UNIVERSITÉ DE GENÈVE
FACULTÉ DES SCIENCES
Département de minéralogie
Analyse multi-aléas et risques naturels dans le département du Chocó (nord-ouest de la Colombie)
Thèse
présentée à la Faculté des Sciences de l'Université de Genève
pour obtenir le grade de Docteur ès sciences,
mention sciences de la Terre
par
Silvia del Carmen MOSQUERA MACHADO
(de Colombie)
sous la direction du
Pr J.-J. Wagner
Thèse n° Sc. 3351
Genève, 2002
Il n'est pas facile de trouver les mots qui puissent exprimer ma gratitude à toutes les personnes qui ont, d'une manière ou d'une autre, contribué au bon déroulement de ce travail.
Pour commencer, mes sincères remerciements vont au Prof. Jean-Jacques Wagner, qui a rendu possible cette recherche et accepté de superviser ce travail dès le début, et pour sa patience et sa collaboration. Il m'a permis de m'intégrer au sein de son équipe du Centre d'Etudes des Risques Geologiques-CERG et de la Section des Sciences de la terre de l'Université de Genève.
J'adresse toute ma gratitude à la Confédération Helvétique, aux Fonds Ernst et Lucie Schmidheiny, Mark Birkigt, Fonds National de la Recherche Scientifique et à la Fondation Augustin Lombard pour leur aide financière.
Le témoignage de ma reconnaissance va à Carlos Muñoz (UNDP-Honduras) pour m'avoir initié aux SIG et pour sa disponibilité sans limite.
Merci à Jean-Michel Jacquet de l'Unité de Télédection et SIG de l'Université de Genève-UTED-S, pour m'avoir fait découvrir ArcInfo.
Un merci spécial à Zine el Morjani, doctorant du département de géologie de l'Université de Genève, qui était toujours là pour répondre à mes questions sur ArcView et bien d'autres domaines.
Un grand merci à David Consuegra, Directeur de Hydronat S.A. pour son aide, sa disponibilité et sa collaboration pendant et après la modélisation hydraulique.
Ma reconnaissance va au Prof. André Musy pour m'avoir permis de développer une partie du travail dans son laboratoire à l'EPFL et pour ses commentaires.
Mes remerciements vont au Dr. Dieter Mayer-Rosa (Service Sismologique Suisse, ETHZ) pour son aide dans la partie concernant l'aléa sismique et pour avoir accepté de faire partie du jury.
Mes remerciements très chaleureux et sincères vont au Prof. Armando Espinosa, de l'Université de Quindio, Armenia en Colombie, pour ses excellents conseils et sa collaboration en tant que membre du jury et au Dr. Olivier Lateltin de l'Office Fédéral des eaux et de la Géologie de Bienne, pour avoir accepté de faire partie du jury.
Ma reconnaissance va aussi à Laurent Bourdier et à Thierry Louis-Regis pour les corrections linguistiques.
Pour les mêmes raisons, j'adresse aussi un grand merci au Prof. G. Gorin toujours disponible pour m'aider dans la rédaction française de mon travail.
Un merci spécial à Jacqueline Berthoud et à Françoise Grondahl, tout simplement pour faire très bien leur travail.
Merci encore à Gilbert Overney pour son aide précieuse dans le domaine de l'électronique et pour sa disponibilité et bonne humeur.
I am grateful to Philippe Schneider, Director of Multihazard Loss Stimation Program of Federal Emergency Management-FEMA, for giving me without charges the Methodology for Earthquake Loss Stimation HAZUS, and for his collaboration and disponibility.
Thanks to Jawhar Bouabib from HAZUSHELP for helping me with technical question about HAZUS without charges.
Thanks very much to Brian Quinn for giving me some ligths about HAZUS.
Aunque son los primeros aquí están de últimos, GRACIAS, !!Siiii!!, MUCHAS GRACIAS a mi familia entera: Mi madre Jeannette Machado, Mi hija Ghylainy Yaneth Koulimaya, mi hermana Cira Yeligne, mis hermanos, Ciro, Yardanys, Melbym y Tuddy, quienes no solo me apoyaron siempre moralmente, sino que tambien fueron mis colaboradores constantes en todas las campañas de terreno a tal punto que ya me preguntaban cuando vamos a terminar esta tesis?, gracias de nuevo, no lo hubiera logrado sin ustedes.
Gracias a mi mejor amiga, la otra chocoana de Ginebra: Luz Moreno Stucki y familia por su apoyo incondicional en las buenas y en las malas. Valoraré siempre esa amistad.
Gracias mil, Don Pedro Abdo Garcia por su colaboración sin límites en los aspectos logísticos y de transporte.
