La revue du BRGM pour une Terre DurableBRGM's journal for a sustainable Earth

Les flux sédimentaires,témoins de l’évolutiondes reliefs des marges continentalespage 18

N° 9 > avril 2009 > 8j

Rivières et fleuves : acteurs de la dynamique planétaire et du changement globalpage 64

Global Geodetic Observing System for geohazards and global changepage 96prochain numéro octobre 2009

Mégapoleset géologie urbaine

Siège Tour Mirabeau, 39-43 quai André-Citroën 75739 Paris Cedex 15 - France Tél. : (33) 1 40 58 89 00 - Fax : (33) 1 40 58 89 33

Centre scientifique et technique 3, avenue Claude-Guillemin - BP 36009 45060 Orléans Cedex 2 - France Tél. : (33) 2 38 64 34 34 - Fax : (33) 2 38 64 35 18 www.brgm.fr

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La Paz, Bolivie© Fotolia

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reTerre active,

Terre en mouvement, les systèmes

d'observation d’une Terre dynamique

N°9

03 Édito-Valérie Pécresse

04 Lemotdurédacteurenchef-Jacques Varet

06 Introductionscientifique-José Achache

08 Coupled Deep Earth and Surface Processes: The TOPO-EUROPE Programme Prof. Dr S.A.P.L. Cloething, Prof. Dr P. A. Ziegler

18 Les flux sédimentaires, témoins de l’évolution des reliefs des marges continentales Delphine Rouby, Olivier Dauteuil, Jean-Noël Proust, Cécile Robin, François Guillocheau

26 Dynamique d’évolution géomorphologique : quand la montagne respire avec son piémont - Sébastien Carretier

32 Isostasy and climate change: the landslide and avalanche problem in Norway - Farrokh Nadim

38 Failles normales post-glaciaires dans les Alpes françaises Jean-Claude Hippolyte

46 Évolution des côtes françaises au rythme des mouvements verticaux - Pol Guennoc, Nicole Lenôtre

56 Les altérites : l'épiderme de la Terre Dr Caroline Ricordel-Prognon, Dr Florence Quesnel, Dr Médard Thiry

64 Rivière et fleuves acteurs de la dynamique planétaire et du changement global - Jérôme Gaillardet, Christian France-Lanord

72 Nouvelle histoire pour la Loire entre nature et société Joëlle Burnouf, Nathalie Carcaud, Manuel Garcin

80 Observation des eaux continentales depuis l’espace Anny Cazenave

86 Les effondrements dus à l'exploitation du sel - Bernard Feuga

96 Global Geodetic Observing System for geohazards and global change - Hans-Peter Plag, Richard Gross, Markus Rothacher

104 Dynamic response of dams. Example of Taksebt, Algeria Bernard Tardieu, Christel Bousquet, Bernard Goguel

114 Cartes géodynamiques de l’Europe 118 Tribune-Mobilisationeuropéennepourl’environnementetlasécurité

Daniel Vidal-Madjar

120 Pointsdevuecroisés-Commentgérerlaplanèteàtoutesleséchelles?Dr Václav N mec, Albert Larrousset

122 Chiffresclés 124 Brèves

En couverture : Rift cratère sud de l'Etna (Sicile).

Les éruptions basaltiques fissurales sont représentatives de mouvements

d'extension affectant l'écorce terrestre.Etna's south crater rift (Sicily). Fissural basalt eruptions are representative of extensive displacements affecting the

Earth's crust. © Benoit Sarasin – Fotolia.

