Géomorphologie, Risques Naturels et Énergies Fossiles

Modélisation Fluviale et Rivières

Les rivières, typiques des systèmes morphoclimatiques humides, sont les principaux porteurs de la matière minérale des continents vers les océans. Les cours d'eau ont une grande quantité d'énergie utilisée dans les processus d'érosion et de transport des matériaux, en plus de creuser et d'approfondir leur propre chemin, qui prend une forme en «V».

Classification des cours d'eau

La géométrie des cours d'eau peut varier sur leur chemin. Ils sont divisés en 3 groupes :

• Droits : La sinuosité de la chaîne est négligeable.
• Ramifiés : Ceux dans lesquels il y a une série de divisions, formant ainsi plusieurs canaux.
• Sinuosité (Serpentant) : Le lit a des courbes le long de la trajectoire.

Érosion, Abrasion et Sédimentation

L'érosion fluviale dépend du débit, de la pente, des produits que le courant transporte et des matériaux qui composent le lit.

L'abrasion fluviale est un processus d'usure mécanique. Elle survient lorsque les particules transportées par le courant frappent les parois du canal, arrachant des fragments qui, en roulant sur le lit de la rivière, se divisent en petits grains de tailles différentes. L'abrasion crée des marmites de géant (vides) et des cascades.

Les ruisseaux et rivières avec un lit d'écoulement saisonnier fixe érodent le fond du canal dans la zone de captage et transportent les matériaux vers l'aval jusqu'à ce qu'ils s'installent dans le cône de déjection, où ils forment des dépôts de piémont.

La sédimentation se produit lorsque le débit diminue, généralement en réduisant la pente. Les rivières sont les agents les mieux classés des dépôts géologiques : avec la diminution de la vitesse d'écoulement, les matériaux épais sont déposés en premier, tandis que les fines peuvent continuer et être déposées plus loin.

Terrasses Fluviales

Les terrasses fluviatiles sont d'anciennes alluvions qui ont été déposées autour de la rivière et qui érodent leur propre zone inondable. Elles sont traditionnellement associées aux glaciations quaternaires lorsque le pouvoir érosif de la rivière pouvait être réactivé par les impulsions glaciaires.

Systèmes Karstiques et Roches Carbonatées

Le phénomène karstique se produit dans la nature des roches carbonatées et affecte également l'écoulement. Ces roches sont imperméables, mais laissent l'eau circuler par les joints avec facilité.

Processus de Dissolution

L'eau de pluie contient du dioxyde de carbone dissous. Lorsque les deux réagissent, ils forment l'acide carbonique, qui dissout le carbonate de calcium selon les réactions suivantes :

CO2 + H2O <--> H2CO3

H2CO3 + CaCO3 (insoluble) <--> Ca(HCO3)2 (soluble)

Cette action dissolvante de l'eau élargit progressivement les fissures, permettant à l'eau souterraine et à la surface du sol de remplir les cavités. Sur la surface d'un massif calcaire, des cannelures apparaissent, formant le lapiaz.

Grottes et Spéléothèmes

À l'intérieur, les grottes proviennent de différents niveaux, reliés par des galeries profondes au niveau de base. En abaissant le niveau d'eau, les cavités supérieures subissent un affaissement de décompression causant l'effondrement de la toiture.

Simultanément, l'eau saturée en Ca(HCO3)2 goutte du plafond, de sorte que le CO2 dissous diminue, et le CaCO3 précipite, provoquant des stalactites (au plafond) et des stalagmites (au sol) qui peuvent s'unir et former des colonnes. L'effondrement de ces galeries et cavités internes entraîne des zones déprimées en surface, connues sous le nom de dolines.

T.7 : Les Risques Naturels

Nous appelons risque toute condition, processus, phénomène ou événement qui, en raison de son emplacement, de sa gravité et de sa fréquence, peut causer des blessures, des maladies ou la mort d'êtres humains, ainsi que des pertes économiques (affectant leurs structures ou leurs activités) et des dommages à l'environnement.

Risque Sismique et Tremblements de Terre

Un tremblement de terre est déclenché lorsque la tension accumulée sur les lèvres d'une faille dépasse le frottement dans le plan de celle-ci. Ceci libère une grande quantité d'énergie qui se propage à l'intérieur de la Terre à travers les ondes sismiques P (primaires) et S (secondaires), qui produisent une déformation élastique. En atteignant la surface, ces ondes donnent lieu aux ondes de surface L, responsables des phénomènes géologiques destructeurs.

