L’évaluation du risque associé aux blocs rocheux instables grâce au bruit sismique


L’estimation robuste du volume des masses rocheuses constitue un enjeu majeur pour l’évaluation de l’aléa associé aux chutes de blocs. Toutefois, cette estimation demeure particulièrement complexe en raison de la géométrie irrégulière des blocs, de l’hétérogénéité des propriétés mécaniques des matériaux et de la connaissance très approximative des conditions aux limites, notamment en profondeur.


Fig. 1 Simulation numérique de la fréquence de résonance de blocs rocheux selon leur géométrie et les conditions aux limites. La colonne de gauche (a, c, e) correspond à un bloc étroit (5 × 5 × 20 m) et la colonne de droite (b, d, f) à un bloc épais (10 × 10 × 10 m). Les panneaux (a, b) montrent une base fixe, (c, d) un bloc reposant sur une couche plus souple, et (e, f) un bloc enfoncé de 10 m dans cette couche. Chaque panneau indique la fréquence fondamentale f₀ et le déplacement normalisé du mode fondamental. Extrait de [Bottelin et al. 2026b].


Fig. 3 Mesures sismologiques au sommet de la colonne lors des périodes de forage. (a) Accélération enregistrée pendant le forage et proxy de déformation εproxy. (b) Le spectre de puissance montre une diminution de la fréquence de résonance fondamentale f₀, de 9,0 Hz hors forage à 8,5 Hz pendant le forage. (c) Le spectrogramme met en évidence les baisses de f₀ au démarrage des forages et leur récupération à l’arrêt des vibrations. Extrait de [Bottelin et al. 2026b].

Une approche récemment proposée dans la littérature [Pazzi et al. 2025] consiste à étudier la fréquence propre fondamentale des blocs rocheux —estimée par exemple à partir d’un rapport spectral horizontal/vertical— et de la mettre en relation avec leur volume, en s’appuyant sur un abaque établi à partir de simulations numériques de blocs parallélépipédiques encastrés à leur base. Bottelin et al. [2026b] montrent cependant que plusieurs limites peuvent affecter la robustesse de l’estimation du volume à partir de la fréquence propre fondamentale, notamment i) la représentativité des modèles numériques vis-à-vis des conditions réelles du site, ii) la qualité et le traitement des données géophysiques, ainsi que iii) les hypothèses méthodologiques et les procédures de validation retenues. Ces limites doivent impérativement être prises en considération lors de l’interprétation des résultats afin d’estimer le volume de masses rocheuses de façon rigoureuse sur la base de la fréquence de résonance fondamentale.


Dans une seconde étude, Bottelin et al. [2026a] étudient par des mesures sismologiques in situ l’évolution de la fréquence de résonance d’une colonne rocheuse instable (Fig.2). Ces mesures sont réalisées pendant un forage pour le renforcement par boulonnage de cette colonne, permettant la mise en évidence d’une dynamique non linéaire, qui renseigne sur la fissuration interne des structures rocheuses.

L’analyse des mesures (Fig.3) met en évidence la dynamique rapide non linéaire (anomalous nonlinear fast dynamics) au début du forage, et une corrélation claire entre l’accélération au sommet de la colonne et les diminutions (de l’ordre de quelques pourcents) de la fréquence de résonance. Une dynamique lente (slow dynamics) a également été observée, se manifestant par une récupération reproductible de la fréquence de résonance fondamentale après l’arrêt du forage. Cette récupération a également pu être observée après des secousses sismiques générées par des tremblements de terre régionaux. L’ampleur des effets élastique non linéaires observés in situ dépasse ceux mesurés en laboratoire sur roche intacte, révélant une fissuration étendue et multi-échelle au sein de la colonne rocheuse étudiée. Ces résultats montrent que des campagnes de sismique passive réalisées pendant des épisodes de vibrations significatives peuvent permettre de sonder la non-linéarité des matériaux à l’échelle géophysique. Cette approche pourrait notamment trouver des applications en géotechnique et en génie civil, ainsi que dans le suivi de la fissuration interne des structures rocheuses.
Fig. 2 Vue sur une colonne calcaire instable de 760 m3 sujette à des travaux de confortement, avec la localisation du capteur sismologique au sommet (S). Les clous de renforcement (5 à 12 m de longueur) sont représentés par des points blancs surmontés de croix. Extrait de [Bottelin et al. 2026a]


L’étude complète est publiée dans : NATURE


Références :

Bottelin, P., Baillet, L., Larose, E., Guillemot, A. & Johnson, P. A. Nonlinear mesoscopic elasticity revealed by passive seismic monitoring of a rock column during drilling operations. J. Acoust. Soc. Am. 159, 2844–2856 (2026).

Bottelin, P., Baillet, L. & Larose, E. On the use of seismic noise studies for landslide rock block hazard assessment. Commun. Earth Environ. 7, 769 (2026).

Pazzi, V., Fornasari, S. F., Devoto, S., Costa, G. & Forte, E. Fast estimation of landslide blocks’ volume from seismic noise measurements. Commun. Earth Environ. (2025).

Contacts scientifiques :

  • Pierre Bottelin – ISTerre, Univ. Grenoble Alpes, Univ. Savoie Mont Blanc, CNRS, IRD, Univ. Gustave Eiffel, Grenoble, France
  • Laurent Baillet – ISTerre, Univ. Grenoble Alpes, Univ. Savoie Mont Blanc, CNRS, IRD, Univ. Gustave Eiffel, Grenoble, France
  • Eric Larose – ISTerre, Univ. Grenoble Alpes, Univ. Savoie Mont Blanc, CNRS, IRD, Univ. Gustave Eiffel, Grenoble, France