Imagerie sismique des remplissages alluviaux dans la région de Grenoble : exploration préparatoire au forage profond de l'IPSN et utilisation des ondes converties PS (M. Dietrich, 1999)

[PGRN] [Programme de recherche départemental]

Projet CG38 - PGRN piloté par le LGIT

Titre du projet

Imagerie sismique des remplissages alluviaux dans la région de Grenoble :
exploration préparatoire au forage profond de l'IPSN et utilisation des ondes converties PS
[ rapport pdf ]

Type d'aléa

Risque sismique

Année

1999

Mots-clés

Aléa sismique - Effet de site - Remplissage alluvial - Prospection et imagerie sismique - Campagne vibrosismique - Diagraphie

Champs disciplinaires

Sismologie, géophysique

1) Organismes et auteurs

Organisme pilote	LGIT
Organisme(s) associé(s)	IPSN - Géolithe - Gallego Technic
Coordonnateur	Michel DIETRICH
Participants	C. CORNOU, R. GUIGUET

2) Contexte du projet

Site(s) d'étude

Secteur de la Chantourne (commune de Montbonnot) dans la vallée de l’Isère (Grésivaudan)

Contexte de l'étude

Ce projet fait suite au projet PGRN financé en 1995 sur le même thème, qui présentait les premières investigations sismiques systématiques du remplissage alluvial autour de Grenoble.

Les enregistrements sismiques ont confirmé que le secteur de la Chantourne représente un point haut de la topographie du fond de vallée de l’Isère à proximité de Grenoble. Un forage d’exploration réalisé à la grange de Laty en 1999, à quelques 300 m du profil de La Chantourne, a rencontré le fond de la vallée à 532 m de profondeur. Les mesures géophysiques et sismiques effectuées à l’intérieur et autour du forage ont permis de préciser les grandes lignes de la structure et les caractéristiques sismiques locales du remplissage alluvial.
Ces informations serviront à valider et à contraindre les études d’accélérométrie et les analyses du bruit microsismique effectuées par ailleurs pour l’évaluation du risque sismique dans le département de l’Isère. Elles seront intégrées dans les simulations numériques 3D de la réponse sismique du bassin de Grenoble.

En matière d’effets de site, le développement des méthodes d’investigation par voie instrumentale a révélé une complexité des phénomènes beaucoup plus grande que prévue. La variabilité des enregistrements accélérométriques soulève ainsi de nombreuses questions sur l’origine des effets mesurés, ou à l’inverse, sur la validité des techniques employées.
En particulier la méthode très simple du rapport spectral H/V (consistant à utiliser le bruit de fond microsismique enregistré sur les composantes horizontale et verticale d’un accéléromètre pour en déduire la fréquence fondamentale de résonance du site étudié) demande encore à être validée. Il est donc important de disposer d’informations complémentaires sur la géométrie et les vitesses sismiques du milieu pour confronter les résultats de cette méthode à la représentation géologique du site considéré.
Les techniques de simulation numérique se heurtent également à un manque d’information sur les paramètres à introduire dans les programmes de calcul. Ce problème est particulièrement crucial pour les modélisations « réalistes » en trois dimensions de la propagation des ondes sismiques, qui réclame une description complète de la géométrie et des caractéristiques du modèle.
Il apparaît par conséquent que la connaissance des milieux superficiels, de la surface jusqu’à des profondeurs de plusieurs centaines de mètres, est un complément indispensable et incontournable des études des effets de site, quel que soit l’angle sous lequel on aborde ces problèmes.

Programme plus vaste

Programme National sur les Risques Naturels (INSU)

Initiation du projet

Participation du PGRN

Montant du financement (k€)	10,67 k€ (70 kF)
Part du CG38 - PGRN	50 %
(Co)-Financements	Programme PNRN de l’INSU (projet P.-Y. Bard) + INSU : 72 kF (+ ressources propres + reliquats de Gilles Ménard de l’ordre de 30 k€)

Appréciation du rôle du financement CG38 - PGRN

Via ce cofinancement, le Pôle a joué un rôle moteur dans l’initiation de ces travaux : le CST a considéré qu’il fallait soutenir ce projet même si le financement était partiel.

Les crédits ont été utilisés pour la location du camion vibrateur (2500/3000 € / jour).

3) Objectifs, méthodes et résultats

Objectifs

Améliorer la compréhension des phénomènes d’amplification locale des mouvements du sol engendrés par des séismes locaux ou régionaux, en examinant les relations entre les structures géologiques et les vitesses sismiques d’une part, et les amplifications observées d’autre part.

