[PGRN] [Programme de recherche départemental]

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

Titre du projet

Détection sismique des avalanches en Isère

Type d'aléa
Glace, neige et avalanches
Année

2004

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.

Programme plus vaste
*
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.



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
Produits délivrables
 
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
 
Pages Web
 

 

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