[PGRN] [Programme de recherche départemental]

Projet CG38 - PGRN piloté par le LGCA

Titre du projet

Etude par sismique réflexion des variations longitudinales de la structure du Grésivaudan (substratum et remplissage lacustre interglaciaire)

Type d'aléa
Risque Sismique
Année

2001

Mots-clés
Sismique réflexion - Géométrie du substratum - Remplissage sédimentaire - Grésivaudan
Champs disciplinaires
Géologie, géophysique, sismologie


1) Organismes et auteurs


Organisme pilote
LGCA (Univ.Savoie)
Organisme(s) associé(s)
 
Coordonnateur
Gilles MÉNARD
Participants
Clarisse BORDES, Michel DIETRICH, Fabrice GUYOTON, Ombeline MERIC


2) Contexte du projet


Site(s) d'étude
Profils de Frêterive – Aiton (compléments), Chamoux – Bourgneuf – Chamousset, Pontcharra, Chapareillan, La Terrasse – Tencin, La Chantourne (vallée du Grésivaudan)
Contexte de l'étude
Ce projet représente une contribution aux études géologiques et sismologiques régionales menées par les laboratoires de Géodynamique (LGCA) et de tectonophysique (LGIT), qui doivent déboucher sur une modélisation de la réponse sismique de la vallée de l’Isère.
Programme plus vaste
 
Initiation du projet
Participation du PGRN
Montant du financement (k€)
10,06 k€ (66 kF)
Part du CG38 - PGRN
~50 %
(Co)-Financements
Fonds propres (reliquat des crédits du projet Lyon-Turin)
Appréciation du rôle du financement CG38 - PGRN
Ce financement a permis de faire des manips (frais fixes + frais à la journée) et d’atteindre la taille critique pour amortir les frais fixes (intérêt à faire ces manips sur 4 ou 5 jours).


3) Objectifs, méthodes et résultats

Objectifs

Recherche des dépôts interglaciaires (et si possible de leur sommet) sous les alluvions récentes de la vallée :

L’objectif sous-jacent était de contraindre l’amplitude des mouvements verticaux ayant affecté les marqueurs associés au comblement du lac interglaciaire Riss-Würm (vallées perchées, sommet des dépôts lacustres). Ces mouvements sont déjà reconnus comme étant pluri-hectométriques pour une durée maximale de 60 000 ans.


Détermination de la géométrie du substratum rocheux de la vallée (recherche de failles, corrélation entre image sismique et géologie) :

Ce second objectif visait deux applications :

- argumenter l’éventuelle origine tectonique de la vallée (vallée = structure extensive) en recherchant la trace de faille(s) en fond ou en bordure de celle-ci,

- fournir aux modélisateurs d’effets de site des contraintes géométriques sur les variations longitudinales du remplissage sédimentaire de la vallée. Le forage de Montbonnot réalisé par l’IPSN ainsi que les acquisitions sismiques qui lui sont associées devaient fournir une référence fiable pour corréler image sismique et géologie (malgré les difficultés dues à l’implantation de ce forage à l’aplomb d’une structure locale complexe).

Méthodologie
Réalisation de profils sismiques et interprétation des signatures (réflecteurs énergétiques) :

1) Profils de Frêterive - Aiton (septembre 2000, complément en juin 2001) :

Opérations réalisées :
- Un profil principal de 3,5 km, orienté NW-SE, est situé 2,5 km à l'amont de la confluence entre l'Arc et l'Isère. Il est constitué de deux parties : une partie en rive gauche de l'Isère (Aiton) et une partie en rive droite (Frêterive), avec un trou d'environ 300 m entre ces deux profils (présence de l'Isère, de l'autoroute et de la RN 90). L'objectif de ce profil est d'imager la vallée dans le prolongement de la colline de Montraillant (anomalie gravimétrique positive) et de la banquette de Planaise (dépôts interglaciaires).
- Un complément d'acquisition a été réalisé en juin 2001 afin de combler en partie le trou situé au niveau de l'Isère et de l'autoroute.
- Un profil complémentaire de 500 m, orienté NE-SW, a été implanté entre l'Arc et l'autoroute, au SE de la prison d'Aiton. Son but est de fournir un jalon intermédiaire dans le suivi de l'enfoncement des structures au NE de la colline de Montraillant.

