Recherches sur le séisme du 18 février 1996
dans les grottes de la région de Saint-Paul-de-Fenouillet
(Pyrénées Orientales, France)

E. Gilli (1) , A. Levret (2) , P. Sollogoub (3)

1- Centre dčEtude du Karst (CEK), 13, rue Masséna, F-06000 Nice, gill@worldnet.fr
2 - Institut de Protection et de Sûreté Nucléaire (IPSN), Département de Protection de l'Environnement, Centre d'Etude de Fontenay-aux-Roses, BP.6, F-92265 Fontenay-aux-Roses, agnes.levret@ipsn.fr
3 - Commissariat à l'Energie Atomique (CEA), Département de Mécanique et de Technologie, Centre d'Etude de Saclay, F-91191 Gif-sur-Yvette cedex, sollogoub@dmt.cea.fr

ABSTRACT:

Eight caves have been investigated near Saint-Paul-de-Fenouillet after the magnitude 5.2 earthquake of February 1996 which occured in the Eastern Pyrenees in France and caused moderate damages at the ground surface. The damages attributed to this earthquake are mainly collapses of sodastraws. In the epicentral area, the Paradet cave which is aligned on a recently active fault line, has shown many damages of this kind after the earthquake and many other ancient damages have also been observed. The modelisation of these speleothems which are natural pendulums may indicate directions and threshold of the seismic ground motion causing the collapse during the earthquake and supply information to calibrate the damages of the past earthquakes.

KEY WORDS: damages, earthquake, seismic ground motion, sodastraw, speleothem

MOTS CLES: dégâts, fistuleuse, intensité, séisme, spéléothème

I. PRESENTATION

Le 18 février 1996, un séisme de magnitude 5,2 a été ressenti dans la région de Saint-Paul-de-Fenouillet sur un rayon d'environ 150 km. L'épicentre est situé non loin de Caramany avec une intensité épicentrale de VI (MSK). Ce séisme est l'un des plus importants des Pyrénées Orientales et de l'Aude où l'on dénombre cinq séismes ayant provoqués des dommages légers dans les Massifs des Fenouillèdes (1920, 1922), dans la vallée du Têt (1755, 1922) et dans les Corbières (1950). Plusieurs failles importantes de direction proche d'est-ouest (chevauchement frontal nord-pyrénéen au nord de l'épicentre, faille nord-pyrénéenne, faille de l'Agly au sud de l'épicentre) existent dans la région. De plus, des investigations géologiques ont montré l'existence de plusieurs indices de ruptures en surface, comme celui de Caramany. Les dommages à Saint-Paul-de-Fenouillet dans une région karstique, nous ont suggéré l'idée d'aller rechercher le plus rapidement possible d'éventuels dégâts à l'intérieur des grottes. Huit cavités ont pu être visitées à des distances comprises entre 2 et 10 km de l'épicentre.

 

 

II. METHODOLOGIE ET PREMIERS RESULTATS:

A. Echelle des dégâts

Nous avons défini une échelle des dégâts souterrains (Gilli, 1996)
degré 0: aucun dégât visible
degré 1: bris de fistuleuses, chutes de poussière
degré 2: bris de stalactites, basculement de stalagmites fondées sur lčargile, chutes de blocs
degré 3: bris de stalagmites, chutes de portions de voûtes
degré 4: déplacement décimètrique à décamètrique de sections de galeries.
degré 5: destruction de cavité

Afin de différencier les chutes d'origine anthropique des chutes naturelles, nous avons recherché des débris de fistuleuses provenant de zones hors de portée des spéléologues: niches difficiles d'accés ou plafonds situés à plusieurs mètres de hauteur.
Les différents cavités étudiées ont montré des dégâts variables, actuels, mais aussi anciens. Les phénomènes les plus intéressants sont dans le Barrenc de Paradet qui présente de nombreuses chutes récentes de fistuleuses et des destructions massives de spéléothèmes.

