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Sarah Derendinger: Etude hydrochimique et modélisation géologique de l’aquifère et du tassement de terrain de la Chaux dans le vallon de Nant (VD).

Sarah Derendinger
Co-supervisors: Prof. Michel Jaboyedoff, Prof. Hans-Rudolf Pfeifer
Expert : Prof. Torsten Vennemann

Ce travail porte sur l’analyse hydrochimique et la modélisation géologique de l’aquifère et du tassement de terrain de la Chaux dans le vallon de Nant (VD).

Une campagne de terrain a été réalisée entre avril et septembre 2007, afin de récolter des échantillons d’eau destinés aux analyses des ions en solution par chromatographie ionique et aux analyses d’isotopes stables de l’oxygène et de l’hydrogène. Deux sondages par électromagnétisme transitoire ont également été effectués en vue de déterminer la profondeur du niveau de base du tassement de terrain grâce à la méthode du Sloping Local Base Level (SLBL).

Les résultats des analyses chromatographiques montrent que la composition en ions dissouts des eaux en des différentes sources échantillonnées est bien corrélée à la lithologie de la zone. Leur origine est donc très locale et il n’y a pas d’apports extérieurs. Par contre, une zonation entre les parties amont et aval du vallon est visible. En effet, la partie amont présente des teneurs plus importantes en magnésium et en sulfates, provenant de la dissolution de roches et minéraux magnésiens, ainsi que de la dissolution de pyrite, probablement contenus dans les Flysch parautochtones constituant le substratum de la nappe de Morcles. Les analyses des isotopes stables permettent d’établir un temps de rétention des eaux dans l’aquifère d’environ 4 mois, ce qui est confirmé par l’analyse de la variation temporelle au niveau mensuel des concentrations en ions dissouts dans les eaux de sources.

La modélisation géologique a permis d’établir la profondeur maximale de l’aquifère à environ 100 m, et celles du tassement de terrain et du remplissage du fond du vallon aux alentours de 200 m. Les volumes établis par la suite sont les suivants : l’aquifère mesure 47’508’325 m3, le tassement de terrain 165’694’075 m3 et le remplissage du fond du vallon, dans la zone analysée, 163’552’250 m3.

Nielsen Saga: Analyse de la zone de glissement de l’Abefet et analyse de risque.

Nielsen Saga
Co-supervisors: Prof. Michel Jaboyedoff, Dr. Pierre Gex

The Abefet zone is situated in the Solalex-Anzeinde valley, on top of Bex in the right bank of the Rhône (canton of Vaud). According to the geologic map, the Abefet is a landslide surmounted by a zone of collapse. The Master Thesis consists of characterizing the danger, the landslide, and to make a risk analysis.

The characterization of the landslide zone was made with the following methods:

  • Geomorphology and geology: field observations, geological map and sections, and digital model of ground.
  • Geophysics: PS, EM 31, electric soundings and measures of temperatures and conductivities of waters. All those results do not confirm the information of the geologic map. There is a need of finding a new working hypothesis to explain the morphology and the geophysics measures.
  • Computing: a new delimitation of the Abefet zone was chosen. The hypothesis of a deep landslide making one system with the zone of collapse surmounted partially by two superficial landslides (slide of morainics deposits) is put.

The risk analysis part is not complete, to many data were missing. The field observations on the ground tend to prove that the zone is asleep. Leaving the principle that the deep landslide can slide again, two essays of danger maps are made, according to two scenarios of gliding and according to the elements at risk.

To conclude, the geophysics methods used, surrounded with computing methods, show their value in the framework of the landslides analysis. In relation to the landslides, the risk analysis advances that the Abefet zone is not dangerous.

Sacha Gaillet: Modélisation du remplissage quaternaire d’une vallée glaciaire à une échelle locale, basée sur une approche géophysique et numérique. Le cas du pâturage de Solalex Commune de Bex, Vaud, Suisse.

