Titre
du projet |
Détection
sismique des avalanches en Isère |
Type
d'aléa |
Glace,
neige et avalanches |
Mots-clés |
Avalanches
- Détection sismique - Localisation - Analyse du signal
- Expérimentation |
Champs
disciplinaires |
Sismologie,
analyse du signal |
1) Organismes et auteurs
Organisme
pilote |
Météo
France CEN |
Organisme(s)
associé(s) |
LIS
- GOTA (Laboratoire des Images et des Signaux - Groupe Objets
Traitement et Analyse) |
Coordonnateur |
Jean-Pierre
NAVARRE |
Participants |
Nadine
Martin (resp. du groupe GOTA) |
2) Contexte du projet
Site(s)
d'étude |
Site
à faible dénivelé entre St-Christophe-en-Oisans
et Pré-Clot (1650 m d’altitude) |
Contexte
de l'étude |
L’évaluation
de l’activité avalancheuse naturelle repose
essentiellement sur l’observation visuelle humaine,
qui est tributaire d’une présence humaine et
de bonnes conditions visuelles ; elle est donc imprécise,
parcellaire et pratiquement impossible la nuit ou quand
les conditions météorologiques sont mauvaises.
Pourtant une information objective, fiable et en temps quasi-réel
de l’activité avalancheuse est nécessaire
pour la Prévision du Risque d’Avalanche (PRA)
et pour les gestionnaires des Risques. Pour répondre
à ce problème, le Centre d’Etudes de
la Neige (Météo-France/ CNRM/CEN) a étudié
et développé un système de Détection
Sismique des Avalanches (DSA) qui s’appuie sur l’enregistrement
et l’analyse en temps quasi-réel des ondes
sismiques générées par les avalanches.
Depuis plusieurs hivers, deux systèmes de DSA sont
ainsi en fonctionnement en Isère (près du
Gleysin dans Belledonne et près de St Christophe
en Oisans). Les résultats transmis au cours de ces
derniers hivers (détection et comptage des avalanches)
sont intéressants ; cependant des améliorations
et informations complémentaires sont demandées
par les utilisateurs (CDM montagne de l’Isère
pour la PRA), notamment des informations concernant la localisation
automatique des avalanches détectées.
Les
2 systèmes de DSA, actuellement installés,
reposent sur un capteur 3 composantes, et la localisation
des avalanches par analyse automatique de polarisation reste
toujours difficile, du fait de l’aspect très
aléatoire et désordonné des ondes sismiques
d’avalanches et de l’hétérogénéité
du terrain en montagne. Face à ces difficultés
et vu l’intérêt de pouvoir fournir des
informations sur la localisation des avalanches, ou du moins
sur la direction d’origine des signaux, cette étude
préliminaire a été lancée. Elle
s’apparente à ce qui est réalisé
dans certains domaines avec les antennes sismiques.
Cette étude a pour objectif d’appréhender
la faisabilité et les modalités d’une
localisation automatique des avalanches, en partant d’un
système utilisant 3 capteurs (1 voie verticale) distants.
Le principe de base de cette approche consiste à
analyser les ondes sismiques enregistrées simultanément
sur les 3 capteurs et à évaluer les décalages
temporels d’arrivées des ondes entre les différents
capteurs, pour définir une direction d’origine
du signal (ou azimut). Cette approche suppose normalement
un certain nombre de conditions, notamment que les ondes
sismiques reçues sur les 3 capteurs présentent
une certaine similarité et que les décalages
temporels mesurés se situent dans une gammes de valeurs
exploitables ; ceci pose le problème de l’inter
distance entre les capteurs. Les capteurs doivent être
suffisamment éloignés pour que l’on
puisse calculer des décalages temporels significatifs.
Mais cette distance doit rester modérée, pour
ne pas avoir des décalages temporels trop importants
par rapport à la période principale des ondes
et surtout pour éviter d’avoir sur chaque capteur
des différences d’ondes induites par l’hétérogénéité
du terrain en montagne. Enfin il faut pouvoir trouver en
montagne un site relativement plat, propice à une
installation de capteurs distants.
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Initiation
du projet |
Participation
du PGRN |
Montant
du financement
(k€) |
3
k€ |
Part
du CG38 - PGRN |
?
