Environnements Sédimentaires

SOMMAIRE

1 - Reconnaissance et caractérisation du plateau

2 - Ressources Minérales, Energétiques et Ecosystèmes profonds

 2.1 Les systèmes sédimentaires

 2.2 Etude des « risques géologiques »

 2.3 Biodiversité et fonctionnement des écosystèmes profonds, impacts

NB: Nous utilisons de nombreux termes sur les étages géologiques. Nous vous conseillons de télécharger l'échelle des temps géologiques sur la page du wikipédia.

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Les compétences du Laboratoire Environnements Sédimentaires (LES) ont été principalement utilisées pour la réalisation d'actions de recherches, d'expertises, de missions gouvernementales et de partenariats industriels pour les programmes :

  • Reconnaissance et caractérisation du plateau,
  • Ressources Minérales, Energétiques et Ecosystèmes profonds.

Ces compétences regroupent essentiellement les métiers liés à la Sédimentologie, la Stratigraphie, la modélisation sédimentaire, la Géophysique à haute résolution et la Géotechnique. En s'appuyant sur de telles compétences, les principales activités de recherche du LES se sont concentrées sur :

  • L'étude des processus et des enregistrements sédimentaires.
  • Le rôle et l’impact des variations du niveau de la mer et des variations climatiques au Plio-Quaternaire sur la mise en place des corps sédimentaires depuis les deltas jusqu’aux grands fonds océaniques (de la Terre à la Mer).
  • La géomorphologie allant de la reconnaissance de la plateforme continentale (plateau) aux canyons, vallées sous-marines et dépôts sédimentaires profonds (éventails turbiditiques).
  • La migration des fluides et les hydrates de gaz, les instabilités sédimentaires et les risques naturels.

 
Une vision d'ensemble présentant les facteurs de contrôles à l'origine des dépôts sédimentaires est résumée dans la figure ci-dessous :

Outre les activités de recherche, le laboratoire continue à mener des activités de soutien à la souveraineté de l’État (ex : extension du plateau continental juridique), ou de soutien aux services de l’État (expertises granulats, veille Nodules). D'un autre côté, le laboratoire répond en terme d'expertise, à la demande toujours croissante de permis d’exploration et d’exploitation de granulats marins afin de prévenir les réactions que pourraient provoquer de tels projets vis-à-vis des autres activités maritimes, en particulier la pêche. À ces expertises sont venue s'ajouter celles demandées pour l'implantation des ouvrages à vocation énergétique demandés par l'Etat (parcs d'éoliennes).

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1 - Reconnaissance et caractérisation du plateau

Les activités de reconnaissance et de synthèse géologique du plateau continental se sont poursuivies, avec notamment la campagne RECOSOM qui avait pour objectif la reconnaissance de la couverture sédimentaire meuble des fonds marins au large de la baie de Somme. Elle s’est déroulée du 15 mars au 26 avril 2010 à bord du N/O Thalia et impliquait plusieurs équipes : Université de Rouen, Université de Lille et Ifremer impliquées chacune dans un leg. En tout, 151 profils (soit environ 2 750 km) et 94 points de prélèvement sédimentaire à la benne (Van Veen et Shipeck) ont été récoltés.

Le leg 3, consacré aux travaux d'Ifremer, a mobilisé 6 personnes appartenant au laboratoire « Environnements Sédimentaires » et au groupe « Cartographie, Traitement de Données et Instrumentation » qui se sont relayées pour assurer l’acquisition des données. Les 17 jours de travaux (sur 23 jours initialement demandés) ont permis d'acquérir 103 profils (56 profils Sparker, sonar Klein et EM1000 et 47 interprofils EM1000) et 67 prélèvements réalisés avec la benne Van Veen, couvrant ainsi une surface d’environ 140 km².

Les données sont en cours de traitement et d'interprétation. Les résultats permettront de publier un atlas géologique sur la morphologie et la nature des fonds marins de la baie de Somme, l'épaisseur de la couverture sédimentaire meuble et la morphologie du substratum rocheux.

2 - Ressources Minérales, Energétiques et Ecosystèmes profonds

2.1 Les systèmes sédimentaires

Les travaux décrits ci-après concernent l’étude des processus et enregistrements sédimentaires. Les objectifs de recherche sont :

  • la compréhension des variations climatiques du passé et des variations du niveau marin associées ;
  • l’étude des processus de transferts sédimentaires, de la source (Terre) aux dépôts profonds (Mer), incluant les systèmes siliciclastiques, les pièges sédimentaires, etc.

Le Laboratoire intervient sur plusieurs chantiers :

Afrique de l’Ouest

Cette activité s'est surtout déclinée autour d'un projet multi-partenaires : Reprezaï, dont l’objectif est l’analyse des facteurs de contrôle, entre autres le climat, sur l’architecture du système turbiditique du Zaïre. Deux actions ont marqué la période 2009-2010 :

1) L’analyse pluri-disciplinaire sur la carotte ZaiAngo de référence qui servira de base de comparaison aux carottes Reprezaï avec :

  • La finalisation d’une thèse sur la « climatologie tropicale des derniers 200.000 ans : Afrique centrale et Atlantique Est ».
  • Un post-doctorat sur l’étude de la composition des argiles. Dans ce cadre, mise en place de la cellule de traitement des argiles par diffractométrie.
  • La poursuite des travaux sur la matière organique, la biostratigraphie (diatomées et nannofossiles) et la géochimie (isotopes de l’oxygène), l’analyse spectrale des signaux pollinique, matière organique, XRF.

