Le rift du Reyran Le volcanisme bi modal de l'Esterel Risques d' implantation du barrage de Malpasset dans le rift.
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Le rift du Reyran Le volcanisme bi modal de l’Esterel Risques d’ implantation du barrage de Malpasset dans le rift. Attention : ce dossier est une compilation. Les dossiers complets sont disponibles sur le site http://www.geologierandonneurs.fr Maj 10 juin 2013
Rift du Reyran Socle métamorphique Graben de l’Avellan du Tanneron Coulée B1 Avellan trachy basalte Lac de l’Avellan Axe du rift Massif volcanique Coulée dolérite D1 de l’Esterel Coulée D1 Carrière Reyran Coulée acide A1 Coulée acide A2 Carrière Abel
Les roches magmatiques silice quartz acide Roches acides granite, rhyolite, Roches basiques basalte, gabbro basique Potassium Sodium Calcium plagioclase Feldspath alcalin ultra basique Mg et Fe péridotites
Genèse des magmas de l’Esterel : un volcanisme bimodal Phase 1 : le volcanisme basique Phase 2 : le volcanisme acide Fusion de la croûte Cristallisation fractionnée Volcanisme basique Filon-couche basique se développant dans le temps Au Permien : mise en place d’un panache de magma profond fracturation de la croûte Phase initiale: asthénosphère et panache apparition d’un rift actif qui n’a mantellique pas évolué vers une dorsale
La série magmatique de l’Esterel Basiques Acides On remarque 2 cycles bien % Na2O + K2O ----------------- Volcanisme différents en terme de chimie : -------- pyromidal - 10 x A11 Vinaigre - la zone violette qui correspond à des roches basiques --------------------- Volcanisme - la zone jaune qui correspond à X A 7 Maure Vieille explosif des roches acides. x 3 alpha M Agay ------------------------- x 1B Avellan x A1 Reyran Volcanisme effusif x 4H le Muy ---------------------------------- x 2alpha M Agay Chronologie I % Si O2 80 Les 2 séries (basiques et acides) se sont manifestées simultanément. Cela signifie que les 2 magmas étaient présents simultanément dans la même chambre magmatique. On parle de magmatisme bimodal.
Avellan Reyran : historique et témoins de la formation et de la fragmentation de la Pangée 1ère phase : collision continentale (- 350 MA) Orogenèse Hercynienne formation des roches métamorphiques du Tanneron présentes de part et d’autre du Reyran. Formation des roches Fin de la collision : Coulée basique B1 = - 290 MA métamorphiques 2ème phase : Phase intermédiaire avec la formation des bassins d’effondrement du Reyran et du graben de l’Avellan Fin de la compression de la collision continentale et commencement de l’extension due au début de la fragmentation de la Pangée. Bassin d’effondrement du Reyran Bassin du Reyran Socle métamorphique Carbonifère (Stéphanien) : - 300 MA Autoroute A8 climat chaud et humide formation des terrains houillers, Graben de l’ Avellan sédimentation. Malpasset Mt Vinaigre Graben de l’Avellan Permien (Autunien) – 295 MA Reyran Effondrement et formation du graben. Terrains volcanique Note : dans l’Esterel ces phénomènes ne sont pas limités au Reyran. Failles normales et 3ème phase : fragmentation du supercontinent Pangée blocs basculés Rifting et volcanisme fissural Évolution du bassin d’effondrement vers un rift continental (qui n’évolue pas en dorsale océanique) apparition du volcanisme de l’Esterel de type fissural Coulées acides A1 – 280 MA et A11 - 250 MA.
Structure tectonique d’un rift B Phase d’extension fracture rift passif Failles normales Blocs basculés A Panache mantellique fracture rift actif Croquis d’après Y. Rolland Unice Un rift est une fracture de la lithosphère dans laquelle s’installe un volcanisme avec un magma essentiellement basaltique provenant de l’asthénosphère ou du manteau profond. L’apparition d’un rift peut avoir plusieurs causes. Il y a 2 phénomènes principaux : A - une remontée de magma provenant du manteau profond (diapir, panache mantellique, point chaud) qui provoque une cassure de la lithosphère et un effondrement local avec apparition d’un volcanisme basaltique alcalin : c’est un rift actif. B - une phase d’extension des plaques en surface provoquant la rupture de la lithosphère et l’apparition d’un volcanisme : c’est un rift passif. C’est le cas de l’ Esterel. Le fossé d’effondrement est un graben avec une série de failles normales et de blocs d’effondrement. Généralement les bords du rift subissent un bombement et se relèvent alors que le fond s’abaisse par subsidence. Un rift est un graben dans lequel est apparu un volcanisme.
Le bassin d’effondrement du Reyran Faille bordière ouest et le Tanneron Faille normale parallèle à l’axe principal Bloc basculé Le Reyran Autoroute A8 Un bassin d’effondrement résulte de forces d’extension qui fracturent les terrains supérieurs. Si les efforts sont assez importants et d’assez longue durée, on assiste à un approfondissement de la cassure de la croûte : c’est un rift continental avec éventuellment apparition de volcanisme. S’il continue d’évoluer, il finira par former une dorsale océanique après envahissement par l’océan. Le rift du Reyran est resté à l’état de rift continental et a provoqué le volcanisme de l’Esterel.
Le graben de l’ Avellan avec le début de la série magmatique de l’ Esterel La mise en place du graben de l’ Avellan est le 1er épisode de la formation de l’ Esterel. Le socle métamorphique ( chaîne hercynienne ) affleure au déversoir du lac. La 1ére coulée est basique: B1.
