Ecoute acoustique et microsismicité appliquée aux mouvements de terrain. Etat de l'art.

44 Pages·2007·2.25 MB·French

Ministère de l'Industrie,
des Postes et Télécommunications
et du Commerce extérieur
MINISTÈRE DE
L ' E N V I R O N N E M E NT
Ecoute acoustique et microsismicité
appliquée aux mouvements de terrain.
Etat de l'art.
novembre 1995
Rapport du BRGM R 38659
BRGM
SERVICE GEOLOGIQUE NATIONAL
CENTRE THEMATIQUE AMENAGEMENT ET RISQUES
Département Utilisation et Protection de l'Espace Géologique
Savoie Technolac/BP 221
BRGM 73374 LE BOURGET DU LAC CEDEX
Tél. [phone] - Télécopieur : (33) 79.25.31.30
Étude réalisée dans le cadre des
actions de Service public du BRGM
95-H-012
\
Ecoute acoustique et microsismicité appliquée aux mouvements de terrain.
Etat de l'art.
Mots clés : Microsismicité, glissement de terrains, écoute acoustique.
En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante :
(1995) - Ecoute acoustique et microsismicité appliquée aux mouvements de terrain. Etat de l'art. Document annexe à la
PG11. Rapport B R GM R 38659.
© BRGM, 1995, ce document ne peut être reproduit en totalité ou en partie sans l'autorisation expresse du
BRGM.
Rapport BRGM R 38659
Ecoute acoustique et microsismicité appliquée aux mouvements de terrain.
Etat de l'art.
RESUME
Dans le cadre de la fiche programme 95 H 012 : "Ecoute sismique et acoustique des
mouvements de terrain ", financée conjointement par le Ministère de l'Industrie et le Ministère
de l'Environnement, le Groupe "Risques Naturels" du B R GM a :
- effectué une analyse bibliographique sur l'état des connaissances en émission acoustique
appliquée aux mouvements de terrain,
- pris des contacts avec des organismes travaillant ou ayant travaillé sur le sujet et susceptibles
de participer à une action concertée dans ce domaine,
- posé des jalons pour déterminer des conditions techniques d'intervention sur des sites
expérimentaux (caractéristiques générales du matériel, liste de sites d'étude potentiels ).
Il ressort des différentes informations recueillies que l'écoute acoustique est un paramètre
précurseur des phénomènes de rupture ou de ruine des massifs rocheux à comportement
élastique fragile au moins et qu'à ce titre, son étude doit être prise en compte dans des systèmes
de surveillance et d'alerte.
Différentes expériences sont relatées, l'instrumentation utilisée est décrite dans chaque cas, et
les conclusions en matière de détection et de corrélation de l'émission acoustique avec d'autres
paramètres mesurés sont tirées.
Nous avons rencontré des organismes qui se sont montrés ouverts à l'idée d'unir les efforts pour
réaliser des expérimentations sur sites en faisant jouer les complémentarités de compétences et
de connaissances.
Des sites potentiels d'étude, tant en glissements de terrain en Rhône Alpes, qu'en cavités
souterraines, en Gironde entre autres, ont été recensés. Ils nécessiteront une reconnaissance plus
approfondie avant d'y engager une expérimentation.
Rapport BRGM n° R 38659 3
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Etat de l'art.
TABLE DES MATIERES
INTRODUCTION 6
1. ANALYSE BIBLIOGRAPHIQUE 7
1.1. Aspects théoriques 7
1.2. Mouvement de terrain 11
1.2.1 finalités de l'écoute acoustique 11
1.2.2. Porto Marina (Californie) 11
1.2.3. Le "Clayed rock of Kobe Group" 12
1.2.4. "Numamae" 14
1.2.5. ISMES 15
1.2.5.1. Système de surveillance de Campo Franscia-Ciudè 15
1.2.5.2. Système de surveillance de Val Torregio 16
1.2.5.3. Système de surveillance de Val Pola 18
1.2.5.3.1. Description du réseau de surveillance microsismique 18
1.2.5.3.2. Résultats et corrélations 18
1.2.5.3.3. Analyse-Interprétation 20
1.2.5.3.4. Commentaires 20
1.2.5.3.5. Compléments sur le contrôle de la stabilité 20
1.3. Etudes de cavités 23
1.3.1 Buriano 22
1.3.2 Vauvert 24
1.3.3 Carrière de Villiers Adam 32
2. COMPTE-RENDU DES CONTACTS ENTREPRIS 33
2.1. Auscultation de la sismicité induite par fracturation hydraulique- B R GM
fracturation hydraulique 33
2.2. Auscultation sismicité induite-Géostock stockage souterrain 34
2.3. Chaîne d'acquisition et de traitement-INERIS 34
2.4. Instrumentation et suivi d'un site-CETE Méditerrannée 35
2.4.1. Principe de la chaîne d'acquisition 35
2.4.2. Principe du traitement 36
2.4.3. Perspectives 36
2.5. Instrumentation de versants instables - ISMES 37
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3. PERSPECTIVES 38
3.1. Sites instrumentales 38
3.1.1. Versants instables 39
3.1.2. Cavités souterraines 35
3.2. Matériel utilisable et besoins 40
4. CONCLUSIONS 42
BIBLIOGRAPHIE 43
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INTRODUCTION
La gestion des risques géologiques, en termes de mouvements de terrains, repose sur deux
fondements :
- la reconnaissance de zones susceptibles d'être le siège de tels événements,
- la caractérisation et le suivi de phénomènes déclarés.