Géosciences

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DirectiondelaCommunicationetdesÉditionsduBRGM-3av.Cl.Guillemin-45060OrléansCedex2-Tél.:02 38 64 37 84-communication@brgm.frDirecteur de la rédaction : Jacques Varet • Responsables du numéro « Terre active, Terre en mouvement, les systèmes d’observation d’une Terre Dynamique » : Claudie Carnec, Cathy Truffert, Philippe Négrel • Directeurs de la publication : Geoffroy Lehideux-Vernimmen, Denis Vaslet (depuis février 2009) • Comité de rédaction : Loïc Beroud (Service Public), Christian Fouillac (Recherche), Jean-Claude Guillaneau (International), Dominique Guyonnet (pollution, déchets), Thierry Pointet (eau), Hormoz Modaressi (risques naturels), Pierre Nehlig (géologie, cartographie), Jack Testard (ressources minérales), Michel Beurrier (actions régionales), Jean-Marc Lardeaux (Université de Nice), Michel Vauclin (CNRS) • Secrétariat de rédaction : Françoise Trifigny • Révision : Olivier Legendre, Françoise Trifigny • Responsable d’édition : Pierre Vassal • Maquette et réalisation : Chromatiques éditions 01 43 45 45 10 • Impression : Imprimerie Vincent – Tours • Régie pub : Com d’habitude publicité 05 55 24 14 03 – www.comdhabitude.fr – contact@comdhabitude.fr • ISSN 1772-094X • ISBN 978-2-7159-2460-4 • Dépôt légal à parution. • Référencée dans la base Scopus d’Elsevier.Toute reproduction de ce document, des schémas et infographies, devra mentionner la source « Géosciences, la revue du BRGM pour une Terre durable » • Le comité de rédaction remercie les auteurs et les relecteurs pour leur contribution • Les propositions d’articles sont à envoyer à f.trifigny@brgm.fr

Liste des annonceurs : Agecodagis p. 15 • Géosciences Orléans c.3 • Grenoble Sciences p. 53 • Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) p. 69 • Sade p. 109 • Salon européen de la recherche et de l’innovation 2009 c. 2 • Schlumberger Water Services p. 117 • SDEC France p. 85

Avril2009 • numéro9

01

Les systèmes d'observations pérennes se sont multipliés, au sol comme dans l'espace,

terrestres comme sous-marins. Chaîne de l'Himalaya.

Long-term observation systems have been multiplying, at ground level

and in space, on dry land and under the seas. The Himalayan Range.

© Fotolia.

édito

Valérie PécresseMinistre de l’Enseignement supérieur et de la Recherche

En ce tout début du XXIe siècle l’Humanité a pris conscience que son « capital Terre » était limité, voire pour partie non renouvelable.

Ce capital c’est évidemment celui de la biosphère dont l’homme est partie prenante. Mais c’est aussi celui des autres ressources naturelles, indispensables à la vie et cruciales pour la prospérité de l’humanité : air, eau, sols, ressources minérales et minières.

Or au cours de ces soixante dernières années, croissance démographique et progrès technologiques ont – revers de la médaille – très sérieusement entamé et altéré ce « capital Terre ». De nombreux signaux d’alarme se sont allumés récemment ; le dernier rapport du GIEC paru début 2007 est l’un d’eux, et pas le moindre ! Face à des menaces que le monde ne peut plus ignorer il nous faut changer radicalement notre relation à l’environnement dans tous ses compartiments : de prédateur et pilleur des ressources naturelles, quelque peu insouciant du lendemain, l’Homme doit devenir un gestionnaire éclairé et avisé de l’environnement et des ressources de la seule planète dont il dispose pour l’heure.

La France, pionnière en la matière, s’est résolument engagée dans cette voie avec le Grenelle de l’environ-nement. Des objectifs prioritaires ont été identifiés qui vont mobiliser de nombreux acteurs de la recherche et de l’innovation, et ce sur le long terme, tant les défis à relever sont gigantesques. Les plus importants de ces défis, aussi bien cognitifs que technologiques, figureront dans le premier document de référence de la Stratégie Nationale de Recherche et d’Innovation que le ministère de l’Enseignement supérieur et de la Recherche produira, à mon initiative, en mars 2009.

Gérer durablement les ressources de la planète, anticiper les aléas naturels et leurs impacts potentiels, sur le court comme sur le long terme : tout cela implique une compré-hension aussi exhaustive que possible du fonctionne-ment du système Terre, système complexe s’il en est !