Le département du Chocó, situé sur l'angle nord-occidental de la Colombie est une zone particulièrement intéressante pour sa position géographique. Les caractéristiques géologiques, tectoniques, hydrologiques et météorologiques de cette région forment un système physique complexe où le risque de catastrophes naturelles est grand. L'histoire de la région est une succession de catastrophes liées aux tremblements de terre, à la pluviosité, à son hydrologie, et aux instabilités de terrain.
Le Chocó est croisé par trois grands fleuves: Atrato, San Juan et Baudó, chacun avec des nombreux affluents, qui drainent tout le Département. Les vallées basses avec une altitude < 1.000 m. forment le 92, 3 % du territoire.
Le climat du Chocó est chaud humide avec des températures de l'ordre de 27° C, la pluviosité de la région est une des plus importante au monde avec 12.000 mm/an (il y a des municipalités où il pleut plus de 260 jours par année), elle est majeure durant les mois de mai et octobre, ce qui favorise les inondations et les glissements de terrain. Ces phénomènes sont fortement amplifiés lors des saisons exceptionnelles; une analyse des observations pluviométriques permettra de démontrer s'il y a une période de récurrence.
La forte sismicité du Chocó est liée à l'interaction des plaques Nazca, Cocos, Caraïbe et Amérique du Sud, avec des magnitudes jusqu'à 7,8. A ces phénomènes naturels s'ajoute l'action anthropique liée aux exploitations minières et forestières. La conjugaison de tous ces facteurs crée la nécessité d'envisager l'évaluation du risque de façon intégrée. Pour se faire nous traitons la problématique dans cette recherche à partir de l'analyse des phénomènes d'origine climatique (forte pluviosité), géologiques (sismicité active), géodynamiques (mouvements de terrain) et anthropiques (exploitation minière, déboisement), ainsi que du relief et de l'hydrologie, en tant qu'éléments composants du système physique complexe do Chocó.
Le but général de cette étude est la contribution à la mitigation des catastrophes naturelles au Chocó en utilisant les systèmes d'information géoréférées (SIG) et des modèles géophysiques afin de produire une série de cartes correspondant aux différents types d'aléas de la région. Ces dernières combinées avec les vulnérabilités sociétale, structurale et environnementale permettront de produire des cartes de risques qui serviront aux autorités du Chocó pour le développement intégral du département.
Pour atteindre notre objectif, nous avons commencé par l'identification, la localisation et la caractérisation des aléas naturels pouvant engendrer des risques aux personnes et aux biens dans le département.
Le pas suivant, fut le développement d'une méthodologie pour évaluer les aléas et risques géologiques au Chocó, basée sur l'utilisation des systèmes d'information georéférée SIG et des modèles géophysiques qui prennent en compte les aspects physiques et socio-économiques de la région.
Un des premiers résultats de cette recherche est la structuration et création de la première base de données géoréférées du Chocó.
Avec le développement de la méthodologie utilisée dans ce travail, nous avons créé un outil accessible aux autorités, qui peut s'avérer un élément de base pour le développement de la gestion intégrée du territoire par rapport aux dangers naturels.
Cette recherche a produit aussi les premières cartes départementales des aléas inondation, sismique, ainsi qu'une carte préliminaire de la sensibilité aux instabilités de terrain.
Un autre apport très important de cette recherche est la réalisation de la première analyse multi-aléas naturels dans le département, qui permet de visualiser de façon simple et rapide dans n'importe quelle municipalité du Chocó les différents types d'aléas présents, de regarder l'occurrence ainsi que l'intensité des aléas dans cette zone. Les autorités municipales et départementales seront munies d'un outil clair, quantitatif et qualitatif pour le management et la prévention des catastrophes naturelles dans la municipalité.
Après avoir analysé et cartographié les aléas au niveau départemental, nous avons approfondi la question au niveau municipal pour produire un zonage de l'aléa inondation et du risque sismique à Quibdó, capitale du Chocó. Ces cartes ne se bornent pas seulement à délimiter les différentes zones de Quibdó selon leurs niveaux de risque, mais elles permettent de donner un aperçu économique de la situation de risque. Nous avons donc, créé un outil complet qui calcule aussi une valeur économique, facilitant la perception de l'ampleur de la problématique traitée dans cette recherche.
Etant donné que les phénomènes géologiques naturels, catastrophiques ou non, restent un risque majeur en croissance parallèle au développement urbain, nous avons donc tenté de concrétiser nos efforts dans ce sens, pour que les pages qui suivent permettent aux autorités de la Colombie et du Chocó, ainsi qu'aux "chocoanos" de structurer la démarche nécessaire pour faire un aménagement du territoire, tenant compte de la prévention des catastrophes naturelles.
