Observatoire Multidisciplinaire des Instabilités de Versants




Polarisation Spontanée

Introduction

Le suivi temporel des édifices volcaniques par polarisation spontanée (mesure du champs électrique naturel) est une technique assez répandue permettant de détecter voire caractériser les moindres changements de circulations de fluides (laves, ...). En ce qui concerne les mouvements de terrain, milieux très hétérogènes, peu d'études ont été entreprises, et ce malgrès le besoin de connaissance sur la circulation des fluides au sein de la masse instable. Il faut préciser que les mécanismes à l'origine de ces anomalies électriques peuvent être multiples, et que leur interprétation s'avère souvent périlleuse. Pour palier à ce déficit de mesures, le mouvement a fait l'objet de reconnaissance par polarisation spontanée (Méric et al., 2005) qui ont montré de fortes différences spatiales W-E au sein du mouvement. Ces anomalies étaient alors interprétées comme marqueur de circulations profondes (Figure 1).

Fig 1: Variations spatiales W-E de la PS et dans le temps.
Pour mieux comprendre ces variabilités et leur stabilité temporelle, un premier réseau PS a été installé suite à un projet financé par le Programme 2004 du Pôle Grenoblois d'Etudes et de Recherche pour la Prévention des Risques Naturels (PGRN), et a fait l'objet d'un chapitre de thèse d'O. Méric (LGIT). Ce travail préliminaire a fait l'objet d'une seconde partie dans le cadre du PGRN, programme 2007, afin notamment de remettre en état le réseau qui s'était quelque peu dégradé et également d'assurer la transmission des données par GSM. Ce travail a été assuré par l'ADRGT, également sous la direction d'O. Méric, P. Sicignano et maintenant d'O. Leroux, en liaison étroite avec le LGIT.
Fig 2: Schéma d'implantation des électrodes.


Données et transmission

Le réseau se composait à l'origine de 24 électrodes Pb/PbCl2 impolarisables PMS9000 (Petiau, 2000) installées dans la galerie et au niveau de la partie active du mouvement (voir figure), d'une centrale d'acquisition Campbell CR10X de deux pluviomètres placés à la sortie de la galerie de reconnaissance et dans la galerie au niveau de la sortie d'un écoulement quasiment permanent. Ont été également mis en place une sonde de conductivité CS547 qui mesure la conductivité de l'eau percolant dans la galerie de reconnaissance. L'ensemble de l'installation a nécessité environ 2 kilomètres de câbles résistant à la traction de diamètre 0.6 mm2 et des gaines de protection pour les câbles. Les connexions électroniques ont été protégées par des boĆ®tiers étanches. Afin que les électrodes bénéficient d'un bon couplage avec le terrain, elles ont été enterrées à 1m de profondeur dans un trou rempli d'argile salée. Pour éviter que cette argile soit trop rapidement lessivée, une géomembrane recouvre l'emplacement. Par suite de travaux au sein de la galerie, de coupures de câbles et de problèmes de foudres, le réseau PS a fait l'objet de réinvestissements (câbles, électrodes, multiplexeur..) et bénéficie depuis le 19 juillet 2007 d'un transfert de données par GSM vers l'ADRGT qui les rapatrie au LGIT.