Pour y parvenir les Sciences de la Terre ont une longue expérience des observatoires permanents, la surveillance géophysique du globe ayant été pionnière en la matière.

Aujourd’hui les systèmes d’observations pérennes se sont multipliés, au sol comme dans l’espace, terrestres comme sous-marins. Des travaux de longue haleine ont permis des réalisations concrètes telles la carte géologique de la France ou la banque des données du sous-sol. Leur spectre thématique s’est élargi en 2002 avec la création, à l’initiative du ministère chargé de la Recherche, des Observatoires de Recherche en Environnement (ORE) portés par les instituts et organismes nationaux investis dans le domaine de l’environnement. Les différents dispositifs d’observation, dûment labellisés, ont vocation – quand ils ne le sont déjà de longue date – à être intégrés dans des réseaux européens et/ou internationaux. Le CIO-E (Comité Inter-Organismes pour l’Environnement) assure dans ce domaine la concertation et la synergie entre les différents acteurs, tout en veillant à la cohérence du dispositif d’ensemble.

La France est riche de compétences en Sciences de la Terre, qu’elles appartiennent au monde académique fédéré par le CNRS-INSU ou aux organismes nationaux (BRGM, CEA, CNES, IFREMER, IRD). Ce nouveau numéro de la revue Géosciences du BRGM en offre une excellente illustration au travers d’une sélection de contributions consacrées aux systèmes d’observations de la Terre.

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Le « capital Terre »

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Jacques VaretDirecteur

de la Prospective, BRGM j.varet@brgm.fr

Si la mobilité des enveloppes externes de la planète est facilement observable, la « Terre solide » peut apparaître comme

stable et relativement inerte. Ce numéro de la revue Géosciences vise à montrer en quoi la Terre géologique est bien active et participe d’une dynamique essentielle au système vivant, notamment à l’homme. Les systèmes d’observation de la Terre, avec leurs nouveaux outils de mesure les plus divers, nous donnent la preuve que l’incidence de l’activité humaine n’est plus seulement pelliculaire et limitée à la frange « verte » de la planète, mais que l’homme est devenu un véritable « agent géologique », rivalisant avec les effets des forces telluriques.

On ira jusqu’à montrer que le « développement durable » ne peut être mis en œuvre sans prendre en compte la dimension géologique.

L’enjeu de ce numéro est ainsi de donner à voir comment le développement de l’humanité pourrait d’une part éviter des dommages irré-versibles et d’autre part contribuer à « domestiquer » ces forces telluriques ou du moins à réduire leurs effets les plus nocifs.

Les contributions rassemblées dans ce numéro traitent des quatre grands thèmes suivants :– la géodynamique et les effets de la tectonique des plaques : séismes, volcans, surrection ;– les interactions surface-profondeur : fonte des glaces, érosion et isostasie ;– les phénomènes liés à la gravité, à l’atmos-phère et à l’eau ;– les observations des phénomènes à diverses

échelles spatiales, notamment la surveillance des actions anthropiques.

Les effets de couplage entre la Terre profonde et les phénomènes de surface sont illustrés à l’échelle de l’Europe, et au niveau français avec les bases de données sur la néotectonique et les séismes. L’importance des flux sédimen-taires dans le dynamisme des chaînes de montagne comme des marges continentales est décrite et expliquée. Plusieurs cas de déformations récentes en Méditerranée et en Éthiopie illustrent les systèmes de mesures déployés ces dernières années.

Mais si les phénomènes de surface peuvent être induits par des mouvements telluriques profonds, ils peuvent eux-mêmes induire des

Une humanité consciente de la dynamique terrestre

Dôme volcanique actif du Bezymianny, Kamchatka, Russie.

Active volcanic dome of the Bezymianny, Kamchatka, Russia.

© J. Frolova

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mouvements lithosphériques significatifs. Le cas des risques géologiques en Norvège induits par la remontée isostasique post-glaciaire est à cet égard exemplaire.

Du fait de leur diversité, le cas des failles normales post-glaciaires alpines est moins connu encore, mais également convaincant. Des exemples de subsidence et d’érosion côtière illustrent d’autres aspects de ces phénomènes.