L’ensemble des données a permis de proposer un modèle d’âge de référence et de mettre en évidence l’existence de variations climatiques et environnementales ainsi que le contrôle astronomique du paramètre de précession.

2) La réalisation de la campagne Reprezaï (en attente depuis 2006). Elle s'est finalement déroulée du 27 décembre 2010 au 25 janvier 2011 sur le N/O Pourquoi pas ? En tout, 26 carottes et près de 4 000 km de lignes géophysiques (sondeur multi-faisceaux, sismique rapide, Chirp) ont été acquis sur l’édifice turbiditique le plus récent du Zaïre.

Golfe du Lion

L’action Golfe du Lion vise à appréhender le système sédimentaire du Rhône de la source des sédiments jusqu’à leur dépôt (approche Source-to-Sink) dans le but de comprendre les réponses des différents domaines physiographiques (plateau interne, plateau externe, pente, canyons, pied de pente, plaine abyssale) aux forçages environnementaux comme les changements du climat et du niveau marin. Cette approche est développée pour les derniers 25 000 ans c’est à dire depuis le dernier maximum glaciaire (froid et bas niveau marin) jusqu’à l’actuel (chaud et haut niveau marin). Cette démarche s’appuie particulièrement sur les données acquises lors des campagnes RHOSOS (N/O Le Suroit) et ROUSTAN 1 (V/O Haliotis).
 
Les points forts de l’année 2009 ont été :

  • La participation au programme ANR Extrema (étude des flux évènementiels naturels de matière et de leur impact sur la redistribution de polluants au sein des différents compartiments de la géosphère : atmosphère, sols, rivières et fleuves, milieu marin côtier, milieu marin profond). Pour atteindre les objectifs, EXTREMA a développé une démarche intégrée atmosphère/continent/milieu marin sur le système côtier du Golfe du Lion, que l’on sait être très vulnerable aux épisodes météo-climatiques extrêmes et aux pollutions. Coordonné par l’IRSN, ce programme regroupe le CEREGE, l’Ifremer, le CEFREM et le pôle d’océanographie côtière de l’Observatoire Midi Pyrénées.

Au cours de l’année 2009, le LES a participé à la mise en route d’un chantier dédié au prodelta du Rhône Roustan (début de mise en place mi XIXe siècle), dans le cadre des campagnes RHOSOS et ROUSTAN-1 (août 2008). Une stratégie dite « multi-proxy » a été établie, permettant, sur la base des données acquises, de déterminer en détail la morphologie et la structure interne du prodelta ; la composition des sédiments et les mécanismes de dépôt ; les changement environnementaux ; le rôle des crues sur le développement du prodelta.

  • L’exploitation des données de la campagne RHOSOS du N/O Le Suroît (carottes sédimentaires, bathymétrie et sismique) et la mise en place d’une équipe de travail pour la rédaction d’un projet ANR RHOSOS regroupant : l’IFREMER, le CEFREM (CEntre de Formation et de Recherche sur les Environnements Méditerranéens), le CEREGE, le Laboratoire des Sciences du Climat et l'Environnement, l’Université de Brest et l’IRSN.

 
Les points forts de l’année 2010 ont été :

  • La préparation d’une nouvelle mouture du projet d’ANR RHOSOS (soumis à l’ANR en janvier 2011) : prise en compte des recommandations de la commission ANR 2010, « labellisation » du projet PaleoMex, intégration dans les priorités de l’INSU, etc.
  • La préparation d’une demande de campagne RHOLOBES dédiée à l’étude très haute résolution (AUV - Véhicule sous-marin autonome - et SYSIF) des dépôts aux terminaisons des chenaux du système turbiditique du Rhône (soumise en janvier 2011).
  • Un pas important a été fait pour établir une chronostratigraphie isotopique sur les dépôts tutbiditiques du Rhône, malgré la rareté des dépôts (foraminifères) pélagiques.
  • La mise en place d’un protocole de traitement pour les données de bathymétrie de la campagne ROUSTAN-1 qui se sont révélées extrêmement difficiles à traiter en raison des mauvaises conditions lors de l’acquisition (Rhône en crue).
  • L’action Golfe du Lion contribue à la réalisation de la cartographie des sédiments du plateau du Golfe du Lion.

 

Mer Noire

Le LES a contribué à la partie «Mer Noire » du projet TOPOEUROPE de l’ESF (European Science Foundation), visant à mettre en commun les réflexions sur le système Danube, des Alpes jusqu’à la mer Noire.

En outre, le LES a contribué au projet européen HYPOX (In situ monitoring of oxygen depletion in hypoxic ecosystems of coastal and open seas, and land-locked water bodies ») du 7e PCRD (Appel d’offres : « Monitoring and observing oxygen depletion throughout the different Earth system components).