Aujourd'hui, la situation de haut risque a fortement augmenté en raison de la forte exposition. De plus, la vulnérabilité de beaucoup de ces villes est forte, car leurs bâtiments ne protègent pas adéquatement leurs occupants. Ces facteurs aggravent les risques de tremblements de terre. Il est donc nécessaire de connaître la répartition de la population, la résistance aux séismes des structures et la distribution des séismes dans le temps et l'espace.

Échelles d'Évaluation Sismique

Pour évaluer ces phénomènes, on utilise différentes échelles :

• INTENSITÉ : Les degrés d'intensité définissent les effets provoqués par un séisme. L'échelle EMS-98 est proportionnelle et est représentée par des chiffres romains. Elle établit 12 degrés d'intensité, du grade I (inaperçu) au XII (dévastation totale).
• MAGNITUDE : La magnitude est l'énergie élastique libérée par un séisme. Elle est représentée par l'échelle de Richter.

Il est clair que les échelles qui mesurent l'intensité dépendent fortement de la densité de population et de la vulnérabilité des bâtiments.

Phénomènes Liés au Risque Sismique

Un certain nombre de phénomènes liés aux tremblements de terre peuvent augmenter le danger :

• Effet de site (ou de sol) : Variation définie entre deux points voisins due à la configuration géologique et aux propriétés dynamiques de la formation de surface ou de la topographie.
• Glissements de terrain et avalanches : De neige et de débris causés par l'instabilité sismique.
• Tsunamis : Ondes ou séries de vagues créées lorsqu'un plan d'eau est violemment déplacé par une force se déplaçant verticalement. Ils peuvent provoquer des vagues de plus de 30 m de hauteur.
• Liquéfaction : Processus par lequel les sols meubles et saturés d'eau (comme le sable ou l'argile) perdent leur résistance et se comportent comme un liquide lors des secousses.
• Inondations : Provoquées par la rupture de barrages.
• Incendies : Causés par la rupture de pipelines.
• Épidémies : Dues à la putréfaction des cadavres et à la rupture des conduites d'eau.
• Dommages aux infrastructures (télécommunications, autoroutes, etc.).

Le Risque Volcanique

Les hautes températures et pressions à de grandes profondeurs provoquent la fusion des roches et la formation de magma. Lors de la remontée, de nombreux gaz ont tendance à se dilater et à pousser les flux de matières à travers les fissures ou d'autres zones fragiles de la croûte, atteignant la surface.

Facteurs d'Intensification des Risques Volcaniques

• L'augmentation de la population dans la zone d'influence, ce qui augmente le facteur d'exposition. (Ceci est dû au fait que les volcans fournissent des terres fertiles, des ressources minérales et de l'énergie géothermique, de sorte que l'homme a occupé leur environnement géographique depuis les temps anciens.)
• Le danger, déterminé par le type d'éruption, le nombre de volcans et la fréquence des éruptions.

Types d'Éruptions

Le type d'éruption dépend des caractéristiques physiques et chimiques du magma :

• Magmas basiques (pauvres en silice) : Plus fluides, ils produisent des éruptions plus calmes appelées coulées de lave (type Hawaïen).
• Magmas acides (riches en silice) : Plus visqueux, ils empêchent la fuite des gaz, conduisant à des éruptions explosives. Ils sont caractérisés par des nuées ardentes (pyroclastiques) et des pluies de cendres.

Phénomènes Associés aux Éruptions

Un certain nombre de phénomènes associés aux éruptions volcaniques peuvent augmenter considérablement le danger :

• Coulées de boue (Lahars) : Produites sur les volcans en altitude par la fonte des neiges et des glaces.
• Éruption phréatique ou phréato-magmatique : Provient de l'interaction de l'eau et du magma.
• Tsunamis : Dus à l'exposition de l'éruption elle-même.
• Mouvements de terrain : Proviennent de l'instabilité causée par les vibrations de l'éruption.

Crues et Inondations

Une inondation (ou crue) est une submersion temporaire d'une zone normalement sèche due à un apport soudain d'eau plus élevé que d'habitude. Elle peut être causée par des phénomènes naturels ou humains.

