Effets induits par un séisme

Effets induits par un séisme 

On inclut dans les effets de site également les déplacements permanents, tels que les glissements de terrain, les chutes de bloc et la liquéfaction. On désigne les chutes de blocs et les glissements de terrain comme des mouvements gravitaires dont un des facteurs déclencheurs est le séisme .

Liquéfaction

La liquéfaction des sols est un phénomène qui apparait lorsqu’il y a une perte de résistance au cisaillement lors d’une annulation des contraintes effectives due à une augmentation de la pression de pores (O’Rourke et Liu, 1999; Priestley, 1996; Winkley, 2013). Ce phénomène à tendance à augmenter en fonction de la durée du séisme et donc en fonction de l’augmentation de la magnitude du séisme (FEMA, 2012).

Les principaux facteurs pouvant affecter cette analyse qualitative de la susceptibilité d’un site au phénomène de liquéfaction sont la stratigraphie, la granulométrie, la compacité et le degré de saturation que l’on peut lier à la profondeur de la nappe phréatique (Bird et al., 2006; Idriss et Boulanger, 2014; Kayen et al., 2013). Pour les lithologies, on considère souvent les caractéristiques géotechniques des formations affleurantes, telles que leur granulométrie ou degré de compacité ou leur résistance au cisaillement (FEMA, 2012; Youd et Perkins, 1978). Cette technique permet d’évaluer de manière simplifiée les phénomènes de liquéfaction des sols. Toutefois, le phénomène est souvent bien plus complexe, car il met en action l’agencement de plusieurs types de lithologies. La liquéfaction implique le plus souvent un piégeage de la nappe phréatique dans une couche propice à la liquéfaction, sous-jacente à une couche plus imperméable en surface (Tuttle et al., 1990; Tuttle et Seeber, 1991). Ce phénomène a été constaté pour la région de Charlevoix et de Saguenay. En effet, suite à des études sur la paléosismicité de la région de l’est du Canada (Tuttle et Seeber, 1991; Tuttle et Atkinson, 2010), de nombreux cas de liquéfaction ont été recensés dans différents types de dépôts sous forme de remontées turbulentes où d’éruptions d’un filon intrusif. L’épandage latéral est également un type de liquéfaction. On peut mentionner que la méthodologie de la FEMA (FEMA, 2012) quantifie le déplacement latéral en fonction de la susceptibilité du sol, de l’AMS et de la magnitude du séisme. Toutefois, notre approche d’évaluation qualitative ne nécessite pas l’application d’une telle méthode.Un autre phénomène parfois associé à de la liquéfaction et très répandu dans la zone d’étude correspond à l’amollissement cyclique des argiles marines (Boulanger et Idriss, 2007; Carson et Lajoie, 1981; Quinn, 2009). Ce dernier sera traité comme un type de glissement de terrain .

Pour déterminer le degré de susceptibilité des couches de sol et notamment leur degré de résistance au cisaillement, il existe de multiples approches. Des données géotechniques, tel que les VS (Zhang, 2010), les CPT, les SPT ou encore Su peuvent être utilisées (Bird et al., 2006; Mayfield et al., 2009; Tang et al., 2007). Lorsque ces données ne sont pas disponibles, il est possible de se baser sur le jugement d’experts qui classent les lithologies en niveaux de susceptibilité, selon leur faciès et leurs degrés de compacité (FEMA, 2012; Youd et Perkins, 1978).

Durant le séisme le plus important du XXème, à Charlevoix-Kamouraska en 1925 d’une magnitude Mw=6.2, des phénomènes de liquéfaction des sols ont été constatés dans le vieux port de la ville de Québec situé sur des dépôts alluviaux (Lamontagne, 2008). De plus, lors du séisme de Saguenay en 1988, d’une magnitude Mw=5.9, cinq sites dans la région de Ferland et Boilleau, entre 25 à 30 km de l’épicentre, ont été endommagés pas des phénomènes de liquéfaction (Boivin, 1992; Tuttle et al., 1990; Tuttle et Seeber, 1991).