Démontrer l’adéquation des techniques d’imagerie géophysique des milieux superficiels aux problèmes posés, en développant au besoin des procédures spécifiques d’acquisition des données sur le terrain, ainsi que des méthodes de traitement des signaux adaptées aux objectifs.

Méthodologie

- Enregistrement (juin 99) d’un profil de sismique réflexion grand-angle de 72 traces à proximité de la grange de Laty, située à quelque 300 m du canal de La Chantourne pour préciser l’épaisseur locale du remplissage alluvial.

- Réalisation de mesures auxiliaires autour du forage IPSN (nov. 1999) à l’emplacement retenu. Exploration de la géométrie du fond de vallée autour du forage, « éclairée » par un ensemble d’environ 160 tirs d’un canon à air immergé dans une piscine creusée près de la tête du forage pour l’enregistrement d’un profil sismique vertical (PSV).

- Programme de mesures sismiques (sept. 2000) à l’aide d’une source Vibroseis : acquisition de 2 profils sismiques obliques (PSO) dans le forage de Montbonnot et enregistrement d’un profil de sismique réfraction d’une longueur de 6 km dans l’axe du Grésivaudan entre Domène et Villard-Bonnot, ainsi que de profils de sismique réflexion (3 km) à proximité du forage.

Résultats

Mise en évidence :
- d’une nette dissymétrie azimutale des réflecteurs associés au fond de vallée, et d’un plongement important des réflecteurs en direction du sud-est.
- d’une profondeur du remplissage alluvial de 532 m, avec une prédominance de matériaux argileux entrecoupés de couches de sables, dont certaines sont corrélées avec des réflecteurs internes identifiés sur les profils sismiques (résultat du forage IPSN).
- de la géométrie de l’interface sédiments-socle le long du profil de sismique réfraction avec un approfondissement du substratum en direction de Grenoble.
- Estimation de la vitesse moyenne de propagation des ondes S entre la surface et la base du remplissage alluvial (de l’ordre de 480 m/s).
Les vitesses moyennes (ondes ?) sont de 1700 m/s dans le remplissage et de 5580 m/s dans le substratum…

Profils de sismique réflexion à haute résolution et mesure des vitesses sismiques moyennes. Validation des méthodes de prospection et d’imagerie sismique employées.

4) Débouchés du projet

Utilisateurs finaux potentiels

Chercheurs et gestionnaires impliqués dans la prévention du risque sismique : IPSN (pour le choix du site de forage), modélisateurs d’effet de site à Grenoble (calibration), LGIT
+ communauté internationale (benchmark à l’ESG 2006)

Production scientifique

- Méthodologie innovante
- Production de connaissances locales / régionales

Produits délivrables

Partenariats

- Initié par ce projet (Géolithe + Gallego + quelques anciens du LGIT ayant rejoint l’IPSN)
- Qui se poursuit

Retombées du projet

- Validation de la méthodologie (utilisation de vibrateurs pour des mesures en puits de forage + sismique réfraction en complément de la sismique réflexion, appliquées aux risques naturels) = méthode innovante.

- Résultats : beaucoup d’informations sur la distribution des ondes S dans le milieu + estimation des facteurs de qualité (qui caractérisent l’atténuation des ondes).

- Extension du travail à d’autres sites : poursuite des investigations sur des sites d’épaisseur plus importante (cf. projet PGRN de M. Dietrich 2003).

5) Valorisation du projet

Publications et communications

- Cornou, C., 2002, Traitement d'antenne et imagerie sismique dans l'agglomération grenobloise (Alpes françaises) : implications pour les effets de site, thèse de l'Université Joseph Fourier de Grenoble soutenue le 15 mars 2002.

- Dietrich , M., Ménard, G., Lemeille, F., Cornou, C., Bordes, C. & Bard, P.-Y., 2001, Exploration géophysique pour l’évaluation des effets de site : profils sismiques Vibroseis et mesures en puits dans la vallée de l’Isère près de Grenoble. Journée « Géologie et Risque sismique » de l’Association Française du Génie Parasismique (AFPS) et du Comité Français de Géologie de l’Ingénieur (CFGI), Paris, 22 novembre 2001. /Actes du colloque/, 1 page.

+ ESG 2006 (…)

Pages Web

Conférence internationale ESG 2006

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