Torrent, Val d’Aoste - Progetto Alcotra RiskNet · par rapport à l'eau non‐gelée. La roche...

Torrent, Val d’Aoste

Analyses géophysiques et modèle 4‐phase Rapport final Eté 2011

Prof. Christian Hauck

Martina Barandun

Antoine Marmy

Alpine Cryosphere and Geomorphology

Department of Geosciences, University of Fribourg

Chemin du Musée 4

1700 Fribourg, Switzerland

Torrent, Val d’Aoste 2011

1

Contenu

Contenu.............................................................................................................................. 1

Introduction........................................................................................................................ 2

Région d’investigation ........................................................................................................ 3

Méthodes ........................................................................................................................... 4

Géoélectrique...................................................................................................................................... 4

Sismique .............................................................................................................................................. 5

4‐phase model..................................................................................................................................... 5

Résultats............................................................................................................................. 8

Profil 1 ‐ géophysique.......................................................................................................................... 8

Profil 1 – Modèle 4‐phase ................................................................................................................. 10

Profil 2 ‐ Géophysique ....................................................................................................................... 12






Conclusion ........................................................................................................................ 26

References........................................................................................................................ 27


2

Introduction

Le but de cette étude est d’investiguer la structure interne de la marge proglaciaire du

glacier de Torrent à l’aide de mesures géophysiques.

Dans notre offre du 02.07.2011, nous avons proposé de réaliser conjointement des profils

géophysiques, l’interprétation des résultats et d’analyse quantitative avec le 4‐phase model

selon Hauck et al (2011). Les profils mesurés incluent : 2 profils longitudinaux 2D de

géoélectricité et de sismique de réfraction ainsi que 2 profils transversaux 2D de

géoélectricité et 3 profils de sismique de réfraction. Trois jours de mesures ont été prévus

(avec 1 jour de réserve).

Les mesures ont eu lieu du 12 au 15 juillet 2011. Le 13 juillet 2011, les conditions

météorologiques ont empêché la réalisation des mesures. En tout, 4 profils géoélectriques (2

longitudinaux et 2 transversaux) et 5 profils sismiques (2 longitudinaux et 3 transversaux)

ont été réalisés.

Le rapport final contient les éléments suivants :

• Description de la région d’investigation et localisation des profils

• Résultats des mesures géophysiques et interprétations

• Analyse des contenus en glace, eau et air au moyen du modèle 4‐phase.


3

Région d’investigation

La région d’investigation (Figure 1) se situe dans le Val Torrent, une vallée latérale du Val D’Aoste près de Rhême‐Notre‐Dame, Italie. Il s’agit d’une marge proglaciaire d’environ 0.09 km2 en aval du glacier de Torrent. Elle est orientée vers le Nord‐Est à une altitude d’environ 2'600 m. La région d’investigation est entourée des deux côtés par des falaises verticales.

Figure 1 ‐ Orthofoto 2000, Glacier de Torrent. En bleu, la région d’étude.


4

Figure 2 ‐ localisation approximative des quatre profils électriques (E) et des 5 profils sismiques (S) (Orthofoto Google Earth, 2010).

Méthodes

Géoélectrique

Parmi toutes les méthodes géophysiques utilisant l'électricité, c'est la méthode de courant‐

direct qui est la plus utilisée dans les recherches concernant le permafrost. Une

augmentation significative de la résistivité électrique survenant au point de congélation,

cette méthode – et spécialement la tomographie de résistivité électrique (ERT) ‐ est tout à

fait adaptée pour détecter, localiser et caractériser l'état et l'évolution des sols contenant

des matériaux gelés (Hauck et Kneisel, 2008; Hauck et al., 2003 ; Hauck et Vonder Mühll,

2003; Hilbich et al., 2008, 2009).


5

Sismique

En plus il est possible d'utiliser la sismique réfraction en milieu périglaciaire grâce au

contraste des propriétés physiques du sol gelé ou de la glace et des matériaux non‐gelés.

Cette méthode donne une indication utile sur la présence de permafrost et plus

particulièrement sur l'épaisseur de la couche active.