Mouvements gravitaires 

Les enjeux
Les nouvelles technologies, telle que la télédétection, permettent de quantifier la relation entre les séismes et les déclenchements de mouvements gravitaires, tels que les glissements de terrain et les chutes de blocs (Keefer, 2002; Locat et al., 1984). Des études ont pu notamment montrer la relation entre la magnitude d’un séisme et les surfaces affectées par des mouvements gravitaires (Keefer, 2002) .

De plus, les tremblements de terre de Saguenay (1988) (Mitchell, 1990) et de Val des-Bois  (2010) (Gouvernement du Canada, 2011) ont montrés la capacité des séismes à déclencher des mouvements gravitaires dans la Province du Québec. En effet, lors du tremblement de terre de Saguenay (1988, Mw=5.9) plus de vingt glissements de terrain ont été constatés tel qu’à Saint-Jean Vianney, Sainte-Thècle, Saint-Adelphe, Côte de la Miche, SainteBrigitte de Laval, Saint-Félix d’Otis, Stoneham et Hervey-Jonction et ce, jusqu’à environ 200 km de l’épicentre (Lefebvre et al., 1992; Locat, 2008).

Plus loin dans l’histoire, suite au séisme de 1663 à Charlevoix-Kamouraska proche de La Malbaie d’une magnitude de Mw~7 (Locat, 2008), de nombreux glissements de terrain furent observés sur les flancs des rivières Betsiamites, Rivière du Gouffre (Charlevoix), St Maurice (LaBissonnière and Saint-Boniface), Shipshaw (Saguenay, Saint-Jean Vianney), Pentecôte, Batiscan ainsi que le long du fleuve Saint-Laurent (Desjardins, 1980; Filion et al., 1991; Gouin, 2001; Locat, 2008). En tout, plus de 1.7 km³ de masse de terre ont été déplacées, glissements subaquatiques inclus (Locat, 2008). Le séisme de La Malbaie de 1860, d’une magnitude proche de 6³ , a également induit des glissements de terrain à la Pointe-aux-Alouettes à 60 km de distance où une partie de la forêt s’est effondrée dans la rivière (Lamontagne, 2008). En 1870 également, le séisme de Baie St-Paul (dans la région de Charlevoix Kamouraska) d’une magnitude de Mw~6.5 changea le paysage suite aux mouvements de terrain sur le flanc des montagnes. Des chutes de blocs ont été la cause de la mort de trois personnes à Batiscan à 175 km de l’épicentre (Lamontagne, 2008). D’autres chutes de blocs se sont produites à Saint-Anne de Beaupré à 60 km de l’épicentre. D’autres mouvements gravitaires ont également été constatés à Cap Trinité au bord de la rivière Saguenay (105 km de distance de l’épicentre). Le séisme de Charlevoix-Kamouraska en 1925 d’une magnitude Mw=6.2 déjà cité pour ces phénomènes de liquéfaction, a également causé des glissements de terrain jusqu’à 230 km de distance à Shawinigan (Lamontagne, 2008). En 2010, le séisme de Val-des-Bois Mw = 5 (Gouvernement du Canada, 2011) a également provoqué de nombreux glissements de terrain, tels qu’à Notre-Dame-de-la-Salette (à 10 km de distance de l’épicentre) d’une longueur de 400 mètres .

Forces
Les deux composantes dirigeant les glissements de terrain et les chutes de blocs sont :
• la contrainte de cisaillement, composante déstabilisatrice;
• la résistance au cisaillement, composante stabilisatrice.
Ces contraintes sont appliquées parallèlement à la pente. Un mouvement gravitaire se produit lorsque la contrainte de cisaillement due aux sollicitations sismiques est plus élevée que la contrainte admissible au cisaillement du sol (résistance). Durant un séisme, l’instabilité sur un plan de rupture apparait lorsque l’accélération du sol provoque une augmentation des contraintes de cisaillement.