[PGRN] [Programme de recherche départemental]

Projet CG38 - PGRN piloté par le CEN / CNRM Météo-France

Titre du projet

Signatures sismiques d'avalanches déclenchées au col du Lautaret

Type d'aléa
Glace, neige et avalanches
Année

1996

Mots-clés
Détection sismique des avalanches - Expérimentation - Déclenchement artificiel à l’explosif - Analyse du signal
Champs disciplinaires
Nivologie, Analyse/traitement du signal


1) Organismes et auteurs


Organisme pilote
Météo France CEN
Organisme(s) associé(s)
Cemagref ETNA
Coordonnateur
Jean-Pierre NAVARRE
Participants
J. ROULLE, A. TAILLEFER


2) Contexte du projet


Site(s) d'étude
Col du Lautaret
Contexte de l'étude

Ce projet d’étude pluriannuel porte sur l’étude des signatures sismiques d’avalanches déclenchées au col du Lautaret., dans un site ou un couloir précis. Il s’insère dans le cadre du programme plus général Détection Sismique des Avalanches (DSA), qui vise à étudier comment les caractéristiques des avalanches peuvent influer sur leurs signatures sismiques. Le programme DSA du CEN a pour objectif la réalisation et la mise au point d’un système de détection automatique des avalanches naturelles à l’échelle d’un massif. Le but est d’obtenir, à distance et en léger différé, des informations objectives et complètes sur l’activité avalancheuse d’un massif (ou secteur). En effet, cette information ne repose actuellement que sur l’observation humaine et elle est donc dépendante des conditions de visibilité. L’objectif de cette DSA est d’apporter une aide à la Prévision des Risques d’Avalanches naturelles (PRA).

A partir d’équipements installés près de St Christophe en Oisans (depuis 1992), le CEN a pu enregistrer de nombreux signaux sismiques d’avalanches et développer un logiciel (SARA) de reconnaissance automatique des signaux d’origine avalancheuse, en collaboration avec le Centre d’Etudes des Phénomènes Aléatoires et Géophysiques (CEPHAG). En 1996, le CEN a développé un prototype autonome de DSA, qui comprend une balise sismologique SISMALP3-PC, qui intègre le logiciel de reconnaissance et qui est associé à un capteur géophone 3 composantes, une transmission des informations vers le CEN par satellite MétéoSat et une alimentation par batteries et panneaux solaires. Deux prototypes ont été réalisés et installés au début de l’hiver 97 près de St Christophe en Oisans et près de Vaujany, pour des tests pré-opérationnels. Le développement de ces prototypes de DSA et les résultats relatifs à leur fonctionnement durant l’hiver 96/97 ont fait l’objet de plusieurs publications et présentations dans des colloques.

Pour approfondir l’analyse des signaux sismiques d’avalanches, il est apparu nécessaire d’étudier plus précisément comment les différents paramètres caractéristiques des avalanches pourrait influer sur les signatures sismiques de ces dernières. La détermination de telles relations devrait permettre de mieux exploiter les signaux sismiques d’avalanches, et éventuellement d’en dégager des informations complémentaires pour une meilleure reconnaissance et localisation des avalanches, pour une meilleure évaluation des paramètres qui peuvent influer sur la qualité et la portée d’un système DSA et, à terme, pour évaluer certaines caractéristiques d’avalanches ainsi détectées. C’est dans cette optique qu’ont été entrepris des enregistrements sismiques d’avalanches déclenchées au col du Lautaret, site expérimental du Cemagref. Les signaux sismiques sont enregistrés et analysés par le CEN, qui s’appuie pour cela sur des programmes (filtrage AR, méthode de Capon, polarisation…) qu’il a développés et sur le logiciel (MUSTIG) qu’il a acquis.

L’hiver 95/96 avait déjà permis quelques déclenchements et enregistrements sismiques d’avalanches au col du Lautaret, mais en ombre très limité compte tenu des conditions nivo-météorologiques et avec des avalanches d’ampleur assez modeste. Mais les enregistrements sismiques sur ce site sont fortement perturbés, dans les 10-15 premières secondes qui suivent l’explosion. Ces perturbations sont consécutives aux ondes sismiques et phoniques (amplifiées par des phénomènes d’échos) que génère le déclenchement à l’explosif ; et ceci est d’autant plus gênant que l’avalanche est de faible importance.