% |
(Co)-Financements |
|
Appréciation
du rôle du financement CG38 - PGRN |
Ce
financement permis de saisir l’opportunité de développer
une étude spécifique, de payer un peu de matériel
d’installation sur le terrain (câbles) + déplacements. |
3)
Objectifs, méthodes et résultats
Objectifs |
Appréhender
la faisabilité et les modalités d’une
localisation automatique des avalanches, en partant d’un
système utilisant 3 capteurs (1 voie verticale) distants.
|
Méthodologie |
-
Campagne d’enregistrements sismiques pendant l’hiver
2004-2005 : installation d’une balise sismique Hathor
3 voies (LEAS) alimentée par batteries et panneaux
solaires et de 3 capteurs Mark Products L22 – 2 Hz
disposés en triangle isocèle.
-
Analyses spécifiques relatives à la qualité
des mesures et à l’hétérogénéité
du terrain sous le site de mesures : 1/ Contrôle préalable
du fonctionnement des capteurs ; 2/ Analyses (tests) des
décalages des temps d’arrivée des ondes
sur les 3 capteurs lors de frappes à différentes
distances (entre 20 et 80 m) ; 3/ Analyses des rapports
spectraux du bruit de fond selon la méthode H/V.
-
Analyses de décalages temporels entre les ondes arrivant
sur les différents capteurs pour des signaux d’avalanches
: Développement sous Mustig de 2 méthodes
et programmes d’analyse : 1/ Calculs d’intercorrélation
entre les signaux enregistrés sur les 3 capteurs
en recherchant pour chaque couple de signal enregistré
le décalage dtij qui correspond à la corrélation
maximale. Le calcul est effectué dans le domaine
temporel sur des fenêtres glissantes du signal ; 2/
Calcul d’interspectre : détermination du déphasage
par ajustement linéaire sur une bande de fréquence
choisie en fonction de critères de Cohérence.
Le calcul est effectué dans le domaine fréquentiel
sur des fenêtres glissantes de signal et décalées.
-
Analyses à titre d’évaluation et d’étalonnage
de ces 2 méthodes sur des séismes régionaux
(SR) d’origine connue (réseau SISMALP…).
-
Analyse de signaux d’avalanches.
-
Analyses complémentaires sur quelques signaux particuliers
(phénomène proche, tirs des 2 Alpes, hélicoptère,
passages de véhicules….) pour évaluer
comment l’utilisation d’un système à
3 capteurs pourrait aider à améliorer l’identification
automatique des signaux sismiques pour la DSA.
|
Résultats |
Compte
tenu des problèmes d’irrégularité
de sous-sol sous les 3 capteurs, les résultas de
l’analyse des signaux d’avalanches sont très
sensibles aux critères de choix retenus (Cohérence,
zone d’énergie croissante, tranche de fréquence,
Corrélation max) pour les calculs des décalages
temporels entre les différents couples de capteurs.
Les conditions de terrain ne sont ainsi pas optimales pour
estimer automatiquement des azimuts précis sur ces
cas d’avalanches. Mais ces résultats sont relativement
cohérents par rapport à la position des couloirs
concernés et par rapport aux résultats sur
les SR.
Les
variations importantes des décalages temporels relevées
entre les différents couples de capteurs pour les
avalanches semblent en partie liées à l’aspect
non stationnaire des ondes émises. Par contre, l’évolution
des dtij moyenné révèle des variations
plus lentes, qui semblent correspondre au déplacement
de la partie active de l’avalanche et que l’on
n’avait pas avec les SR. Ce point mérite d’être
approfondi, par des mesures complémentaires, en analysant
d’autres cas d’avalanches ; s’il peut
être confirmé, on pourra alors exploiter ces
variations de décalage temporel avec plus de certitude
et d’efficacité pour la localisation.
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4)
Débouchés du projet
Utilisateurs
finaux potentiels |
Chercheurs
CEN
CDM38 MF
Récupère les infos utilisées expérimentalement
pour l’opérationnel = reçoivent les données
régulièrement mesurées sur les sites. |
Production
scientifique |
-
Production de connaissances théoriques
- Production de connaissances pratiques / opérationnelles |
Partenariats |
-
Préexistant (partenariat avec le LIS initié avec
le projet 93/94 + publis 96
(dans le cadre de la thèse de Benoît Leprettre)
- Ne se poursuit (parce que ça ne marche pas…) |
Retombées
du projet |
Ces
travaux ont permis d’éliminer certaines méthodes
et d’initier une connaissance pour cette approche.
Perspectives
: Ces résultats vont sans doute servir pour des développements
en Prévision Risques Avalanches (PRA) locale. |
5)
Valorisation du projet
Publications
et communications |
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Pages
Web |
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