Combinaison de mesures géodésiques pour l'étude de la subsidence : application à la saline de Vauvert, Gard, France

par Samuel Doucet

Thèse de doctorat en Géomatique

Sous la direction de Philippe Vernant et de Cedric Champollion.

Soutenue le 21-11-2018

à Montpellier , dans le cadre de GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau , en partenariat avec Géosciences (Montpellier) (laboratoire) .

Le président du jury était Jean Chéry.

Le jury était composé de Philippe Vernant, Cedric Champollion, Jean Chéry, Frédéric Masson, Alexis Rigo, Pierre Briole.

Les rapporteurs étaient Frédéric Masson, Alexis Rigo.


  • Résumé

    Depuis son origine, la surface de la Terre est façonnée par de nombreux processus. Qu’ils soient géologiques ou, plus récemment, anthropiques, ces processus façonnent la topographie, à différentes échelles de volume et de temps. Devant l’augmentation des risques (combinaison des enjeux humains et économiques et des aléas de type subsidence ou glissements de terrains), la nécessité de développer des méthodes de mesures fiables et précises de ces processus apparaît évidente. C’est l’objectif des mesures dites géodésiques. Le but de cette thèse est de créer une méthodologie de combinaison des déplacements de surface mesurés par différentes techniques de mesures géodésiques (GNSS, InSAR, Nivellement) afin d’améliorer la connaissance de la déformation sur de nombreux cas d’études. La première étape de la combinaison est l’harmonisation des références spatiales de la déformation. Ensuite, les champs de vitesses issus des différentes techniques sont pondérés suivant leurs incertitudes natives. Enfin la combinaison de ces champs de vitesses est effectuée par la méthode du krigeage par régression pondérée. Le résultat obtenu est une grille de déformation qui, selon les méthodes et données utilisées, présentera une résolution spatiale en une à trois dimensions. Associée à celle-ci, une grille d’indices de fiabilité est créée, prenant en considération les incertitudes natives de chaque méthode d’une part, et les incertitudes liées à la méthode d’interpolation d’autre part. L’étude conjointe de ces deux grilles permet une discussion sur la déformation.Notre méthodologie a été confrontée à un cas d’étude : la subsidence de la saline de Vauvert (Gard, France). Ce site apparaît idéal car (1) sa situation géographique proche de Montpellier facilite son instrumentation et les mesures, (2) une subsidence y est déjà mesurée, dont l’origine est l’extraction de sel entre 2000 et 3000 m de profondeur, et (3) des jeux de données sont disponibles en InSAR, GPS et Nivellement. Deux périodes de mesures sont retenues (2002-2009 et 2015-2017) car permettant l’utilisation conjointe de plusieurs techniques de mesures. Les résultats de la combinaison des champs de vitesses montrent la présence d’un bol de subsidence de magnitude maximale de 2.2 cm/an sur la première période et 2.4 cm/an sur la deuxième période. Son extension atteint les quartiers sud-est de la ville voisine de Vauvert. Globalement cette subsidence (dimension du bol et magnitude) varie peu au cours du temps, néanmoins une zone localisée proche des sites historiques de la Galine, à l’est de la zone d’étude, présente une accélération de la subsidence d’environ 8 mm/an entre les deux périodes. Cette accélération semble montrer un effet en surface de la purge des puits à proximité, purges initiées en 2015.Enfin l’utilisation d’un algorithme/méthode d’inversion sur les données issues de la méthodologie de combinaison (vitesses et incertitudes) permet d’apporter de nouveaux éléments de discussion sur l’anisotropie locale de la déformation. Une accommodation des structures géologiques en profondeur (plis, failles, décollements) est montrée.

  • Titre traduit

    Combination of geodetic measurements for subsidence monitoring : application to the Vauvert saline, Gard, France


  • Résumé

    Since its origin, the surface of the Earth has been shaped by many processes. Whether they are geological or, more recently, anthropogenic, these processes shape the topography at different scales of volume and time. Given the increase in risks (a combination of human and economic issues with subsidence or landslide hazards), the necessity to develop reliable and accurate methods of measuring these processes is clear. This is the goal of the so-called geodesic measurements.The aim of this thesis is to create a new methodology for the combination of surface displacements measured by different geodetic techniques (GNSS, InSAR, Leveling) to improve the knowledge of the deformation on many cases of studies. The first step of the combination is the harmonization of the spatial references of the deformation. Then, the velocity fields resulting from the different techniques are weighted according to their native uncertainties. Finally, a combination of these velocity fields is performed by the weighted regression kriging method. The result is a deformation grid, which, according to the data used, will present a spatial resolution in one to three dimensions. Associated to the grid, a second one of reliability index is created, taking into account the native uncertainties of each method in one hand, and the uncertainties related to the interpolation method on the other hand. The joint use of these two grids improve the discussion on the deformation.Our methodology was confronted with a case study: the subsidence of the Vauvert saline (Gard, France). This site appears ideal because of (1) its geographical situation close to Montpellier facilitating its instrumentation and measurements, (2) a subsidence is already measured, whose origin is the salt extraction between 2000 and 3000 m in depth, and (3) datasets are available in InSAR, GPS and Leveling. Two measurement periods are selected (2002-2009 and 2015-2017) because they allow the joint use of several measurement techniques. The results of the combination of velocity fields show the presence of a subsidence bowl with a maximum magnitude of 2.2 cm / year in the first period and 2.4 cm / year in the second period. Its extension reaches the southeastern area of the neighboring town of Vauvert. On the whole this subsidence (size of the bowl and magnitude) varies a little, nevertheless a zone closed to the historical sites of the Galine (east of the zone of study) presents an acceleration of the subsidence of approximately 8 mm / year between the two periods. This acceleration seems to reflect the surface effect of the closest wells purging , initiated in 2015.Finally, the use of an inversion algorithm of the data from the combination methodology (velocities and uncertainties) bring some new informations on the deformation anisotropy. An accommodation of geological structures in depth (folds, faults, detachments) is shown.


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