Phase initiale : Phase terminale: Coulée B1 - 290 MA Mont Vinaigre A11 - 250 MA volcanisme basique volcanisme acide Durée totale de l’activité volcanique : 40 Ma
Formation du graben de l’Avellan Le graben de l’Avellan Il s’est formé au début du Permien par effondrement d’une zone entre 2 failles normales suite à une phase d’extension (flèches blanches). Il est limité par 2 failles E/O à 120° et 2 failles N/S. Direction des apports La dépression s’est remplie tout d’abord par la coulée basique B1 grossiers (remplissage) et ensuite par des apports de terrains détritiques dans des mouvements N/S (flèches noires). Ces terrains rAv et rAm sont des formations détritiques postérieures (Permien). Ils sont caractéristiques des phases intermédiaires de la période volcanique. On notera que la couche rAv qui est la plus ancienne est à la partie supérieure (illustration de la complexité des phases de mises en place et des conséquences de l’érosion). Le basalte est formé de la coulée 1 3-br, 1ère coulée basique de Direction des contraintes la période volcanique de l’Esterel. (extension) D’après notice géologique page 92 Profil du graben Faille rAv rAm Affleurement basalte 1 3 Failles Lac Socle métamorphique
Graben de l’Avellan et bassin du Reyran Rift Reyran : Faille bordièreouest Nord Autoroute A8 Graben de l’Avellan entouré par une continuité de crêtes Bassin d’effondrement du Reyran bordé par 2 failles O / E Massif magmatique de l’ Esterel Le Reyran ( rivière ) Ancien barrage de Malpasset 372m 320m 3,2 k m Lac de l’Avellan Le Reyran alt:100m Coupe du bassin du Reyran
Log stratigraphique Est-Ouest recoupant la série volcanique Ce log décrit la série volcanique de – 290 à – 250 Ma qui structure le Mont Vinaigre. Il s’arrête à la coulée A4 mais la série se termine en fait avec la A11. On constate que la coulée B1 visible au niveau du lac repose sur le socle métamorphique visible au déversoir La série détritique recouvrant la coulée B1 est parfaitement visible au niveau du lac (photo). Série volcanique acide B1 : Coulée basique Lac Avellan
Avellan : coulée B1 La coulée B1 de l’Avellan est la plus ancienne manifestation volcanique du massif de l’Esterel. Cette coulée est remarquable car elle repose directement sur le socle de gneiss hercynien visible au déversoir du lac. Elle est seulement visible dans la zone du Lac de l’Avellan et son point de sortie est inconnu. La coulée B1 est basique et appartient à une série alcaline (riche en oxydes de potassium et de sodium). Elle a une texture microlithique avec inclusions de chlorite. Cette coulée est couverte en grande partie par des dépôts détritiques récents mis en place lors du remplissage du graben de l’Avellan.
Avellan coulée B1 : Dynamique du volcan Inclusion de gneiss Inclusion de granite Tuf Le tuf provient de dépôts suite à des déferlantes basales. Il est constitué d’éléments divers et de poussières projetés par les explosions du volcan. Les 1ères explosions provoquent le «ramonage» de la cheminée, ce qui forme le chemin de la lave. Pendant l’éruption, celle-ci traverse le socle métamorphique et lui arrache des morceaux que l’on retrouve dans les tufs (granite , gneiss). Les couleurs sont généralement caractéristiques d’oxydes de fer (vert Fe++ avec présence d’eau, rouge Fe+++).
La coulée de basalte B1 Photo haut gauche Lave massive avec inclusions de chlorite verte et de cristaux de feldspath. Les cavités provenant du dégazage sont bien cristallisées (calcite et feldspath) Photo bas gauche Coulée massive avec inclusions de calcite dues aux infiltrations d’eau
Dans le graben, au petit matin
Les formations Les formations sont des zones détritiques mises en place durant les phases de repos du volcanisme et qui racontent son histoire . Entre 2 épisodes il peut s’ écouler plusieurs millions d’ années. Les formations sont difficiles à dater. Elles plus caractéristiques d’ une zone que d’une période. Les formations portent le nom de lieu où elles ont été identifiées suivant des caractéristiques spécifiques: rAv: formation de l’ Avellan, la plus ancienne et repose sur le socle du Tanneron. rAm: formation d’ Ambon , nord Esterel, repose sur le socle du Tanneron. rPx: formation des Pradineaux , bassin du Reyran. rBa : formation de Bayonne , Argens . On y retrouve des manifestations spécifiques de l’ activité volcanique comme des explosions, des déferlantes basales , des tufs et des coulées etc
Affleurement de rAv Formation de l’Avellan C’est la plus ancienne et repose sur le socle On observe des sables beiges, du grès beige ou vert pâle, des argiles, des marnes lie-de-vin ou beiges, des blocs de rhyolite et des galets du socle du Tanneron. rAv :. Age : - 295 MA Autunien (Permien inférieur)
Formation des Pradinaux, phase explosive: tufs, galets etc
Affleurement de rAm, formation d’Ambon Brèches détritiques, grès feldspathiques origine fluviale, argiles brunes de plaine d’inondation à septaria. tufs volcaniques violets et verts: activité volcanique antérieure à B1 rAm : formation d’Ambon, repose sur le socle et sur rAv
Formation de Bayonne. Complexe. On y trouve une coulée basique de dolérite 1d et la coulée acide 1A. Conglomérat de roches volcaniques, de roches sédimentaires, grès feldspathiques, tufs volcaniques correspondant à A2, A3 et A6.
Itinéraire découverte L’itinéraire débutera par les micaschistes du socle métamorphique du Tanneron. Ensuite on verra les coulées de plus en plus anciennes en suivant la chronologie depuis A1 jusqu’ à la carrière Abel avec la coulée A2 ( la plus récente dans le parcours ).
Les phases de 1ère grande période : phase effusive transition entre les périodes effusives et ignimbritiques et l’émission de laves basique et acide sont bien illustrées dans le Reyran. Cette zone est 2 4 3 1 complexe en raison du mélange et de 5 l’imbrication des différents 6 éléments. L’itinéraire proposé permet 1: socle métamorphique 6a de les 2: rAm différencier et d’observer les 3: A1 différents types de laves 4: dolérite, rAm et de terrains. 5: point triple rBa, A2, 7 Cet itinéraire rAm permet à partir du point Nord 6: A2 8 de recouper toutes les 7: rBa coulées et les formations dans 8: rPx l’ordre Départ chronologique. 6a: carrière Abel
Cet itinéraire permet à partir du point Nord de recouper toutes les coulées et les formations dans l’ordre chronologique. Micaschiste du socle 32T 0317495, 4818367 Dos Coulée A1 32T 0317272, 4818007 Affleurement micaschiste 32T 0317350, 4818138 Affleurement dolérite D1 32T 0317216, 4817982 Affleurement quartzite 32T 031354, 4817978 Carrefour piste sentier 32T 0317210, 4817975 Carrière Abel, coulée A2 32T 0317822, 4817894 Contacts rBa-A2 et rAm-A2 32T 0317209, 4817830 Carrière A2 32T 0317199, 4817661 rPx déferlantes 32T 0317310, 4817536 Départ sur D37 32T 0317457,4817371
Micaschiste du socle du Tanneron fortement micacé.