Causes des Inondations

• Phénomènes naturels : Peuvent provenir du climat (précipitations, fonte des neiges, etc.) ou être de type géologique (glissements de terrain ou fonte des neiges).
• Facteurs anthropiques (induits par l'homme) : Ils altèrent le cycle hydrologique et augmentent l'exposition et la vulnérabilité au risque, principalement pour les raisons suivantes :
  • La rupture et la manipulation des infrastructures hydrauliques, le plus souvent les barrages.
  • La construction d'installations industrielles.
  • L'extraction de granulats dans la plaine inondable de certaines rivières.
  • La surexploitation des plaines inondables.
  • Le processus d'urbanisation qui augmente considérablement le risque d'inondation en altérant les bassins versants.
  • Les travaux publics (routes, voies ferrées...).

Mouvements Gravitationnels de Terrain

Ces phénomènes d'érosion, appelés mouvements gravitationnels de versant, sont causés lorsque tout matériau en surface est attiré par la gravité vers des niveaux inférieurs. Ces mouvements de terrain peuvent être de différents types :

• Détachements : Chutes de particules (rochers et blocs) sur les parois des canyons et des montagnes qui dispersent continuellement des fragments de roche.
• Glissements (Slip) : Caractéristique des masses solides qui se déplacent sur un plan de déplacement.
• Coulées de boue : Coulées de boue liquide qui glissent dans les canyons des régions montagneuses. C'est commun dans les zones arides.
• Fluage du sol : Mouvements individuels des particules tombant les unes contre les autres, provoquant le déclin de l'ensemble du manteau superficiel. Causé par l'alternance de refroidissement et de réchauffement du sol, et l'alternance de dessiccation et d'humidification.

Aggravation par l'Action Humaine

Le danger de ces risques est exacerbé par les actions humaines :

• L'installation humaine dans les vallées étroites où circulent les coulées de boue (augmentation de l'exposition). (Ces zones sont souvent fertiles et densément peuplées.)
• La déforestation, qui réduit l'infiltration et augmente le ruissellement de surface.
• La création de pistes artificielles et d'ouvrages connexes (routes).
• L'accumulation de matériaux (débris, déchets...) sur les pentes.
• Le sur-arrosage, qui peut provoquer la saturation de la terre arable et encourager le mouvement.

T.8 : Les Combustibles Fossiles

Les combustibles fossiles (charbon, pétrole et gaz naturel) fournissent la majeure partie de la consommation d'énergie grâce à leur haut pouvoir calorifique, qui provient de la grande quantité de carbone et d'hydrocarbures qu'ils contiennent. En plus de ne pas être renouvelables, ces combustibles ont un inconvénient majeur : leur combustion génère de grandes quantités de polluants atmosphériques, principalement le CO2, les oxydes de soufre et d'azote, les hydrocarbures, les particules solides, etc.

Le Charbon

Le charbon est une roche sédimentaire organique qui résulte de la transformation, par des bactéries anaérobies, des débris végétaux accumulés au fond des marais et des lagunes. Ces organismes provoquent la décomposition des molécules organiques des plantes, qui sont enrichies progressivement en carbone (carbonisation) et autres sous-produits. Pour que ce processus soit possible, il faut un enfouissement rapide pour éviter l'altération aérobie des débris végétaux. En conséquence, les couches de charbon sont prises en sandwich entre deux couches de nature différente.

Selon le degré de carbonisation, on distingue quatre types de charbon, ce qui augmente le pouvoir calorifique : la tourbe, le lignite, la houille. Si le processus d'enrichissement en carbone se poursuit, il peut former du graphite (carbone pur).

Le Pétrole

Le pétrole est un liquide visqueux sous l'eau, de couleur foncée et d'odeur caractéristique. Il se compose d'un mélange d'hydrocarbures trouvés dans les trois états physiques :

• Liquides : Tels que le benzène et l'octane, qui constituent la partie principale.
• Gazeux : Le méthane et le butane, entreposés sous terre à une énorme pression et constituant le gaz naturel.
• Solides : Asphalte et bitume.

Le pétrole est d'origine organique : généralement formé à partir de la mort massive de plancton marin due à des changements brusques de température ou de salinité. La transformation de cette matière organique en pétrole est un enrichissement en carbone et en hydrogène, et un appauvrissement en oxygène et en azote, ce qui est possible dans des environnements réducteurs où les bactéries anaérobies responsables de la fermentation peuvent vivre. Pour cette raison, les dépôts de pétrole imprègnent les pores et les fissures dans les massifs rocheux de haute porosité et perméabilité, connus sous le nom de roches réservoirs.