Cette méthode d'investigation se base sur l'énergie des ondes P de compression des

matériaux provoquée par la vibration du sol et de la roche. Les ondes sismiques sont le

résultat d’un stress appliqué par une force extérieure à la surface du sol (Hauck et Kneisel,

2008). Les vibrations sont produites, par exemple, à l'aide d'un marteau de forgeron sur une

plaque d'aluminium ou d'acier ou sur un gros bloc de roche. On calcule le retard (temps de

parcours) avec lequel les ondes P arrivent aux différents récepteurs (géophones) des ondes

sismiques. La méthode et s’application pour le permafrost est décrite par exemple dans

Hilbich (2010) et Hauck et Kneisel (2008).

4phase model

Pour favoriser l’interprétation conjointe des données tomographiques 2D électriques et

sismiques, et afin de fournir une estimation quantitative du contenu en glace, en roche, en

eau et en air, Hauck et al. (2011) proposent un modèle permettant d'estimer les fractions

volumétriques de ces quatre constituants. L'applicabilité de ce modèle a été validée dans les

Alpes Suisses à l'aide de données de forage.

Dans le modèle 4‐phase, on part du principe que chaque cellule du sol est constituée par la

somme des fractions volumétriques de la roche fr, de l'eau fw, de la glace fi et de l'air fa, et

rempli les conditions de l'équation suivante (1) :

1=+++ airw ffff avec 1,,,0 ≤≤ airw ffff (1)

Pour déterminer les fractions spécifiques, le modèle est basé, pour la résistivité, sur la

seconde loi d'Archie (Archie, 1942) qui met en relation la résistivité (en Ωm) du matériel

meuble avec la résistivité de l'eau interstitielle ρw, la porosité Φ et la saturation Sw (2):


6

nw

mw Sa −−Φ= ρρ (2)

où a, m et n sont des paramètres déterminés empiriquement (Archie, 1942).

Pour la sismique, le modèle se base sur le fait que la glace augmente la vélocité des ondes

par rapport à l'eau non‐gelée. La roche est également plus rigide que l'eau et que la glace : la

vélocité des ondes sismiques est donc une fonction décroissante de la porosité. Dans l'air, les

ondes sismiques sont très lentes, les vélocités dépendent également de la saturation. Pour

rendre compte de tous ces constats, le modèle de Hauck et al. (2011) propose une extension

de l'équation de Timur (1968) pour les 4 phases comme suit (3) :

a

a

i

i

r

r

w

w

vf

vf

vf

vf

v+++=

1 (3)

Pour déterminer le contenu en glace, le paramètre le plus crucial dans les études de

permafrost, on combine les équations (1), (2) et (3), on la résout pour fi et on obtient (4) :

( )( ) ⎥

⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⎟

⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

−

−+

−−−

−=

wa

n

mr

nrw

a

r

r

r

ia

aii vvf

favf

vf

vvvvv

f 111

111/1

ρρ

(4)

Pour la zone d’étude de Torrent, le modèle a été paramétré avec les valeurs listées dans le

tableau 1. Les valeurs de résistivité et de vélocité sont dans l’ordre de grandeur des valeurs

habituelles pour les environnements alpins. Les valeurs a, m et n sont des valeurs par défaut

et ont été déterminées empiriquement.

La porosité, facteur crucial pour le modèle, doit être estimée. Dans le cas de Torrent, un

gradient de porosité a été imposé au modèle pour que la surface des profils présente environ

50% de porosité. La porosité diminue avec la profondeur mais est encore au moins de 20%

au plus bas des profils, rendant ainsi compte de la porosité caractéristique des matériaux

morainiques.


7

Paramètre Valeur Unité

Vélocité sismique de la glace vi 3500 m/s

Vélocité sismique de l'eau vw 1500 m/s

Vélocité sismique de l'air va 300 m/s

Vélocité sismique de la roche vr 6000 m/s

Résistivité électrique de l'eau rw 100 Ωm

Facteur de tortuosité a 1

Exposant de cimentation m 2

Exposant de saturation n 2

Porosité ϕ 50‐20 %

Tableau 1 – Liste des paramètres utilisés pour le modèle 4‐phase. Ces valeurs sont de l’ordre de grandeur habituelle des valeurs d’environnements alpins.