C. Etude du séisme à partir des observations macrosismiques

L'enquête macrosismique qui a suivi le séisme a donné lieu à plus de 850 observations réparties en France et en Espagne à partir desquelles des isoséistes ont pu être tracées. La zone épicentrale d'intensité VI s'étend sur un rayon de 9 km et la secousse a été ressentie sur un rayon de près de 150 km jusqu'à Auch à l'est, Villefranche de Rouergue au nord, Montpellier à l'ouest et Barcelone au sud. L'extension assez large des effets indique un foyer relativement profond qui a été calculé à 10 km (relation de Sponheuer). Une magnitude de 5.00 est calculée à partir d'une corrélation établie pour la France M = 0.44 I + 1.48 log R + 0.48 (Levret et al., 1994) liant la magnitude (M), à la distance focale (R en km) du rayon moyen de l'isoséiste d'intensité (I en MSK).
Le séisme du 18 février dont les dommages en surface sont modérés (formation de fissures, élargissement de fissures préexistantes) a donc eu des effets réduits sur les cavités. Les dégâts constatés dans ces cavités sont au maximum d'intensité 1 à 2 : chutes de portions de fistuleuses et blocs. Les principaux dommages ont été observés dans une cavité (Barrenc du Paradet) située en altitude, tandis que les cavités placées en pied de relief semblent avoir été épargnées. La plupart des cavités montrent des dégâts anciens traduisant lčexistence de séismes destructeurs dans le passé sans pouvoir actuellement en préciser les dates.

 

III. LE BARRENC DU PARADET
A. Caractéristiques de la cavité

Hormis de très nombreuses chutes de fistuleuses, le Barrenc du Roc Paradet montre une multitude de chutes de concrétions de taille importante, des écroulements de blocs, des basculements de gros massifs stalagmitiques et des ruptures de stalagmites. L'épaisseur des enduits de calcite qui fossilisent ces indices, indique des âges antérieurs à la fréquentation humaine de l'aven du Paradet défendu par un puits dčentrée de 26 m. En l'absence de datation, il est impossible de donner un âge à ces phénomènes.

Une topographie de la cavité et des observations internes et externes ont montré que Le Barrenc du Paradet est creusé aux dépens d'une faille active recoupant le chevauchement nord-pyrénéen au niveau du chaînon de Galamus. Cet accident a subi dans un passé récent plusieurs mouvements qui ont été enregistrés par les spéléothèmes de la cavité.

B. Etude des fistuleuses

Compte tenu de l'importance des indices, le site du Barrenc de Paradet peut être considéré comme un lieu privilégié pour y étudier le comportement des fistuleuse. Il est en effet intéressant de connaître les conditions nécessaires pour briser une fistuleuse, à la suite d'une secousse ou d'une vibration. Une mesure in situ des fistuleuses du Barrenc du Paradet a donc été décidée afin de fournir les bases pour une éventuelle modélisation du comportement des fistuleuses. Une analyse des directions des objets tombés au sol a été effectuée. Seuls les objets qui ont chuté sur des surfaces subhorizontales ont été retenus. Les autres ont en effet roulé sur le sol ou se sont inclinés en suivant la topographie du plancher. La rosace suivante montre nettement une orientation préférentielle est-ouest.Une modélisation du comportement des fistuleuses soumises au mouvement sismique enregistré au barrage d'Agly en zone épicentrale du séisme du 18 février est en cours. Elle devrait permettre de comprendre le comportement de ces fistuleuses, véritables pendules naturels, sous une sollicitation sismique et évaluer le niveau d'accélération provoquant la rupture.

 

C. Description des dégâts anciens

En plusieurs points des débris de fistuleuses cimentées dans la calcite pourraient provenir du séisme de 1922.
Des dégâts beaucoup plus anciens sont aussi visibles sur l'ensemble de la cavité. Ils sont de deux ordres
- des objets en contact avec les parois, sont écrasés ou cisaillés. Ils traduisent nettement un mouvement subvertical de la faille. Certaines formes sont ici très spectaculaires:
(stalactite ayant pénétré verticalement la stalagmite qui lui faisait face, provoquant son éclatement; stalagmite encastrée dans une coulée du plafond).
- des spéléothèmes se sont brisés sans contact avec les parois sous lčeffet dčune secousse ou dčune importante vibration. Les plus intéressantes sont des stalagmites cisaillées en plusieurs points sur toute leur hauteur et dont les différents tronçons sont décalés.

 

 

IV. CONCLUSION

Cette étude montre qučun séisme de magnitude 5,2 n'occasionne que de faibles dégâts souterrains dans les cavités situées en zone épicentrale. Un intérêt particulier doit être accordé aux fistuleuses que leur simplicité permet facilement de modéliser. Le Barrenc de Paradet qui présente des dégâts modernes et anciens constitue un champ d'étude privilégié pour une analyse qualitative mais aussi quantitative des mouvements sismiques et tectoniques à l'origine des perturbations dans ce secteur.

Références:

GILLI E., 1996 - Effets des séismes dans l'endokarst. Application aux études de sismicité historique. in Géomorphologie, risques naturels et aménagement. Hommage à M. Julian. Lab Rev. An. Spat. Raoul Blanchard n°38-39. Nice. pp.121-132.
LEVRET A., J.C. BACKE, and M. CUSHING, 1994 - Atlas of macroseismic maps for French earthquakes with their principal characteristics. Natural Hazards, 10 : 19-46.