Landslides study by geophysical methods
Étude de mouvements de terrain par méthodes géophysiques
Résumé
Understanding and forecasting landslides evolution could be improved by more quantitative information about their 3D geometry, their damage state and preferential fluid flow. The aim of this thesis wich is methodological and axperimental, is to perform a critical study of advantages and limits of different geophysical technics (Electrical tomography, seismic methods, seismic noise treatment and self-polarisation measurements) to characterize landslides.
We performed geophysical studies on five test sites, three in rocky context (Séchilienne in Isère, La Clapière in Alpes Maritimes and Ravin de l'Aiguille in Isère) and two in shale context (Super Sauze in Alpes de Hautes Provence and Léaz in Ain). We show that, thanks to the remaniement degree, geophysical parameters such as $\rho$ (electrical tomography), $V_P$ (seismic refraction and tomography) and $V_S$ (seismic refraction and surface wave analysis) could allow to characterize the movement shape. For surface wave analysis, we recommend constrained the parametrization with $V_P$ if it is known at surface and with the frequency peak of H/V. Furthermore, for regular shape and low lateral gradient in $V_S$, we show that the H/V method could help to obtain quickly quantitative information on spatial variation of substratum geometry.
Finally, we deployed an non-polarizable elctrodes network to monitor self-potential variations on the Séchilienne mass movement. This network allowed to point out preferential fluid flow path inside the mass and their complexity.
We performed geophysical studies on five test sites, three in rocky context (Séchilienne in Isère, La Clapière in Alpes Maritimes and Ravin de l'Aiguille in Isère) and two in shale context (Super Sauze in Alpes de Hautes Provence and Léaz in Ain). We show that, thanks to the remaniement degree, geophysical parameters such as $\rho$ (electrical tomography), $V_P$ (seismic refraction and tomography) and $V_S$ (seismic refraction and surface wave analysis) could allow to characterize the movement shape. For surface wave analysis, we recommend constrained the parametrization with $V_P$ if it is known at surface and with the frequency peak of H/V. Furthermore, for regular shape and low lateral gradient in $V_S$, we show that the H/V method could help to obtain quickly quantitative information on spatial variation of substratum geometry.
Finally, we deployed an non-polarizable elctrodes network to monitor self-potential variations on the Séchilienne mass movement. This network allowed to point out preferential fluid flow path inside the mass and their complexity.
La compréhension et la prévision de la dynamique d'évolution des mouvements de terrain peuvent être améliorées par un apport de données quantitatives sur leur géométrie tridimensionnelle, leur état de déstructuration et les circulations préférentielles de fluide. L'objet de ce travail de thèse, à la fois méthodologique et expérimental, est de mener une étude critique des apports et limites des différentes techniques géophysiques (tomographie électrique, méthodes sismiques, traitement du bruit de fond sismique et mesure de la polarisation spontanée) pour la caractérisation des mouvements de terrain.
Nous avons mené des campagnes géophysiques sur cinq sites tests. Ces sites ont été choisis en milieu rocheux et de grande ampleur (Séchilienne, Isère, et La Clapière, Alpes Maritimes) ou de taille modérée (Ravin de l'Aiguille, Isère) et en contexte argileux (Super Sauze, Alpes de Hautes Provence, et Léaz, Ain). Nous montrons que, selon le degré de remaniement, l'étude des paramètres géophysiques tels que $\rho$ (tomographie électrique), $V_P$ (sismique réfraction et tomographie) et $V_S$ (sismique réfraction et analyse des ondes de surface) peut permettre de caractériser la géométrie du mouvement. Nous préconisons pour l'analyse des ondes de surface de contraindre la paramétrisation par $V_P$ si elle est connue en surface et par la fréquence du pic H/V. En outre, pour une géométrie régulière et des faibles gradients latéraux de $V_S$, nous montrons que la méthode H/V peut aider à obtenir rapidement des informations quantitatives sur la variation spatiale de la géométrie du substratum.
%Nous préconisons pour l'étude de la géométrie des mouvements rocheux, le déploiement de méthodes tomographiques (électrique et sismique) et l'analyse des ondes de surface enregistrées lors de prospection sismique et par des réseaux de bruit de fond, en tenant compte des informations sur $V_P$ en surface et de la fréquence de résonance du pic H/V. La caractérisation des écoulements au sein des mouvements est améliorée lorsque l'on associe l'interprétation des mesures de résistivité et de polarisation spontanée.
%Selon le degré de remaniement des argiles en mouvement, l'étude des paramètres géophy\-siques tels que $\rho$ (tomographie électrique), $V_P$ (sismique réfraction et tomographie) et $V_S$ (sismique réfraction et analyse des ondes de surface) peut permettre de caractériser la géométrie du mouvement. Pour une géométrie régulière et des faibles gradients latéraux de $V_S$, l'utilisation de la méthode H/V peut aider à obtenir rapidement des informations quantitatives sur la variation spatiale de la géométrie du substratum.
Enfin, nous avons déployé un réseau d'électrodes impolarisables pour le suivi temporel de la polarisation spontanée sur le mouvement de grande ampleur de Séchilienne. Ce réseau a permis de mettre en évidence les trajets préférentiels de circulation de fluide au sein du massif et de rendre compte de leur complexité.
Nous avons mené des campagnes géophysiques sur cinq sites tests. Ces sites ont été choisis en milieu rocheux et de grande ampleur (Séchilienne, Isère, et La Clapière, Alpes Maritimes) ou de taille modérée (Ravin de l'Aiguille, Isère) et en contexte argileux (Super Sauze, Alpes de Hautes Provence, et Léaz, Ain). Nous montrons que, selon le degré de remaniement, l'étude des paramètres géophysiques tels que $\rho$ (tomographie électrique), $V_P$ (sismique réfraction et tomographie) et $V_S$ (sismique réfraction et analyse des ondes de surface) peut permettre de caractériser la géométrie du mouvement. Nous préconisons pour l'analyse des ondes de surface de contraindre la paramétrisation par $V_P$ si elle est connue en surface et par la fréquence du pic H/V. En outre, pour une géométrie régulière et des faibles gradients latéraux de $V_S$, nous montrons que la méthode H/V peut aider à obtenir rapidement des informations quantitatives sur la variation spatiale de la géométrie du substratum.
%Nous préconisons pour l'étude de la géométrie des mouvements rocheux, le déploiement de méthodes tomographiques (électrique et sismique) et l'analyse des ondes de surface enregistrées lors de prospection sismique et par des réseaux de bruit de fond, en tenant compte des informations sur $V_P$ en surface et de la fréquence de résonance du pic H/V. La caractérisation des écoulements au sein des mouvements est améliorée lorsque l'on associe l'interprétation des mesures de résistivité et de polarisation spontanée.
%Selon le degré de remaniement des argiles en mouvement, l'étude des paramètres géophy\-siques tels que $\rho$ (tomographie électrique), $V_P$ (sismique réfraction et tomographie) et $V_S$ (sismique réfraction et analyse des ondes de surface) peut permettre de caractériser la géométrie du mouvement. Pour une géométrie régulière et des faibles gradients latéraux de $V_S$, l'utilisation de la méthode H/V peut aider à obtenir rapidement des informations quantitatives sur la variation spatiale de la géométrie du substratum.
Enfin, nous avons déployé un réseau d'électrodes impolarisables pour le suivi temporel de la polarisation spontanée sur le mouvement de grande ampleur de Séchilienne. Ce réseau a permis de mettre en évidence les trajets préférentiels de circulation de fluide au sein du massif et de rendre compte de leur complexité.