Les résultats du modèle sont présentés ci‐après séparément. Pour chaque profil, 3 figures

sont présentées : (a) les fractions totales de glace, d’eau et d’air, (b) les fractions par porosité

de glace d’eau et d’air ainsi que (c) les courbes des contenus en glace, eau et air pour les

deux « forages virtuels », ça veut dire des coupes virtuelles à travers les tomogrammes

géophysiques (pour ce concept voir Hilbich et al. 2011). Les zones blanches des profils

correspondent à des zones pour lesquelles le modèle a été incapable de mesurer les fractions

volumétriques.


8

Résultats

Profil 1 géophysique

A

B

Figure 3 – Profil n° 1, composé par le profil électrique E1 (A) et par le profil sismique S1 (B). Il s’agit d’un profil longitudinal dans le secteur sud‐est de la région d’étude.

Le profil 1 (en vert sur la Figure 2) est un profil longitudinal au Sud du ruisseau glaciaire. Il

part de la langue du glacier et s’étend jusqu’à l’arrête de la marge proglaciaire (Figure

1 et 2). La distance entre les électrodes est de 5 m. Le profil à une longueur de 235 m et

une profondeur d’investigation d’environ 40 m. Son orientation est de Sud‐ Ouest/Nord‐Est.

Le profil sismique correspondant se situe exactement au milieu du profil électrique. Les

géophones sont également espacés de 5 m, obtenant ainsi un profil de 115 m de long et

une profondeur d’investigation de 40 m.


9

Sur le tomogramme de résistivité électrique (Figure 3A), les valeurs de résistivités

inférieures à 10'000 Ωm sont prédominantes; la glace, qui présente des valeurs de

résistivités généralement supérieures à 10'000 Ωm, n’est donc pas présente ici, ou alors

en quantités très faibles.

Les zones de résistivités comprises entre 1’000 Ωm et 7‘000 Ωm (tons verts sur la

Figure 3A) représentent probablement les matériaux meubles, par exemple des dépôts

morainiques. Les vélocités des ondes sismiques (Figure 3B) confirment cette hypothèse. Les

matériaux meubles non‐gelée ont généralement des valeurs de résistivité comprises

entre 100 et 5‘000 Ωm et des vélocités sismiques inférieures à 2'000 m/s; ceci correspond

parfaitement aux valeurs observées dans ce profil. La présence d’eau dans ces matériaux

meubles est possible, spécialement où les valeurs de résistivités diminuent.

A partir d’environ 30 m de profondeur, les valeurs de résistivité électriques sont

remarquablement faibles (25‐400 Ωm). Cette anomalie indique un changement de type

de matériel. La présence d’eau dans la roche en place peut expliquer la chute des valeurs de

résistivité, les nappes phréatiques présentant généralement des valeurs comprise entre 10

et 300 Ωm. Sur le profil sismique, les vélocités très élevées (jusqu’à 4500 m/s, jaune/rouge

sur la Figure 3B) confirment qu’il s’agit très probablement de la roche en place.

Une anomalie des valeurs de résistivité a lieu au niveau du point d’intersection avec le profil

2: les résistivités s’approchent de 10‘000 Ωm. Cette anomalie peut provenir de la présence

de glace. Sur le profil sismique, les vélocités augmentent également, jusqu’à 2'500 m/s

traduisant ainsi la présence d’une couche plus rapide. Les valeurs typiques de vélocités

pour la glace sont entre 2500‐4500 m/s. Les anomalies ponctuelles à la surface du profil

sismique sont des artefacts du processus d’inversion et ne doivent pas être pris en compte

pour l’interprétation.

