Instability of the slopes of the Champagne vineyards : analysis of the forcing factors and modelling of the hazard

RésuméMalgré un relief de faible énergie, le vignoble champenois est affecté par de nombreux mouvements de terrain. Dans un contexte à forts enjeux économiques, les dégâts qu'ils causent peuvent être très importants (comme à Rilly-la-Montagne en 1988, ou à Boursault en 2000). Les récents travaux menés sur le sujet ont permis de mieux comprendre les mécanismes de déclenchement de ces mouvements. Cependant, ces avancées majeures ne sont pas suffisamment opérationnelles pour aider les acteurs locaux (et en premier lieu les vignerons) à gérer au mieux le risque associé aux mouvements de terrain. L'objectif de ce travail, via une approche environnementale utilisant le lidar, la photo interprétation, la télédétection et la photogrammétrie pour l’analyse de surface, et la géophysique pour celle de la structure interne des volumes déplacés, est d'aboutir à une modélisation des mouvements de terrain qui menacent le vignoble champenois et de proposer aux acteurs locaux un outil des gestion fournissant une cartographie de la probabilité de déclenchement d’instabilités à différentes échelles spatiales et temporelles.Mots clés : Mouvement de masse, vignoble champenois, télédétection, lidar, géophysique, photogrammétrie, modélisation, risques naturelsAbstractIn spite of a low-energy relief, the Champagne vineyard is affected by numerous mass movements. In a context of high economic stakes, the damage they cause can be serious (as in Rilly-la-Montagne in 1988, or in Boursault in 2000). Recent work on the subject has led to a better understanding of the mechanisms that trigger these movements. However, these major advances are not sufficiently operational to help local actors (and first and foremost winegrowers) to better manage the risk associated with mass movements. The aim of this work is, via an environmental approach using lidar, photo interpretation, remote sensing and photogrammetry for surface analysis and geophysics for the analysis of the internal structure of displaced volumes, to model the instabilities that threaten the Champagne vineyards and to propose to local actors an easy-to-use management tool that provides a map of the probability of instability on different spatial and temporal scales.Keywords: Mass movement, Champagne vineyards, remote sensing, lidar, geophysics, photogrammetry, modeling, natural hazards.AbstractIn spite of a low-energy relief, the Champagne vineyard is affected by numerous mass movements. In a context of high economic stakes, the damage they cause can be serious (as in Rilly-la-Montagne in 1988, or in Boursault in 2000). Recent work on the subject has led to a better understanding of the mechanisms that trigger these movements. However, these major advances are not sufficiently operational to help local actors (and first and foremost winegrowers) to better manage the risk associated with mass movements. The aim of this work is, via an environmental approach using lidar, photo interpretation, remote sensing and photogrammetry for surface analysis and geophysics for the analysis of the internal structure of displaced volumes, to model the instabilities that threaten the Champagne vineyards and to propose to local actors an easy-to-use management tool that provides a map of the probability of instability on different spatial and temporal scales.Keywords: Mass movement, Champagne vineyards, remote sensing, lidar, geophysics, photogrammetry, modeling, natural hazards.RésuméMalgré un relief de faible énergie, le vignoble champenois est affecté par de nombreux mouvements de terrain. Dans un contexte à forts enjeux économiques, les dégâts qu'ils causent peuvent être très importants (comme à Rilly-la-Montagne en 1988, ou à Boursault en 2000). Les récents travaux menés sur le sujet ont permis de mieux comprendre les mécanismes de déclenchement de ces mouvements. Cependant, ces avancées majeures ne sont pas suffisamment opérationnelles pour aider les acteurs locaux (et en premier lieu les vignerons) à gérer au mieux le risque associé aux mouvements de terrain. L'objectif de ce travail, via une approche environnementale utilisant le lidar, la photo interprétation, la télédétection et la photogrammétrie pour l’analyse de surface, et la géophysique pour celle de la structure interne des volumes déplacés, est d'aboutir à une modélisation des mouvements de terrain qui menacent le vignoble champenois et de proposer aux acteurs locaux un outil des gestion fournissant une cartographie de la probabilité de déclenchement d’instabilités à différentes échelles spatiales et temporelles.Mots clés : Mouvement de masse, vignoble champenois, télédétection, lidar, géophysique, photogrammétrie, modélisation, risques naturel

Instabilité des versants du vignoble champenois : analyse des forçages et modélisation de l'aléa

