Seismic forcing and landslide triggering : input from slow-moving landslides monitoring in the Colca Valley, Peru.
Forçage sismique et déclenchement des mouvements de terrain : apport du suivi de glissements de terrain lents dans la vallée de la Colca, Pérou
Résumé
Landslides are the first secondary effect of earthquakes. Statistical analysis of regional inventories of earthquake-triggered-landslides after large earthquakes (Mw> 6.6) reveal a complex interaction between seismic shaking and rainfall. The consequence of this interaction is an increase of the landslide triggering rate for several months and even years after a large event. Even though a large amount of observation are available, the identification and the quantification of the different processes impacting landslide kinematics during and after an earthquake are very limited, due mainly to a lack of in situ monitoring. The main goal of this thesis is to study these mechanisms in regions where earthquakes and precipitations can be interdependent. To this purpose, we focused on slow-moving landslides, on which we can monitor physical processes of the gravitational dynamic with time.The studied slow-moving landslides are located in the Colca Valley, south Peru. This area presents several advantages: (1) several active slow-moving landslides are active, (2) the region is seismically very active and (3) the precipitations are seasonal.The first approach consists in studying the kinematic response of several slow-moving landslides to the same forcings. A method coming from the InSAR data processing has been adapted to compute time series of displacement fields, thanks to the inversion of satellite optical images. This allows us to go back as far as 28 years in the past in terms of displacements in the Colca Valley. We show the possible impact of a local Mw 5.4 earthquake in 1991 on the kinematics of the Maca landslide. Our results suggest a double effect of the earthquake, with a co- and post-seismic acceleration (<6 years) and a modification of the mechanical properties of the soil (damage) leading to a complex interaction with precipitations.To better understand the mechanisms at the origin of this combined effect, we studied in situ data (GPS and seismometer) acquired continuously on the Maca landslide since 2016. The processing of these data, coupling geodesy and ambient noise interferometry, allowed to evidence and quantify the damage of the soil generated by earthquakes together with the impact of precipitations on its healing. The influence of small magnitude earthquakes during the soil rigidity recovery is also highlighted together with the importance of the temporality between precipitations and earthquakes. Finally, we quantify the retrogression of the landslide thanks to new observation coupling the landslide’s kinematic and soil rigidity variations.
Les mouvements de terrain sont le premier risque naturel secondaire lié aux séismes. L’analyse des inventaires de glissements de terrain rapides déclenchés par de larges séismes (Mw>6,6) a par ailleurs révélé une interaction complexe entre les secousses sismiques et les précipitations. Cette interaction s'exprime notamment par un nombre plus important de glissements déclenchés dans les mois voire les années qui suivent un séisme de forte magnitude. Malgré toutes les observations existantes, l’identification et la quantification des différents processus impactant la cinématique des glissements de terrain lors de séismes restent limitées par manque de données in situ. Le but principal de cette thèse est ainsi d'étudier ces mécanismes dans les régions où les forçages sismiques et pluviométriques peuvent être interdépendants. Pour répondre à cette problématique, nous nous sommes intéressés aux mouvements de terrain lents, sur lesquels on peut suivre des grandeurs physiques de la dynamique gravitaire au cours du temps.Ces travaux se centrent sur l'étude des mouvements de terrain dans la vallée de la Colca, au sud Pérou, qui présente divers avantages : (1) plusieurs glissements de terrain lents s’y sont développés, (2) la région est sismiquement très active et (3) les précipitations y sont saisonnières.Une première approche consiste à étudier la réponse cinématique de plusieurs glissements de terrain lents aux mêmes forçages. Une méthode provenant de l'InSAR a été adaptée pour restituer des séries temporelles de champ de déplacement du sol, grâce à l’inversion de corrélations d’images optiques satellitaires. Cela nous a permis de remonter à plus de 28 ans d’histoire de mouvement du sol dans la vallée de la Colca. Les résultats montrent un impact d’un séisme local de magnitude Mw 5,4 en 1991 sur la cinématique du glissement de terrain de Maca. Nos résultats suggèrent un double effet du séisme, avec une accélération des déplacements de manière co- et post-sismique (<6 années) et une modification des propriétés mécaniques du sol (endommagement) qui a conduit à une interaction complexe avec la pluie.Pour mieux comprendre les mécanismes à l’origine de cet effet combiné, nous avons par la suite étudié des données in situ (GPS et sismomètres) acquises en continu sur le glissement de terrain de Maca depuis 2016. Le traitement de ces données, couplant géodésie et bruit de fond sismique, a permis de mettre en évidence et de quantifier l’endommagement du sol par les séismes et l’influence de la pluie sur sa cicatrisation. Nous montrons également l’influence des petits séismes lors du recouvrement de la rigidité du sol et l’importance de la temporalité entre les précipitations et les séismes sur la dynamique du glissement. Finalement, nous quantifions les processus de régression d’un glissement de terrain grâce à des observations nouvelles de la cinématique couplées à des informations sur la rigidité du sol au cours du temps.
Origine : Version validée par le jury (STAR)