Ce premier profil montre donc une profondeur de matériaux meubles d’environ 20 à 30

m. Au‐dessous, il y a la roche en place. Cette dernière ne pouvant pas être infiltrée par

l’eau, ce qui forme une couche imbibée d’eau. La glace dans les matériaux meubles n’a pas

été détectée mais elle n’est pas à exclure dans la zone d’anomalie. Ceci pourra être éclairci

dans ci‐après, grâce au modèle 4‐phase.


10

Profil 1 – Modèle 4phase

(a) (b)

(c)

Figure 4 – Résultats du 4PM du profil 1: (a) fractions volumétriques, (b) fractions volumétrique par porosités, (c) contenus volumétriques des forages virtuels VBH1 (à gauche) et VBH2 (à droite).


11

Dans ce profil, l’analyse des profils électriques et sismiques avait révélé la probable

existence de matériaux meubles dans les 20‐30m de profondeur dans lesquels la glace ne

semblait pas présente. Dès 20‐30m de profondeur, nous avions supposé la roche en place

imperméable provoquant une présence d’eau conséquente. La glace ne semblait pas

présente dans ce profil, sauf peut‐être dans une zone d’anomalie de résistivité au début du

profil qui est proche de la langue du glacier.

Le modèle 4‐phase pour ce profil (Figure 4) confirme la présence de 20 à 30m de matériaux

meubles où la glace est absente ou présente en quantités très faibles (<5%). Cette couche

présente un contenu en eau élevé (>30%), ce qui correspond aux caractéristiques du lieu. Le

forage virtuel n°2 traverse entièrement cette couche de matériaux meubles : le contenu en

glace est inexistant à la surface, et faible en profondeur (0‐10%); le contenu en eau est élevé

(30%) et il augmente avec la profondeur, confirmant l’hypothèse de la présence de la roche

en place imperméable qui retient l’eau. Cette augmentation du contenu en eau est

également visible sur la Figure 4B, où les couleurs rouges correspondent à une couche

imbibée d’eau retenue par la roche en place sous‐jacente.

La glace est donc peu présente sur ce profil, à l’extrémité gauche du profil, entre 10 et 25m

de profondeur ou la fraction volumétrique relative à la porosité atteint 50%. Cette zone,

proche de la langue du glacier correspond certainement à de la glace morte laissée par le

glacier en retrait.


12

Profil 2 Géophysique

A

B C

Figure 5 – Profil n° 2 (profil transversal), composé du profil électrique E2 (A) et des profils sismiques S2 (B) et S3 (C).

Le deuxième profil est un profil transversal, d’orientation Sud‐Est/Nord‐Ouest. Il croise le

premier profil au niveau de la 11ème électrode. L’espacement des électrodes est à nouveau

de 5m et la profondeur d’investigation d’environ 20 m. Le premier profil sismique débute

au même endroit que le profil électrique, au niveau de la falaise au Sud‐Est et suit le profil

électrique sur 60 m jusqu’au bord du ruisseau. Le deuxième profil sismique débute au milieu

du profil électrique de l’autre côté du ruisseau et le suit sur 60 m en direction du

Nord‐Ouest (Figure 2).

Les valeurs de résistivités électriques entre 1‘000 Ωm et 7‘000 Ωm, présentes surtout du

côté Sud‐Est, indiquent la présence de matériaux meubles sur une profondeur de 20 à 30

m (à gauche dans Figure 5A). Grâce aux propriétés conductrices de l’eau, le ruisseau est

bien visible aux alentours de la moitié du profil avec des résistivités faibles.


13

En profondeur, on remarque à nouveau une couche présentant des valeurs de résistivités

très faibles. Cette couche est à nouveau vers 30 m de profondeur et peut être interprétée

comme dans le premier profil, à savoir un changement de matériel et une capacité de

stockage d’eau.

Le profil passe dans sa deuxième moitié sur une portion du glacier où la glace, recouverte

de matériaux détritiques, a été visuellement observée à la surface. Sur le profil électrique,

la glace se remarque avec des valeurs de résistivité de plus de 20'000 Ωm (en jaune, violet

et rouge sur la Figure 5). La glace ici à une profondeur approximative de 20 à 30 m. A droite

de la glace, on remarque une autre zone avec des valeurs de résistivité de plus de 20’000 Ωm

(en jaune sur la Figure 5A). Il semblerait qu’il s’agisse également de glace, séparée du reste

du corps de glace par un élément de résistivité plus faible. Cet élément peut être la

présence d’eau de fonte qui est retenue par la glace elle‐même ou par la roche en place.

