Méthodes géo-électriques appliquées à l'hydrogéologie - capacités et limites pour la caractérisation des aquifères de glissements de terrain et de bassins versants de montagne

This thesis aims at studying the contribution of geoelectric methods for constraining hydro-geological models of deep-seated landslides and mountainous watersheds. Such applications require slope-scale studies up to few hundreds of meters depth in heterogeneous and fractured media. 1D Controlled Source Audiomagnetotellurics (CSAMT) helped characterizing the deep structure of the Strengbach granitic catchment (weathering profile). 3D electrical resistivity tomography helped locating the damaged hard-rock and aquifers of the micashistic Séchilienne landslide, validating hypothesis on its hydrogeological functioning. Time-lapse CSAMT and induced polarization experiments were conducted at the Lodève landslide where intense meteorological events cause loss of cohesion in clay and evaporite units. The sensitivity of measurements and the pertinence of 1D, 2D and 3D imagery are systematically discussed as the methodology was developed accordingly. The modeling of CSAMT data was explored as strong hypotheses limit the applicability of the method. Complementary information was systematically integrated to the geoelectrical interpretation.Cette thèse analyse la contribution de méthodes géoélectriques pour la caractérisation hydrogéologique de glissements de terrain profonds et de bassins versants de montagne. Ces applications nécessitent des études à l’échelle du versant jusqu’à plusieurs centaines de mètres de profondeur. Des sondages audiomagnétotelluriques à source contrôlée (CSAMT) ont permis de caractériser la structure profonde (profil d’altération) du bassin versant granitique du Strengbach. Une tomographie 3D de résistivité électrique du versant instable de Séchilienne a amélioré la localisation la roche endommagée et la compréhension de son fonctionnement hydrogéologique. Un suivi du signal CSAMT et de polarisation induite a été réalisé sur le glissement de terrain de Lodève, où les pluies cévenoles déstabilisent des unités argileuses et évaporitiques. La sensibilité, la résolution et la dimensionnalité des mesures sont systématiquement discutées. La modélisation de données CSAMT a été explorée car des hypothèses fortes limitent l'applicabilité de la méthode. Des informations complémentaires ont guidé les interprétations géoélectriques

Méthodes géo-électriques appliquées à l'hydrogéologie - capacités et limites pour la caractérisation des aquifères de glissements de terrain et de bassins versants de montagne

This thesis aims at studying the contribution of geoelectric methods for constraining hydro-geological models of deep-seated landslides and mountainous watersheds. Such applications require slope-scale studies up to few hundreds of meters depth in heterogeneous and fractured media. 1D Controlled Source Audiomagnetotellurics (CSAMT) helped characterizing the deep structure of the Strengbach granitic catchment (weathering profile). 3D electrical resistivity tomography helped locating the damaged hard-rock and aquifers of the micashistic Séchilienne landslide, validating hypothesis on its hydrogeological functioning. Time-lapse CSAMT and induced polarization experiments were conducted at the Lodève landslide where intense meteorological events cause loss of cohesion in clay and evaporite units. The sensitivity of measurements and the pertinence of 1D, 2D and 3D imagery are systematically discussed as the methodology was developed accordingly. The modeling of CSAMT data was explored as strong hypotheses limit the applicability of the method. Complementary information was systematically integrated to the geoelectrical interpretation.Cette thèse analyse la contribution de méthodes géoélectriques pour la caractérisation hydrogéologique de glissements de terrain profonds et de bassins versants de montagne. Ces applications nécessitent des études à l’échelle du versant jusqu’à plusieurs centaines de mètres de profondeur. Des sondages audiomagnétotelluriques à source contrôlée (CSAMT) ont permis de caractériser la structure profonde (profil d’altération) du bassin versant granitique du Strengbach. Une tomographie 3D de résistivité électrique du versant instable de Séchilienne a amélioré la localisation la roche endommagée et la compréhension de son fonctionnement hydrogéologique. Un suivi du signal CSAMT et de polarisation induite a été réalisé sur le glissement de terrain de Lodève, où les pluies cévenoles déstabilisent des unités argileuses et évaporitiques. La sensibilité, la résolution et la dimensionnalité des mesures sont systématiquement discutées. La modélisation de données CSAMT a été explorée car des hypothèses fortes limitent l'applicabilité de la méthode. Des informations complémentaires ont guidé les interprétations géoélectriques