In spite of a low-energy relief, the Champagne vineyard is affected by numerous mass movements. In a context of high economic stakes, the damage they cause can be serious (as in Rilly-la-Montagne in 1988, or in Boursault in 2000). Recent work on the subject has led to a better understanding of the mechanisms that trigger these movements. However, these major advances are not sufficiently operational to help local actors (and first and foremost winegrowers) to better manage the risk associated with mass movements. The aim of this work is, via an environmental approach using lidar, photo interpretation, remote sensing and photogrammetry for surface analysis and geophysics for the analysis of the internal structure of displaced volumes, to model the instabilities that threaten the Champagne vineyards and to propose to local actors an easy-to-use management tool that provides a map of the probability of instability on different spatial and temporal scales.Malgré un relief de faible énergie, le vignoble champenois est affecté par de nombreux mouvements de terrain. Dans un contexte à forts enjeux économiques, les dégâts qu'ils causent peuvent être très importants (comme à Rilly-la-Montagne en 1988, ou à Boursault en 2000). Les récents travaux menés sur le sujet ont permis de mieux comprendre les mécanismes de déclenchement de ces mouvements. Cependant, ces avancées majeures ne sont pas suffisamment opérationnelles pour aider les acteurs locaux (et en premier lieu les vignerons) à gérer au mieux le risque associé aux mouvements de terrain. L'objectif de ce travail, via une approche environnementale utilisant le lidar, la photo interprétation, la télédétection et la photogrammétrie pour l’analyse de surface, et la géophysique pour celle de la structure interne des volumes déplacés, est d'aboutir à une modélisation des mouvements de terrain qui menacent le vignoble champenois et de proposer aux acteurs locaux un outil des gestion fournissant une cartographie de la probabilité de déclenchement d’instabilités à différentes échelles spatiales et temporelles

Etude des ressources en eau et des glissements de terrain pour une cartographie de la susceptibilité des versants viticoles. Exemple du vignoble champenois.

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Tomographie électrique appliquée à l’aléa glissement de terrain en Champagne (Est du Bassin de Paris, France)

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Cartographie de la susceptibilité aux glissements de terrain dans le vignoble champenois entre Epernay et Dormans (France) : apport de la télédétection multispectrale

Dans le secteur compris entre Epernay et Dormans (Marne), la relation entre l’état hydrique des sols viticoles et l’instabilité des versants est abordée par le biais d’indices de végétation comme le NDVI (indice de végétation par différence normalisé), et le NDWI (indice d'eau par différence normalisé) obtenus via les images multispectrales à haute résolution (10 m et 20 m) fournies par Sentinel-2 entre 2017 et 2019. L’étude s’appuie sur la relation connue entre l’état de la phytomasse déterminé par les indices de végétation et l’état hydrique des sols mesuré sur le terrain, qui permet d’utiliser les indices NDVI et NDWI pour mettre en évidence les zones de fortes fluctuations annuelles du bilan hydrique. Le croisement des données de la télédétection multispectrale, des données météorologiques, et de l’analyse des formes par la photo-interprétation et les observations de terrain, permet ainsi de dresser une carte de susceptibilité aux glissements de terrain, basée sur la relation spatiale et temporelle entre la teneur en eau des sols et l’instabilité des versants. Cette approche fournit donc un outil inédit utile à la gestion du risque mouvement de terrain.In the area between Epernay and Dormans (Marne), the characterization of the water status of vineyard soils and the determination of their susceptibility to landslides are addressed through vegetation indices such as NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), and NDWI (Normalized Difference Water Index) obtained via high-resolution multispectral images provided by Sentinel-2 between 2017 and 2019. The study is based on the known relation between the phytomass status determined through vegetation indices and the soil water status measured in the field. This relation allows the NDVI and NDWI indices to be used to highlight areas of high annual water balance fluctuations. By combining data from multispectral remote sensing, weather records and landforms analysis using photo-interpretation and field observation, a landslide susceptibility map based on the spatial and temporal relation between soil moisture content and slope instability can be drawn up. This approach thus provides an original tool for landslide risk management

Hydrogeology of a landslide: a case study in the Montagne de Reims (Paris basin, France)

International audienceInvestigations of hydric and hydrogeological mechanisms that contribute to the current reactivation of mass-movements feed predictive models that can be useful for risk management. Our model is based on an approach combining (1) a large-scale analysis of the landforms, using LiDAR imagery and field observations, (2) a characterization of the groundwater (piezometry, conductivity and temperature), both in the landslide and in the stable slope, and (3) electrical resistivity profiles. These combined data allow the reconstruction of the structure of the landslide to determine its influence on groundwater flow. The Saint Maur landslide bars the main aquifer of the Upper Ypresian sands whose slow flow results in lower piezometric level fluctuations and stronger mineralization than found in the unconfined aquifer on either side of the slip. The confined aquifer emptying occurs through the sliding plane so that the landslide aquifer is fed essentially by capillary rise from the shear plane and to a lesser extent by surface infiltration. Therefore, the amount of water in the landslide and the resulting probability of mass movement are weakly correlated with rainfall events. In addition, the wide dispersion of the conductivity values of the landslide aquifer reflects a weak mixing of the water. Groundwater circulation modelling allows us to correct in situ (i.e. underground) the flows causing reactivations, and confirms that stabilization by hydrogeological action is more efficient than a surface drainage. Thematic collection: This article is part of the Role of water in destabilizing slopes collection available at: https://www.lyellcollection.org/cc/role-of-water-in-destabilizing-slope

Dynamique et modelé des versants cambrés de la vallée de l’Ardre (plateau éocène du Soissonnais, bassin de Paris, France)