Démarré le 1er avril 2009, pour une durée de 3 ans, HYPOX est coordonné par Antje Boetius (Max Planck Institute) et rassemble de très nombreux partenaires européens. Ce projet est orienté sur les méthodes et processus permettant d’analyser le déficit en oxygène et propose d’étudier plusieurs sites représentatifs dans les mers européennes : le détroit de Fram ; 2) la Mer Noire ; 3) la Mer Baltique. L’Ifremer participe au titre de sa compétence sur les hypoxies passées accessibles par les enregistrements sédimentaires. La coordination du « Work Package » sur la mise en évidence des appauvrissements en oxygène en mer ouverte et côtière est assurée par le LES.

Le work-package comporte une partie de récupération de données historiques et un aspect déploiements. Il y a trois sites marins hauturiers : 1) le détroit de Fram, 2) la mer Noire et 3) la mer Baltique.
Une activité sera lancée pour une action de formation en Mer Noire pour les Européens de l’Est sur les chambres benthiques à l’interface eau/sédiments.

L’Ifremer se concentre pour ce projet sur la Mer Noire. Nous intervenons avec RDT aussi sur les supports de mesure par l’intégration de sondes d’oxygène sur les profileurs PROVOR (Flotteur de subsurface dérivant) utilisés en mouillage virtuel. L’équipe RDT participe également aux échanges sur les méthodes de calibration et sur la protection anti-fouling des optodes de mesure d’oxygène. L’Ifremer a fourni deux profileurs équipés de sondes d’oxygène qui ont été larguées en mer Noire au débouché du Bosphore lors d’une campagne réalisée sur le navire de recherche allemand le Meriam. Les résultats obtenus sont accessibles via le site de Coriolis.

Marge Est-Corse : GOLO

Les activités sur marge Est-Corse s’inscrivent dans le cadre d’un programme de recherche partenariale débuté en 2008 entre Ifremer, ExxonMobil, Total et plus récemment avec Fugro, contractualisé sur 4 ans. Ce consortium international a pour objectif la reconnaissance de l’ensemble du système sédimentaire déposé sur la marge Est-Corse. Cette marge intéresse particulièrement nos partenaires pétroliers mais elle ne constitue en aucun cas un nouvel eldorado pétrolifère.

L’objectif principal est bien de développer nos connaissances fondamentales et des modèles conceptuels pour la formation et la structure des corps sableux, à partir de l’étude du système sédimentaire du Golo. Ce système concentre en effet tous les types de dépôts que l’on trouve sur une marge continentale, en particulier des édifices sableux qui représentent d’excellents analogues aux gisements de ressources énergétiques plus anciens.

De même qu’elles constituent des modèles de formation de roches sédimentaires, les marges deltaïques sont des archives exceptionnelles du climat. Le Canal Corse accumule tous les sédiments en provenance du Golo qui se trouve à l’exutoire du flux sédimentaire drainant les sommets corses. Tous les changements environnementaux majeurs ayant affecté les massifs alpins corses au cours des derniers milliers d’années ont ainsi modifié le transport des sédiments vers la mer. La marge Est-Corse est de ce fait un site particulièrement favorable pour l’étude des archives sédimentaires des changements climatiques et de l’environnement marin.
 
Du 27 septembre au 17 octobre 2009, l'Ifremer a coordonné une mission scientifique internationale de forage océanique au large de Bastia; la mission "GoloDrill" qui s’inscrit dans le programme de recherche "Golo. Une équipe de scientifiques du département Géosciences Marines a relevé ce défi scientifique et technique à bord du navire foreur SRV Bavenit, opéré par la société Fugro. Au cours de cette mission, 9 forages de 50 à 125 mètres de long ont été effectués sur l’ensemble de la marge continentale (700 m de forage cumulés). Cette démarche unique en son genre a permis d'acquérir 260 m de mesures géotechniques in-situ et 455 m de prélèvements carottés afin de définir les propriétés physiques et la nature des fonds marins.

Les résultats contribueront à établir des modèles conceptuels sur l’évolution sédimentaire des marges continentales. Ces archives sédimentaires permettront également d’accéder à un enregistrement à très haute résolution de la variabilité climatique durant les derniers 500 000 ans et de comprendre l’impact de ces changements sur les environnements passés.

  • Perspectives

Depuis la fin de la mission, les activités scientifiques du projet se sont largement concentrées sur l'exploitation des données des forages de la mission GoloDrill. Plusieurs réunions du Consortium Golo se sont tenues à Brest, Houston et Paris pour établir la stratégie d'exploitation des carottes sédimentaires durant les années à venir.

La campagne Golodrill a permis de démontrer à nos partenaires et au monde industriel, la capacité de l’Ifremer de s’investir dans cette thématique de recherche fondamentale qui trouve un intérêt direct dans leurs domaines d’application. Plusieurs compagnies pétrolières ont d’ores et déjà annoncé leur intérêt pour entrer dans le consortium Golo. L’élargissement du groupe de partenaires devrait nous permettre dans les années à venir de réviser nos objectifs scientifiques à la hausse, de mettre en avant notre savoir faire, et espérer développer en parallèle à l’Ifremer des outils d’acquisitions novateurs tels que la sismique 3D haute résolution et des systèmes permettant d’acquérir des données dans le domaine peu profond à la transition entre les environnements continentaux et marins.