Méthodes géo-électriques appliquées à l'hydrogéologie - capacités et limites pour la caractérisation des aquifères de glissements de terrain et de bassins versants de montagne

Cette thèse analyse la contribution de méthodes géoélectriques pour la caractérisation hydrogéologique de glissements de terrain profonds et de bassins versants de montagne. Ces applications nécessitent des études à l’échelle du versant jusqu’à plusieurs centaines de mètres de profondeur. Des sondages audiomagnétotelluriques à source contrôlée (CSAMT) ont permis de caractériser la structure profonde (profil d’altération) du bassin versant granitique du Strengbach. Une tomographie 3D de résistivité électrique du versant instable de Séchilienne a amélioré la localisation la roche endommagée et la compréhension de son fonctionnement hydrogéologique. Un suivi du signal CSAMT et de polarisation induite a été réalisé sur le glissement de terrain de Lodève, où les pluies cévenoles déstabilisent des unités argileuses et évaporitiques. La sensibilité, la résolution et la dimensionnalité des mesures sont systématiquement discutées. La modélisation de données CSAMT a été explorée car des hypothèses fortes limitent l'applicabilité de la méthode. Des informations complémentaires ont guidé les interprétations géoélectriques.This thesis aims at studying the contribution of geoelectric methods for constraining hydro-geological models of deep-seated landslides and mountainous watersheds. Such applications require slope-scale studies up to few hundreds of meters depth in heterogeneous and fractured media. 1D Controlled Source Audiomagnetotellurics (CSAMT) helped characterizing the deep structure of the Strengbach granitic catchment (weathering profile). 3D electrical resistivity tomography helped locating the damaged hard-rock and aquifers of the micashistic Séchilienne landslide, validating hypothesis on its hydrogeological functioning. Time-lapse CSAMT and induced polarization experiments were conducted at the Lodève landslide where intense meteorological events cause loss of cohesion in clay and evaporite units. The sensitivity of measurements and the pertinence of 1D, 2D and 3D imagery are systematically discussed as the methodology was developed accordingly. The modeling of CSAMT data was explored as strong hypotheses limit the applicability of the method. Complementary information was systematically integrated to the geoelectrical interpretation

Analyse de scénarios de réduction de vitesse du trafic maritime pour la mitigation de la pollution sonore sous-marine en Mer Méditerranée occidentale

Le bruit généré par le trafic maritime est un contributeur important du paysage sonore sous-marin. Il est identifié comme une pollution par la communauté scientifique et pris en compte au sein des textes réglementaires et des politiques publiques. La Directive Cadre Stratégie Milieu Marin (DCSMM 2008/56/CE) vise à garantir un équilibre entre protection de l’environnement marin et développement socio-économique par l’atteinte et le maintien du Bon Etat Ecologique (BEE). Le BEE est défini par onze descripteurs, et notamment par le critère D11C2 (bruit continu), évalué sur des cartes du bruit généré par le trafic maritime. <par> La mesure principale considérée afin de limiter le bruit de trafic est la réduction de la vitesse des navires. L’efficacité d’une telle mesure est cependant difficile à anticiper, d’une part parce qu’un ralentissement des navires entrainerait une densification plus importante du trafic, et d’autre part, parce que la propagation acoustique est dépendante de l’environnement. <par> Ce cas d’étude vise à quantifier l’impact de différents scénarios de réduction de vitesse de navigation sur le bruit de trafic. L’analyse est menée en Méditerranée Occidentale, dans une zone d’habitat préférentiel du rorqual commun, où le trafic maritime est dense. <par> La plupart des navires sont équipés d’émetteur AIS (Système d’Identification Automatique), communiquant les informations relatives au navire (identifiant, activité, longueur, etc.) et à sa navigation (position, vitesse, cap, etc.). Ces informations sont utilisées pour modéliser le bruit rayonné. Les zones de réduction de vitesse sont simulées en modifiant les dates d'émission des AIS. Les niveaux sont propagés dans l’environnement pour réaliser des cartes de bruit stratégiques. <par> Les résultats sont analysés en fonction des activités principales du trafic maritime et des zones d’habitats des rorquals communs. L’efficacité du ralentissement pour la réduction du bruit est discutée au regard de l’évaluation du D11C2, avec une attention particulière sur la maîtrise des incertitudes