El departamento del Chocó, situado en el ángulo noroccidental de Colombia, es una zona particularmente interesante por su posición geográfica. Las características geológicas, tectónicas, hidrológicas y meteorológicas de esta región forman un sistema geofísico complejo, con un alto riesgo de ocurrencia de catástrofes naturales. Efectivamente la historia del Chocó ha sido una sucesión de catástrofes naturales relacionadas con terremotos, la alta pluviosidad, la red hidrológica y las inestabilidades de terreno.
El Chocó es surcado por tres grandes ríos: el Atrato, el San Juan y el Baudó, los cuales tienen numerosos afluentes, que drenan todo el departamento. Los valles bajos con una altitud < 1.000 metros abarcan el 92,3 % del territorio.
El clima es cálido-húmedo con temperaturas alrededor de los 27° C, la pluviosidad de la región alcanza los 12 m/año y es una de las mayores del planeta (en algunos municipios llueve hasta 260 días al año), siendo más intensa durante los meses de mayo a octubre, lo cual favoriza la ocurrencia de inundaciones y deslizamientos. Estos fenómenos se amplifican fuertemente en las estaciones excepcionales, un análisis de las observaciones pluviométricas permitirá demostrar si existe un periodo de recurrencia.
La alta sismicidad de la región se debe a la interacción de las placas Nazca, Cocos, Caribe y Sur Americana. Los sismos registrados en la zona han alcanzado magnitudes M = 7,8. A todos estos fenómenos naturales hay que agregar aun los fenómenos de origen antrópicos, relacionados más que todo con la minería y la deforestación. La conjugación de los factores aquí mencionados crea la necesidad de enfrentar la evaluación del riesgo de manera integral. Por esta razón, la problemática tratada en este proyecto de investigación se analiza a partir del estudio de los fenómenos de origen climático (alta pluviosidad), geológico (sismisidad activa), geodinámico (movimientos de terreno) y antrópicos (minería y deforestación), así, como también del relieve y la hidrología, todos como elementos que conforman el sistema físico complejo del Chocó.
El Objetivo general de este trabajo es de contribuir a la mitigación de las catástrofes naturales en el Chocó, utilizando los sistemas de información geográfica SIG y los modelos geofísicos para la creación de los distintos mapas de amenazas del departamento. Una vez creados los mapas de amenazas los combinaremos con los diferentes análisis de vulnerabilidad (social, medioambiental, física y estructural) para producir los mapas de riesgos, los cuales constituyen una herramienta básica para el desarrollo integral de la región.
Para lograr nuestro objetivo, se comenzó por la identificación, localización y caracterización de las amenazas naturales que pueden generar riesgo para las personas y sus bienes en el departamento del Chocó.
El segundo paso fue el desarrollo de una metodología para evaluar las amenazas y riesgos geológicos en el Chocó. Esta metodología se apoya en el uso de los sistemas de información geográfica SIG y de modelos geofísicos que permiten tener en cuenta los aspectos físicos y socio-económicos del departamento.
En el curso de esta investigación, se estructuró el primer banco de datos georeferenciados del Chocó.
Con el desarrollo de la metodología utilizada en este trabajo, se creó una herramienta accesible a las autoridades políticas y administrativas, la cual puede constituir un elemento básico para el desarrollo de los planes de desarrollo territoriales en los cuales el factor riesgo debe ser parte integrante.
Esta investigación produjo además los primeros mapas digitales de amenazas de inundación, sísmica y de deslizamientos para el departamento del Chocó.
Un aporte importantísimo de esta tesis es la realización del primer análisis múltiple de amenazas naturales para el Chocó, el cual no solo nos permite ver de manera simple y rápida el tipo de amenazas a las que está expuesta cada municipio, sino que también nos da una idea de la importancia en porcentaje de ocurrencia e intensidad de las mismas. Las autoridades municipales y departamentales podrán tener acceso a una herramienta de evaluación cualitativa y cuantitativa, clara y simple para la prevención y el manejo de las catástrofes.
Una vez hecho el análisis y la cartografía de las amenazas, no nos detuvimos ahí, sino que profundizamos además en la evaluación y zonificación del riesgo de inundaciones y sísmico para Quibdó, capital del departamento. Los mapas de riesgos aquí creados, no se conforman con delimitar las zonas de diferentes niveles de riesgos, sino que van mas allá, pues nos dan también una evaluación económica del riesgo. Se creó pues, una herramienta completa, que calcula también el valor económico, lo cual facilita la percepción de la amplitud de la problemática tratada en este trabajo.