Golfe du Mexique

Cette action concerne le projet Eastbreaks d’étude du remplissage d’un bassin intra-pente du Golfe du Mexique (bassin IV) par des systèmes turbiditiques, des masses glissées et des sédiments hémi-pélagiques. L’objectif était de fournir une dimension des corps sédimentaires, notamment des lobes terminaux à des fins de comparaison avec d’autres systèmes (Zaïre, Rhône, Karoo, Corse).

TOM Océan Indien – Réunion

Cette action s’est fixée comme objectif principal la reconnaissance des systèmes gravitaires autour des îles volcaniques et des plates-formes carbonatées dans le Sud-Ouest de l'océan Indien, et de comprendre les interactions des systèmes sédimentaires avec les changements globaux (climat et niveau de mer). Deux grands chantiers ont été définis dans cette partie de l’océan Indien: l’île de la Réunion et les îles Eparses.

Le chantier « Iles Eparses » est né en 2010 grâce à deux initiatives menées en parallèle, dont l’intégration permettrait d’obtenir une reconstitution inédite des variations du niveau marin et de la variabilité climatique suivant un gradient latitudinal en domaine intertropical. En complément, ce chantier affiche également l’ambition de contribuer à l’établissement d’une base de données unique d’un système terre-océan.

L’étude des environnements récifaux des îles coralliennes du Canal du Mozambique est au centre du chantier « Iles Eparses ».
  • La campagne PTOLEMEE (PasT glObaL changEs in the MozambiquE channEl), centrée sur l’étude de la géologie récente du Canal du Mozambique, permettra d’acquérir des données géophysiques (bathymétrie multifaisceaux, sondeur de sédiment, sismique) et sédimentologiques (carottages) dans la zone des Iles Eparses.
  • Le projet de recherche REEFCORES (REEFs and CORals from the EparseS) proposé en collaboration avec le CEREGE, permettra d’organiser deux campagnes scientifiques coordonnées par les TAAF dans le cadre d’un programme pluri-disciplinaire, en avril 2011 et en 2012-2013.

2.2 Etude des « risques géologiques »

En domaine sous-marin, la connaissance précise des processus gravitaires est essentielle pour les études de risques naturels liés aux instabilités sédimentaires. La pente joue un rôle plus secondaire que pour les instabilités en domaine continental. Dans le cadre de ce projet, Il était donc essentiel de comprendre et d’identifier les risques associés aux mécanismes externes tels que : la liquéfaction du sédiment généré par un séisme, la perte de résistance d'une argile de forte sensibilité, l’effondrement et l’instabilité des flancs internes d’un canyon générés par l’incision axiale naturelle d’une vallée principale, les risques de rupture dus à la circulation des fluides, les risques de remaniement et de perte de résistance d’un sédiment par dissociation/dissolution des hydrates de gaz et par la présence de gaz libre, etc.

Il était aussi important d’étudier le processus post-glissement. En effet, la génération de surfaces de rupture au sein des couches sédimentaires, permet aussi une mise en mouvement de masses sédimentaires superficielles. La façon dont la masse sédimentaire accélère et se déplace après la rupture a un impact plus ou moins important sur la colonne d’eau. Ce dernier point est particulièrement important si l’on veut étudier le potentiel tsunamogénique des événements gravitaires.
 
L’originalité et la force de ce projet résident dans le regroupement au sein d’un même projet de toutes les approches « risques ou plutôt geohazards » associées aux géosciences marines (géologie, géophysique, géotechnique). Ce regroupement a généré des synergies et une meilleure mutualisation des compétences et des moyens, à la fois en termes de chantier, de recherche de partenaires industriels, de développements technologiques, mais aussi sur le plan de la modélisation numérique. Le projet « risques géologiques » s’est intéressé donc à l’application des approches multidisciplinaires qui sont essentielles pour identifier et comprendre les 3 principales phases des processus gravitaires :

  • Sources et facteurs prédisposants ou pré-rupture.
  • Mécanismes d'instabilités gravitaires ou rupture.
  • Ecoulements gravitaires ou post-rupture.

ERIG3D – Marge Nigéria

Les zones d’études sont situées dans le delta sous marin du fleuve Niger et dans la zone économique exclusive du Nigéria. La société TOTAL possède des permis d’exploitation sur les zones d’études. Les profondeurs d’eau des zones s’étagent de 600 m à 1 900 m.

Les études multidisciplinaires ont associé : géotechnique, géochimie, géophysique, sédimentologie et biologie.

Les zones étudiées comportent des évidences d’instabilités naturelles ou « geohazards ». Un geohazard est un événement géologique qui représente ou qui a le potentiel de créer une situation pouvant conduire de manière incontrôlée à un accident ou un dommage.

La masse énorme du delta profond du Niger est constituée de sédiments qui ont un potentiel, dans certaines périodes, à déclencher des glissements de terrain : Cf. dossier de vulgarisation sur les avalanches.

La profondeur et la température sont favorables à la création d’hydrate de gaz,. Les gaz trouvent leurs origines soit dans l’utilisation de la matière organique contenue dans les sédiments par des bactéries, soit ces gaz trouvent leur origine dans les hydrocarbures présents dans les sédiments du delta : Cf. dossier de vulgarisation sur les hydrates de gaz.

