalte (La Roche Noire). Le tout repose sur un substratum d'Oligocène argilo-calcaire.
• Phénomène : une partie du cône a glissé sur le versant nord. L'événement est post-éruptif, car les dépôts du glissement se trouvent 15 m plus bas que le niveau de base initial fossilisé par la coulée. La pente forte et le substrat argileux ont favorisé ce glissement de faible ampleur.

Montagne de la Plate (Monts Dore) - Matériaux Volcaniques Argilisés

• Contexte géologique : le site est un cône de scories (0,22 Ma) situé sur une corniche constituée de matériaux "conglomératiques" altérés, gorgés d'eau et partiellement argilisés (produits d'une ancienne avalanche de débris syn-éruptive).
• Phénomènes : deux écroulements successifs ont été identifiés, formant un large amphithéâtre :
  1. "Paléo-Plate" : un premier glissement plus ancien et plus volumineux, dont les dépôts ont été canalisés sur plus de 3 km. Le déclenchement pourrait être lié à la décompression des versants lors du retrait glaciaire.
  2. "Néo-Plate" : un second écroulement post-glaciaire (entre 8500 et 8000 ans BP) plus modeste, dont les dépôts s'étendent sur 1,5 km. Il est probablement dû à la nature des terrains et potentiellement à un déclenchement sismique (proximité des failles de Chaudefour).

3. Rôle des contacts horizontaux et des aquifères

Gergovie - Puy d'Aubière (près de Clermont-Ferrand)

Ce cas représente le plus important glissement de la Limagne, affectant tout le versant nord du plateau de Gergovie.

• Contexte géologique : le plateau est constitué de deux coulées basaltiques superposées reposant sur des sédiments argilo-calcaires et des alluvions. Un niveau de sources important existe à l'interface entre les formations volcaniques et sédimentaires.
• Phénomène : un puissant glissement a transporté des panneaux de basalte du plateau pour former les buttes du Puy d'Aubière. Des analyses chimiques et des datations prouvent que le basalte des deux sites est identique (basanite, 16±1 Ma).
• Preuves :
  • morphologiques : topographie très bosselée du versant, panneaux basaltiques disjoints et imbriqués avec des écailles marno-calcaires.
  • tectoniques : une tranchée a révélé un dépôt d'avalanche de débris typique, sous lequel le substratum oligocène autochtone est affecté par un système de failles compressives (proches du contact) et extensives (plus loin), témoignant de la pression exercée par la masse en mouvement.
• Conclusion : Le versant nord du plateau de Gergovie a évolué en une avalanche de débris instantanée. Le pendage vers le nord des sédiments oligocènes et la présence de l'aquifère sous-basaltique rendent cette zone particulièrement vulnérable.

Analyse quantitative et caractéristiques des dépôts

Coefficient apparent de friction (H/L)

La mobilité des avalanches est évaluée par le coefficient apparent de friction H/L, où H est la dénivelée et L la distance parcourue.

• Valeurs de référence :
  • Avalanches d'origine éruptive : 0,06 < H/L < 0,18
  • Avalanches d'origine non éruptive : 0,08 < H/L < 0,58
• Résultats pour le Massif Central : Les valeurs pour les glissements étudiés se regroupent entre 0,07 et 0,27, avec une moyenne de 0,145. Cette similitude indique un mode de transport comparable à celui des avalanches de débris éruptives.

Le (trajet excessif) = L - H/0,62

Différences clés avec les avalanches syn-éruptives

Malgré les similitudes morphologiques, une différence fondamentale existe. Lors de l'écroulement de grands strato-volcans, les roches profondes subissent une décompression brutale. Elles s'expansent, se fracturent "en puzzle" et "foisonnent", ce qui mène à une homogénéisation du dépôt et à la formation du "faciès à matrice dominante".

Dans les cas étudiés ici, la tranche de terrains affectée est faible. Ce phénomène de décompression-foisonnement ne se produit pas. Les blocs sont peu disloqués et la matrice est principalement constituée des formations sous-jacentes altérées qui sont progressivement incorporées, et non de la fragmentation des blocs volcaniques eux-mêmes.

Conclusions et implications

L'étude des glissements de terrain en contexte volcanique post-éruptif dans le Massif Central mène à plusieurs conclusions importantes :

1. Mécanisme Principal : la nature ductile et argileuse du substratum (marnes, argiles, matériaux altérés) est le facteur déterminant, fournissant un niveau de décollement pour les glissements.
2. Deux Types de processus : on observe soit un glissement banal qui incorpore progressivement des matériaux rigides, soit une initialisation par un glissement lent qui évolue en effondrement catastrophique.
3. Remise en cause d'idées reçues :
   • La prédisposition des versants exposés au nord n'est pas une règle climatique générale mais est liée, dans la région clermontoise, à des raisons structurales (pendage général des terrains oligocènes vers le nord).
   • La période finiglaciaire n'a pas été la seule époque privilégiée pour ces événements. La fréquence des glissements à l'Holocène et à l'époque actuelle montre que le risque est permanent et ne doit pas être minimisé.
4. Risques actuels : de nombreuses buttes dans les zones urbanisées de la Limagne présentent une morphologie très bosselée, témoignant de glissements lents passés ou actifs. Ces secteurs présentent un risque non négligeable d'évolution catastrophique et requièrent une surveillance pour se prémunir contre les dangers encourus.