Large-Scale Simulation of a Shipping Speed Limitation Measure in the Western Mediterranean Sea: Effects on Underwater Noise

Underwater noise from shipping activity can impact marine ecosystems in the long term and at large scale. Speed limitation has been considered to reduce noise emission levels. In this article, the effects of speed limitation on shipping noise levels are investigated at high spatial resolution (5 arc-min) in the Western Mediterranean Sea. Scenarios of maximum speed limits of 10 kt and 15 kn are computed. The impact of a speed reduction is time-dependent and tends to redistribute sources of noise temporally, smoothing the contrasts existing in marine traffic at the daily scale. The effectiveness of the measure is evaluated over short successive time windows (6 h), allowing for capture of the dynamic of the effect of speed reduction. Several metrics are proposed to evaluate the effectiveness of speed reduction as a mitigation measure according to its temporal stability. This study illustrates complex phenomena related to (1) the increased vessel density in the speed limitation area due to longer navigation time and (2) deep-water and shallow-water propagations. The bathymetry and the local distribution of traffic are two elements of importance with respect to the effectiveness and the stability of the measure, whereas the traffic properties seem to impact the stability of the effect in particular, and deep waters seem to increase the effectiveness. This research shows the areas in which the proposed measure would be the most effective

Structure hydrogéologique d'un bassin versant montagneux granitique obtenue d'après des jeux de données de résistivité électrique issus de plusieurs méthodes

International audienceAbstract Altered crystalline catchments are complex to study and model, as they present multi‐scale properties that control their hydrogeological behaviour and that are difficult to capture through a single geophysical imaging technique. Several volumes of interest must be sampled in order that both small‐scale (porosity, layering) and large‐scale (bedrock, weathering, faults) heterogeneities can be captured. We propose a geoelectrical model of the Strengbach catchment (Vosges Mountains, France), aiming at identifying the weathered structures and hydrogeological functioning of the aquifer. This is achieved through electrical resistivity tomography (ERT) and Controlled‐Source Audio‐Magnetotelluric (CSAMT) measurements and the use of appropriate measurement set‐ups. Meters‐scale shallow contrasts in the top soil, catchment‐scale shallow contrasts (top 30 m), and large‐scale vertical contrasts (up to 150 m) were resolved through this methodology. A structural interpretation is proposed, based on information provided by borehole measurements (gamma ray, optical images), analysis of sampled waters, and geological mapping. The limits at depth of the weathered and fractured granite, not detected by ERT, are detected by CSAMT. The analysis showed that the weathering state of the granite controls, at first order, the electrical resistivity signal. Shallow geoelectrical signal (first 30 m) is particularly driven by surface conductivity and hence by the clay content, whereas deep geoelectrical signal may arise from both the ionic content of pore waters and the clay content. A structural model is proposed and discussed. Geoelectrical contrasts revealed several qualities of weathered saprolite between the northern and the southern slopes. The inferred structural model and the distribution of weathered and unweathered crystalline units are considered for their respective effect on the hydrogeology, leading to the proposition of a new hydrogeological conceptual model of the catchment

Characterizing fractures and shear zones in crystalline rock using anisotropic seismic inversion and GPR imaging

ISSN:1029-7006ISSN:1607-796

Geophysical inversion and machine learning of dense 3D seismic and resistivity models for imaging deep landslide structures

International audienceGeophysical imaging methods are often applied for analysing landslides; they can help detecting and localizing the landslide structures, distinguishing between lithologies, layers and slip surfaces of variable mechanical responses, and identifying the fluid storage and circulation paths.We present a joined analysis of two 3D geophysical models acquired from a dense electrical resistivity tomography (Fullwaver nodes) and a dense seismic travel-time tomography (DENSAR nodes) acquired at the Viella landslide (Hautes-Pyrenees, France). Fusion of the two geophysical models and of ancillary geotechnical and hydrogeological information from boreholes is carried out using machine learning, in order to predict the location of the different slope structures