Ifremer a mis à disposition du projet de nouveaux moyens techniques innovants tel que :

  • Penfeld : un outil de mesure des propriétés géotechniques des sols.
  • Piézomètre V2 : outil qui mesure les excès ou les déficits des pressions locales des fluides dans les sédiments.
  • SYSIF : système de sismique Très Haute Résolution (THR).
  • AUV : est un petit sous marin autonome qui était équipé d’un tout nouveau engin de sismique. Sa maniabilité a permis de réaliser des maillages sur des cibles telle que les glissements de terrain.

TOTAL a rendu disponibles les jeux de données acquis dans les phases d’exploration des zones pétrolières.

Les principaux résultats publiés portent sur deux types de geohazards :

  • Les glissements, les masses glissées sont caractérisées en terme de propriétés mécaniques et géophysiques. Une cartographie des glissements anciens a été faite sur une des zones d’étude montrant le caractère récurrent de tels événements. Les périodes de déclenchements sont aussi encadrées grâces aux travaux sur les échantillons de sols prélevés par carottages et la corrélation avec la géophysique et la géotechnique. Une modélisation numérique a été réalisée pour un glissement de faible volume (quelques km3).

  • Les hydrates et les carbonates : les campagnes NERIS (2003 et 2004) avaient étudiées une zone à fort contenu en hydrates et carbonates (ces carbonates sont ici un produit du métabolisme des bactéries et des organismes vivants associés présents sur ces zones riches en méthane). Le projet ERIG3D a complété cette étude et entreprit une approche similaire sur une autre zone.

Les hydrates étudiés sont très proche du fond de mer et représentent un geohazard majeur en cas de déstabilisation (le méthane pour l’essentiel se dégage, se dissocie de l’eau de mer). Les sédiments encaissants se liquéfient et perdent leur portance. Les ouvrages pétroliers sus jacents peuvent être endommagés ou détruits.

Publications de rang A :

Ker S., Marsset B., Garziglia S., Le Gonidec Y., Gibert D., Voisset M. Adamy J., 2010. High-resolution seismic imaging in deep sea from a joint deep-towed/OBH reflection experiment: application to a mass transport complex offshore Nigeria. Geophysical Journal International , 182, 1524-1542. DOI: 10.1111/j.1365-246X.2010.04700.x

Garziglia S., Sultan N., Cattaneo A., Ker S., Marsset B., Riboulot v., Voisset M., Adamy J., Unterseh S., 2010. Identification of shear zones and their causal mechanisms using a combination of cone penetration tests and seismic data in the eastern Niger delta. in D.C Mosher and al. (eds.), "Submarine Mass Movements and their consequences. Advances in Natural and Technological Hazards Research, vol 28, Springer, 55-65. DOI: 10.1007/978-90-481-3071-9_5

Sultan N., Marsset B., Ker S., Marsset T., Voisset M., Vernant A.M., Bayon G., Cauquil E., Adamy J., Colliat J.L., Drapeau D., 2010. Hydrate dissolution as a potential mechanism for pockmark formation in the Niger delta. Journal of Geophysical Journal, 115, B08101, 33 p. ---> Archimer - pdf

2 autres articles sont soumis.

ANR ISIS

Le projet ANR ISIS (Instabilité des pentes sous-marines dans des zones de forte activité SISmique), coordonné par l’Ifremer, s’est achevé en janvier 2009 avec la rédaction du rapport final. Le projet ISIS s’inscrivait dans un contexte européen très actif sur le thème "instabilités gravitaires" et dans la continuité des projets européens COSTA (COntinental Slope STAbility) et EURODOM (European Deep Ocean Margins), du projet Canadien "COSTA-Canada" et du programme UNESCO IGCP-511 traitant de cette thématique. Par rapport à ces projets et programmes, le projet ISIS a opéré une avancée décisive dans le domaine car il était basé sur l’intégration de différentes disciplines (géodynamique, paléo-sismologie, géologie structurale, sédimentologie, géotechnique, géophysique, mécanique des fluides, …) mais aussi sur l’utilisation combinée de plusieurs outils novateurs. Ces avancées concernent la compréhension fine des processus associés aux instabilités des pentes sous-marines et déformations sédimentaires dans des zones de forte activité sismique. L’exploitation de ces données s’annonce très prometteuse en terme de valorisation des résultats.

(a). Cette zone est marquée par le glissement de pente survenu le 16 octobre 1979 dans la zone aéroportuaire de Nice.
Les données géotechniques (b) et géophysiques (c) montrent la présence d’une zone de faiblesse à l’Est du glissement de 1979.