Quartzite du socle
Coulée acide A1 Les roches issues des 1ères phases de l’activité volcanique reposent directement sur le socle métamorphique. Dans ce secteur Reyran on trouve du gneiss bien lité et de la quartzite (photo gauche). L’activité volcanique se développe en phase effusive. Dans cette phase on a la coulée acide de rhyolite A1. Ces roches sont massives, à structure microlithique donc sans cristaux visibles, avec présence de phénocristaux de quartz ( visibles à l’ œil nu ). Elle a une texture flammée. Coulée A1: toit de la coulée. Les roches issues des 1ères phases de l’activité volcanique reposent directement sur le socle métamorphique. Dans ce secteur Reyran on trouve du gneiss bien lité et de la quartzite. L’activité volcanique se développe en phase effusive. Dans cette phase on a la coulée acide de rhyolite A1. Ces roches sont massives, à structure microlithique donc sans cristaux visibles, avec présence de phénocristaux de quartz ( visibles à l’ œil nu ). Elle a une texture flammée. Orientation Nord – Sud.
Lave A1. On observe des cassures conchoïdales parfaites typiques d’une roche homogène et très dure. Texture très fine, quelques inclusions cristaux . Elle possède les caractéristiques d’une roche de mise en place fluidale (Boucarut).
Affleurement de la coulée D1 La coulée D1 de dolérite est basique. Elle fait partie de la formation d’Ambon et se situe au-dessus de la coulée acide A1 dont elle est séparée par des argiles brunes et vertes. La roche est généralement massive, microgrenue avec des phénocristaux dont la taille peut atteindre 1cm. Dans certains cas la roche est très dégradée avec un faciès de roche brûlée. Dolérite D1 avec phénocristal de quartz
La formation d’Ambon et la coulée de dolérite D1 La coulée D1 de dolérite est basique. Elle fait partie de la formation d’Ambon et se situe au-dessus de la coulée acide A1 dont elle est séparée par des argiles brunes et vertes. La roche est généralement massive, microgrenue avec des phénocristaux dont la taille peut atteindre 1cm. Dans certains cas la roche est très dégradée avec un faciès de roche brûlée. Formation d’Ambon rAm: brèches, grès, argiles, tufs, coulée effusive acide et coulée basique de dolérite. Elle a un aspect de poussière fine brune.
résineux chênes verts Formation de Bayonne rBa Coulée A2 Formation d’Ambom rAm + affleurement de dolérite Point triple rBa, A2, rAm. On observe la coulée A2 avec à droite la formation d’Ambon la plus ancienne et à sa gauche la formation de Bayonne plus récente. La végétation permet de différencier les formations: rAm chênes verts, rBa les résineux.
Les 1ères coulées ignimbritiques apparaissent avec A2. Un point de sortie est connu dans la carrière Abel en RG du Reyran (UTM 32T 0317 822, 4817 894). La lave A2 est une lave ignimbritique. Elle a été mise en place par projections provenant du dégazage de la chambre magmatique. On note une surface de cassure irrégulière. Les gaz sont visibles par les vacuoles parsemant la surface. Des cristaux de quartz sont également visibles. Sur la piste on peut observer un point triple: contact entre la coulée A2, la formation de Bayonne et la coulée D2 de dolérite.
« bombe » de rhyolite avec refroidissement différentiel et vacuoles typiques d’une mise en place explosive
Formation des Pradineaux rPx, ( maison forestière des Pradinaux conglomérats à galets de rhyolite A7, grès, argiles. On remarque l’inclinaison des couches qui ont le même pendage et les différences de teinte provenant de l’oxydation du fer (vert en milieu aqueux réducteur ).
Formation des Pradinaux ( rPx ). Inclusion d’un galet de rhyolite A 7 provenant d’ une phase explosive. La forme arrondie indique une mise en place aérienne.
Coulée A2 à la carrière Abel Le bassin d’effondrement est devenu un rift avec apparition du volcanisme acide pendant une période de 50 MA. Dans le bassin d’effondrement du Reyran on trouve en particulier la coulée A2 dans la carrière Abel qui se situe à la limite des phases effusive et ignimbritique.
Phénaux cristaux de quartz Cristaux de sanidine ( feldspath potassique Coulée A2 carrière Abel lave très compacte, structure microlithique de couleur claire
Le volcanisme basique : une carrière de dolérite Bloc de dolérite avec présence Cratère du volcan mis au jour par d’hématite en surface. l’exploitation d’une carrière.
Le Carbonifère dans le Reyran
La mine de charbon de Boson Pendant le Carbonifère le bassin du Reyran était couvert d’une végétation luxuriante sous un climat tropical. On y trouve des calamites fossiles (forme actuelle : les prèles) avec un tronc caractéristique. Ces végétaux se sont progressivement transformés en charbon. On trouve également des schistes bitumineux provenant d’algues dans des dépôts lagunaires. La mine de Boson a été exploitée de manière industrielle pour le charbon, la lignite et le gaz, de 1880 à 1944.
Echelle stratigraphique Graben Avellan Bassin du Reyran Chronologie: - orogenèse hercynienne : - 350 MA - tecto carbonifère : Stéphanien : - 300 - tecto permien : Autunien : - 295 - Avellan B1 : - 290 - Avellan A1 : -280 - Avellan A11 : - 250
Maurice Moine Maj: 1 8 / 05/2013.
Synthèse géologique Question: Etait il raisonnable d’implanter un barrage dans le rift ? Réponse:
Le même problème industriel, alimenter Fréjus en eau potable, a fait l’objet de 2 solutions techniques radicalement différentes à 2000 ans d’écart. Solutions bien entendu basées sur les techniques disponibles à l’époque. Pour alimenter leur port militaire de Forum Julii, et sachant que le Reyran étant à sec 8 mois par an, les romains choisirent de capter une source permanente dans une résurgence calcaire près de Mons au prix de 45 km d’aqueducs et de canaux Le Conseil Général du Var et les ingénieurs modernes, 2000 ans plus tard, ont voulu stocker l’eau intermittente d’un torrent méditerranéen, le Reyran, au prix d’un barrage de 60 mètres de haut. Cette dernière solution s’avéra catastrophique en raison d’une chaîne de dysfonctionnements impressionnante. , .
