L'utilisation des levés hydrographiques pour détecter les glissements de terrain et les risques géoscientifiques sous-marins

Ces mouvements sous-marins peuvent déplacer d'énormes volumes de sédiments, parfois plus de centaines de kilomètres cubes, et générer des tsunamis qui menacent les communautés côtières dans tout le bassin océanique. Les levés hydrographiques sont devenus le principal outil de détection, de cartographie et de surveillance de ces dangers. En combinant la bathymétrie à haute résolution, l'imagerie des côtés et le profilage des sols sous-marins, les méthodes hydrographiques modernes fournissent les données spatiales et temporelles nécessaires pour identifier les pentes instables, caractériser les mécanismes de défaillance et orienter les stratégies d'atténuation des risques.

Principes fondamentaux de l'arpentage hydrographique pour les géorisques

Les levés hydrographiques visant à détecter les glissements de terrain sous-marins reposent sur une série de capteurs acoustiques déployés à partir de navires de surface, de véhicules sous-marins autonomes (AUV) ou de plates-formes remorquées. L'objectif principal est de produire des cartes précises et à haute résolution de la morphologie du fond marin et de la structure sous-marine qui révèlent des signes de défaillances de pente passées ou naissantes.

Échosounders multifaisceaux

En transmettant un ventilateur de faisceaux acoustiques sur une large largeur perpendiculaire à la voie du navire d'observation, les systèmes MBES génèrent des nuages denses de points de mesure de profondeur. Les configurations typiques de levés permettent d'obtenir des précisions verticales de quelques centimètres et des résolutions horizontales de l'ordre de 1 à 5 mètres, selon la profondeur de l'eau et la fréquence du système. Ces données sont traitées pour produire des modèles numériques d'élévation du plancher océanique qui révèlent des caractéristiques topographiques subtiles telles que des écarpes de tête, des lobes de débris hummocky et des canaux d'écoulement allongés.

Sonar à balayage latéral

Le sonar à balayage latéral complète le MBES en fournissant des images acoustiques à haute résolution de la texture et de la réflectivité du fond marin. Bien que le MBES mesure la profondeur, le son à balayage latéral enregistre l'intensité du son rétro-dispersé, qui révèle la rugosité et la composition du fond marin. Les dépôts de glissements de terrain sous-marins apparaissent souvent comme des faciès distincts dans les mosaïques à balayage latéral : zones chaotiques à dispersion élevée correspondant à des débris obstrués; zones lisses à dispersion basse à partir de rideaux de turbidite à grain fin; et caractéristiques linéaires indiquant des plans de glissement ou des fissures d'extension.

Profilage sous-bouton

Les profileurs de sous-fond (SPP) prolongent la pénétration du levé sous le fond marin en utilisant des impulsions acoustiques à basse fréquence (généralement de 1 à 12 kHz) pour représenter les couches de sédiments et les structures enfouies. Cette capacité est essentielle pour détecter les dépôts de paléo-terrestre qui peuvent être partiellement enfouis par les sédiments plus jeunes, ainsi que pour identifier les couches faibles, comme les sédiments chargés de gaz ou les horizons glaciaires de till, qui agissent comme plans de glissement potentiels.

Identification des éléments sous-marins du glissement de terrain

Les relevés hydrographiques permettent de reconnaître une série de caractéristiques géomorphiques diagnostiques qui indiquent l'activité des glissements de terrain sous-marins, lesquelles sont classées en fonction de leur position dans le complexe de défaillance et de leur relation avec la pente pré-échec.

Écarpes de tête et crasses de la Couronne

Dans les données multifaisceaux haute résolution, les écarpes de tête apparaissent comme des escarpements aigus et incurvés qui tronquent les caractéristiques préexistantes du fond marin. Leur hauteur et leur continuité fournissent des indices de la profondeur et du volume de la défaillance. Les fissures de la Couronne, qui développent souvent la pente de l'écarpe principale, indiquent une tension de traction et une régression potentielle de la défaillance.

Blocs traduits et débris avalanches

Les blocs traduits apparaissent comme de grands blocs plats, surmontés ou légèrement inclinés qui ont déplacé des dizaines à des centaines de mètres de pente descendante tout en maintenant la stratigraphie interne. Les dépôts d'avalanches de débris, par contre, montrent une topographie hummocky irrégulière, avec des blocs allant de mètres à des centaines de mètres de taille. Les cartes de rugosité latérale et de rétro-décaptage aident à différencier ces styles, qui ont différentes implications pour la génération de tsunamis et le risque d'infrastructure des fonds marins.