Le profil sismique le plus au Sud (Figure 5B) confirme l’hypothèse de la présence de

matériaux meubles dans les premiers mètres du profil. Une anomalie présentant des

vélocités élevées indique probablement la présence de la roche en place.

Soulignons également l’anomalie du profil électrique proche du point d’intersection du

premier profil. Les valeurs de résistivité de 10'000 à 20’000 Ωm laisse supposer la présence

de glace. Cette anomalie semble liée à la glace massive de l’autre côté du ruisseau, mais

le lien entre les deux est peut‐être dû à un artefact de l’inversion. Une autre explication

serait que le ruisseau coule sur la jonction entre la glace massive et cette anomalie,

produisant un effet thermique sur les couches en‐dessous, pouvant provoquer ainsi un

dégel plus rapide de la glace, expliquant ainsi les valeurs de résistivités plus faibles.

Le deuxième profil sismique (Figure 5C) présente dans sa première partie des vélocités très

élevées. Ces mesures ayant eu lieu sur la glace, les valeurs élevées sont donc expliquées.

Les vélocités diminuent en direction du Nord‐Est. Les valeurs atteignent jusqu’à 1000 m/s à

5m de profondeur. Les vélocités suivantes se situent en‐dessous de 2000 m/s, suggérant

ainsi la présence de matériaux meubles ou de matériel imbibé d’eau. Ces faibles vélocités

correspondent spatialement aux valeurs de résistivités faibles observées sur le profil

électrique entre les deux corps de glace.


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(a) (b)

(c)

Figure 6 – Résultats du 4PM du profil 2: (a) fractions volumétriques, (b) fractions volumétrique par porosité, (c) contenus volumétriques des forages virtuels.


15

La Figure 6 représente la partie gauche du profil électrique E02 et le profil sismique S2 (cf.

Figure 5). Dans cette partie, l’analyse des données géophysiques avait révélé une résistivité

faible, et spécialement faible au début du profil. Ceci laissait supposer la présence, comme

dans le profil 1, de matériaux meubles dans les premiers mètres de profondeur.

Le modèle 4‐phase pour ce profil démontre à nouveau un contenu total en glace très faible

dans les 10 premiers mètres de profondeur et faible plus en profondeur. Selon la Figure 6B

des fractions relative, la glace serait tout de même présente à environ 50% en profondeur.

En effet, à cette profondeur, les valeurs de résistivité et de vélocité sont élevées. Il se

pourrait toutefois que le modèle interprète ceci comme de la glace alors qu’il s’agirait en fait

du passage entre une couche de matériaux meubles et la roche en place (la roche ayant

également des valeurs de résistivités et de vélocité élevées). Le contenu de glace élevé serait

alors due à une surestimation de la porosité. Selon notre interprétation des lieu, une

présence de glace si importante est peu probable à cet endroit‐là.

Le contenu en eau est important dans tout le profil, surtout dans la partie droite du profil

(en jaune sur la Figure 6B) à cause de la proximité avec le ruisseau. Nous nous trouvons

donc, sur les premiers mètres de profondeur en présence de matériaux meubles gorgés

d’eau.

Les deux profils virtuels démontrent un comportement identique, à savoir : un contenu en

air important dans les premiers mètres de profondeur ‐ correspondant à la grossièreté du

matériel morainique ‐ et décroissant avec la profondeur; un contenu en eau relativement

important et stable, qui diminue toutefois avec la profondeur ; un contenu en glace nul en

surface et augmentant dès 2m, respectivement 5.5m de profondeur.

En résumé, la glace est absente, ou présente en faible quantités dans la couche de matériaux

meubles.


