Une autre approche explorée

À partir de juillet 2010, nous avions aussi tenté une autre approche avec le logiciel commercial InSite (Applied Seismology Consultants, www.seismology.org). InSite a à la base été développé dans le cas d’effondrement de cavités, avec des capteurs disposés de préférence selon des axes verticaux (le long de forages). Il s’agit aujourd’hui d’un logiciel utilisé en laboratoire pour l’étude de la résistance des matériaux, dans l’ingénierie géotechnique et l’imagerie de réservoir et de stockage.

Nous avons essayé de l’adapter à notre configuration d’antenne et de terrain (capteurs en surface) en intégrant dans un modèle 3D les données géométriques multi-sources interpolées par Travelletti &

Malet (2011) et la localisation des capteurs de notre antenne d’écoute sismique OMIV et des tirs de calibration que nous avions réalisés (Fig. 3.12).

3.5.1. Détection semi-automatique

InSite propose un module de détection STA / LTA et de pointé automatique des signaux sismiques. Il faut cependant avoir une idée de la fenêtre de temps dans laquelle on souhaite identifier des signaux sismiques car il semblerait que (avec les mises à jour de 2010) le logiciel ne passe pas automatiquement en revue l’enregistrement (signal temporel) continu. Dans le cas de l’analyse des signaux naturels, il nous faut par conséquent observer au préalable de manière manuelle ou semi-automatique les spectrogrammes et sismogrammes à l’aide d’un autre système d’affichage (comme c’est le cas avec SonoView, avant de passer à HypoLine, cf. section 3.3) puis définir des fenêtres de temps sur lesquelles on souhaite effectuer un pointé automatique, pour un signal après l’autre. Le pointé est déterminé à partir d’un seuil d’amplitude et du rapport STA / LTA qu’il nous faut fixer. Une fois un signal identifié (Fig. 3.13), il est localisé temporellement à partir du début de la fenêtre d’analyse.

Fig. 3.12. Vue d’ensemble avec Insite des données 3D obtenues par interpolation (Travelletti & Malet 2011).

Les triangles rouges indiquent la position des tirs de calibration au centre desquels on devine l’antenne sismique (points noirs).

L’inconvénient de cette technique (dans la limite des résultats que nous avons atteints) est qu’elle nous impose de déterminer des fenêtres de temps (couper le signal continu) pour considérer les signaux sismiques l’un après l’autre par fenêtre, au risque de ne pas tous les identifier.

Fig. 3.13. Identification d’un signal sismique : pointé (en secondes écoulées depuis le début de la fenêtre de

temps considérée) du début du signal sur le sismogramme et le spectrogramme dans une fenêtre de temps préalablement délimitée.

3.5.2. Localisation des sources sismiques

Les algorithmes de localisation « standards » sont limités à des milieux totalement homogènes et isotropes, sans discontinuité.

La localisation de la source sismique dans des milieux complexes est un défi que peu de logiciels de traitement sismique prennent encore en compte. Les modules avancés de localisation proposent plusieurs techniques de localisation des sources sismiques. Il existe pour cela deux opérations principales ainsi décrites dans la notice d’utilisation :

- on modélise en utilisant la technique du lancer de rayon (« ray tracing », on calcule le parcours inverse des ondes : des capteurs à la source) le temps de parcours des ondes P et S à travers un milieu complexe que l’on défini (intégration des données géométriques),

- on localise les signaux dans un volume 3D à partir du modèle des temps de trajet. Il existe deux options pour modéliser les temps de trajet :

- « wavebuilder » : les temps de trajet sont calculés à partir de la propagation des fronts d’onde à travers des modèles de vitesse complexes,

- « Tian ray tracing » : conseillé pour les milieux stratifiés horizontalement. Les temps de trajet sont calculés à partir de la propagation des rais à travers des modèles de vitesse tabulaire.

Au moment où nous souhaitions traiter les données, les options pour la modélisation « wavebuilder » n’étaient pas encore toutes valides si bien que l’on ne pouvait intégrer dans la localisation les topographies et discontinuités du glissement.

Nous avons essayé quelques localisations en jouant sur les paramètres de l’option « Tian ray tracing » (grille de recherche 3D, définition de la maille, du modèle tabulaire…). La Fig. 3.14 montre un exemple de localisation d’un signal sismique. Nous avons répété la même opération plusieurs fois pour évaluer la stabilité du calcul. La localisation reste localisée au niveau du même foyer (à l’exception d’un point au-dessous du capteur S007 sur la Fig. 3.14), ce qui est assez satisfaisant, mais ne semble finalement pas nous apporter plus de résolution que ce que calculent les codes de Joswig (2008) et Lacroix & Helmstetter (2011).

Fig. 3.14. Exemple de localisation d’un signal sismique. Les localisations estimées correspondent aux petits

cercles. Les triangles « shot » suivis d’un numéro indiquent l’emplacement des tirs de calibration et les triangles « S00 » suivis d’un numéro sont les capteurs de l’antenne d’écoute sismique.

Il nous aurait certainement fallu consacrer davantage de temps aux possibilités que proposait le logiciel InSite mais l’objectif de nos recherches était avant tout de mettre en évidence des signaux sismiques associables à la dynamique de glissements de terrain. Nous avons passé un certain temps à intégrer les données géométriques et sismiques mais avons préféré nous en remettre à des logiciels et codes déjà connus pour des applications du même type que celles qui nous concernent (glissements de terrain meubles ou rocheux), relativement suffisamment automatisés et fiables pour nos objectifs. De nouvelles versions du logiciel InSite sont continûment mises en ligne, mais nous n’avons à ce jour pas relevé de nouvelles fonctions mieux adaptées à nos besoins.

Au final, nous avons réussi à mener à bien nos recherches de détection, de localisation et d’identification des signaux sismiques uniquement grâce aux logiciels proposés par Joswig (2008) et Sick et al. (2012) et Helmstetter & Garambois (2010) puis Lacroix & Helmstetter (2011), qui outre l’aisance à manipuler les fonctions proposées ou à avoir accès aux codes Matlab, sont libres d’accès sur internet ou sur simple demande pour des travaux de collaboration.