Il fallait aussi mettre en évidence l’importance de l’altération des roches dans la dynamique

de surface, ainsi que le rôle des systèmes hydrographiques dans l’évolution planétaire. On touche là à des domaines dans lesquels les effets anthropiques se font particulièrement sentir. Alors que la plupart des fleuves d’Europe ont aujourd’hui perdu l’essentiel de leur rôle en matière d’érosion et de sédimentation, le cas de la Loire offre l’exemple d’une évolution en cours entre nature et société.

Enfin, on ne peut décrire correctement ces mouvements de la surface de notre planète sans déployer un arsenal de mesures quanti-tatives et qualitatives au sol et depuis l’espace,

à diverses échelles, en choisissant de préférence pour des démonstrations les sites et les phénomènes les plus pertinents.

Les illustrations choisies vont de la surveillance depuis l’espace des eaux continentales comme des risques géologiques et plus générale-ment des changements globaux, jusqu’à la surveillance de créations humaines comme les barrages ou les cavités souterraines.

L’approche n’aurait pas été complète sans le témoignage de quelques acteurs impliqués, qu’il s’agisse d’élus, d’ingénieurs-aménageurs ou d’associations savantes. n

Surveiller, comprendre, prévenir.

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intro scientifique

Towards a global network of geophysical observatories

Since 2005, 75 nations, the European Commission and 51 international organi-zations, assembled in the Group on Earth

Observations (GEO), are interlinking all the planet’s monitoring systems into a Global Earth Observation System of Systems. This GEOSS consists of satellites, ocean buoys and land-based instruments that are tracking geophysical parameters, and modeling and forecasting capabilities needed to understand and manage the Earth system. This cooperative effort, which is pooling resources from diffe-rent countries and disciplines, received strong political backing from G-8 countries last July. Why? The answer comes in three points.

Mankind, geophysics and public policiesHuman activity has become a geophysical parameter. Since the middle of the 20th century, mankind has modified the planet’s hydrology by storing or diverting huge amounts of water. It has upset the processes of erosion and sedimentation and changed the chemical composition of the atmosphere. This situation is a cause for concern because the world popu-lation is expected to grow by a further 50% in the coming decades, generating ever-higher demand for resources, energy and space. Humanity’s growing impact on the planet has opened a new era where geophysics must be factored into policy decisions. Changes are connected and represent a direct threat to our economies and social systems. Public and private-sector leaders are confronted with the most challenging task of responding to a growing demand in a sustainable way. For some of them, adaptation to global change

come into play – atmospheric temperature, polar ice caps, mountain glaciers, volcanic erup-tions, isostatic mantle rebound as well as human water consumption. It shows just how indispensable computer modeling is to our understanding of how these parameters interact. It also underlines just how worthless computer models may be without the measu-rements that are the only means of verifying the multiple hypotheses.

Like sea-level rise, any single geophysical problem requires the combined analysis of multiple data sets. The good news is that any single data set can be used for a large variety of problems. Cross-cutting issues require a

cross-cutting system. The requirements of the scientific community, as much as the needs of policy makers, have evolved beyond the stage where individual, single-purpose, stand-alone observation systems will suffice. New observa-tion systems should be designed to address issues as varied as disasters, health, water, climate, energy, weather, ecosystems, biodiver-sity and agriculture. We can – and we must – take the different pieces of the puzzle being collected by in-situ observatories on volcanoes, seismic and water networks, ocean buoys, airplanes and satellites and assemble them to form a complete picture of our planet, to see how the different parts of the planet interact

may be a sound investment rather than a cost for society. For instance, reforestation will reduce the impact of major natural disasters and pull communities out of poverty. To devise new policies requires a reinforced environmental intelligence, an ability to measure and understand ongoing changes, to assess impacts and to better predict future evolutions. This, in turn, requires an increased Earth observation capacity. This was recognized as early as 2000 when the Global Monitoring for Environment and Security programme (GMES) was initiated by the European Commission and the European Space Agency. The objective was to raise the value of Earth observation investments by developing the

appropriate infrastructure to transform these observations into information and services to support public and private decision-making. The same idea led to the establishment of the Group on Earth Observations.