Préliminaire. Différentes thèses géologiques ont cherché à expliquer la rupture du barrage. Celle qui est développée dans ce document s’appuie sur le fait qu’une observation simple, méthodique et structurée du terrain liée à une réflexion géologique rigoureuse aurait permis, même à un géologue amateur, de mettre en évidence un risque potentiel pour la tenue des appuis par la présence d’un réseau de failles visibles en surface.
Le barrage Superbe barrage construit par le Conseil Général du Var . La conception par le bureau d’études Coyne et Bellier était remarquable : ouvrage d’une hauteur de 60 mètres, son arc se déployait en crête sur près de 225 m. L’ épaisseur de la voûte au sommet de l’édifice ne dépassait pas 1,50 mètres ce qui le classe dans les ouvrages en voûte mince les plus performants. Au début de l'hiver 1959, les pluies torrentielles remplissent pour la première fois le barrage 5 années après sa mise en service. Lorsque celui-ci cède brutalement le 2 décembre 1959 à 21h 13, près de 50 millions de mètres cubes d'eau déferlent dans la vallée, ravageant campagnes et villages jusqu'à la mer et faisant plus de 400 victimes. C'est la plus grande catastrophe de ce genre qui ait jamais touché la France. "De tous les ouvrages construits de main d'homme, les barrages sont les plus meurtriers". Ces mots sont ceux du constructeur du barrage de Malpasset, A. COYNE, dont la compétence était mondialement reconnue et saluée par toute la communauté scientifique. Il était reconnu comme un expert mondial des barrages- voûtes. Il avait construit de très grands ouvrages de part le monde, dont un bien connu en France, le barrage de Tignes. La qualité de la construction du barrage par l’Entreprise Ballot a été reconnue comme excellente.
Malpasset : un barrage-voûte Malpasset l = 1, 5 m Un barrage-voûte a la forme d’une coque qui renvoie les efforts sur les Barrage-voûte appuis du massif rocheux. Les appuis travaillent donc en compression. La résistance du V = 50 Mm3 barrage est conditionnée par le fait que les forces résultantes sont contenues à l’intérieur de la coque ce qui exige des calculs extrêmement complexes. Si elles passent à l’aval il y a éventrement, à l’amont le barrage se referme comme un livre. H = 60 m L = 6, 78 m Diagramme des sous pressions sous La présence de failles favorise l’infiltration d’eau à la un barrage pression hydrostatique. Ces infiltrations génèrent des forces perpendiculaires aux parois de la faille. Lorsque la pression pA= pression est suffisante (hauteur d’eau dans la retenue), elles peuvent hydrostatique (hauteur être capables d’alléger le barrage et le renverser . d’eau à l’amont) Il est très important de mettre en place un dispositif pB= pression d’étanchéité pour empêcher les circulations d’eau et un atmosphérique drainage adapté pour casser les pressions résiduelles. F=p*s. C’est le cas général des sous-pression dans un barrage Le drainage permet de Dans le cas de Malpasset ce sont des forces horizontales diminuer le produit f=p.s prenant naissance dans une faille verticale qui sont la cause à l’aval du voile de la ruine. Il ne s’agit donc pas de sous pressions au sens d’étanchéité. stricte du terme. Le risque de basculement est directement proportionnel à la Les 2 éléments hauteur de remplissage de la retenue. fondamentaux sont : A Malpasset aucune disposition constructive n’ont été prise Réseau de - le voile d’étanchéité pour bloquer les circulations d’eau dans les appuis, ni pour le drainage - le réseau de drainage. drainage, ni pour surveiller et maîtriser le remplissage . Ces 2 éléments étaient Voile Remarque importante: ces éléments n’étaient pas connus à absents à Malpasset. l’époque de la construction. d’étanchéité
Géologie Les Maures et le Tanneron forment un ensemble mais ils sont séparés par la plaine permienne au nord de Roquebrune sur Argens. Ils appartiennent à la racine Malpasset de la chaîne Hercynienne. Le massif est composé de 3 Rift du Reyran grands ensembles : 1) le socle métamorphique Faille de Foncounille initial des Maures et du Tanneron. Accident 2) l’ Esterel avec l’ Grimaud Joyeuse intrusion du massif (faille nord sud ) volcanique, 3) la plaine sédimentaire permienne résultant de l’érosion du massif et de l’effondrement local du socle. Cycle Hercynien. Vers 370 M années, une phase compression Est - Ouest a donné une série de failles Nord - Sud telles que l’accident de Grimaud Joyeuse et la faille de Foncounille très voisine de Malpasset. Vers 300 M années une phase d’extension à mis en place le rift continental du Reyran Nord - Sud. Vers 270 M années le rift a évolué vers une phase volcanique avec la mise en place du massif de l’ Esterel puis son évolution s’est arrêtée. Le métamorphisme est progressif d’Ouest en Est. A l’Est le métamorphisme a été suffisamment intense pour l’apparition de gneiss et allant jusqu’à l’anatexie dans la région de St Tropez. Sur l’ensemble du massif on a donc des roches métamorphiques, plutoniques et volcaniques et sédimentaires. Plusieurs accidents Nord Sud traversent le massif: accident de Grimaud – Joyeuse et le rift continental du Reyran. Le barrage de Malpasset se trouve à l’extrémité Nord du massif du Tanneron dans une zone de métamorphisme fort et dans le rift continental.