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Profil 2 bis – Modèle 4phase

(a) (b)

(c)

Figure 7 – Résultats du 4PM du profil 2bis : (a) fractions volumétriques, (b) fractions volumétrique par porosité, (c) contenus volumétriques des forages virtuels.


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La deuxième partie du profil 2 se comporte de manière bien différente car le profil traverse

une partie de la langue glaciaire recouverte de matériaux morainique.

Le modèle 4‐phase pour cette deuxième partie du profil 2 (Figure 7) montre un contenu en

eau (Figure 7A) est plus faible que dans les deux profils précédents. Il oscille entre 0 et 15%

dans la majeure partie du profil, et augmente sur la partie droite du profil. Dans cette partie,

nous ne nous trouvons plus sur la langue glaciaire, mais à nouveau en présence de matériaux

meubles morainiques dont le contenu en eau est plus élevé (30‐40%).

Le contenu en air est relativement élevé dans les 3 premiers mètres de profondeur,

traduisant la grossièreté des matériaux meubles recouvrant la langue glaciaire. Dès 3m de

profondeur, le contenu en air est réduit à néant et le contenu en glace augmente

drastiquement, jusqu’à 40% de fraction totale attestant ainsi la glace du glacier. Pour

l’analyse de cette langue glaciaire, il est plus judicieux d’observer les fractions relatives

(Figure 7B). En effet, le modèle a été contraint avec une porosité graduelle qui diminue avec

la profondeur, mais qui ne varie pas latéralement. Or, dans la réalité, il eût fallu une porosité

maximale à l’endroit du glacier. Si l’on regarde les fractions relatives, le contenu en glace

s’approche de 100% pour la partie qui traverse le glacier, ce qui est beaucoup plus proche de

la réalité.

Les deux forages virtuels (Figure 7C) confirment cette analyse. Le contenu en eau est

beaucoup plus faible que dans les profils précédents (<10%). Le contenu en air est important

dans les premiers mètres et cèdent sa place à la glace dès 2 à 3m de profondeur. La glace

occupe quasiment toute la porosité (100% de fraction relative).

On remarque également avec le modèle 4‐phase, que la glace est absente à l’extrémité

droite du profil, où l’on a quitté le glacier pour retourner sur le même type de matériaux

meubles que dans les profils précédents et le profil monte sur une pente rocheuse, qui n’a

pas été modélisée par le modèle 4‐phase.


18


A

B

Figure 8 ‐ Profil n° 3 (profil longitudinal), composé du profil électrique E3 (A) et du profil sismique S4 (B).

Ce troisième profil a également un espacement des électrodes de 5 m et atteint une

profondeur d’investigation d’environ 40 m. Il a été réalisé au Nord du ruisseau avec une

orientation Sud‐Ouest/Nord‐Est. Le profil électrique va de l’arête inférieure de la marge

glaciaire jusqu’à quelque mètre par‐dessus la glace recouverte de matériaux. La glace a été

observée visuellement. Le profil sismique commence à la moitié du profil électrique et se

termine vers l’arête inférieure de la marge proglaciaire (Figure 2).

La glace est visible sur le profil électrique par des valeurs de résistivité élevées représentée

en violet et en rouge sur la Figure 8A. La glace massive atteint environ 30 m de profondeur

et occupe environ la moitié du la longueur du profil. Au‐dessous de la glace, les valeurs sont


19

typiques des matériaux meubles. Une anomalie présentant des valeurs de résistivité élevées

au milieu de valeurs plus basses est visible peu après la moitié du profil à une profondeur de

30‐40 m (rond jaune). Au même endroit, sur le profil sismique, les vélocités sont

relativement élevées (>1500 m/s). On ne peut donc pas exclure la présence de glace à cet

endroit mais les valeurs peuvent provenir aussi être roche en place ou simplement un

artefact de l’inversion.

Autour de cette anomalie, les valeurs de résistivité sont relativement faibles. Cela laisse

supposer un contenu en eau relativement élevé, probablement provoqué par la présence

d’une couche imperméable au‐dessous, comme de la glace ou la roche en place qui retient

l’eau de fonte et l’eau de pluie à l’intérieur des matériaux meubles. Les valeurs de la

sismique n’indiquent pourtant pas nécessairement un contenu en eau élevé dans les 5

premiers mètres, avec des valeurs jusqu’à 1000 m/s.