Quelques résultats

La plupart des données et quelques résultats, difficiles à interpréter peuvent se trouver dans les rapports mentionnés ci-après, notamment Méric (2008). Ci-joint, quelques observations. La figure 3a présente le déplacement mesuré sur une cible (1010) localisée entre les électrodes E14 et E15 du réseau de PS. Les accélérations mesurées dans ce secteur sont plus marquées qu'au niveau de la galerie de reconnaissance, c'est pourquoi nous avons choisi de représenter les mesures de déplacement de cette cible. En b, les courbes représentent les vitesses de déplacement en mm/jour mesurées sur cette même cible. La courbe rouge représente les vitesses brutes mesurées, la courbe bleue représente les vitesses filtrées avec un filtre passe bas f= 1/1jour. En c nous avons représenté les mesures de PS sur l'électrode 4 (en rouge) et 5 (en bleu) décalées de +150 mV pour visualiser en superposition la pluviométrie (mm en noir). Les mesures des électrodes situées dans le même secteur (E14 et E15) ne sont malheureusement pas disponibles sur cette période. On remarque sur les mesures de déplacement qu'une accélération du mouvement se produit à partir du 21/11/2007. Les mouvements mesurés sur cette cible évoluent d'une vitesse moyenne de 1.3 mm/jour à 3.7 mm/jour en 4 jours puis se stabilisent avec une vitesse moyenne de 1.5 mm/jour le 30/03/2008. Deux événements pluvieux pourraient être à l'origine du début de l'accélération: Une pluie de 43.1 mm tombée entre le 9/11/07 et le 15/11/07 Une pluie de 61.8 mm entre le 21/11/07 et le 24/11/07 dont 32 mm le 23/11/07 Le maximum de vitesse qui se produit du 6/12/07 au 02/01/08 (v>3 mm/jour) semble corrélé avec une pluie de 138.4 mm tombée entre le 3/12/07 et le 11/12/07.
Fig 3: a) déplacement mesuré sur une cible (1010) localisée entre les électrodes E14 et E15 du réseau de PS. b) rouge: vitesses brutes mesurées en mm/jour, bleue: vitesses filtrées avec un filtre passe bas f= 1/1jour. c) mesures de PS sur l'électrode 4 (en rouge) et 5 (en bleu) décallées de +150 mV pour visualiser en superposition la pluviométrie (mm en noir).
Fig 4: Valeurs filtrées (filtre passe bas f=1/1jour) de PS (mV) mesurées en E20.
La figure 4 montre l'évolution de la mesure PS pour l'électrode E20 l'accélération de début juin 2008 semble aussi corrélée à la forte anomalie positive de PS de 320 mV qui débute le 4 juin 2008 et prend fin le 5 juillet 2008. Cependant cette anomalie, identique sur chaque électrode, pourrait être liée soit à une modification des sources de potentiels au niveau de l'électrode de référence soit à une modification générale sur tout le réseau. La figure 5 montre les possibles corrélations entre séismes et anomalies électriques précursives, qui apparaissent quelques heures avant un séisme sur plusieurs évènements locaux.
Fig 5 : corrélations séismes/PS
Afin de visualiser ces variations d'écoulements au sein du massif, nous avons sélectionné deux périodes P1 et P2 qui rendent compte de ces différents comportements: P1 s'étend du 20 juin 2007 au 9 octobre 2007 et P2 du 27 mars 2008 au 25 mai 2008. Ces deux périodes encadrent la phase d'accélération de décembre 2007 qui peut générer des modifications permanentes ou non dans les chemins d'écoulement. P1 et P2 ont été choisies de manière à couvrir des périodes où les potentiels sont relativement stables mais où les courbes de PS présentent des comportements différents. Par exemple, en P1 on remarque que le potentiel de E5 est plus élevé que E4 et E6 alors qu'il est plus faible en P2. On constate aussi que le potentiel de E20 est beaucoup plus faible en P1 qu'en P2 où il devient très proche de E22. Ces variations de potentiel peuvent être la traduction de changement de circulation au sein du massif, c'est pourquoi nous avons représenté sur la figure 12a les mesures de PS réalisées au niveau des électrodes situées dans la galerie (E2 à E6) et au dessus de la galerie (E18 à E22) et moyennées entre le 20/07/07 et le 9/10/07 (P1). La position de chaque électrode est représentée par un cercle dont la couleur est représentative de la valeur moyenne de PS. La valeur de la polarisation spontanée est interpolée entre chaque point de mesure. Les gradients de PS sont matérialisés par des flèches qui indiquent leur sens et leur intensité.
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Fig 6: a) mesures de PS moyennées entre le 20/07/07 et le 9/10/07 (P1) des électrodes situées dans la galerie (E2 à E6) et au dessus de la galerie (E18 à E22). b) mesures de PS moyennées entre le 27/03/08 et le 25/05/08 (P2). c) Différence entre la période P2 et P1.


Données

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Data is also available as xls files: Publications et rapports:
  • O. Méric, Jogmans, D., S. Garambois, Vengeon, J.M. Vengeon, J.M. (2004) GEOPHYSICAL INVESTIGATIONS OF THE LARGE GRAVITATIONNAL MASS MOVEMENT OF SECHILIENNE (ALPS, FRANCE) Geophysical Research Abstracts, Vol. 6, 03902 (pdf)
  • Méric, O., Garambois, S. and Y. Orengo, Large gravitational movement monitoring using a Spontaneous Potential network, oral presentation in the Landslide Hazards, Volcanoes and Tsunamis session, 19th Annual Symposium on the Application of Geophysics to Engineering and Environmental Problems (SAGEEP), Seattle, WA, April 2-6, 2006. (pdf)
  • O. Méric, S. Garambois ,Y. Orengo, J.-P. Duranthon and P. Pothéra (2006) Selp-Potential monitoring of a huge rocky landslide (Séchilienne, The Alps, France) Geophysical Research Abstracts, Vol. 8, 06095, (pdf)
  • Méric, Ombeline, "Etude de mouvements de terrain par méthodes géophysiques" Thèse de l'UJF soutenue le 6 Décembre 2006. (pdf)
  • Méric O., Garambois S., Jongmans D., Vengeon J.-M. & J.-L. Chatelain (2005) Application of geophysical methods for the investigation of the large gravitational mass movement of Séchilienne (France), Canadian Geotechnical Journal, 42, 1105-1115 (résumé)
  • Méric, Ombeline (2008) Suivi temporel du mouvement de Séchilienne par polarisation spontanée, Rapport du programme de recherche PGRN 2007 (doc)
  • Garambois, S. (2005) rapport de synthèse projet PGRN 2004 "Mesure de l'évolution des caractéristiques géophysiques du mouvement de terrain des Ruines de Séchilienne" (rapport et annexes)
  • Sanchez, L., Suivi temporel du glissement de terrain de Séchilienne (Isère). Mesures sismologiques et de polarisation spontanée, Rapport M2R TUE spécialité Terre Solide (2008) (pdf)

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