Connecting disciplinesThe Earth is a system of systems. Many of the scientific problems facing us today are cross-cutting, or interdisciplinary. Our ability to understand and predict the changes that are under way requires multiple and coordinated observations. Changes in sea-level provide a good example of the multiple factors that may

Humanity’s growing impact on the planet has opened a new era where geophysics must be factored into policy decisions.

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José AchacheExecutive Director

Group on Earth Observationssecretariat@geosec.org

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with one another. And by cutting across disci-plines, these new observatories promise to generate numerous cost-saving synergies.

Connecting peopleNew technologies and increased investments in both satellite and in-situ monitoring systems are generating vast quantities of data and ana-lyses about the Earth system. However, because they have been designed in isolation, current observation systems show substantial duplica-tions while significant observation gaps remain. The only way out is to interlink all national assets to form an interconnected “system of sys-tems” that will enable governments to pool data and resources, coordinate investments and fill information gaps. Simply stated, no single government can afford by itself to build and maintain an Earth observation system as com-prehensive and ambitious as needed to face scientific and political challenges. Collaborating to form a globally coordinated observation sys-tem of systems reduces costs and advances scientific understanding. The “whole” represen-ted by GEOSS is greatly superior to the sum of its parts, because it gives users access to all the information provided by the different existing and future observation systems.

Informed decision-makingThrough GEOSS, we are seeing the emergence of a comprehensive observation and informa-tion system. A network of sensors stretching from the poles to the Equator, from the seabed to the upper reaches of the atmosphere, and including everything from water tables and continental surface to drillings deep under-ground, volcanoes and forests. A system that is increasingly accurate and able to decipher the different “time spans” of our planet, from the very short (natural disaster warnings and occurrences) to the very long (changes in agricultural land or climate).

In the new era of complexity and urgency we are entering, policy and management decisions can – and must – be based on continuous monitoring of the entire planet. Providing access to global Earth information has become as critical to decision-making as reliable finan-cial or productivity data. Through GEOSS, Earth observation promises to become a global public infrastructure that will underpin economic development in the same way transport and communications infrastructures supported economic growth in earlier eras. n

The complete understanding and management of the continental water cycle can be significantly improved through the combination of observations from various disciplines, nations and agencies: gravity field changes measured by the GRACE (NASA/DLR) satellite reflecting the redistribution of subsurface water masses stored on continents; level of lakes and rivers measured by altimetry satellites Jason (CNES/NASA/EUMETSAT/NOAA) and Envisat (ESA); and observations from networks of in-situ water discharge and run-off stations.La compréhension intégrale que nous avons du cycle des eaux continentales ainsi que leur gestion peuvent être matériellement améliorées en combinant des observations issues de diverses disciplines, nations et agences : modifications du champ de gravité mesurées par le satellite GRACE (NASA/DLR), témoignant de la redistribution des masses d’eaux souterraines continentales ; niveaux des lacs et des rivières mesurés par altimétrie au moyen des satellites Jason (CNES/NASA/EUMETSAT/NOAA) et Envisat (ESA) ; et observations obtenues par des réseaux de stations mesurant in situ les débits et les eaux de ruissellement.© : a) LEGOS / CNES, France ; GFZ, Potzdam, 2007b) GRDC / GTOS / WMO, 2007c) ESA / De Monfort University / Leceister University, 2005

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Les flux sédimentaires,témoins de l’évolutiondes reliefs des marges continentalespage 18

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Rivières et fleuves : acteurs de la dynamique planétaire et du changement globalpage 64

Global Geodetic Observing System for geohazards and global changepage 96prochain numéro octobre 2009

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Centre scientifique et technique 3, avenue Claude-Guillemin - BP 36009 45060 Orléans Cedex 2 - France Tél. : (33) 2 38 64 34 34 - Fax : (33) 2 38 64 35 18 www.brgm.fr

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