action 2 instrumentation des éboulements de volume...
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Denis JONGMANS
ISTerre, Université Joseph Fourier, Grenoble
Conseil Général des Alpes Maritimes Nice , 21 Février 2013
Journée de restitution du projet MASSA
ACTION 2 Instrumentation des éboulements de volume
intermédiaire
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1
Pla
n
Plan
1. Introduction
2. Techniques d’instrumentation
3. Sélection et instrumentation des sites
4. Résultats 4.1 Détermination de fréquences de résonance 4.2 Suivi temporel
5. Problèmes rencontrés
6. Conclusions et perspectives
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Eboulements de volume intermédiaires (103 m3- 105 m3)
Arly Gorges, French Alps, 25/01/2012, ~12 m3
Chutes de blocs Gros éboulements
2
1.I
ntr
od
uct
ion
• Ecailles, colonnes ou dièdres de plusieurs dizaines de mètres de haut et de large: objets courants dans les Alpes
• Moins fréquents que chutes de blocs: pouvoir destructeur important
• Problèmes opérationnels au niveau des moyens de protection et de la propagation
• Progrès sur les méthodes de reconnaissance /surveillance et sur les techniques de modélisation numérique de la propagation
La Clapisse viaduct, October 2010, DL - 3000 m3
Frank slide, 30 103 m3
Pirulli and Mangeney, 2007
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Inspections régulières pour détecter des éboulements et déplacements du sol (routes)
Méthodes de détection classiques
Suivi de l’ouverture de fractures ou de mouvements du sol
Bhandari 1988; Zvelebil and Moser 2001; Voight, 1988
Ro
sser
et
al.
20
07
Mikos et al. 2005; Rosser et al. 2007
Suivi extensométrique Lidar terrestre
3
1.I
ntr
od
uct
ion
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Méthodes basées sur la mesure des déformations à la surface Manque d’information et de suivi sur les processus de déformation interne
1.I
ntr
od
uct
ion
Limites des méthodes de surveillance
Recherche de nouveaux précurseurs
• Enregistrement d’évènements sismiques
(micro-ruptures): classification, statistiques, localisation
• Enregistrement de bruit de fond sismique: suivi de
la fréquence de résonance
Déploiement de stations sismiques
4
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D. A
mit
ran
o, 2
00
5
éboulement
Méthodes sismiques
Eboulement dans des falaises de craie, Normandie. 2000 m3 Juin 2002
D. A
mit
ran
o, 2
00
5
Suivi de l’activité sismique: nombre d’évènements / énergie sismique
40
m
Limitations: - Délai court avant éboulement - Atténuation des ondes
5
1.I
ntr
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ion
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La méthode de fréquence de résonance
Génie Civil
Fréquences de résonance
= f (masse, rigidité)
Frequency
Spec
tru
m
f1 f2 f3 f4
Information contenue dans le bruit de fond sismique
Millikan Library (Clinton et al. 2006)
Mo
dif
ied
fro
m C
linto
n e
t a
l. (2
00
6)
Time (years)
f (H
z)
earthquakes
6
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Fréquence de résonance
f0 = F (m, Ki, Kc)
m
Ki
Kc
7
1.I
ntr
od
uct
ion
Fréquence de résonance d’une colonne instable
- Masse de la colonne : m - Rigidité de la colonne: Ki
- Rigidité du contact: Kc
Présence de ponts rocheux sur la surface de rupture
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Site de Chamousset (2007)
Natural hazards
Analyse temps-fréquence (haut) et suivi extensométrique (bas) (Lévy et al. 2010, Lévy 2011)
Eboulement
Nov. 2007
Date
Ou
ve
rtu
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fra
ctu
re (
mm
) f 0
(H
z)
Colonne calcaire de 80 m de haut, 21 000 m3
8
1.I
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od
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Validation par modélisation numérique
11
Effet de la diminution du pourcentage de ponts rocheux
9
1.I
ntr
od
uct
ion
Freq
ue
ncy
(H
z)
Decrease of rock bridges % (from 21% to 0) Time (s) -
Normalized spectra
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2. Techniques d’instrumentation
Enregistrements des vibrations du sol A
(m
V)
t (s)
Bruit de fond
sismique
Bruit de fond
sismique
Evènementsismique
En mode continu : 2.1. Le bruit de fond sismique (bleu) En mode déclenché: 2.2. Comptage des évènements sismiques (orange)
10
2. T
ech
niq
ue
s d
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rum
en
tati
on
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Extraction de la fréquence de résonance
Relative |TF|
0
1
time
Suivi temporel
Relative |TF|
0 1
Spectre azimutal
Bruit de fond sismique
11
2. T
ech