2) Profils de la Buissière - le Cheylas (septembre 2000) :

Opérations réalisées :
- Un profil principal de 3,5 km, orienté NW-SE, relie la Buissière au Cheylas. Son objectif est d'imager la vallée dans un contexte où existe sur son bord NW (la Buissière) une croupe de Jurassique (altitude autour de 360 m) surmontée de dépôts interglaciaires (lacustres puis fluviatiles).
- Un profil complémentaire de 1km, orienté NE-SW, a été implanté jusqu'au bord du bassin du Cheylas. Son but est de servir de base à une comparaison avec une acquisition ultérieure à haute résolution dans le bassin lui-même.

3) Profils de Chamoux - Bourgneuf - Chamousset (juin 2001) :

Opérations réalisées :
- Ces profils complètent ceux réalisés en 2000 dans la zone de confluence de l'Arc, du Gelon et de l'Isère d'une longueur de 2 km, de direction NNW-SSE, a pour objectif d'imager la basse vallée.
- Le profil de Chamoux, d'une longueur de 2 km, de direction NNW-SSE, a pour objectif d'imager la basse vallée du Gelon.
- Il est relayé par le profil courbe de Bourgneuf, d'une longueur de 1 km, situé à l'aplomb de l'anomalie gravimétrique positive qui prolonge la colline de Montraillant.
- Le petit profil du Clozet, orienté E-W, a été implanté pour relier les deux profils précédents.
- Un profil de 0,5 km a été implanté au NE de Chamousset, dans le prolongement de la Banquette de Planaise.

4) Profils de Pontcharra - Chapareillan (juin 2001) :

Opérations réalisées :
- Un profil de 2 km (profil de Pontcharra) orienté NW-SE a été réalisé en rive gauche de l'Isère au niveau du village de Villard Benoit, soit à 1 km au nord de Pontcharra.
-
Ce profil est complété en rive droite par les profils de Chapareillan destinés à préciser les relations entre les alluvions récentes de la plaine de l'Isère, le cône du Cernon et le paléodelta du Bréda (en fait plus probablement d'un paléo-Arc). Ces deux dernières structures sont séparées de la plaine de l'Isère par un talus d'érosion.
-
Un profil de 1 km, orienté WNW-ESE, situé entre l'autoroute et Chapareillan (profil Chapareillan 1), recoupe le talus d'une dizaine de mètre précédemment évoqué. Deux profils parallèles à la vallée (profils de Chapareillan 2 et 3, de longueur respectivement 1 et 0,5 km) sont situés sur le cône du Cernon et le paléodelta du Bréda.

5) Profils de la Terrasse - Tencin (juin 2001) :

Opérations réalisées :
Un profil de 3 km, orienté NW-SE, relie la Terrasse au Touvet, traversant presque toute la vallée. Il est destiné à imager la vallée dans un secteur où la croupe de Jurassique (altitude voisine de 360 m) bordant le massif de la Chartreuse n'est plus présente.

6) Compléments d'acquisition sur le site de la Chantourne (juin 2001) :

Opérations réalisées :
Deux lignes de 24 géophones disposées en croix ont été installées au droit du forage de Montbonnot 1. Un certain nombre de tirs ont été réalisés, principalement dans l'axe de l'une et l'autre branche de la croix. Ce dispositif est destiné à suivre au droit du forage le réflecteur majeur mis en évidence auparavant, réflecteur qui semblait décalé d'environ 80 m de part et d'autre du forage. Cette complication a pour conséquence fâcheuse de rendre la corrélation entre sismique et forage incertaine.

Résultats
Contraintes géométriques sur les variations longitudinales du remplissage sédimentaire :

Note : Les figures associées (profils sismiques et localisation) sont disponibles dans la version papier du rapport, consultable au Pôle Grenoblois.

1) Profils de Frêterive - Aiton (septembre 2000, complément en juin 2001) :

Principaux résultats :
- Le profil principal, avec le complément 2001, montre quatre types de signature.

- En rive gauche de l'Isère, on observe entre les pm 750 et 1800 un ensemble peu énergétique surmontant en discordance un réflecteur bombé très énergétique (optimum pour une vitesse de sommation de 1800 mis). Ce bombement culmine à 180 ms td (milliseconde temps double) et coïncide exactement avec le maximum gravimétrique qui prolonge au NE la colline de Montraillant. Vers le pm 750, le point bas du réflecteur est à 300 ms td et coïncide avec un minimum gravimétrique.

- Plus au SE, le réflecteur majeur disparaît tandis que le milieu supérieur laisse apparaître entre 100 et 300 ms td des réflecteurs à fort pendage apparent vers le N W (cas unique sur l'ensemble des profils étudiés). .