Pero como quiera que los fenómenos geológicos naturales, catastróficos o no, siempre serán un riesgo mayor en crecimiento paralelo al desarrollo urbano, lo que se trató de hacer con el desarrollo de este trabajo, fue de concentrar todos los esfuerzos, para que las páginas siguientes permitan a las autoridades de Colombia, del Chocó, y al pueblo chocoano en general, la estructuración de la estrategia necesaria para el buen manejo integral del territorio, en la cual la reducción de las catástrofes naturales es un factor integrante.
The Chocó Department is situated in the north-western part of Colombia. It lies between 8° 41' (Cabo Tiburón) and 4° 02' Lat. N, and -76° 00' (Farallones del Citará) and -77° 54' Long. W, with a surface area of 46,530 Km². The geological, hydrological and climatological characteristics of the Department of Chocó (~ 400.000 inhabitants) form a complex geophysical system where the risk of natural catastrophes is great. The history of the area is a succession of catastrophes related to earthquakes, flooding and landslides.
Three large rivers cross the Chocó Department: Atrato, San Juan and Baudó, each one with many affluents, which drain the entire Department. The low valleys with an altitude < 1.000 m. form 92.3 % of the territory.
The rainfall of the area is one of most significant in the world with 12.000 mm/year. Rainfall is highest during October and May and as a consequence flooding and the landslides occur most frequently in these periods. These phenomena are strongly amplified at the time of 'exceptional' seasons; an analysis of the pluviometric observations will make possible to show if there is a return period.
The strong seismicity in the Choco is governed by tectonic complexity generally associated with three major tectonic structures. Near the Choco Region is where the Nazca, South American and Caribbean plates join in a complex tectonic setting. Subduction zone, transform fault, and spreading center, are present in the adjoining oceanic areas around Choco province.There is a general agreement that the three plates are converging, but the location of the point of junction called 'union triple del Darien', the plate geometry and the plate boundaries is still unclear. To all these natural phenomena one has to add also anthropogenic activities like mining and deforestation. The conjugation of these factors makes necessary an integrated approach to risk evaluation.
The aim of this work is to investigate the Geological hazards and risk in the Chocó Department in relation with earthquakes, river flooding and landslides and develop a methodology for multirisk evaluation through integrated use of Geographical Information System and geophysical modeling considering the physical, social and human aspects in order to establish a series of maps corresponding to the various hazards. The hazard maps combined with social, structural and environmental vulnerability will make possible to produce the maps of risk, which will serve the authorities of Chocó for the integral development of the Department.
To attend our objectives this work includes the collection of new and available data, and development and integration of software tools inside the same Geographical Information System (GIS) for the Chocó Department. It will combine in the same environment both qualitative and quantitative factors and the capacity of data modeling devoted to produce different risk scenarios (seismic, flooding, landslide) and hazard and risk maps at local scale. The modeling is important in every step of the study and must be tested continuously on the field.
Up to this date there are no precise studies about the geological hazards for the Chocó Department. General hazard and seismic risk maps of the country have been drawn (Espinosa, 1984) reporting only a distinction of seismic risk zones in high, medium and low. Thus, the novel contribution of this Ph.D. dissertation will be the realization of different hazard and risk maps for the Chocó Department concerning specific parameters: seismic hazard and risk maps, flooding hazard and risk maps, landslide hazard and risk maps.
One of the result of this work was the creation of the first geographic database for the Chocó Department that will allow combination and simultaneous utilization of the different risk and hazard digital maps issued from this study as well as their continuous updating on the basis of newly acquired data.
With the development of the methodology used in this work, we created a tool accessible to the authorities, which can be a basic element for the development of the integrated management of the territory taking in account the natural hazards and risk.
This research also produced the first seismic hazard maps, flooding map as well a preliminary map of sensibility of landslides.
Another very significant contribution of this thesis is the realization of the first multi-hazard map of Choco department, which allows to visualize in a simple and fast way in any municipality of Chocó the various types of risks present, to look at the occurrence as well as the intensity of the risks in this zone. The municipal and departmental authorities will be provided with a clear, quantitative and qualitative tool for the management and the prevention of the natural catastrophes in the municipality.
After having analyzed the hazards at the departmental level, we looked further into the question about municipal risk and we produced the risk flooding and seismic maps for Quibdó, capital of Chocó. These maps of the risks are not only restricted to delimit the various zones of Quibdó according to their levels of risk, but they make it possible to give an economic outline of the situation of risk. We thus, created a complete tool, which calculates also an economic value, facilitating the perception of the extent of the problems treated in this research.
Being given that the natural phenomena catastrophic or not, remain a major risk in growth parallel with the urban development, we thus tried to concretize our efforts in this direction, so that the pages which follow allow the authorities of Colombia and Chocó, thus the 'chocoanos' to structure the step necessary to make a regional planning, taking account of the prevention of the natural catastrophes.