Posté par Redbran le Mardi 12/02/2019 à 14:00
La première typologie de sources sismiques gravitaires pour l'analyse des mouvements de terrain
Les glissements de terrain génèrent des ondes sismiques, comme l’ont montré de précédentes mesures à partir de sismomètres placés à proximité de pentes instables. Toutefois, l’analyse de ces ondes reste un défi, en parti dû à la diversité des signaux sismiques et des nomenclatures adoptées. Les chercheurs de différents laboratoires (1) ont compilé et analysé les observations de plusieurs glissements répartis dans le monde afin de proposer la première classification générale de ces sources et de leurs signaux sismiques.

Les instabilités gravitaires sont des aléas naturels qui ont de forts impacts sur les sociétés humaines. Pour limiter les risques associés, une meilleure compréhension de la physique qui contrôle la rupture des versants instables est nécessaire. L’écoute sismique a démontré qu’il était possible d'obtenir des informations sur les processus qui se déroulent en leur sein. Cette approche peut permettre de mieux comprendre l'occurrence d'accélérations brusques en lien avec les forçages climatiques, tectoniques, ou anthropiques. A terme, combiné à d’autres moyens d’observations, l'écoute sismologique pourrait permettre une surveillance en temps réel de la stabilité d’un versant. Cependant les processus à l’origine des signaux sismiques enregistrés par les réseaux déployés sur ces versants instables sont encore mal compris. Cela est dû en partie à l’hétérogénéité des réseaux d'instrumentation déployés, à la complexité des zones étudiées (topographie complexe, différence de rhéologie, état d’altération du milieu) et à la variété des processus physiques qui peuvent se produire au sein d’un versant instable.

Figure 1. Modèle conceptuel des sources sismiques d'origine gravitaire sur un versant instable avec (a) un écoulement saturé en eau (e.g. lave torrentielle, coulée de boue), (b) un écoulement granulaire sec (e.g. avalanche de débris), (c) une chute de blocs, (d) une ouverture de fracture en tension, (e) une ouverture de fissure en tension, (f) un processus de frottement et (g) la migration de fluide dans une fracture.

Grâce à l'analyse d'enregistrements sismologiques acquis sur 13 versants instables répartis autour du Globe, l'équipe de chercheurs propose la première typologie standard des signaux des sources sismiques induites par la déstabilisation des versants instables (ouverture de fracture, cisaillement, écoulements, effondrements - Figure 1). Pour produire cette typologie, l'approche retenue a été de définir des attributs propres aux signaux sismiques générés par chaque type de source en tenant compte notamment de la nature des ondes sismiques (fortement influencées par le milieu dans lequel elles se propagent) et de la disparité des caractéristiques des capteurs sismologiques. Pour permettre la comparaison des signaux sismiques, un prétraitement systématique des données a été mis en place (correction instrumentale, filtrage) et neufs attributs sur la forme d’onde et le contenu fréquentiel des signaux sismiques ont été sélectionnés (durée du signal, coefficient de dissymétrie du signal, nombre de pics dans l'enveloppe du signal, durée d'autocorrélation du signal, fréquence moyenne, fréquence du pic d'énergie maximale, la bande passante, et les fréquences minimales et maximales du signal).

L'analyse comparée des signaux a permis de définir trois classes principales de sources sismiques communes à toutes les instabilités gravitaires étudiés: “slopequake” (SQ), “rockfall” (RF) et “granular flow” (GF). Pour la classe "slopequake" (SQ), des sous-catégories sont proposées en relation avec le contenu fréquentiel du signal:"low-frequency slopequake" (LF-SQ), "high-frequency slopequake" (HF-SQ), "hybrid slopequake" (Hybrid-SQ), "slopequake with precursors" et "tremor-like slopequake".


Figure 2. Synthèse de la classification avec les valeurs pour chaque attribut et un exemple de forme d'ondes pour chaque classe.

Les auteurs de l'étude indiquent que cette première typologie ainsi que la démarche d'analyse proposée sont une première étape pour comparer les observations sismologiques et les catalogues de micro-sismicité créés sur de nombreux versants instables. La typologie va permettre:
- d'expliquer la variabilité des sources dites ‘slopequakes’ observée sur les versants instrumentés ;
- de mieux comprendre la physique des différentes sources sismogéniques ;
- de mieux appréhender les variations spatio-temporelles de l’activité sismique en lien avec les déformations de surface et les différents forçages.

Cette démarche visant à aboutir à une typologie standard est aussi une étape importante pour le déploiement de solutions automatiques de classification des sources sismiques propres aux glissements lents mais aussi à d’autres objets géologiques comme les volcans, les glaciers ou les réservoirs.

Note:
(1) Dont, parmis les laboratoires français, l'Institut de physique du globe de Strasbourg (IPGS, CNRS/EOST/Université de Strasbourg) et l'Institut des sciences de la terre (ISTERRE, CNRS/OSUG/Univ. de Grenoble-Alpes/Univ. de Savoie/IRD/IFSTTAR)

Pour en savoir plus:
La librairie des signaux sismiques utilisés pour construire la classification est disponible en ligne sur le site du Service National d'Observation OMIV (Observatoire Multi-disciplinaire des Instabilités de Versants):
http://www.ano-omiv.cnrs.fr/ressources/library/landslide-seismic-signals/library-of-signals

Références publication:
Provost, F., Malet, J.-P., Hibert, C., Helmstetter, A., Radiguet, M., Amitrano, D., Langet, N., Larose, E., Abanco, C., Hürlimann, M., Lebourg, T., Lévy, C., Le Roy, G., Ulrich, P., Vidal, M., Vial, B. (2018) Towards a standard typology of endogenous landslide seismic sources Earth Surface Dynamics doi:10.5194/esurf-6-1059-2018

Contact chercheur:
-Jean-Philippe Malet, IPGS/EOST
-Floriane Provost, IPGS/EOST
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