Site SNO Porsmilin

Rôles de l’impact des vagues et de la circulation d’eau sur la microfracturation des falaises rocheuses : mise en place d’un suivi multiparamètre en Bretagne

Les travaux sur l’érosion côtière et les risques associés se sont majoritairement intéressés aux côtes d’accumulation au détriment des côtes d’ablation qui représentent pourtant près de 80 % du linéaire côtier mondial (Emery et Kuhn, 1982). Ces côtes d’ablation reculent par à-coups (mouvements gravitaires) et le débat sur les contributions relatives des agents et des processus responsables du déclenchement de ces mouvements reste ouvert.

Notre problématique scientifique est la suivante : quels rôles respectifs jouent l’impact des vagues et la circulation d’eau interstitielle dans l’évolution de la microfracturation des falaises ? La réponse est déterminante pour la prévision/prévention du déclenchement des mouvements gravitaires.

Pour mieux comprendre les agents et les processus qui contrôlent l’érosion et le recul des côtes rocheuses, un suivi multiparamètre à haute fréquence a été mis en place entre février et mai 2017 sur les falaises de Porsmilin (Plougonvelin, Finistère, Bretagne) avec l’équipe de LETG et LGO. Ce site-atelier, dans l’anse de Bertheaume,  fait l’objet d’un suivi morphologique et topobathymétrique depuis plusieurs années au sein de l’Observatoire du Domaine Côtier (https://www-iuem.univ-brest.fr/observatoire/observation-cotiere) et du Service National d’Observation Dynalit (https://www.dynalit.fr/fr). Il s’agit d’une plage sableuse de fond de baie, encadrée par deux éperons rocheux. Celle-ci est en contexte macrotidal, orientée ONO-ESE et adossée latéralement à des falaises à plate-forme d’érosion marine (à l’est et à l’ouest). La partie centrale de la plage correspond à l’embouchure d’un petit fleuve côtier et est séparée de la zone humide, située en amont, par un ancien cordon de galets aménagé avec un remblai. Les falaises, d’une hauteur moyenne de 20 m, sont taillées dans l’orthogneiss de Brest, avec des filons de granodiorite de Trégana et de quartz. Ces falaises rocheuses présentent une certaine susceptibilité au recul en raison 1) principalement de la forte altération des roches et l’existence de nombreuses failles et diaclases, 2) de la houle, avec une hauteur significative moyenne de 0,5 m montant à 0,8 à 1,5 m lors de périodes de tempête (Dehouck et al., 2009) et pouvant atteindre jusqu’à 4 m dans des conditions météo-marines exceptionnelles. Le recul des falaises, qui se produit par à-coups (chutes de blocs, éboulements/écroulements), menace actuellement des enjeux tels que le très fréquenté GR 34 (≈ 60 000 passages par an, CCPI[1]) (figure 1).

Instrumentation multiparamètre in situ et à haute fréquence

1) de la microfracturation à l’échelle du front de falaise avec quatre géophones, deux extensomètres, deux inclinomètres et 20 fissuromètres. Trois géophones horizontaux ont été installés sur le front de falaise à différentes hauteurs en subsurface (à 0,9 m de profondeur dans le massif rocheux constitué d’orthogneiss) et un géophone vertical est localisé en haut de falaise (à 1 m de profondeur dans le sol). Cette configuration devrait permettre de mesurer l’évolution de la microfracturation dans l’espace et dans le temps. Ainsi, les périodes de forte concentration de signaux électro-acoustiques seront analysées dans le but d’identifier l’agent et le processus responsables de la réponse mécanique de la falaise (l’impact des vagues, le battement du toit de la nappe…). A proximité des géophones positionnés sur le front de falaise, le suivi de l’évolution d’un certain nombre de failles et de diaclases en surface est réalisé par les fissuromètres, les deux extensomètres et les deux inclinomètres.

2) des forçages marins comme le niveau d’eau (capteurs de pression) et l’impact des vagues sur la falaise (capteur de force et sismomètre à large bande) associés à un système d’acquisition optique (caméra). La disposition des quatre capteurs de pression le long d’un transect perpendiculaire au front de falaise permettra de connaître précisément le forçage par la houle, notamment la hauteur significative des vagues mais aussi la répartition spectrale de l’énergie incidente (par exemple, la proportion d’ondes infragravitaires). La hauteur atteinte par les vagues sur le front de falaise sera quantifiée grâce au système d’acquisition vidéo. L’impact causé par la houle sur la falaise ainsi que l’effet levier engendré par les ondes infragravitaires (sous l’effet de la surcharge exercée par la colonne d’eau en pied de falaise) seront quantifiés respectivement par le capteur de force (disposé en pied de falaise) et le sismomètre à large bande (positionné en haut de falaise). Le premier quantifiera l’énergie dissipée lors de l’impact des vagues en pied de falaise. Le second fournira les déplacements micrométriques enregistrés en haut de falaise. Le couplage sismomètre/géophones/caméra permettra de connaître la réponse mécanique de la falaise et de visualiser la rupture en temps réel, le cas échéant.