Une des zones d’études de ce projet était la pente niçoise. Cette zone est connue pour l’événement catastrophique du 16 octobre 1979, qui se traduisit par l'effondrement d’une partie de l’aéroport de Nice, construit en gagnant du terrain sur la mer et la disparition de plusieurs personnes. Cette zone a été récemment étudiée par des mesures géotechniques (pénétromètre, piézomètre) et géophysiques. Afin de caractériser et de quantifier le régime hydrogéologique de la pente niçoise, un piézomètre (long terme) a été installé dans la cicatrice d’arrachement de 1979 au niveau du drain aquifère. Ce piézomètre a montré des variations de pression interstitielle et de la température dans le sédiment qui se corrèlent avec les variations de précipitations sur la région niçoise. D’autre part, le plateau situé à l’est du glissement de 1979 a pu être reconnu comme une zone potentiellement instable: ce plateau est caractérisé par un plan de cisaillement qui est a priori en phase de déformation lente. Pour évaluer numériquement la stabilité de la pente niçoise, une approche probabiliste a été ajoutée au modèle déterministe SAMU-3D de façon à considérer l’effet de la variabilité et de l’incertitude des paramètres du sédiment sur la probabilité de rupture. La recherche de la surface de rupture critique basée précédemment sur le facteur de sécurité déterministe est ainsi effectuée en terme de probabilité de rupture. D’après les profils de distribution de résistance au cisaillement avec la profondeur, obtenus à partir de différents modèles (jusqu’à 30 et 60 m de profondeur) et pour différents sites et de l’incertitude existante sur ce paramètre, de fortes probabilités de ruptures ont été trouvées pour la pente de Nice (notamment le plateau à l’Est du glissement de 1979) ce qui indique des conditions d’instabilité du sédiment sur ce plateau assez fortes concernant les 30 premiers mètres de profondeur. Ces résultats de modélisation numérique sont en parfait accord avec les observations morphologiques et géophysiques.
 

ANR Danacor

Le projet ANR-CATTELL DANACOR (Déformations Actives au Nord de l’Afrique, des Chaînes à l’Océan : Vers une évaluation des Risques géologiques associés) vient de se terminer après quatre ans (2007-2010). La contribution du projet DANACOR a été fondamentale pour l’interprétation de la morphologie générale de la marge algérienne et a permis d’obtenir :

  1. une idée précise de l’organisation générale, du domaine Tellien au bassin profond, des structures tectoniques actives et récentes (plis, failles, diapirs) affectant ce domaine;
  2. une quantification de la déformation active, avec un contrôle de son évolution dans le temps et l’espace depuis les échelles de temps de ~8 Ma (Million d'années), jusqu’aux déformations aux échelles de temps courts;
  3. un schéma sismotectonique complet de la marge, mais aussi des informations ciblées sur les secteurs d’Alger, Oran et Annaba, où le niveau de vulnérabilité est plus élevé et l’aléa sismique important, permettant in fine de mieux anticiper le niveau de risque de ce domaine côtier. Au total, les articles scientifiques DANACOR déjà publiés sont au nombre de 12 entre 2007 et 2010 et de 5 sont sous presse.

La contribution Ifremer s’est concentrée sur trois axes :

  1. analyse de la morphologie sous-marine et de la stratigraphie des principaux systèmes sédimentaires et chronologie des dépôts;
  2. étude des instabilités sédimentaires (glissements sous-marins);
  3. l'évaluation de la signature sédimentaire de processus gravitaires récents, en particuliers du tremblement de terre du 21 mai 2003 de Boumerdès qui avait engendré un tsunami et provoqué la rupture de câbles sous-marins de télécommunication.

Bathymétrie ombrée de la marge algérienne dans le secteur du Canyon d’Alger avec des images de réflectivité de détail (images A à E) acquises avec le Sonar Latéral Remorqué (SAR) et montrant de nombreuses zones d’abrasion et déstabilisation du fond mer (N. Babonneau, comm. pers.).

Du point de vue de l’enregistrement sédimentaire, plusieurs systèmes turbiditiques mal connus incluant canyons, vallées sous marines et éventails profonds ont été mis en évidence. La fréquence des turbidites est beaucoup plus haute pendant la dernière glaciation que pendant l’Holocène. Pendant l’Holocène, une relation semble apparaître entre le ‘cycle sismique’ des tremblements de terre majeurs et le ‘temps de retour’ des dépôts turbiditiques dans le grand fond, ce qui devrait permettre de reconstruire la paléosismicité à partir des données de géologie marine. De nombreux glissements sous-marins ont été étudiés en association avec le projet ANR ISIS, montrant un lien entre la présence de fines couches silteuses et le potentiel de liquéfaction responsable des instabilités sédimentaires, surtout dans les zones à proximité des accidents tectoniques majeurs de la pente continentale.

Par ailleurs, l’analyse du secteur au large d’Alger, par réflectivité et imagerie sous-marine avec SAR, montre des figures sédimentaires et des zones d’arrachement compatibles avec les trajectoires modélisées pour un écoulement turbiditique. Parmi les nombreuses carottes récupérées dans le système turbiditique d’Alger, une carotte interface (IMDJ03) a échantillonné un niveau sableux granoclassé interprété comme le possible enregistrement d’un courant turbiditique lié à l’évènement de 2003.

 

 

Evaluation des risques géotechniques liés à la présence de gaz dans les sédiments marins

Les compagnies pétrolières sont de plus en plus fréquemment amenées à évaluer les risques géotechniques liés à la présence de gaz dans les sédiments marins : instabilités de pentes, accumulation de gaz sous les structures, présence de surpressions interstitielles élevées dans certaines couches pouvant altérant la capacité des fondations, phénomènes d’éruption en cours de forage, etc.

L’évaluation de ces risques est délicate dans la mesure où i) l’effet de la présence de gaz à l’état libre (non dissous) sur le comportement mécanique des sédiments marins est mal connu, ii) la quantification du contenu en gaz demeure un défi (les outils d’investigation sont conçus pour opérer dans des sols saturés) et iii) aucune stratégie n’est aujourd’hui en place y compris chez les majors. L’industrie pétrolière attend des avancées rapides dans ce domaine.
 