- En rive droite de l'Isère apparaît une unité litée et bombée, assez énergétique (pm 2000 à 2600) qui vient s'intercaler entre l'ensemble peu énergétique supérieur et le prolongement de la retombée NW du réflecteur majeur, lequel disparaît d'ailleurs rapidement. Une unité avec une signature comparable semble apparaître à l'extrémité NW de la section (pm 3200 à 3700).

- Entre et sous ces deux unité se rencontre un ensemble énergétique à litage irrégulier, ensemble dont la base n'apparaît pas très nettement.

Eléments d'interprétation :
- L'ensemble peu énergétique supérieur correspond au remplissage lacustre post-Würm. Les réflecteurs pentés situés à l'extrémité SE de la section sont interprétés comme des dépôts deltaïques de l'Arc.

- Le réflecteur majeur, compte tenu du bon accord entre sa géométrie et les anomalies gravimétriques, est très probablement le substratum rocheux.

- Les unités qui s'intercalent en rive gauche entre l'ensemble supérieur et le réflecteur majeur sont probablement des dépôts interglaciaires sans qu'on puisse toutefois exclure des dépôts morainiques würmiens.

2) Profils de la Buissière - le Cheylas (septembre 2000) :

Principaux résultats : Ce profil était en cours de traitement à la remise du rapport.

3) Profils de Chamoux - Bourgneuf - Chamousset (juin 2001) :

Principaux résultats :
- Le profil de Chamoux montre une organisation assez simple avec un ensemble peu énergétique surmontant un ensemble de réflecteurs très énergétiques (optimum pour une vitesse de sommation de 1800 m/s). Cet ensemble de réflecteurs forme une dépression en Ventre les pm 550 et 1850. Le point bas de cette dépression (pm 1150) est 380 ms td et coïncide avec un minimum gravimétrique. Sur le tiers NW du profil, cet ensemble de réflecteurs reste à une profondeur à peu près constante de 10 ms td. On notera la présence de multiples sous la dépression en V. Quelques réflecteurs à pendage vers le SE, situés vers 350-500 ms td pourraient être réels.

- Le profil du Clozet montre deux réflecteurs s'enfonçant vers l'Est, l'un à une profondeur voisine de 100 ms td, l'autre à une profondeur voisine de 200 ms td. Ces deux réflecteurs semblent correspondre au sommet et à la base' de l'ensemble de réflecteurs énergétiques du profil précédent.

- Les profils de Bourgneuf montrent pour le profil B deux réflecteurs s'enfonçant vers l'ENE, respectivement vers 100 et 120-200 ms td (dispositif assez comparable au profil du Clozet) tandis que le profil A ne montre qu'un réflecteur net, vers 120 ms td, correspondant au réflecteur inférieur du profil B. La partie sud de ce profil A est confuse, rendant délicate la corrélation avec le profil du Clozet.

- Le profil de Chamousset montre un milieu avec des réflecteurs horizontaux moyennement énergétiques jusque vers 250 ms td surmontant en discordance un ensemble de réflecteurs énergétiques qui remontent à l'extrémité SW du profil.

Eléments d'interprétation :
- L'ensemble peu énergétique supérieur est interprété comme le remplissage lacustre post-Würm.

- Le substratum rocheux peut être placé soit au sommet soit à la base des réflecteurs énergétiques. Dans ce dernier cas le problème de la signification des réflecteurs énergétiques reste posé (problème rencontré de manière analogue sur le profil de la Chantourne). Notons que les deux interprétations sont qualitativement compatibles avec la gravimétrie.

4) Profils de Pontcharra - Chapareillan (juin 2001) :

Principaux résultats :
- Le profil de Pontcharra est analogue au profil de Chamoux. Un milieu peu énergétique surmonte un ensemble de réflecteurs énergétiques plus ou moins continus. Cet ensemble forme une dépression en V dont le point bas est situé à 250 ms td. Ce point bas correspond à un minimum gravimétrique tandis que la zone haute située entre 100 et 150 ms td (partie NW du profil) correspond à un maximum gravimétrique qui sépare la vallée en deux sous-structures.
- Les profils de Chapareillan montrent deux bandes de réflecteurs énergétiques subhorizontaux, très nettes sous le cône de déjection du Cernon (profils Chapareillan 1 et Chapareillan 2). L'une est située vers 170 ms td, l'autre vers 270 ms td. Vers le Sud (profil Chapareillan 2), il semble que ces bandes de réflecteurs, ou tout au moins la bande inférieure, se poursuivent mais en s'atténuant fortemen1. Vers l'Est (profil Chapareillan 1), les deux bandes de réflecteurs semblent s'interrompre, à quelques dizaine de mètres à l'Ouest du talus d'érosion.