Sacha Gaillet
Co-supervisors: Prof. Michel Jaboyedoff, François Marillier

L’objectif de ce travail était de déterminer la géométrie, l’épaisseur d’un remplissage quaternaire d’une vallée glaciaire particulière. En effet, un gigantesque éboulement postglaciaire s’est détaché du Miroir d’Argentine suite à la décompression des versants, engendrée par le retrait du glacier local de Paneirosse. Le dépôt de ce phénomène gravitaire a comblé le fond de la vallée, formant ainsi un 87 barrage naturel pour l’Avançon d’Anzeindaz, cours d’eau principal de la vallée. Un lac prit alors place à l’aval du pâturage de Solalex. Petit à petit, ce lac s’est rempli d’alluvions et d’autres dépôts sédimentaires en tout genre, permettant à la rivière de suivre à nouveau son tracé habituel et actuel. Afin de mieux comprendre l’historique de ce remplissage quaternaire, un schéma décrivant les principales étapes de sa formation a été réalisé. Ce dernier reste très schématique. En effet, ce schéma n’est pas à l’échelle et permet simplement de se faire une idée du déroulement de ce dépôt sédimentaire jusqu’à aujourd’hui (figure 60). Le but était donc d’appliquer différentes méthodes géophysiques de prospection afin de déterminer la profondeur du substratum rocheux et de réaliser différentes modélisations de la vallée sans son remplissage quaternaire afin de pouvoir déterminer son épaisseur, sa géométrie et son volume.

Cédric Coquelin: Projet d’installation d’un réseau de stations météorologiques, Vallon de Nant

Cédric Coquelin
Co-supervisors : Prof. Michel Jaboyedoff, Dr. Jean-Michel Fallot
Experts : Dr. Richard Metzger

Le projet Pont de Nant a trouvé un vif intérêt au sein de la faculté de Géosciences de l’environnement de l’Université de Lausanne. Soutenue par une dynamique collective, les principaux buts ont étés atteints en moins d’une année. Aujourd’hui, le Vallon de Nant équipé de ses quatre stations enregistreuses ouvre les portes de l’étude météorologique à l’échelle micro locale. Les données transmises tous les 3 jours par les stations sont stockées sur un serveur accessible à tous. Celles-ci serviront dans les différents mandats ou études scientifiques obtenues par la faculté de Géoscience.

Fort d’une expérience unique, notre travail nous a permis de développer un réseau de connaissances tant dans le milieu de la météorologie que dans le monde industriel. La conduite du projet, organisée depuis Février 2007, s’est révélée enrichissante et fructueuse. Toutes les personnes concernées par l’installation des stations nous ont permis d’obtenir une qualité exceptionnelle dans la récolte des données.

Encore en phase de test pendant le prochain hiver 2008-2009, le réseau Pont de Nant devra surmonter les premières températures extrêmes de la haute et moyenne montagne. Il devra aussi faire ses preuves quant à la récupération des données de précipitations à des altitudes supérieures à 2600 m.

Plus spécifiquement, l’approche analytique de comparaison du modèle COSMO-7, nous a montré des résultats satisfaisants. En effet, même si la précision du modèle ne s’est pas révélée être la plus proche possible des conditions de terrain, celle-ci prouve que les modèles de prévision sont souvent proches des résultats observés. Ceci ouvre des perspectives dans l’amélioration de ces modèles de prévisions. En utilisant la méthode des analogues (Horton and al., 2006 ; Guilbaud. S & Obled. C, 1998) et les séries statistiques de terrain, il serait possible de développer un modèle micro local venant compléter les modèle plus généraux tels que COSMO-7.

Dans une approche encore plus concrète, une recherche sur les gradients de précipitation pourrait trouver sa place dans un futur travail de doctorat. Les conditions véliques, spécifiques aux vallons encaissés, trouveraient aussi un intérêt tout particulier dans la compréhension des systèmes locaux.

Pour ouvrir les perspectives à d’autres sciences, le réseau de stations améliorerait les connaissances dans les rapports existant entre conditions climatiques et migrations de la flore de haute et moyenne montagne.

Loin d’être un projet unique, le « Projet Pont de Nant » a réussi à fédérer un certains nombre d’acteurs au sein de la faculté de Géosciences de l’environnement. Aujourd’hui autonome, les stations enregistreuses attendent leur phase d’exploitation dans l’ensemble des études pour lesquelles elles sont destinées.

Dans un proche avenir, ce réseau – faisant ses preuves – pourrait venir alimenter les séries statistiques d’un réseau à plus vaste échelle, dans un consortium scientifique tel que le projet LTER (Long Time Ecological Research) véritable base de données météo enregistrées en continu. Alors, de multiples études sur l’impact des variations climatiques dans les Pré Alpes vaudoises et à l’échelle alpine verraient le jour.