JIP "Gassy Soils"

Un « Joint Industry Project - (JIP) » a été mené à bien (2009) par Ifremer, ENPC et FUGRO. Il a permis i) d’identifier et quantifier la présence de gaz libre en corrélant la teneur en gaz aux propriétés acoustiques du sédiment, ii) de développer des procédures d’essais de laboratoire applicables aux sols gazeux et susceptibles de quantifier les effets du gaz sur la résistance au cisaillement et la compressibilité des sédiments et, iii) de constituer une base de données d’essais de haute qualité destinés à servir de référence pour le développement ultérieur de modèles d’analyse du risque géotechnique.

Projet CITEPH

Les résultats précédents ont permis dans le cadre du projet CITEPH (Concertation pour l'Innovation Technologique dans l'Exploration Production des Hydrocarbures) mené en 2009-2010 par FUGRO, Ifremer et l’ENPC (Ecole des Ponts ParisTech - ex Ecole Nationale des Ponts et Chaussées) d’ouvrir deux voies de recherche:

  • En premier lieu, il est confirmé que la quantité de gaz libre dans un sédiment et les dommages associés sont détectables à partir des variations des propriétés acoustiques (Vp et Vs) du sédiment. La disponibilité d’un outil capable d’établir un profil simultané de vitesse de compression et de vitesse de cisaillement apparaît donc essentielle pour identifier et caractériser les sédiments gazeux.
  • En second lieu, les modèles existants destinés à décrire le comportement des sols gazeux ont pu être confrontés aux données expérimentales. Les limitations et insuffisances de ces modèles ont été mises en lumière. La mise au point de modèles de nouvelle génération est désormais un objectif réaliste.

Ecoulements gravitaires

La connaissance précise des processus gravitaires est essentielle à la fois pour les études de risques naturels liés aux mouvements de terrain sur les marges (enjeu pour l’industrie pétrolière sur les pentes continentales, pour l’industrie câblière et pour les zones littorales – risque de tsunami associé) et pour pouvoir comprendre et prédire la géométrie fine de certains corps sédimentaires associés (dont certains sont des réservoirs pétroliers potentiels).
L'étude des écoulements gravitaires, dans le cadre du présent projet, a été abordée selon trois stratégies distinctes mais convergentes.

  • Premièrement, un effort d’instrumentation a permis d’observer et de quantifier des évènements turbiditiques et de les mettre en relation avec les facteurs forçants, tels que l’occurrence de crues du fleuve Var. Les instruments déployés dans le canyon du Var (flotteurs lagrangiens, courantomètre ADCP suspendu, pièges à particules) montrent que : i) la quantité de sédiment piégée peut être directement liée aux crues du fleuve (courants hyperpycnaux); ii) certaines crues ne produisent pas d’écoulement turbide ; iii) certains évènements peuvent avoir lieu sans rapport direct avec les crues (glissement de terrains dans les flancs du Canyon).
  • Deuxièmement, la chronostratigraphie des dépôts, élaborée à partir des variations de la teneur en isotopes stables de l’oxygène chez des foraminifères planctoniques (G. Bulloïdes) et contrainte par des datations au 14C, confirme que les carottes étudiées ont enregistré de l’activité turbiditique dès le dernier maximum glaciaire jusqu’à l’Holocène récent. Des relations ont été mises en évidence entre la fréquence des turbidites enregistrées, l’épaisseur des dépôts sableux associés et des évolutions climatiques au sein du bassin versant en terme de retrait et avancée des glaciers sud-alpins, et de l’étendue de la couverture végétale. L’impact de la variation du niveau de la mer, dans un système turbiditique caractérisé par l’absence d’un plateau continental et une connexion directe entre le fleuve et son canyon sous-marin, ne semble pas affecter l’activité turbiditique.
  • Troisièmement, le nouveau modèle numérique (Nixes-Tc) a été appliqué au canyon du Var dans le cadre du projet RatCom afin de reproduire : i) les évènements passés bien documentés (glissement de 1979 à Nice) ; ii) les observations en cours dans le canyon ; iii) les instabilités prédites par l’étude de stabilité de la pente niçoise. Trois scénarios de glissements ont été envisagés: le glissement de l’évènement de 1979 (G79), qui sert de référence, un glissement de grand volume (Gv) sur la pente niçoise et un glissement quantifié comme très probable, mais de volume moins important (Pv). Les deux derniers scénarios, hypothétiques, résultent de l’étude sur la stabilité de la pente niçoise.

 

 L'étude des dépôts turbiditiques (4 carottes) sur la levée du système Var (sa ride sédimentaire) et l'établissement de leur lithostratigraphie a permis de relier l'activité turbiditique des 20,000 dernières années à l'évolution climatique au sein du bassin versant du Var. La chronostratigraphie des dépôts, élaborée à partir des variations de la teneur en isotopes stables de l'oxygène chez des foraminifères planctoniques (G. Bulloïdes) et contrainte par des datations au C14, confirme que les carottes étudiées ont enregistré de l'activité turbiditique dès le dernier maximum glaciaire jusqu'à l'Holocène récent.
Des relations ont été mises en évidence entre la fréquence des turbidites enregistrées, l'épaisseur des dépôts sableux associés et des évolutions climatiques au sein du bassin versant en terme de retrait et avancée des glaciers sud-alpins, et de l'étendue de la couverture végétale. L'impact de la variation du niveau de la mer, dans un système turbiditique caractérisé par l'absence d'un plateau continental et une connexion directe entre le fleuve et son canyon sous-marin, ne semble pas affecter l'activité turbiditique.
 