Les résistivités faibles et les vélocités sismiques élevées en profondeur rendent probable la

présence de roche en place. Dans ce profil, il n’est pas à exclure que le matériel meuble,

d’une épaisseur de 20 à 30 m soit partiellement gelé.


20


(a) (b)

(c)

Figure 9 – Résultats du 4PM du profil 3: (a) fractions volumétriques, (b) fractions volumétrique par porosité, (c) contenus volumétriques des forages virtuels.


21

Pour ce profil, les valeurs de résistivité et de vélocité étaient globalement faibles, mis à part

une zone d’anomalie de haute résistivité au gauche du profil. A nouveau, l’interprétation des

données géophysiques avait décelé des matériaux morainiques meubles pauvres en glace.

Le modèle 4‐phase pour ce profil 3 (Figure 9) confirme les hypothèses émises lors de

l’analyse des données géophysiques. Le contenu en eau est élevé dans tout le profil,

spécialement en surface. Toutefois, contrairement aux profils 1 et 2, on ne constate pas

d’augmentation du contenu en eau (30‐50%) vers 20‐30m. Cela laisse à penser que la roche

en place se situe plus loin en profondeur et n’a pas été atteinte par ce profil. D’un point de

vue géomorphologique, cette hypothèse est tout à fait plausible : comme nous nous

trouvons dans la marge proglaciaire juste en aval de la langue glaciaire, nous pourrions nous

trouver en présence d’un ombilic, un surcreusement fait par le glacier lors d’une avancée

précédente et qui a ensuite été rempli de matériaux morainiques.

Le contenu en glace est globalement absent ou très faible (<10%), sauf dans l’extrémité à

droite du profil. Cette présence de glace est toutefois certainement due à une surestimation

de la porosité. D’après la géomorphologie des lieux, il s’agirait plutôt du verrou qui clos

l’ombilic précédemment évoqué. Le verrou, constitué de roche plus dense que les matériaux

meubles provoqueraient cet artefact de calcul dans le modèle.

Les forages virtuels (Figure 9C) attestent du contenu en glace très faible dans ce profil ainsi

que d’un contenu en eau stable et relativement élevé.


22


A

B

Figure 10 ‐ Profil n° 3 (profil transversal), composé du profil électrique E4 (A) et du profil sismique S5 (B).

Le quatrième profil géoélectrique a été réalisé avec un espacement des électrodes de 3 m

afin d’améliorer la résolution spatiale. Le profil est long de 140 m et obtient une profondeur

d’investigation de 20 m. Le profil part de la falaise Sud, passe par‐dessus le ruisseau et croise

le troisième profil à l’avant‐dernière électrode. Le profil sismique a également un

espacement de 3 m et atteint la profondeur d’investigation de 30 m. Il longe la partie Sud du

profil électrique. L’orientation de ce profil est de Sud‐Est/Nord‐Ouest (Figure 2).

A gauche du profil (Figure 10) (partie Sud), le profil part de la roche en place. Cette roche en

place est visible à la surface. Elle est représentée par des valeurs de résistivité électriques

très basses : 25‐500 Ωm. Ces valeurs faibles commencent à droite du profil à la surface et


23

suivent la base du profil. Cette couche a déjà été identifiée auparavant, pour rappel de la

roche en place conjointement avec la présence d’eau. Cette interprétation du profil

électrique correspond bien aux résultats du profil sismique (Figure 10B), où on a trouvé les

valeurs typiques de la roche en place à partir d’environ 15 m de profondeur.

A la surface de la partie médiane du profil, les résistivités diminuent. Ces résistivités peuvent

être liées à la présence en surface d’un grand contenu en eau (sol saturé en eau, observé

visuellement). Le même comportement se retrouve sur la partie à gauche du profil: une zone

bleue ciel présentant des valeurs de résistivité faibles, correspondant au passage en surface

du ruisseau.