Julie Bory: Evaluation des dangers potentiels au sein du bassin versant d’un ouvrage hydro-electique. Le cas du barrage de Mauvoisin (Val de Bagnes, Valais, Suisse).

Julie Bory
Supervisor: Prof. Michel Jaboyedoff
Expert: François-Joseph Baillifard

Avec une hauteur de 250 m, le barrage de Mauvoisin (Val de Bagnes, Valais, Suisse) est le plus haut barrage-voûte d’Europe. Son bassin versant topographique est bordé de falaises qui s’étendent par niveaux sur une hauteur pouvant atteindre les 1000 m, et par de nombreux glaciers. De par cette configuration, ce bassin versant a souvent été le siège de chutes de glace, de chutes de blocs et d’éboulements qui ont touché la route et les sentiers pédestres qui longent le lac de retenue, ainsi que les infrastructures liées à l’exploitation hydro-électrique.

Ces événements ont pour le moment toujours été gérés de manière indépendante: aucune évaluation globale de l’ensemble des dangers susceptibles de toucher le bassin versant n’a jamais été entreprise. De même, aucune estimation des conséquences potentielles de ces événements n’a été faite. A l’instar de ce qui s’est déroulé au barrage du Vajont le 9 octobre 1963 (1910 victimes) (Eisbacher et Clague, 1984), un phénomène mettant en jeu un volume élevé pourrait-il générer une vague de type “tsunami” et causer des dégâts aux installations hydro-électriques et, en cas de débordement, aux biens situés à l’aval de la retenue? En 1818 par exemple, le glacier du Giétro, dont la langue terminale barrait la vallée au niveau de l’actuel barrage, céda brutalement. Le lac formé par cette digue naturelle se vidangea rapidement: la vague ainsi formée se propagea jusque dans le lac Léman, distant de près de 80 km, causant la mort d’une cinquantaine de personnes.

La présente étude a pour but de combler ces lacunes. Pour évaluer l’aléa d’éboulement et de chutes de blocs, une importante campagne de terrain est menée, puis complétée par des phases de simulation des phénomènes et de leurs caractéristiques à l’aide de logiciels spécialisés. De la même manière, l’aléa de rupture glaciaire est ensuite évalué, en tenant compte des modifications du climat. En fonction de la susceptibilité à la rupture des phénomènes et de leur intensité, mais également du remplissage de la retenue, le risque de rupture du barrage et le risque de débordement (“tsunami”) est finalement évalué.

François Riff: Contribution du laser scanner 3D dans l’étude du fluage du pergélisol (Développement méthodologique et comparaison avec le D-GPS).

François Riff
Co-supervisors: Christophe Lambiel, Prof. Michel Jaboyedoff

Les objectifs principaux de ce mémoire sont doubles. D’une part, cette étude a pour objectif de développer la méthodologie, et de s’interroger sur les apports du Laser scanner 3D, dans l’étude de la dégradation du pergélisol, en réponse au réchauffement des températures. Dans un deuxième temps, cette étude se doit d’étudier et de comprendre les variations saisonnières des vitesses de déplacement de terrains sédimentaires gelés, dans ce contexte climatique difficile.

Alors que deux premières publications récentes n’avaient pas réussi à combler toutes les attentes, cette étude a démontré que le Laser scanner 3D, en permettant de mesurer et de différencier le déplacement de bloc à bloc, permet aux géomorphologues, comme aucune autre méthode, de comprendre comment ces terrains se déplacent. Afin d’obtenir ce type d’information, le développement méthodologique de cet outil révolutionnaire a montré que la minimisation de la distance de tir et la résolution des MNA créés étaient cruciales, lors de l’acquisition des données 3D.

Bien que cet outil nous a permis l’obtention de résultats inespérés, l’analyse de toute la procédure montre que cette méthode ne peut être utilisée sur tous les sites, et à tout moment. En comparant les résultats apportés par le laser scanner 3D, et par le D-GPS, nous avons pu mettre en évidence que la précision des ces deux méthodes est proche de 3 centimètres. Cependant, le D-GPS, qui a déjà fait ces preuves, est une méthode dont l’utilisation est beaucoup plus adaptée au suivi de la dégradation du pergélisol présent à haute altitude dans les Alpes.