Programme plus vaste
Programme Détection Sismique des Avalanches (DSA)
Initiation du projet
Participation du PGRN
Montant du financement (k€)
4,573 k€ (30 kF)
Part du CG38 - PGRN
~10 %
(Co)-Financements
 
Appréciation du rôle du financement CG38 - PGRN
Ce financement a permis de payer du temps de travail : assistance/déplacement traitement du signal


3) Objectifs, méthodes et résultats

Objectifs
Etudes réalisées en 96-97 dans le cadre de ce projet :
Réalisation de deux campagnes de déclenchements d’avalanches, accompagnées d’enregistrements sismiques et de prises de vues vidéo. Malheureusement, ces avalanches ont été de faible ampleur, compte tenu des conditions nivologiques.
Méthodologie

• Déclenchements à l’explosif avec des charges variées et enregistrements sismiques correspondants à ces tirs, tous effectués dans les mêmes conditions : emplacement (à 750m environ du haut du couloir, le capteur étant posé en contact avec la route du Galibier et recouvert de 50cm à 1m de neige), matériel (balise 3 composantes alimentée par batteries) et configuration balise (réglage par micro portable).

• Analyse des signaux sur des représentations dans le domaine du temps, sur des analyses temps-fréquence (spectogrammes) et sur des recherches de polarisation linéaire.

• Analyses de ces enregistrements en les comparant avec les images vidéos, afin (i) d’ajuster l’écoulement de l’avalanche avec le signal sismique, par repérage temporel du passage du front en différentes zones du couloir et (ii) de dissocier la signature sismique de l’avalanche proprement dite de celle qui est générée par l’explosif et les échos.

Résultats

• Les analyses des signaux permettent de mieux cerner les différentes composantes spectrales et caractéristiques des signaux, mais elles peuvent également aider à appréhender l’origine des différentes ondes sismiques enregistrées : explosion et échos ou écoulement de l’avalanche.

• Calage du top de départ de l’avalanche et essai de synchronisation entre les signaux sismiques et la progression du front.



4) Débouchés du projet

Utilisateurs finaux potentiels
Chercheurs CEN et Cemagref
Production scientifique
- Méthodologie innovante
- Production de connaissances pratiques / opérationnelles
Produits délivrables
 
Partenariats
- Préexistant
- Qui se poursuit
Retombées du projet

Poursuite du projet DSA (détection + analyse des signaux)

Les résultats obtenus en 1997 ont montré la complexité du sujet et la nécessité d’avoir d’autres enregistrements d’avalanche au col du Lautaret pour pouvoir effectuer valablement des analyses comparatives. Fin 97, le Cemagref ETNA a installé un Gazex au sommet du couloir N°2, afin de pouvoir effectuer les déclenchements dans de meilleures conditions. Un seul tir a pu être réalisé durant l’hiver 97-98 ; ce tir n’a engendré qu’une toute petite avalanche superficielle, d’un volume d’à peine 100 m3 et qui s’est arrêtée au-dessus de la route du Galibier. Un enregistrement sismique a cependant été effectué ce jour là, avec une balise sismologique Léas-Sismalp-3D, dans des conditions d’enregistrement similaires à celles de l’hiver précédent. Mais compte tenu de la brièveté et de la petitesse de cette avalanche, le signal enregistré est entièrement dominé par le tir du Gazex et les vibrations sismiques associées. L’analyse de ce signal apporte cependant des informations intéressantes sur la forme et les fréquences du signal généré par le Gazex ; ces informations seront utiles quand il faudra exploiter des signaux relatifs à des déclenchements d’avalanches plus conséquentes. Mais les perturbations générées par les échos phoniques et sismiques de l’explosion obligent à un traitement délicat des signaux, qui doit s’appuyer sur d’autres enregistrements. Dans cette optique, du matériel a été acquis pour enregistrer des signaux phoniques, afin de coupler les enregistrements sismiques avec des enregistrements acoustiques ; ceci devrait permettre de mieux analyser la structure des enregistrements sismiques.

Mais ce projet d’étude est un projet pluriannuel, qui se poursuit dans le cadre du programme DSA (…). Le sujet est complexe, mais il peut avoir des applications pour les chercheurs qui travaillent sur la dynamique des avalanches, et c’était d’ailleurs l’un des thèmes du contrat européen SAME auquel ont participé le Cemagref ETNA et le CEN. Mais ce sujet peut aussi avoir des applications pour les responsables de prévention qui souhaitent avoir automatiquement des informations sur les conséquences de tirs par Gazex.



5) Valorisation du projet

Publications et communications
 
Pages Web
 

 

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