Eléments d'interprétation :
- Comme dans les profils précédents, le milieu supérieur peu énergétique du profil de Pontcharra est associé au remplissage lacustre post-Würm. Cette interprétation peu toutefois difficilement être étendue aux profils de Chapareillan pour lesquels les formations de surface (partie sud du profil Chapareillan 2) sont attribuées à l'interglaciaire Riss-Würm.
- Les réflecteurs énergétiques du profil de Pontcharra offre la même dualité d'interprétation que le profil de Chamoux (avec la même compatibilité qualitative des deux interprétations avec la gravimétrie).
- Les deux bandes réflectives des profils de Chapareillan ne sont pour le moment pas interprétées.

5) Profils de la Terrasse - Tencin (juin 2001) :

Principaux résultats :
- Le premier résultat est la mise en évidence d'une vallée en U emboitée dans la vallée principale. Cette vallée en U a une largeur de près de 2 km et se développe en profondeur entre 150 et 450 ms td.

- Le second résultat original est fourni par le remplissage de cette vallée. Sous l'unité supérieure habituelle peu énergétique apparaît une unité à litage subhorizontal énergétique et concordant au litage de l'unité supérieure (cas unique dans les exemples étudiés).

- Un troisième résultat est à noter. Il concerne le rebord NW de la vallée en U. Ce rebord semble décalé par un réflecteur horizontal (partie supérieure décalé vers le SE de plusieurs dizaines de mètres). Ce réflecteur horizontal énergétique se poursuit sur près de 500 m au sein de l'unité supérieure peu énergétique.

Eléments d'interprétation :
- La vallée en U suggère très fortement une structure de type graben (fossé d'effondrement) avec des flancs à près de 45°.

- Le remplissage de cette vallée pose de problème de la signification de la formation litée énergétique profonde. Elle ne peut guère correspondre à du substratum rocheux. On peut envisager soit une formation glacio-Iacustre post-Würm, comme déjà proposé dans la vallée du Rhône en Suisse (dans ce cas pourquoi cette formation ne se rencontra-t-elle que sur ce profil ?), soit une formation interglaciaire qui serait ë concordante avec les dépôts ultérieurs.

- Le plan horizontal qui semble décaler le rebord NW de la vallée pourrait être un chevauchement aveugle actif. Le caractère énergétique du réflecteur au sein de la formation supérieure pourrait être dû alors à la présence de fluides en charge (comme. 1 l'a été observé dans la vallée du Fier à Annecy).

6) Compléments d'acquisition sur le site de la Chantourne (juin 2001) :

Principaux résultats :
Ces données n'avaient pas encore été exploitées à la remise du rapport.
- On peut néanmoins noter que plusieurs tirs situés au NE et au SW du forage montrent sur les lignes NW-SE (dispositifs en éventail) un enfoncement continu du réflecteur principal vers le SE. Toutefois compte tenu du fait que les rais ne se propagent pas dans un plan vertical, il est possible que tous les points de réflexion obtenus soient situés du même côté du forage, soit au NW de celui-ci.

- On remarquera enfin qu'aucun réflecteur n'a pu être associé au réflecteur à pendage vers le NW mis en évidence antérieurement par C. Cornu (exploitation du PSO NW du forage). Le dispositif mis en place n'est probablement pas disposé favorablement pour mettre en évidence ce réflecteur profond.



4) Débouchés du projet

Utilisateurs finaux potentiels
Modélisateurs d’effet de site (LGIT…)
Production scientifique
- Production de connaissances locales / régionales
Produits délivrables
Profils sismiques
Partenariats
*
Retombées du projet

Eléments pour la modélisation de la réponse sismique de la vallée de l’Isère

Congrès international ESG (Third International Symposium on the Effects of Surface Geology on Seimic Motion) en septembre 2006.

Poursuite des acquisitions avec le projet CG 38 - PGRN de M. Dietrich 2003 : "Imagerie structurale de haute résolution du remplissage alluvial de la vallée de l'Isère : vibrosismique en ondes P, SV et SH avec estimation des vitesses de propagation des ondes"



5) Valorisation du projet

Publications et communications
Poster + résumé au congrès ESG 2006 : actes (Dietrich et al., Ménard et al., Chapron et al.)
Pages Web
 

 

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