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rum
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2
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Détection des évènements sismiques
Occhiena et al. 2010
2. T
ech
niq
ue
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tati
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12
2.2
. Evè
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3a. Sélection des sites instables
Critères - Contexte géologique varié - Accessibilité
1- Reconnaissance & instrumentation
temporaire des sites
2- Installations permanentes, surveillance et écoute géophysique des sites & interprétation
4 sites temporaires 1 site déjà
permanent 1 site remis en état
3 sites instrumentés (moyen terme) au printemps – été 2011
- 1000 m3 < Volume < 100 000 m3
A partir propositions faites par le CG06, CG73, SAGE,
ARPA Piémont, CREALP
13
3. S
élec
tio
n &
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tati
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s si
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M. P
ieri
ni
1- Rubi
3- La Praz
2- La Suche
4- Les Arches
6- Cervin
5- Madonna del Sasso
14
3. S
élec
tio
n &
inst
rum
en
tati
on
de
s si
tes i Sites sélectionnés
12000 m3
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Sites sélectionnés 3
. Sél
ecti
on
& in
stru
me
nta
tio
n d
es
site
s
15
Site Nature de la
roche Morphologie Mécanisme de rupture
Volume
(m3)
Orientation de la
fracture arrière (°)
Rubi Pélites Colonne Basculement/glissement
en pied 4500 65
La Suche Calcaire Colonne Basculement/glissement
en pied 30000 indéfini
La Praz Alternance
grès-schistes
Couches
déstructurées Glissement / fauchage 13000 90-100
Cervin Méta-granites Roche
déstructurée ? ? indéfini
Les Arches Calcaire Colonne Basculement/glissement
en pied 1000 145
Madonna
del Sasso Granite
Deux blocs
massifs Basculement
12000 +
7500 indéfini
Caractéristiques des compartiments instables et leur instrumentation.
Les azimuts sont exprimés dans le sens horaire, par rapport au Nord.
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Sites instrumentés
La technique de fréquence de résonance a montré son aptitude sur tous les sites instrumentés à court terme
Quatre sites ont été choisis pour être instrumentés sur du moyen terme (2 ans)
Lidar a été réalisé sur les sites pour disposer d’un modèle numérique de la falaise
3. S
élec
tio
n &
inst
rum
en
tati
on
de
s si
tes
16 La Suche
100 m
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Site instrumenté temporairement: Madonna del Sasso 3
. Sél
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stru
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es
site
s
Résultats
f (Hz)
I5
I4
I3
I6
I1
I5
I6
I1
I2
I3
I4
10 m
5
rela
tive
|TF|
I2
17
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Instrumentation
Capteurs sismologiques (vélocimètres) 3 composantes, courte-période
Capteurs clinométriques haute-résolution bi-axiaux
Capteurs extensométriques à piston haute résolution ou à câble
Station d’acquisition multi-voies Convertisseur Analogique-Numérique 24 bits, stockage de grande capacité
Station météorologique
Cap
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Acq
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3. S
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18
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S
R
Direction du max(|TF|) Relative |TF| 0 1
Légende
? ?
Coupe
Carte du site
RUBI
19
4. R
ésu
ltat
s 4
.1. B
ruit
de
fon
d s
ur
les
sco
mp
arti
men
ts in
stab
les
Hz
4. Résultats: Mesures de bruit de fond
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S
R R
S
S
R S
R
1- Rubi 4- Les Arches
2- La Suche 3- La Praz
Direction du max(|TF|) Relative |TF| 0 1
Légende 20
4. R
ésu
ltat
s 4
.1. B
ruit
de
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d s
ur
les
sco
mp
arti
men
ts in
stab
les
Bruit de fond sur les compartiments instables
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Conclusions • Présence de fréquences de résonance sur tous les compartiments instables instrumentés (tous contextes géologiques) • Information facile à extraire à partir du bruit sismique • La première fréquence de résonance f0 est orientée selon la plus grande pente (perpendiculairement à la fracture arrière)
• Sur le Cervin, l’instrumentation mise en place n’ a pas permis l’extraction des fréquences de résonance
21
4. R
ésu
ltat
s Bruit de fond sur les compartiments instables 4
.1. B
ruit
de
fon
d s
ur
les
sco
mp
arti
men
ts in
stab
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10
Les Arches
La Praz
La Suche
Rubi
P.A.C.