Dans tout le profil, il n’y a aucune valeur élevée, ce qui rend la présence de glace peu

probable et l’épaisseur de la couche de matériaux meubles est présumé entre 10 m et 20 m.


24


(a) (b)

(c)

Figure 11 – Résultats du 4PM pour le profil 4: (a) fractions volumétriques, (b) fractions volumétrique par porosité, (c) contenus volumétriques des forages virtuels.


25

Ce profil, qui part de la falaise jusqu’au ruisseau, avait démontré des valeurs de résistivité et

de vélocité faibles, rendant improbable la présence de glace dans ce profil.

La falaise n’est pas réellement visible sur les résultats du modèle (Figure 11) car elle se situe

à l’extrémité du profil et il y a trop peu de valeurs pour en rendre compte. La présence du

ruisseau est également relevée par le modèle (couleur verte, Figure 11A et courbe bleu du

deuxième profil virtuel, Figure 11C). Le modèle démontre à nouveau un contenu en eau

élevé (20‐40%) dans tout le profil avec une augmentation aux alentours de 20m de

profondeur, correspondant à nouveau au haut de la roche en place imperméable qui retient

l’eau au‐dessus d’elle.

La glace est très faible, voire absente dans les 5 premiers mètres de profondeur du profil.

Ensuite, comme le démontre le bleu ciel et le vert clair sur la Figure 11B ainsi que la courbe

des profils virtuel, le modèle 4‐phase simule de la présence de glace (jusqu’à 15% de fraction

totale, jusqu’à 50% de fraction/porosité). Comme ce profil est parallèle au profil 2 (qui

démontrait également de la glace en profondeur), mais plus bas en altitude, il se pourrait

que cette glace, soit la continuité de la glace présente en amont. Elle est toutefois présente

en plus faibles quantité, certainement du fait de la plus basse altitude.

Le premier forage virtuel (Figure 11C) démontre un contenu en eau stable autour de 20% et

un contenu en glace absent à la surface, et d’ensuite 15% plus en profondeur. Le second

forage virtuel a été placé à l’intérieur du ruisseau. La courbe bleue du contenu en eau rend

bien compte de la saturation en eau de l’endroit. Le contenu en glace est évidemment

absent en surface et il n’apparaît que plus profondément avec une valeur d’environ 15%.


26

Conclusion

La structure interne de la région d’investigation a pu être caractérisée par les mesures

géophysiques, à l’aide de 9 profils combinés qui couvrent toute la région.

Les résultats des modèles d’inversion de géoelectrique et sismique attestent de la présence

d’une couche de matériaux meubles, dont l’épaisseur varie entre 10 m et 40m. Les valeurs

mesurées sont typiques des matériaux morainiques et détritiques. Cette couche atteint le

plus souvent la surface et la stabilisation par la végétation est rare. L’influence du blocage de

l’eau par la roche en place provoque une saturation en eau de la couche de matériaux

meubles directement au‐dessus. Il est ainsi relativement aisé de déterminer la profondeur

des matériaux meubles.

Le modèle 4‐phase a confirmé les hypothèses émises lors de l’analyse des données

géophysiques. La présence d’une couche de matériaux meubles a été confirmée. Cette

couche est relativement riche en eau, parfois même saturé, spécialement à l’interface de la

roche en place qui retient l’eau en son sommet. La glace est très peu présente dans la région

d’investigation. Mis à part la glace du glacier et de la glace morte provenant également du

glacier, la glace n’a pas pu être détectée en quantité significatives dans la couche de

matériaux meubles. Le matériel morainique n’est donc pas cimenté par la présence de glace

dans les interstices. Notons toutefois que le modèle 4‐phase se basant sur les mesures

géophysiques et sur une modèle de porosité supposée dans le sous‐sol (avec une incertitude

grande), l’interprétation demeurent des hypothèses qu’il conviendrait de confirmer par des

mesures de forages.


27

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Torrent, Val d’Aoste - Progetto Alcotra RiskNet · par rapport à l'eau non‐gelée. La roche...

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