Le suivi D-GPS entrepris à long terme sur les trois sites d’études, nous a permis de démontrer la corrélation existante entre les fluctuations des vitesses de déplacement et les fluctuations de la température du sol. Cependant la dynamique respective des trois sites d’études montre à quel point l’étude de la dégradation du pergélisol est un phénomène complexe, dont les résultats ponctuels sont très difficiles à extrapoler à l’ensemble du massif alpin. Bien que, sur tous nos terrains d’étude, la présence du pergélisol a été démontrée, on a pu voir que sur certains sites les vitesses de déplacements sont préoccupantes, alors que sur d’autres formations, spatialement et morphologiquement proche, les vitesses de déplacements sont pratiquement nulles.

Romain Herren: Caractérisation et tracking en continu des précipitations : analyse des pluies de 2006 sur l’Ouest de la Suisse.

Romain Herren
Supervisor: Prof. Michel Jaboyedoff
Experts: Dr. Richard Metzger, Pascal Horton

The purpose of this work is to develop a continuous rainfall tracking and characterisation method on the basis of radar reflectivity images. The aim is to detect rain from all intensities and origins (frontal, convective or orographic) that occur within one year in West Switzerland, captured by the radar of La Dôle, from the MeteoSwiss network. This original method is divided into three main stages, namely the detection of rain cells, their statistical analysis, which helps determine the characteristics of cells such as intensity, size, orientation or form, and tracking which allows analysis of the development paths and intensities. An analysis resulting from this method shows that the distribution of lengths of the major and minor axes is close to a lognormal distribution. The ellipticity factor is represented by a normal distribution, which tends to show that the cells, regardless of their origins or chosen threshold, are twice longer than wide. These results reinforces an ellipsoidal shape approach of the cell. The cells have an uniform orientation. The tracking, in addition to providing the path orientation and direction, can follow the evolution of the intensity and size of cells. These statistics can be used to power precipitation prediction tool or a synthetic rain generator. The method gives satisfaction, offers many opportunities for improvement and promises great potential for development.

Sarah Bitz: Etude des processus hydrologiques du bassin versant de la Tinière (VD). Application du traçage environnemental et modélisation.

Sarah Bitz
Co-supervisors: Prof. Michel Jaboyedoff, Prof. Torsten Vennemann, Hans-Rudolf Pfeifer

Cette étude a pour but de nous faire acquérir de meilleures connaissances concernant les écoulements dans un bassin versant. Le site choisi pour ce travail est le vallon de la Tinière situé dans les Préalpes vaudoises. Ce choix se justifie par le fait que l’IGAR ait effectué plusieurs études liées aux risques torrentiels et à l’hydrologie dans ce vallon au cours de ces dernières années. Ainsi, il possède déjà de nombreuses données qui pourront être complétées par les résultats de cette étude.

Dans un premier temps, nous procédons à la construction d’un hydrogramme à l’aide de données fournies par un limnimètre placé à l’exutoire du bassin versant, qui sont ensuite calibrées et finalement traitées par les logiciels adéquats. Puis, la séparation d’un hydogramme de crue en un modèle à trois composantes, c’est-à-dire en eaux de la nappe, en eaux de subsurface et en eaux de ruissellement, est effectuée. Pour ce faire, la méthode du traçage environnemental utilisant les isotopes et les ions majeurs est utilisée et appliquée aux écoulements de la Tinière lorsque cette dernière est en crue. De plus, d’autres informations sont données par les analyses chimiques et isotopiques des eaux échantillonnées à plusieurs reprises durant l’été à différents endroits du vallon.

Les résultats obtenus sont réjouissants. En effet, cette étude fût d’une durée relativement courte, toutefois nous sommes parvenus à obtenir une séparation d’un hydrogramme de crue en un modèle à trois composantes qui paraît acceptable, du moins qualitativement. En effet, la construction de l’hydrogramme possède des imprécisions ne permettant pas de considérer ce dernier comme étant réaliste ou précis. Quoi qu’il en soit, ces résultats sont cohérents avec les études similaires déjà effectuées. En effet, ils mettent en évidence un important apport des eaux de la nappe et des eaux de subsurface durant la crue.

A l’aide de ces résultats, des autres données acquises dans le vallon et d’informations provenant d’études antérieures, nous pouvons atteindre notre objectif principal qui consiste à mieux cerner les processus liés aux écoulements dans ce bassin versant. Toutes ces données sont ensuite utilisées pour la construction d’un modèle numérique concernant les écoulements souterrains. Nous essayons ainsi d’approcher la réalité au travers de ce modèle. Cette construction nous permet de traiter des processus hydrogéologiques sous une approche différente.