Surveillance sismologique des glaciers rocheux : pour mieux contraindre un risque émergent

Au sein des régions de permafrost de montagne, les glaciers rocheux désignent des formations périglaciaires composées d’un mélange de débris rocheux de granulométrie variable et de matériaux gelés en profondeur. Parmi eux, les glaciers rocheux actifs présentent des vitesses de déplacement de surface de l’ordre du m/an, témoignant d’une dynamique de déformation en profondeur régie par des processus thermo-hydro-mécaniques. Ainsi, leur rôle dans l’apport de sédiments mobilisables en laves torrentielles peut être important, de même que les risques naturels émergents liés à leur déstabilisation. En soutien du suivi cinématique, les méthodes géotechniques et géophysiques permettent d’investiguer en profondeur un glacier rocheux, mais restent ponctuelles et discontinues. En revanche, les méthodes de sismologie environnementale, déjà éprouvées pour la surveillance de glissements de terrain, permettent d’enregistrer des données sismiques continues rendant compte de l’état de la subsurface ; l’objet de cette thèse est donc d’appliquer ces techniques de sismique passive à la surveillance des glaciers rocheux.Deux sites actifs ont donc été instrumentés pendant plusieurs années : le glacier rocheux de Gugla (Valais, Suisse) et celui du Laurichard (Hautes-Alpes, France). À partir des données sismiques recueillies, plusieurs méthodes leur ont été appliquées : corrélation de bruit de fond, microsismicité, analyse spectrale. De façon générale, la variation relative de la vitesse de propagation des ondes de surface (dv/v) montre des variations saisonnières significatives : celle-ci atteint un maximum en fin d’hiver, avant de chuter lors de fonte printanière et d’atteindre un minimum en période estivale. De même, les fréquences de résonance propres aux glaciers rocheux, repérées au sein du contenu spectral du bruit de fond sismique, suivent un même régime saisonnier. Nous interprétons ces observations comme l’effet du processus de gel et de dégel sur la rigidité globale du glacier rocheux.Afin de modéliser la variation des paramètres élastiques du milieu due à ce processus de gel, nous avons utilisé un modèle poro-élastique de Biot-Gassmann à trois phases, assimilant le glacier rocheux à un matrice poreuse solide dont les pores sont remplis d’eau liquide ou de glace. Les paramètres du modèle ont été contraints par les résultats des prospections de géophysique active réalisées en été sur chacun des sites. Les grandeurs observables (dv/v et fréquences de résonance) ont ensuite été modélisées, respectivement par comparaison de courbes de dispersion et analyse modale par éléments finis. Les résultats sont en adéquation avec les observations, améliorant ainsi la quantification et la localisation des phénomènes de gel et de dégel saisonniers au sein des glaciers rocheux.De même, la décorrélation (Kd) des intercorrélations de bruit de fond, de même que la variabilité journalière de la densité de puissance spectrale, augmentent fortement lors des épisodes de fonte. Ces observations permettent alors de mieux dater et localiser l’infiltration d’eau liquide au sein de la matrice poreuse.En parallèle de la modélisation des processus physiques, une approche empirique définissant des seuils d’alerte peut également être adoptée, permettant d’intégrer la surveillance sismologique des glaciers rocheux dans des systèmes d’alerte opérationnels.