Le nouveaux modèle numérique (Nixes-Tc) a été appliqué au canyon du Var afin de reproduire les évènements passés bien documentés (glissement de 1979 à Nice), de reproduire les observations en cours dans le canyon et, aussi, pour simuler les instabilités prédites par l'étude de stabilité de la pente niçoise. L'application niçoise a été menée dans le cadre du projet RatCom (§ ci-après). Une application du modèle au canyon d'Alger et à la marge Algérienne a été menée afin d'aider l'interprétation des évènements turbiditiques lors du séisme de Boumerdès. Le croisement entre les sources sédimentaires susceptibles d'avoir été mobilisées pendant le séisme de Boumerdès (d'après les interprétations géologiques) et l'origine des écoulements ayant sectionné des câbles de télécommunication a permis de mettre en évidence la nécessaire multiplicité des sources turbiditiques lors de cet événement.

La couleur indique la concentration en sédiments. L'épaisseur du courant est représentée par une modification de la bathymétrie.

 

RatCom

L'objectif du travail élaboré dans le cadre du projet RatCom (Réseau d'Alerte aux Tsunamis et Côtiers en Méditerranée) était de fournir une modélisation numérique de référence de trois scénarii de glissements sous-marins dans le canyon sous-marin du Var et la Baie de Anges (Alpes Maritimes, France). L'ensemble des expériences numériques et la paramétrisation des processus physiques retenues pourront ainsi être intégrées dans un modèle couplant les glissements de terrain sous-marins et la colonne d'eau au sein de laquelle se génèrent et se propagent les ondes longues (tsunamis). Ce modèle couplé sera l'outil numérique à la base des simulations élaborées par le C.E.A. (Commissariat à l'Energie Atomique). Simulations qui permettront l'établissement de cartes d'inondation et, enfin, de quantification des risques associés.
En Baie des Anges, l'évènement qui fait référence est celui de 1979, dit l'accident de l'aéroport de Nice. Un glissement sous-marin identifié et décrit qui permet de valider une approche de modélisation, de prédiction et de quantification des risques.
Dans cette étude nous avons privilégié trois scénarii : l'évènement de 1979 (G79), qui sert de référence, un glissement de grand volume (Gv) sur la pente niçoise et un glissement quantifié comme très probable, mais de volume moins important (Pv). Ces deux scénarii hypothétiques résultent de l'étude sur la stabilité de la pente niçoise.

2.3 Biodiversité et fonctionnement des écosystèmes profonds, impacts

Classification géomorphologique du haut de pente du Golfe de Gascogne (Projet CoralFISH)

Deux campagnes ont été réalisées en 2009 et 2010 dans le cadre du projet européen CoralFISH : BobGeo, conduite en 2009 avec le N/O Pourquoi Pas, et BobGeo2 sur le N/O Le Suroît. Ces deux campagnes ont permis de reconnaître les zones de transition plateau continental/ pente du Golfe de Gascogne, et sur près de 10.000 km2 (2,5 % de la ZEE métropolitaine), d’acquérir des données de sondeurs multi-faisceaux « haute-résolution », de sismique, de sondeur de sédiments, ainsi que des carottes de sédiments « calibrées » à partir des nouveaux systèmes désormais opérationnels sur les navires de l’Ifremer.

Les zones couvertes en 2010 (Bob3 et Bob4) sont représentatives du Sud du Golfe de Gascogne avec peu de signalements historiques de coraux froids. La première est caractérisée par des canyons étroits incisés (canyons de Rochebonne, de l’Aiguillon, des Baleines et d’Ars) et par des flancs réguliers, sédimentés, sans marches d’escalier propices à un habitat de coraux froids, entaillés de ravines secondaires, des thalwegs continus avec des berges en pente. La seconde autour du canyon d’Arcachon présente une morphologie très différente avec des flancs à faibles pentes sans ravine ni marche et de rares cicatrices de glissement, un thalweg régulier sans chute et peu encaissé. Le segment de 1 000 à 2 000 m de profondeur ressemble à un système « chenal-levée ». Pour les 2 zones, l’absence de monts carbonatés analogues à ceux de la baie de Porcupine est désormais prouvée.

Les MNT réalisés par GM/CTDI à partir des données SMF « haute-résolution » ont chacun fait l’objet de filtrages géostatistiques améliorant leur cohérence spatiale et d’une analyse détaillée avec calculs de différentes variables morphologiques (pentes à plusieurs échelles, bathymétries résiduelles, rugosités, distances aux thalwegs et réseau de drainage, etc). Ceci a permis d’identifier, sur le haut de pente, des zones de « monticules » présentes en champs assez localisés (le principal se situant sur la zone Sud-Est des têtes de canyon du Guilvinec) et qui sont probablement d’anciens de récifs coraux d’eau froide aujourd’hui entièrement détruits.

Une méthodologie de classification a été établie, pour la caractérisation des habitats et de la géologie sédimentaire.