3) des forçages continentaux comme la circulation d’eau dans le massif rocheux (infiltration) et les variations thermiques grâce à la mise en place respectivement d’un piézomètre et d’une station météorologique équipée de capteurs distants mesurant la température du front de falaise. En complément des données disponibles dans les communes voisines (www.ades.eaufrance.fr), les variations du toit de la nappe (et donc des pressions hydrostatiques au sein du massif rocheux) en fonction des précipitations et des marées sont enregistrées grâce à un piézomètre installé dans un puits sur le plateau, à 350 m de la paroi rocheuse instrumentée. La station météorologique a été installée en haut de falaise tandis que quatre sondes thermiques ont été déployées sur le front de falaise en subsurface (10 cm de profondeur). Celles-ci pourront renseigner sur les variations thermiques du front de falaise en fonction de l’albédo (qui dépend de la lithologie) qui pourraient favoriser la thermoclastie.

CONCLUSION

Ce suivi multiparamètre et à haute fréquence sur une durée de trois mois en Bretagne devrait donner de nouvelles informations sur la part respective de l’impact des vagues et de la circulation d’eau dans la microfracturation des falaises. Ces informations permettront de mieux comprendre l’érosion et le recul des côtes rocheuses. Cette connaissance est essentielle pour une meilleure prévision/prévention des mouvements gravitaires qui peuvent menacer les populations et les biens.

Remerciements

Ce travail a bénéficié d’une aide de la région Bretagne dans le cadre du dispositif « Stratégie d’Attractivité Durable » (projet F3) et d’une aide de l’Etat gérée par l’Agence Nationale de la Recherche au titre du programme « Investissements d’avenir » portant la référence ANR-10-LABX-19-01.

BIBLIOGRAPHIE

Dehouck A., 2006, Morphodynamique des plages sableuses de la mer d’Iroise (Finistère), Thèse de doctorat, Université de Bretagne Occidentale, Brest. URL http://hal.archives-ouvertes.fr/ tel-00109373, 262 p.

Emery K.O., Kuhn G.G., 1982. Sea cliffs: their processes, profiles, and classification. Geological Society of America Bulletin, 93, 644–654.

 


[1] Communauté de Communes du Pays d’Iroise, compteur installé à la batterie de Toul Logot entre le 1er mai 2014 et le 30 avril 2015.

La campagne de mesure Dynatrez II

Du 14 octobre au 4 novembre 2016 s’est déroulée une campagne de mesure sur le site de Porsmilin (Site atelier du SNO DYNALIT , Anse de Berthaume, Finistère) menée par l’équipe DynELi, avec comme chef de mission le doctorant Charles Caulet.

Il s’agissait du deuxième volet du projet DynaTrez porté par France Floc’h, réalisé pour étudier la dynamique sédimentaire présente sur une des nombreuses plages sableuses du littoral breton. La plage de Porsmilin choisie pour cette étude est une plage de poche (c’est-à-dire une plage délimitée spatialement par deux caps rocheux et formant ainsi une cellule sédimentaire bien définie) bien connu des surfeurs des environs.

Cette nouvelle campagne visait à mieux comprendre la morpho-dynamique court-terme de ce site et notamment l’interaction entre la topographie et la transformation des vagues à la côte. 17 capteurs de pression ont été enterrés sur la plage. Des mesures intensives ont été réalisées lors de six pleines mers à l’aide d’un système de stéréo-vidéo, de courantomètres et d’un système lidar. Un courantomètre a aussi été déployé au large de la plage afin de mesurer les différentes conditions hydrodynamiques au cours de la campagne. La topographie de la plage a aussi été mesurée de façon journalière suivant différents profils de plage, une topographie (TLS) et une bathymétrie (SMF) de la plage et avant-plage ont été réalisées avant et après la campagne.

Grâce aux données recueillies lors de cette campagne, des investigations vont être menées pour mieux comprendre comment les vagues évoluent lors de leur propagation le long de la plage. Ces investigations seront mises en lien avec les processus morphologiques observés lors de la campagne et permettront à terme de modéliser la dynamique présente sur le site. Ce travail de terrain a mobilisé une quinzaine de personnes de l’IUEM du LDO, de Géomer, du LOPS et de l’UMS.

Le drone octocoptère Drelio 9 sur la plage de Porsmilin

Dans le cadre du suivi récurrent de la plage observatoire de Porsmilin (site OSU), le drone octocoptère Drelio 9 a effectué une mission photogrammétrique le 16 juin 2015.

 

Dans le cadre du suivi récurrent de la plage observatoire de Porsmilin (site OSU), le drone octocoptère Drelio 9 a effectué une mission photogrammétrique le 16 juin 2015.

 

200 images ont été acquises lors de ce vol à 100 m d’altitude. Ces images ont permis de restituer un modèle topographique 3D à très haute résolution afin d’enrichir la base de données géomorphologiques sur ce site.

Contacts LGO : J.Ammann & M.Jaud