Indicateurs de stabilité du versant

Au-delà des défaillances visibles, les relevés hydrographiques peuvent identifier des conditions de pente qui prédisposent une zone aux futurs glissements de terrain. Les indicateurs clés sont les suivants : a) gradients abrupts dépassant 5° dans les milieux sédimentaires; b) présence d'hydrates de gaz ou d'accumulations de gaz peu profonds, qui peuvent être détectés par des anomalies acoustiques telles que des taches de brouillage ou des taches brillantes dans les profils des sous-basses; c) canaux paléo-inhumes ou vallées incisées qui créent une hétérogénéité latérale et une concentration de fluide; d) preuves de la sédimentation récente de sources ascendantes qui surchargent la résistance au cisaillement des couches sous-jacentes.

Études de cas sur la détection des glissements de terrain sous-marins

L'efficacité des levés hydrographiques pour détecter et caractériser les glissements de terrain sous-marins est illustrée par des exemples bien documentés où des relevés répétés, des configurations sonar avancées ou des approches géophysiques intégrées ont fourni des indications critiques.

La diapositive Storegga : un repère pour la cartographie paléo-terrestre

Les relevés hydrographiques effectués dans les années 1980 et 1990, principalement à l'aide de méthodes de réflexion sismique et multifaisceaux, ont révélé une surface de défaillance complexe comprenant de multiples événements de glissement empilés qui s'étendent sur les 30 000 dernières années. Les relevés subséquents basés sur l'AUV, avec une imagerie à résolution de 1 mètre, ont révélé des cicatrices de régression non reconnues et une série de défaillances secondaires qui se corrélent avec des épisodes de dissociation des hydrates de gaz pendant les périodes interglaciaires. L'exemple de Storegga montre comment l'hydrographie à haute résolution peut résoudre l'architecture interne des toboggans géants, ce qui crée des contraintes pour la modélisation du tsunami et l'évaluation des risques d'infrastructure en mer du Nord.

Le glissement de terrain de l'aéroport de Nice : surveillance en temps réel d'une défaillance peu profonde

En 1979, un glissement de terrain sous-marin déclenché par les activités de construction au large de la côte de Nice en France a détruit l'extension de piste à l'aéroport de Nice et provoqué un tsunami local qui a causé des morts. La défaillance initiale n'a impliqué qu'environ 1 million de m3 de sédiments, mais elle a déclenché une réaction en chaîne qui a finalement déplacé plus de 100 millions de m3. Des relevés hydrographiques post-événement effectués à l'aide de systèmes de balayage latéral et multifaisceaux ont permis de cartographier un système complexe d'écarlates de tête s'étendant sur 4 km du plateau continental.

Enquêtes en haute mer dans le golfe du Mexique

Les relevés effectués par le Bureau of Ocean Energy Management (BOEM) ont permis de cartographier plus de 500 éléments de glissements de terrain sur la pente continentale, dont beaucoup sont associés au diapirisme salin et aux hydrates de gaz peu profonds. Les relevés ont révélé que la majorité des défaillances sont des défaillances de la traduction (mouvement le long des surfaces planes) plutôt que des glissements de rotation, et que l'intervalle moyen de récurrence des glissements importants est de l'ordre de 10 000 ans.

Rôle dans l'évaluation des risques liés au tsunami

Les levés hydrographiques fournissent l'apport bathymétrique essentiel pour la modélisation des tsunamis. La résolution et la précision du fond marin DEM affectent directement la précision des modèles de propagation des vagues.Dans le tsunami de Papouasie-Nouvelle-Guinée de 1998, qui a été généré par un glissement sous-marin déclenché par un tremblement de terre modéré, les levés post-événement utilisant un sonar multifaisceaux ont révélé une écarpe de défaillance de 4 km de large à une profondeur de 300 à 500 mètres. Les modèles de débit ont permis aux modélistes de reproduire les hauteurs de montée de 15 mètres observées le long de la côte, confirmant le mécanisme de source des glissements de terrain. Depuis, les levés hydrographiques ont été systématiquement intégrés dans les systèmes d'alerte précoce aux tsunamis, la bathymétrie à haute résolution étant une condition préalable à toute délimitation des zones côtières dangereuses.