Géologie ( suite ) Le barrage de Malpasset est situé sur un horst de gneiss (verrou rocheux) dans le bassin du Reyran. Le lit du Reyran est un rift avorté mis en place à la fin de l’ère primaire pendant la fragmentation de la Pangée, qui n’a pas évolué vers une océanisation. Un rift est une cassure de la croûte en extension, ce qui génère un système de failles normales parallèles à l’axe du rift. Le rift du Reyran est un rift actif par remontée du magma qui a suffisamment évolué pour arriver à la phase volcanique qui a donné le massif volcanique de l’Esterel. Cet épisode terminé, les contraintes en extension ont disparues mais les failles sont restées. Ce système de failles présent sur toute la longueur du Reyran est la cause structurelle de la rupture. Pendant le carbonifère, un épisode de climat tropical a mis en place dans le bassin une importante sédimentation végétale. Elle est à l’origine des terrains houillers présents à proximité ( mines de charbon de Boson et schistes bitumineux). Les terrains du carbonifère participent à l’étanchéité de la cuvette. Blocs basculés Le système de failles parallèles ainsi que les blocs basculés sont bien visibles en RD du Reyran.
Rift du Reyran Socle métamorphique du Tanneron Coulée B1 Avellan trachy basalte Graben de l’Avellan Axe du rift Barrage de Malpasset Lac de l’Avellan Massif volcanique de l’Esterel
Géologie ( suite ) A Malpasset les roches présentes sont des gneiss du socle métamorphique du Tanneron. Ces gneiss sont globalement résistants à la compression mais ils ont un comportement cassant en extension provoquant un réseau de failles secondaire dense dont la direction, le pendage et la profondeur sont aléatoires. On observe que le barrage est situé au milieu du massif de gneiss. Les gneiss de Malpasset sont fortement micacés et donc altérables avec présence de séricite. L’ensemble est très hétérogène avec des orthogneiss, des para gneiss, des zones compactes, des zones altérées etc. Les travaux de déroctage ont montrés que de très nombreuses failles étaient remplies d’argiles. Ce sont des éléments défavorables pour la résistance d’un appui de barrage (cf annexe). Si une bonne synthèse géologique avait été faite, on aurait vu que ces failles mylonitiques seraient obligatoirement le siège de circulations d’eau, et donc de sous-pressions induisant des forces dangereuses pour la stabilité de l’ouvrage. L’affirmation que le déplacement vers l’aval du site du barrage de 100 mètres est la cause de la rupture est une ineptie car le réseau de failles est présent sur toute la longueur du bassin par définition d’un rift. Par contre la localisation du barrage aurait dû être examinée à très petite échelle vis-à-vis des failles locales. Une sous-pression génère une force due à la présence d’eau dans les terrains de fondation d’un ouvrage. La carte montre que le barrage est implanté dans une zone de gneiss my3, gneiss mylonitiques œillés (cf carte géologique Fréjus – Cannes). Cela signifie qu’il existe des fractures mylonitiques, c’est-à-dire avec des roches Barrage broyées. Sur la carte on observe : 500 mètres - l’’ensemble des gneiss (couleur orange) du socle métamorphique du Tanneron, - le remplissage sédimentaire hA et hB de la série de Boson du Carbonifère avec des niveaux de charbon, - la partie détritique (rhyolite) du massif volcanique l’Esterel avec la formation rAm (formation d’Ambon), sur la partie gauche en vert clair, - les 1ères coulées volcaniques de rhyolite de l’Estérel en orange.
Analyse du verrou rocheux RG aval de l’ouvrage Ce verrou rocheux à l’aval du barrage illustre parfaitement la cause de la rupture du barrage. Pourquoi ? Et comment faire une lecture géologique du terrain.
1 : voir Intersection de failles Végétation clairsemée Zonage et couleur de la roche Croupe massive, roche hétérogène. couleur jaune clair Failles verticales Failles horizontales Torrent à sec 1) Voir. Dans cette phase il faut observer et voir les éléments du paysage: les formes, les couleurs, la nature des roches, le torrent à sec etc
2 : analyse Dans cette 2ème phase on va faire une analyse et donner du sens à ce qu’on a vu Roche massive, pas de végétation, cf carte géologique c’est du gneiss. En surface le massif est découpé en blocs par des failles qui se recoupent. Qu’en est-il en profondeur ? Seule une réflexion de géologue pouvait montrer que le gneiss est une roche massive donc cassante. Dans un contexte de rift donc en extension, les failles peuvent être profondes et par conséquent provoquer le découpage du massif en blocs indépendants à l’image d’une palette de parpaings. Torrent a sec: comment implanter un barrage de 50 Mm3 sur un torrent a sec ? étude hydrologique.
3 : synthèse Efforts en extension provenant des sous-pressions Le massif est découpé en blocs indépendants par des failles profondes et qui se recoupent. Le massif a perdu sa cohésion : c’est l’analogie avec une palette de parpaings. Quelles peuvent être les conséquences si on implante un barrage voûte ? Il faut avoir une réflexion de technicien connaissant le fonctionnement d’un barrage et une réflexion de géologue sur la nature du massif , puis en faire la synthèse. Un barrage-voûte travaille en compression sur ses appuis. La palette de parpaings est parfaitement capable de répondre au problème : si elle est appuyée contre un mur et que l’on pousse dessus, elle résiste (cas normal: compression de l’appui). Par contre si des forces en extension apparaissent à l’intérieur du bloc suite à la mise en place de sous-pressions, alors il y a décohésion du bloc et rupture de l’appui. Dans l’étude de Malpasset le géologue n’a pas vu que les failles de surface qui paraissent anodines avaient en fait pour conséquence la décohésion de l’appui et le risque de le faire travailler en extension par les sous-pressions interstitielles pouvant provoquer l’expulsion d’un bloc. C’était la synthèse à faire à Malpasset entre le géologue et le technicien. Cette phase est la plus complexe car elle nécessite la conjonction et l’intégration de toutes les connaissances ayant trait à la construction du barrage : géologie et technique. Dans le cas de Malpasset, il aurait donc fallu voir qu’il fallait rendre sa cohésion à l’appui, bloquer les circulation d’eau pour éviter les sous pressions et mettre en place un drainage adapté. Le constat du torrent à sec aurait dû déclencher une réflexion sur l’hydrologie et aurait dû conduire à des solutions de maîtrise du remplissage.
