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Sťracs et ťcoulements - Localisation des chutes de s√©racs et des √©coulements sous-glaciaires par ondes sismiques

Project Coordinator : Michel GAY

Project realized thanks to the support of : Autre organisme (Labex OSUG@2020)

Start date : 2013/01/01

Duration : 12 mounths



L’objectif de ce projet est la localisation et la quantification des craquements de séracs et des écoulements sous-glaciaires à partir des signaux sismiques émis. Ces mesures contribueront à la prévention des chutes de séracs, à la gestion des ressources en eau et à la modélisation de l'écoulement des glaciers (modification du glissement basal). Il réunit des compétences en traitement du signal, traitement d'antenne, analyse multi-composantes et physique de la glace pour proposer une approche pour la localisation et la caractérisation de sources à partir d'un réseau de capteurs sismiques.

Pour enregistrer les signaux sismiques (ondes élastiques) émis par les « craquements » des séracs et par les écoulements sous glaciaires des stations de mesure autonomes donnant les trois composantes (capteurs tri-axiaux) des ondes sismiques seront implantées sur le glacier d'Argentière. Les stations formeront un réseau dont la géométrie facilitera la localisation.

Les ondes sismiques issues des craquements et des écoulements sont propagées dans le glacier par des ondes de volume et des ondes de surface. Par suite des dimensions limitées du glacier, vis à vis de la longueur d’onde, les ondes de volume donnent naissance à des modes dispersifs comme cela a été observé, en acoustique sous-marine, dans des conditions physiques analogues. L'objectif est donc de développer des méthodes de traitement, par mesure de retard et par traitement d’antenne, pour la localisation de sources dans le cas où le milieu de propagation est dispersif et où l'on connait mal la vitesse de propagation des ondes dans le milieu. Il s'agit d'adapter à ce milieu de propagation, les méthodes de localisation utilisant la polarisation des signaux donnée par les capteurs tri-axiaux.

Le système de mesure
Une première expérience a été mise en place en avril 2012 sur la partie terminale du glacier d’Argentière. Une station de mesure autonome et un capteur 3 composantes  (centrale RAUD et capteur DSU3SA- SERCEL) ont enregistré en continu les ondes sismiques propagées dans le glacier entre 10 et 500 Hz, pendant une durée de 6 semaines. Une première analyse des données enregistrées montre la présence de signaux impulsifs d’amplitude nettement supérieure au bruit de fond (Figure 1).

Les méthodes de traitement
La localisation passive de sources utilisant la différence de temps d'arrivée sur un réseau de capteurs est un problème important en traitement du signal. Les méthodes se répartissent en 2 familles principales :
- La première (méthodes hyperboliques) associe à un ensemble de retards une ou plusieurs « intersections » d'hyperboles liées aux positions des sources.
- La seconde, par traitement d'antenne, consiste à associer les retards à un modèle de répartition des phases relatives des signaux reçus sur le réseau de capteurs conduisant à une identification des paramètres de la source qui maximisent la vraisemblance de cette répartition de phases.
Dans les méthodes hyperboliques la vitesse de propagation du signal dans le milieu est supposée connue. Dans ce cas il sera proposé d'étendre l'algorithme aux signaux sismiques à large bande spectrale obtenus par les capteurs implantés dans la glace (milieu dispersif).
Une autre approche utilisera l'information portée par la polarisation des ondes mesurée à l'aide des capteurs tri-axiaux. A partir d'un capteur ou d'un réseau de  capteurs tri-axiaux, l'ellipticité des ondes reçues permet d'estimer sous quel angle le/les capteurs voient le front d'onde.

Les résultats attendus auront des répercussions en sismique pour l’utilisation des sources sismiques en milieu glaciaire et en traitement du signal pour la localisation de sources dans un milieu de propagation complexe.

Ce projet implanté sur le site test du glacier d'Argentière devrait permettre la mise au point de méthodes :
- de localisation et d'évaluation du débit des sources d'eau sous glaciaires (utilisées pour l'alimentation en eau des barrages)
- d'aide à la connaissance des écoulements d'eau intra-glaciaires (formation des poches d'eau)
- de prévision et de prévention des risques de chutes de séracs.


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