Ce dernier point met en oeuvre les nombreuses méthodes d'auscultation et de surveillance. Afin
d'avoir une action la plus efficace possible, il est important de disposer précocement de toute
information fiable et pertinente sur l'évolution de l'état d'équilibre d'un mouvement de terrain.
Les différents paramètres généralement suivis résultent d'investigations :
- extensométriques,
- inclinométriques,
- topographiques,
- piézométriques,
- hydrométéorologique,
- sismiques.
Nous nous intéressons ici à ce dernier point. Il est assez peu développée jusqu'à présent. Les
signaux issus de la microsismicité et les émissions acoustiques donnent lieux à de nombreuses
applications dans des conditions particulières : essais de laboratoire, étude de la fracturation
hydraulique, stockage souterrain.
L'utilisation de cette méthode en mouvements de terrain présente potentiellement un grand
intérêt qu'il convient de préciser. L'objet de ce rapport est de rendre compte de l'état de l'art sur
les expériences menées dans le domaine de la microsismicité et des émissions acoustiques
appliquées aux mouvements de terrain.
Après une analyse bibliographique (1) il est rendu compte des contacts pris avec différents
interlocuteurs (2). Enfin, les perspectives de développement (3) sont examinées en termes de
site, de matériels et de besoins.
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1. ANALYSE BIBLIOGRAPHIQUE
1.1. ASPECTS THEORIQUES
Etudes de laboratoire
Elles mettent en évidence le phénomène de l'émission acoustique. Il est lié a des micro-ruptures
se produisant dans la roche sans qu'une rupture macroscopique lui soit forcément associée.
La figure 1, extraite d'un article de Mansurov (1980), montre la variation de l'émission
acoustique (courbe b) sur un échantillon soumis à une compression uniaxiale, en fonction de la
déformation latérale de l'échantillon (courbe a).
La zone I correspond à un accroissement de la charge, qui se stabilise ensuite (Zones II et III) et
décroît dans la zone IV.
Malgré la brutale modification de la déformation latérale en fin de la zone III, précédée d'une
forte émission acoustique, l'échantillon est dans un stade encore très éloigné de la macro-
fracturation.
Une analyse de l'énergie émise dans la zone III (courbe c) montre que l'émission acoustique est
caractérisée ici par trois pics d'énergie.
Rapport BRGM n° R 38659 7
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Figure 1 a) Change of Cross-sectional Deformation and b) Change of AE Rate
(N) Depending on Time (t); c) Strength of Elastic Energy Emission (E)
Mansurov
Ecoute acoustique et microsismicité appliquée aux mouvements de terrain.
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Fey (1993) a procédé à des essais en laboratoire sur différents types de matériaux. Son objectif
étant de décrire les phénomènes et de caractériser les matériaux en fonction des contraintes
appliquées en évaluant des nombres d'émissions acoustiques par minute.
Il montre les points suivants :
- la rupture intervient postérieurement au pic d'émission acoustique, pendant la période de
décrue. Ceci est fondamental pour juger d'une instabilité rocheuse et anticiper une rupture
générale.
- bien que la fissuration s'étende dans la roche, la fréquence des événements augmente et les
contraintes redistribuent les dommages macroscopiques tant qu'un nouvel équilibre n'a pas
été atteint.
- l'émission acoustique correspond à la formation et l'extension des fissures rocheuses. Ce
constat permet d'espérer estimer un état instable du massif rocheux et prédire : séismes,
ruptures rocheuses et mouvements de terrain.
Un article de Siqing et Zaoding (1994), fait appel à un modèle théorique qui montre qu'en
compression uniaxiale, à taux de déformation ,ds/dt, constant, l'émission acoustique sur un
échantillon croit en fonction de la déformation (figures 2.1 et 2.2) jusqu'à une valeur de celle-ci
fonction du matériau, puis décroît ensuite.
Cet article montre aussi que pour des compressions répétées sur un échantillon, si le paramètre
de dommage (rapport de micro fracture par unité de volume), lié à l'émission acoustique d'une
roche est Dl pour une déformation El, il faut que la nouvelle déformation produite dépasse El
pour que D ne soit pas nul ensuite, c'est à dire que de nouveaux dommages apparaissent sur
l'échantillon (figure 3).
En clair, il faut que la contrainte exercée par la n+1 ième charge soit supérieure à celle exercée
par la n iéme pour qu'il y ait à nouveau une émission acoustique.
Rapport BRGM n° R 38659 9
Fig. 2.1. Fig. 2.2.
A sketch showing the micro-element. Relationship between dNIdt and e at the
constant strain rate
First load
o/o.(%)
Fig. 3
Variation of AE count N of a marble sample with a under
uniaxial and cycle load (Chen et al., 1984).