Analyse tectonique Massif métamorphique du Tanneron Massif volcanique de l’Esterel Situation initiale. Axe du rift Le massif initial est la chaine hercynienne qui a laissé un massif métamorphique composé essentiellement de gneiss. Le massif du Tanneron dans lequel est implanté le barrage en fait partie. Mise en place du rift et des failles actuelles. Pendant la fracturation de la Pangée vers 230 Ma, apparait un rift actif avec montée d’asthénosphère. F3 Il y a ouverture du rift et mise en place du Massif volcanique de l’Esterel. F4 La composante principale de la tectonique sigma 1 est verticale, dirigée vers le haut, sigma 2 est dans l’axe du rift. La roche est cassante et des failles apparaissent en particulier la grande faille Nord Sud du Reyran et de très nombreuses failles secondaires perpendiculaire à l’axe. Au niveau de Malpasset on a le groupe { F3 – F4 } qui sont 2 failles conjuguées perpendiculaires à l’axe du rift . Attention: il est très important de bien différentier les contraintes tectoniques de la phase initiale avec la mise en place du rift de celles provenant des pressions hydrostatiques consécutives à la mise en eau du barrage. Elles sont fondamentalement différentes mais leurs effets sont conjugués.
Découpage du massif en un bloc expulsable entre les 2 failles 3 4 La faille sub verticale 3 avec pendage aval est parfaitement visible (couleur bleutée) juste à l’amont de l’ouvrage. Elle arrive en surface et elle est parallèle à l’appui. Son effet est maximum car elle est soumise sur toute sa surface à la pression hydrostatique directe puisqu’en liaison avec l’amont. Du fait que la faille « enroule » la coque sur tout l’appui RG la surface d’appui des sous pressions, donc la composante aval, est maximale. Du fait de son pendage, elle a une composante verticale vers l’aval qui tend a pousser le massif. Une 2ème faille à l’aval 4 avec un pendage amont est également visible. Cette faille génère une composante verticale vers l’amont. On a la conjonction de 2 failles avec la formation d’un dièdre expulsable par extension. Le barrage a été construit sur l’angle du dièdre ce qui est une situation très défavorable. L’ étude géologique aurait dû mettre en évidence ce dièdre car ces failles étaient visibles à la surface. La faille 3 n’ a pas été traitée et elle est la cause géologique principale de la rupture. En traits jaunes on voit d’autres failles qui sont horizontales. La rupture provient donc d’une situation géologique défavorable mais simple. L’explication passant par « un phénomène rhéologique inconnu à l’époque » comme indiqué dans la fiche 29490 ( cf annexe) n’est donc pas fondée.
Malpasset : le réseau de failles visibles en surface, en RD 3 La palette de parpaings est bien visible ! Les failles RD coupent la coque du barrage en perpendiculaire. Les surfaces impliquées dans la fondation sont minimes et elles engendrent des forces verticales qui sont insuffisantes pour nuire à la stabilité. Par contre la faille 3 est profonde (c’est bien visible sur le terrain,) et « enroule » la coque et la tangente au contact sur une grande surface tout au long de l’appui RG. C’est cette faille qui va alimenter en eau la partie amont de l’appui et provoquer un effet de vérin dirigé vers l’aval
Trace de la faille n° 3 point de rencontre de la coque avec la faille Faille amont pendage aval Faille aval pendage amont
Trace de la faille 3 en rive droite
Faille amont n°3 pendage aval La zone de rupture Failles secondaires horizontales découpage en blocs « de parpaings » A Faille amont n°3 Zone de rencontre de la coque avec la faille
Coupe a a a Faille n°3 amont: azimut 126° Est, pendage: 40° sud A Environ 25 mètres A a Faille n°4 aval: azimut 120° Est, pendage: 40° nord ? Bloc resté en place après la rupture. ? Figure gauche: la faille amont rencontre la fondation du barrage a environ 30 mètres de la vanne de vidange. Figure droite: la faille aval passe à environ 25 mètres à l’ aval de la coque du barrage. Prolongement inconnu sous la fondation. Mécaniquement la faille amont est en situation d’avoir poussé le bloc aval. Il faut remarquer: - la rupture de la coque s’est faite au point A rencontre de la faille et de la coque ( voir photo). - le bloc resté en place joue le rôle de coin et accrédite l’hypothèse que le mouvement cassant n’est pas venu de la faille aval ni de la fondation. - on voit bien que la faille aval passe largement en profondeur sous la coque
Que fait ce bloc à cet endroit ?
F4 Ce bloc est une partie de l’ancien dièdre, il est situé à la partie basse du barrage. A La rupture s’est faite au dessus au point A point de rencontre entre la coque et la faille 3 Le bloc est resté en place. Il a certainement servi de coin bloquant la partie basse de la coque pendant la rupture. Remarque importante: F3 le fait que ce bloc soit resté en place prouve que l’élément initiateur de la rupture n’est pas venu de la fondation car alors ce bloc aurait été éjecté.
Mécanisme d’éjection du bloc Fr = résultante de F1 + F2 amont Infiltrations d’eau F1 normale amont aval Feuilletage des roches avec pendage aval favorisant l’effet de F2 normale aval vérin Direction du feuilletage avec séricite favorisant le glissement
Que fallait – il faire ? Contrainte résiduelle sans danger Injections pour éviter les circulations d’eau amont Drainage pour casser les sous pressions résiduelles aval
Synthèse de la rupture Résultante des forces et éjection du bloc Le vérin amont Le tapis roulant aval Faille n° 3 amont ayant servi de vérin. Faille n° 4 aval ayant servi de tapis roulant.
Plan de la faille n° 3 amont du dièdre La roche est très fracturée avec des blocs de grandes tailles. On observe une faille et un décollement important: c’est un terrain idéal pour l’établissement de sous pressions et donc d’un vérin.
Faille n° 3 amont du dièdre. La roche est relativement dure et présente un aspect et un toucher glissant soyeux caractéristique de la séricite. On voit aussi les lits du gneiss remplis de feldspath.
25 cm Plan de la faille n° 4 aval du dièdre. On observe une fracturation intense en petites plaques parallèles au plan de faille. La roche est très dégradée et se brise très facilement. Cette roche est mécaniquement incapable de résister au glissement du bloc dans le sens de la faille. On note en plus la présence de séricite qui facilite les glissements.
Outre les failles visibles en surface et ayant découpé le massif en « palettes de parpaings », il existe de grandes failles traversant la vallée bien visibles à l’aval. Celle de la photo ci-dessus est un réplique de la faille 3. On en observe une autre plus à l’amont et ensuite le barrage.