Les versants de la vallée de l’Ardre, qui incise profondément le plateau du Soissonnais, ont évolué par cambrure. L’analyse de la structure superficielle dérivant de ce processus s’appuie sur une double approche : géophysique – profils de résistivité électrique obtenus par méthode gradient, et télédétection – calcul et interprétation de la réflectance des surfaces (imagerie satellitaire Sentinel-2). Le croisement des deux méthodes, complétées par les observations de terrain, permet de reconstituer la répartition en coupe et en plan des blocs de calcaires du Lutétien moyen drapant les versants. La diversité des faciès de cambrure s’explique par la variation des paramètres structuraux et hydrogéologiques. Ce processus détermine un profil transversal spécifique, associant fond de vallée étroit et versants longs et en pente douce. Le processus de cambrure, synchrone de l’incision et nécessitant un bilan hydrologique excédentaire, n’est plus actif : le modelé est donc hérité, et les versants stables.The valley sides of the Ardre River, which deeply incised the plateau of Soissonnais, exhibit typical cambering features. Analysis of the superficial structure resulting from the cambering process is based on a geophysical approach – electrical resistivity tomography, and on remote sensing assessments – measurement and interpretation of surface reflectance (satellite imagery Sentinel-2). The simultaneous use of both methods, completed by field observations, allows the Lutetian calcareous slabs plan and cross-sectional repartition to be reconstructed. The diversity of cambering facies is explained by the spatial variation of the structural and hydrogeological parameters. Valley-side cambering leads to a particular cross sectional profile that associates narrow valley floor and long and gently sloping valley sides. Cambering process, associated with valley downcutting, and requiring an excess in the hydrological balance, is no longer active. Cambering features are inherited landforms, and the valley slopes are stable

Assessing the role of slope, lithology and land use in the formation and conservation of war-related geomorphic features (Case study of WW1 railway artillery in Montagne de Reims, Marne, France)

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Approche géotechnique du remplissage des « polémoformes » de la Grande Guerre

International audienceThe World War I strongly marked the landscapes, especially on the western front, from Flanders to Alsace. The mine craters, shell craters, dugouts, trenches and communication trenches give off war landscapes characteristic of the front area. Theses geomorphic impacts subsist under forest cover, highlighted using the airborne LiDAR, while they are completely leveled in cultivated areas. In Champagne area, the archaeological survey linked to the urban extension of Rheims allows a better understanding of the spatial organization and the nature of the filling of these forms, by an archaeometric approach (dynamic penetrometry, mechanical oriented cross-sections, and UAV photography). Analysis conducted on an experimental area of 2 ha, in the first line of defense, makes it possible to characterize archaeological structures from the WW1 in a context of rendosols, developed on a stretched cryoclastic polygonal network, typical of the Champagne chalk surface. The results show that the forms of the WW1 are levelled by a multiphase fill with fine sedimentation synchronous with the conflict, followed by a poorly consolidated heterometric backfill. The latter coming from dismantled parados and parapet geomaterials, is rich in metallic fragments of accessory defense networks, and surmounted by an addition of topsoil. The bombturbation also determines a metallic contamination by "nugget effect" circumscribed in the shell crater, filled with earth fillings. These anthropogenic pedoturbations determine large spatial disparities in soil water reserves (crop marks) and are associated with geotechnical and pyrotechnic risks.La Grande Guerre a fortement marqué les paysages, notamment sur le front ouest, des Flandres à l’Alsace. Les cratères de mines, les trous d’obus, les abris, les tranchées et boyaux de communications dégagent des « polémopaysages » caractéristiques de la zone de front. Ces « polémoformes » subsistent sous couvert forestier et sont mises en évidence à l’aide du LiDAR aéroporté alors qu’elles sont intégralement nivelées en zone cultivée. En Champagne, l’extension de la ville de Reims occasionne des prescriptions archéologiques et permet de mieux connaître l’organisation spatiale et la nature du remplissage de ces formes, par une approche archéométrique (pénétromètrie dynamique, coupes mécaniques orientées, photographies par drone). L’analyse réalisée sur un secteur expérimental de 2 ha, en première ligne de défense, permet de caractériser les structures archéologiques de la Grande Guerre dans un contexte typique de rendosols sur poches de cryoturbation étirées dans la craie de Champagne. Les résultats montrent que les formes de la Grande Guerre sont nivelées par un remplissage polyphasé avec une sédimentation fine synchrone au conflit, suivie d’un remblaiement hétérométrique peu consolidé. Ce dernier provenant des géomatériaux du parados et du parapet démantelés, est riche en fragments métalliques des réseaux de défense accessoire, surmonté d’un apport de terre végétale. La bombturbation détermine également une contamination métallique par « effet pépite » circonscrite aux entonnoirs d’obus, comblés par des apports de terre. Ces pédoturbations anthropiques déterminent d’importantes disparités spatiales des réserves hydriques du sol et sont associées à des risques géotechniques et pyrotechniques