Tomographie   de   sismique   réfraction

(A) Profil de résistivités apparentes, (B) Profil de résistivités apparentes simplifié, (C) Matrice d'incertitude, (D) Profil  géologique interprété.  

Figure 3‐32. Tomographie de résistivité électrique Wenner‐Schlumberger du profil 6 d'orientation nord‐sud 

sur le glissement du Cirque des Graves.  

3.4.3.2. Tomographie de sismique réfraction 

a)  Protocole de mesures 

Fell et al. (2000) et Jongmans & Garambois (2007) font le point des différentes méthodes géotechniques 

et géophysiques disponibles pour étudier en profondeur les instabilités de versant. Selon eux et de 

nombreux autres auteurs, en plus de l’imagerie par tomographie électrique, la méthode d’investigation par 

tomographie sismique est l’une des méthodes géophysiques les plus efficaces pour identifier les structures 

en sous‐sol de larges glissements de terrain. Les méthodes les plus répandues sont les méthodes par  sismique réflexion ou réfraction. Ces méthodes géophysiques permettent une acquisition importante de 

données par une instrumentation assez ‘légère’ et un traitement de données simple (Méric et al., 2007). La 

méthode choisie peut être dite passive (mesure de vibrations naturelles) ou active (mesure de vibrations 

provoquées) (Reynolds, 1997).  

Cette  méthode est  ici  combinée  à  la méthode  par  tomographie  électrique car  elle fournit  des 

informations complémentaires sur les propriétés géophysiques des matériaux par mesure directe et non 

intrusive des ondes réfléchies par les structures géologiques de subsurface. Cette technique permet donc  comme la tomographie électrique, d’obtenir une image du sous‐sol à 2 ou 3 dimensions.  

Cette méthode permet, dans certains cas, de définir la surface de rupture principale lorsque les 

contrastes de vitesses de propagation des ondes sont suffisamment importants (Caris & van Asch, 1991 ; 

Glade et al., 2005 ; Jongmans et al., 2009) ou bien, de délimiter la position de la nappe. Cette technique 

permet de prospecter à quelques dizaines de mètres de profondeur. Cette profondeur d’investigation 

dépend notamment de la longueur du profil et de l’atténuation des ondes sismiques qui est considérable 

dans les milieux hétérogènes (Jongmans & Garambois, 2007). 

Ainsi, pour compléter les investigations de sub‐surfaces, un profil en sismique réfraction a été  réalisé dans la zone est du Cirque des Graves, le secteur de l’ancien Camping (Figure 3‐15). Sa 

localisation et son tracé (perpendiculaire aux principales courbes de niveau) ont été choisis de façon à 

traverser la totalité de la zone active tout en se superposant aux deux profils de tomographies électriques 

réalisés précédemment (profils 14 et 6 réalisés à deux dates différentes). Pour cela, un dispositif de terrain 

spécifique a été mis en place avec le BRGM en mars 2011. 

b)  Dispositifs de mesures et traitement des données 

Étant donné la topographie du site et l’hétérogénéité de la structure interne du versant, et pour espérer 

atteindre des profondeurs importantes, des sources explosives ont été utilisées. Le profil sismique a une 

longueur totale de 450 m. Le dispositif est constitué de 134 géophones de 10 Hz placés tous les 2 m. Vingt‐

sept tirs au cordon détonant (100g) espacés de 6 m ont été effectués.  

La tomographie par sismique réfraction permet d’imager en 2 dimensions les structures de vitesses 

sismiques des ondes de compression Vp (vitesse des ondes P) du sous‐sol, grâce à un algorithme d’inversion 

de  type  SIRT  (Simultaneous  Iterative  Reconstruction  Technique)  implémenté  dans  le  logiciel  de 

tomographie sismique JaTS (Grandjean & Sage, 2004). Ce logiciel reconstruit le champ de vitesse Vp à partir 

des temps de trajet de l’onde sismique qui sont modélisés par des volumes de Fresnel (Gance et al., in 

press). 

c)  Résultats : Interprétation de la pseudo‐section et modèle de vitesses sismique 

Les investigations ont permis d’obtenir une image du sous‐sol jusqu’à plus de 25 mètres de profondeur. 

La campagne sismique met en avant un milieu très hétérogène caractérisé par une large gamme de  vitesses de propagation des ondes P qui varient selon un gradient vertical, allant de 167 à plus de  2 500 m.s^‐1. Les vitesses de propagation sont caractérisées par une augmentation des valeurs en profondeur 

qui dépend probablement de l’altération de la roche mère (Godio et al., 2006), mais également de la dureté 

et du degré de saturation des matériaux. 

L’interprétation des résultats a été réalisée sur la base des valeurs de vitesses sismiques Vp relevées dans 

la littérature pour différents faciès de matériaux (Tableau 3‐6). Ainsi, la distribution des champs de vitesses 

de propagation indique la présence de quatre ‘couches’ distinctes (Figure 3‐33). La première couche 

détectée correspond aux formations superficielles épaisses de quelques mètres, avec des vitesses sismiques 

comprises entre 200 et 400 m.s‐1. Ces formations recouvrent les formations de craie associées aux sables 

plus ou moins glauconieux.  

Ces deux couches intimement liées sont caractérisées par des vitesses de propagation qui augmentent 

progressivement en profondeur entre 600 et 1 600 m.s‐1. Le tracé en profondeur en ‘gradins’ successifs 

indique très clairement, comme on pouvait s’y attendre, l’hétérogénéité liée à l’existence de ces panneaux 

de craie. Au dessous, les vitesses comprises entre 1 600 et 2 200 m.s‐1 correspondent aux formations argilo‐

marneuses recouvrant les calcaires gréseux. Ces derniers présentent des vitesses supérieures à 2 200 m.s‐1. 

Auteur  Valeurs Vp (m.s^‐1)  Interprétation lithofaciès 

Carris, 1991  340 

1700 

2800 

Formation non saturée 

Formation saturée  Bedrock  Filliat, 1981   300‐500  1500‐2000  1800‐2500  2000‐3000  3500‐5000 

Couche aérée de surface 

Sable humide, argile alluviale 

Craie  Marne  Calcaires compacts  Glade, 2005  370  1100  Colluvion 

Sédiments marneux calcaires 

Godio, 2006  400‐800  2000‐2400  Débris  Substrat  Granjean, 2006  300‐600  900‐1200  2100‐2400  Formations superficielles    Socle marneux  Israil, 2003  566  702  1062‐1815  Argiles  Sable  Grès saturé  Jongmans, 2008  1000  1800‐1900 

Moraine, argile non saturée 

Argile, argile saturée 

Malet, 2003  450‐600  2200‐5000  Marne remaniée  Socle marneux  Mauritsch, 2000  300‐800  1000‐1800    3300‐4300  Formations superficielles 

Formations saturées, débris dépôts de 

pente, roche altérée 

Schiste, argiles plus ou moins sableux 

Meric, 2005  500 

4000 

Débris, formation de surface 

Substrat 

Tableau 3‐6. Gammes de valeurs de vitesses sismiques Vp mesurées en sismique réfraction pour différentes 

Figure 3‐33. Profil de tomographie de sismique réfraction n°18 ‘Camping’ réalisé au Cirque des Graves et profil