Au moment de la rupture le déplacement de l’appui rive gauche qui cédait a entraîné une rotation de l’ensemble de l’ouvrage autour de son extrémité rive droite, avec rupture du rocher sous sa fondation sur tout le versant RD, autre indice de la déformabilité du terrain. Pendant ce bref moment, l’effet voûte a continué de s’exercer. Puis l’appui rive gauche a fait défaut et le reste du barrage a fonctionné sous le seul effet poids, ce qui a entraîné le rupture des plots un à un par insuffisance de profil, avec la forme de rupture classique par une fissure horizontale partant du parement amont et s’incurvant en forme plongeante pour rejoindre le parement aval. On retrouve cette forme de rupture sur le deuxième accident de Bouzey. (Texte de Rupture de la roche sur l’appui RD pendant le pivotement. J. Combelles). Rupture de la fondation: l’eau s’écoule sous le barrage.
Rupture dans la fouille sous le barrage dans le lit du Reyran, vue amont.
L’été 2011 a été particulièrement sec et le Reyran s’est asséché complètement, y compris le trou d’eau au pied du barrage. Il était alors possible de passer sous le barrage et de voir le décrochement du barrage de son assise. On remarque la cassure de la roche et non pas du béton, preuve de la qualité de la construction . Occasion rare pour un exploitant de pouvoir passer dans la fondation d’un barrage !
Episode de crue ( modeste ) sur le Reyran. On observe le tourbillon à la base du barrage provenant du passage de l’ eau SOUS le barrage, ce qui n’ est pas courant ! (mai 2013).
Synthèse géologique Question: Etait il raisonnable d’ implanter un barrage dans le rift ? Réponse: Le rift à induit une zone géologiquement délicate. Appuis très fracturés et roches très hétérogènes. Un traitement efficace de la zone aurait suffit pour sécuriser l’ ouvrage. La maîtrise d’ œuvre du Conseil Général du Var de l’époque a été défaillante.
Photo 6 décembre 2009
Annexes
Argiles. Les argiles désignent de très fines particules de matière siliceuses arrachées aux roches par l'érosion. Ce sont des silicates hydratés. Observées au microscope, elles ont la forme de plaquettes superposées., La majorité de ces particules proviennent de la désagrégation de roches silicatées : du granite (mica et feldspath), du gneiss ou encore des schistes. Ces particules sont transportées par le vent ou par l'eau sous forme de limon ou de vase. Les fleuves véhiculent des argiles qui finissent par se déposer en alluvions, dans le cours d'eau lui-même, à son embouchure, dans un lac ou dans la mer. Les dépôts peuvent alors sédimenter et former une roche argileuse par diagenèse : déshydratation et compactage. En tant que roches sédimentaires, les affleurements argileux présentent une succession de strates empilées les unes sur les autres, qui ressemblent à un feuillet. Les fines couches parallèles expliquent leur plasticité des argiles ainsi que leur étanchéité.. Séricites. Les séricites sont des micas très fins qui se forme en sub-solidus à partir des feldspaths et des muscovites par recristallisation sous contraintes. Elles se forment également dans des systèmes hydrothermaux, circulation de fluides à relativement faible profondeurs et souvent associes à des failles. Les massifs hercyniens sont plein de séricite et il y en a partout et c'est nécessairement des zones de faiblesses, sans nécessairement se transformer en argiles. C’est le cas du Massif du Tanneron dans lequel est implanté le barrage de Malpasset. Argiles et séricites sont des roches de même nature ( silicates ). Tous les constructeurs de barrages redoutent les séricites.
Maîtrise d’ouvrage Objectifs Les impératifs étaient le stockage de l’eau pour l’alimentation et l’irrigation, ainsi que la régulation du « régime dévastateur » du Reyran. D’où la solution d’un grand barrage et on a donc éliminé les autres solutions ne répondant pas au problème des crues. On remarquera que, bien plus tard, ce problème des crues a tout simplement été réglé par un endiguement du Reyran. Conception de l’ouvrage. On n’ a pu su traiter le problème de la décohésion du massif et donc les solutions qui s’imposaient. Les injections sont une technique classique et généralement peu onéreuse à l’échelle du barrage. L’étude géologique préliminaire prévoyaient pourtant la nécessité de traiter ces failles par des injections ainsi que la réalisation de galeries de reconnaissance dans les rives, ce qui n’a pas été fait. L’ Inspecteur Général de l’Agriculture Quesnel justifie sa position : « la cuvette est sûre, les sondages sont inutiles car on est certain d’avoir un ancrage très sûr ». Donc diminution des crédits de 27 à 8 MF : pas de sondage ni d’injection on ne prévoit pas de galerie de dérivation avec une vanne pour contrôler la montée du plan d’eau on ne fera pas de galerie de reconnaissance latérale malgré les spécifications des géologues. Surveillance de l’ouvrage. La surveillance de l’ouvrage pendant le remplissage a été occultée et donc les moyens nécessaires pour y parvenir. Pourtant cette surveillance est fondamentale pour vérifier si le comportement de l’ouvrage correspond aux calculs. Des mesures effectuées au cours de l’été avaient pourtant montré que le pied du barrage avait bougé de 15 mm mais sans entraîner d’action particulière de la part de l’administration (rapport non transmis ! Pourquoi ? ). Réactivité Les appuis ont commencé à fuir vers la mi-novembre 1959 alors que la retenue était à 7 mètres sous la cote normale. La vanne de vidange n’a pas été ouverte, probablement pour «ne pas perdre d’eau» et arriver enfin à la cote max pour pouvoir procéder à la réception définitive de l’ouvrage qui exigeait un remplissage complet (problèmes financiers). Également pour ne pas gêner les travaux de l’autoroute. Les 4 derniers mètres de la retenue ont été remplis en moins de 24 heures. Sous l’importance de la crue, la retenue était devenue immaîtrisable (extraits de la fiche n° 29490, cf annexe). Quelques heures avant le drame, alors que les appuis fuyaient de + en +, on a ouvert la vanne vidange sans faire évacuer les populations et on a laissé le barrage sans surveillance. Certes, à l’époque, il n’y avait pas de plan d’évacuation, mais quand même! Un peu de lucidité aurait suffi à éviter les conséquences dramatiques de la catastrophe.