hiver hiver hiver
4. R
ésu
ltat
s
Données acquises durant le projet
Dernières données récupérées
4.2
. Su
ivi t
emp
ore
l Suivi temporel de f0
Le Cervin
22
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11
4. R
ésu
ltat
s Suivi temporel: Corrélations f0-extensométrie/inclinométrie
La Suche
Ext A, D, F
Anticorrélation entre f0 et extensométrie
Contrôle des deux courbes par la température
Pas de déformations rapides mises en évidence durant étude
4.2
. Su
ivi t
emp
ore
l
23
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10
Amplitude relative
0 1
Site de RUBI
? ?
Section f0 varie au cours du temps
Contrôle thermique (corrélation positive)
Site type: colonne rocheuse
4. R
ésu
ltat
s Suivi temporel f0 4
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rel
24
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no data no data
11
?
?
Amplitude relative
0 1
f0 varie au cours du temps
Contrôle thermique (corrélation négative)
Différence morphologique ? Effet sur rigidité du milieu
4. R
ésu
ltat
s 4
.2. S
uiv
i tem
po
rel
Suivi temporel F0
Site de La Praz
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11
Corrélation de f0 avec la température
f0 varie très fortement
avec l’englacement
4. R
ésu
ltat
s 4
.2. S
uiv
i tem
po
rel
Suivi temporel de f0: effet de l’englacement
Site des Arches
26
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11
Occhiena et al. 2010
Site du Cervin
4. R
ésu
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s 4
.3. E
vèn
emen
ts s
ism
iqu
es
Suivi temporel: Détection d’évènements sismiques
N d’évènements augmente lors des chutes de température
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11
5. Problèmes rencontrés 5
. Pro
blè
mes
ren
con
trés
Alimentation en énergie sur site isolé - orienté Nord et faiblement ensoleillé (La Praz) - période nuageuse prolongée (La Suche) Combinaison énergétique et stratégie d’acquisition nécessaires
Fréquence de résonance: fluctuations d’origine thermique
peut masquer l’endommagement. Séparation des phénomènes réversibles et irréversibles.
Pas d’éboulement et d’endommagement net durant la période d’étude
Cervin: Difficulté de localiser les évènements sismiques détectés (modèle de vitesse complexe)
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6. Conclusions
12
• Méthodes
1. Mesure de f0 à partir du bruit de fond: - méthode facile à implanter et à interpréter - mesures robustes et faciles à traiter. - mesures complémentaires des mesures classiques: déformation interne - possibilité d’acquisition à distance/temps réel
2. Détection d’évènements sismiques: - traitement plus complexe avec détection, classification et localisation des évènements - calcul de variation de l’énergie sismique ou du nombre d’évènements
6. C
on
clu
sio
ns
29
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6. Conclusions
12
• Résultats - Tous les compartiments potentiellement instables ont montré une fréquence de résonance f0 (paramètre caractéristique et robuste)
- La vibration à cette fréquence f0 est cohérente avec la géométrie de la fracture arrière - Variations de f0 dues à des effets thermiques réversibles
- Pas de variation rapide de f0 montrant un endommagement significatif - Endommagement progressif mis en évidence par les micro-ruptures lors des chutes de température (Cervin).
6. C
on
clu
sio
ns
30
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6. fiches techniques
12
6. C
on
clu
sio
ns
31
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6. Perspectives
12
• Bruit de fond sismique 1. Enlever l’effet thermique réversible sur le suivi temporel de f0 2. Evaluer le degré de découplage d’un compartiment à partir de sa géométrie
et F0.
6. C
on
clu
sio
ns
Zone de danger?
32
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6. Perspectives
12
• Bruit de fond sismique
3. Etudier le degré de sensibilité de f0 à la température pour évaluer le découplage
6. C
on
clu
sio
ns
Les Arches
La Praz
La Suche
Rubi
Périodes hors gel
Site ΔT (°C) Δf0 (Hz) f0 (Hz) Δf0/f0/ΔT (%/°C)
La Suche 30 0.4 2.25 6 x 10-3
La Praz 30 1 6.2 5.5 x 10-3
Rubi 30 0.5 5 3.3 x 10-3
Les Arches 30 2.5 6.25 1.3 x 10-2
33
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6. Perspectives
12
6. C
on
clu
sio
ns
• Evénements sismiques - Développement de méthodes pour localisation des micro-ruptures
34