Réseaux de surveillance et systèmes d'alerte rapide

La transition de la cartographie ponctuelle à la surveillance persistante représente une avancée majeure dans la gestion des risques géosanitaires sous-marins. Les observatoires du fond marin câblé et les relevés AUV répétés permettent maintenant de détecter en temps quasi réel la déformation de la pente.

Observatoires du fond marin

Les réseaux comme Ocean Networks Canada's NEPTUNE observatoire et le réseau japonais d'observation des sols (Seafloor Observation Network for Earthquakes and Tsunamis) comprennent des capteurs de pression, des inclinaisonmètres et des hydrophones qui peuvent détecter la signature acoustique de la remobilisation des sédiments. Bien que ces systèmes soient principalement conçus pour la détection des séismes et des tsunamis, ils fournissent également des données continues sur les changements de pression des fonds marins qui peuvent indiquer la charge de sédiments ou le transport en masse.

Répéter les enquêtes et détecter les changements

L'Institut géotechnique norvégien (ING) a effectué des relevés semestriels multifaisceaux sur la pente continentale au large de la Norvège depuis 2006, en se concentrant sur la zone du glissement de terrain de 2004 au Finnmark. Les algorithmes de détection du changement appliqués aux MDE successifs ont identifié des zones de défaillance naissante caractérisées par de petites déformations verticales (0,1 à 0,5 m) et la propagation de fissures d'extension. Ces relevés ont également documenté la réactivation de scarpes plus anciennes, probablement entraînée par des variations saisonnières de la pression interstitielle résultant de la dissolution de l'hydrate de gaz.

Progrès technologiques et orientations futures

Le champ des levés hydrographiques pour les géorisques évolue rapidement, grâce à l'amélioration de la technologie des capteurs, des plates-formes autonomes et de l'analyse des données.

Véhicules et chariots sous-marins autonomes

Les AUV comme le Kongsberg HUGIN et la Teledyne Gavia surveillent désormais régulièrement des profondeurs d'eau supérieures à 3 000 mètres avec des systèmes multifaisceaux qui offrent une résolution latérale de 50 cm. Leur capacité à voler près du fond marin (généralement de 5 à 10 % de la profondeur d'eau) produit des données bathymétriques plus détaillées que les relevés effectués par les navires.

Intégration des données en temps réel

Par exemple, le Système d'information sur les géorisques marins (SIGSM) mis au point par le Réseau européen d'observation et de données marines (EMODnet) combine des données multifaisceaux, des carottes de sédiments et des modèles de stabilité des pentes pour produire des cartes dynamiques des risques qui sont mises à jour à mesure que de nouvelles données de levé deviennent disponibles. Des initiatives similaires aux États-Unis, comme le Programme des risques côtiers et marins de l'USGS, élaborent des flux de travail automatisés qui ingèrent la bathymétrie à haute résolution et les zones de pavillon d'un plancher anomalment abrupt, accidenté ou récemment changé pour plus d'étude.

Apprentissage automatique pour la détection des caractéristiques

Les réseaux neuronaux convolutionnels (RNC) ont atteint des taux de précision supérieurs à 90 % pour identifier les écarlates de tête et les lobes de débris dans les images de rétrodiffusion multifaisceaux. Ces outils peuvent traiter des téraoctets de données d'arpentage en quelques heures, ce qui permet aux analystes de se concentrer sur les caractéristiques les plus critiques plutôt que de passer en revue manuellement les grilles.

Conclusion

Les levés hydrographiques[ fournissent les données fondamentales pour comprendre, détecter et surveiller les glissements de terrain sous-marins et les géorisques associés.De la découverte initiale de paléo-glides géantes comme Storegga à la surveillance continue des pentes actives dans le golfe du Mexique et la marge norvégienne, la combinaison d'échosounders multifaisceaux, de sonar de flanc et de profileurs sous-bastomiques a révolutionné notre capacité de cartographier la topographie cachée du fond marin et son comportement dynamique.L'intégration de ces levés dans les modèles de tsunami, les réseaux d'alerte précoce et les cadres de gestion des risques est essentielle pour protéger les communautés côtières et l'infrastructure sous-marine.