Risques dans les ruptures des barrages On appelle « grand barrage » un ouvrage dont la hauteur est > 15m au dessus des fondations. La meilleure connaissance de la technique et une meilleure prise en compte des risques ont fait que la fréquence de rupture des barrages sur l’ensemble du monde diminue. Ainsi la fréquence de rupture pendant les 10 1éres années est passée de 1,6% avant 1900 à 0,2% depuis 1950. On notera la très faible fréquence de rupture rapportée au nombre de barrages donnée par les statistiques. On peu définir: risque = combinaison entre aléas et vulnérabilité = f ( aléas * vulnérabilité ) Aléas = probabilité d’apparition d’un événement donné. Vulnérabilité = évaluation du coût humain, technique, financier etc. Dans le cas de Malpasset suite à l’incompétence du maître d’ouvrage, de la faiblesse de l’étude de conception et de la géologie, de la mauvaise prévision de l’hydrologie etc etc, la probabilité d’un aléas fort était importante dès le départ. La probabilité était peu être de 1 / 1. La vulnérabilité était importante suite à la présence d’une forte concentration humaine ( ville de Fréjus ) et d’installations industrielles (autoroute, chemin de fer etc). Donc l’équation risque = f ( aléas * vulnérabilité ) montre qu’on était dans un cas de très grand risque. Cette approche explique d’autres solutions, ex: les petits barrages Nord Américains. Vulnérabilité ~ 0 car si un barrage est ruiné au milieu d’un espace quasiment désert , il n’ y a pas de conséquences. Le risque n’a alors plus aucune importance car aléas x 0 = 0. Donc on construit des barrages rustiques ( en bois par exemple ) et s’il y a rupture, on reconstruit sans problème et pas cher. C’est a comparer aux infinies précautions qui ont étés mises en place dans le remplissage ou à la construction de certains barrages EDF. Quant à la vulnérabilité maximum , on pourrai par exemple quantifier les conséquences de la rupture d’Assouan et ses 170 milliards de m3 sur la vallée du Nil, jusqu’au Caire. Ce serait une catastrophe gigantesque. On espère simplement que les Égyptiens surveillent bien leur barrage et chassent les renards.
Technique d’analyse géologique du terrain Il faut procéder en 3 phases bien distinctes. La 1ère phase consiste à déterminer les éléments du paysage ( cf analyse du verrou rocheux) . Il faut donc VOIR des formes et des couleurs. Voir n’est pas regarder, chaque détail compte. Sur la diapo, on a identifié un réseau de lignes marquées par la couleur verte et ces lignes se recoupent (très important de remarquer cette situation). On observe également une croupe massive peu végétalisée, de couleur claire, et un torrent pratiquement à sec. La 2ème phase consiste à interpréter et à donner du sens à ce que l’on a vu. C’est donc une ANALYSE où l’on associe ce qu’on voit à ses connaissances. Les lignes sont des failles. Les failles se recoupent et découpent le massif en blocs indépendants. La roche massive est du gneiss. Les failles sont dans un massif en extension (rift), la roche est massive donc cassante : il est possible que ces failles soient profondes. Le torrent à sec questionne l’hydrologie : pour un grand barrage il faut de l’eau. Remarque : on a bien identifié des failles mais elles paraissent anodines en surface. .Ces failles sont verticales et horizontales. La 3ème phase consiste à faire la SYNTHÈSE. Cette phase est la plus complexe car elle nécessite la conjonction et l’intégration de toutes les connaissances ayant trait à la construction du barrage : géologie et technique. Dans le cas présent il s’agit de déterminer, par exemple, quelles peuvent être les conséquences de la présence de ces failles profondes si l’on décide d’implanter un barrage-voûte et, dans le cas de Malpasset, c’était la possibilité de mise en place de sous-pressions. Il aurait fallu alors : - une réflexion de géologue sur le fait que la roche étant du gneiss, donc cassante, dans un rift, il était possible que ces failles soient profondes, croisées et donc propices à l’installation de circulation d’eau. - une réflexion de géologue pour montrer que des sous-pressions engendreraient des forces qui s’appliqueraient en extension sur un massif fragile fracturé en blocs indépendants. - une réflexion de technicien en barrages pour mettre en évidence le fait que ces forces seraient capables de déstabiliser le barrage (application des éléments de calcul de l’ouvrage) surtout si on envisage un barrage en voûte mince. La synthèse consistait à dire : - la présence des failles de surface peu impliquer que des forces importantes provenant des sous pressions s’appliqueront en extension sur un massif fracturé et découpé en blocs indépendants et par conséquent, il y a un risque potentiel important pour la stabilité de l’ouvrage. - torrent à sec :nécessite d’une étude hydrologique adaptée et mettant en évidence les irrégularités du torrent méditerranée et la nécessite d’avoir un organe de maîtrise de la montée du plan d’eau. C’était la synthèse fondamentale à faire dans le cas du barrage de Malpasset mais on n’a pas raisonné sur la totalité du problème. On a bien vu l’étanchéité de la cuvette et la résistance de l’appui en compression mais on a omis un terme fondamental : il fallait également voir que l’appui allait travailler en extension . Une simple observation à la portée d’un géologue amateur était pourtant possible.
Le pont ci-dessus est vraiment exceptionnel. Il est construit immédiatement à l’amont du barrage dans un vallon à très forte pente, où les pluies torrentielles provoquent un charriage important de blocs de toutes tailles et ce pont résiste encore et n’a pas été emporté depuis 2000 ans.
Sources : Analyse : fiche n° 29490 du Ministère du développement durable – DGPR/SRT/BARPI. http://membres.lycos.fr/vitosweb/images/malpasset/barrage.htm http://pagesperso-orange.fr/minus0202/MALPASSET.htm http://trianus.rediris.es/texto/frejus_fr.htm ( le canal romain) Barrage de Bouzey : « Bouzey la catastrophe » par Michel Drouot, Association d’hier à aujourd’hui, Epinal. http://www.pays-du-var-est.eu/malpasset/malp63.htm http://rme.ac-rouen.fr/29490_barrage_malpasset.pdf COFRIGEO: rapport expertise Attention : ce dossier est une compilation. Les dossiers complets sont disponible sur le site http://geologierandonneurs.fr
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