Master Pro STEP STAGE PROFESSIONNEL - Université de Mons

Master Pro STEP
Géophysique de Surface et Subsurface (G2S)
Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP)
(2007-2008)
M2 : UE 39U1GG54
STAGE PROFESSIONNEL
Analyse des données sismologiques large bande du champ
géothermique de Bouillante (Guadeloupe)
Prélèvement sous-marin de fluides géothermaux dans la baie de Bouillante.
Tuteur de stage
Mme Éléonore STUTZMANN
Physicienne, Équipe de Sismologie
Institut de Physique du Globe de Paris
PARIS (75)
Soutenu le 19 septembre 2008
par
Florie DEPUISET
Maîtres de stage
MM. Philippe JOUSSET, Adnand
BITRI et Hubert FABRIOL, ARN/RSC
BRGM
ORLÉANS (45)
Master Sciences de la Terre, de l’Environnement et des Planètes (STEP) - Institut de Physique du Globe de Paris - 01 44 27 56 30

Sommaire
1 Contexte général du stage 1
1.1 Le BRGM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.1 Historique de la société . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.2 Missions et objectifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.3 Organisation et ressources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.4 Service et équipe d’accueil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2 Contexte de l’étude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2.1 La géothermie : définitions et enjeux . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2.2 Le champ géothermique de Bouillante . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2 Le réseau sismologique large bande 10
2.1 Gestion du réseau et des données acquises . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.1.1 Mise en place du réseau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.1.2 Acquisition des données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.1.3 Sauvegarde des données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.1.4 Efficacité du réseau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2 Outils d’analyse des données et méthodologie associée . . . . . . . . . . 15
2.2.1 SCREAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.2.2 Seismotool . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3 Résultats et développements 26
3.1 Analyse des évènements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.2 Réponse à la problématique du stage : la microsismicité locale . . . . . . 29
3.3 Données issues des séismes pointés : calcul des rapports VP /VS . . . . . 30
3.4 Conclusion de l’analyse des évènements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4 Conclusion 33
4.1 Le champ géothermique de Bouillante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.2 Apport personnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
A Annexes A
A.1 Lecture des fichiers : invalid byte count to skip . . . . . . . . . . . . . . . A
A.2 Détection des évènements : index exceeds matrix dimensions in read_datafilelist A
A.3 Détection des évènements : chtoread . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A
A.4 Détection des évènements : index exceeds matrix dimensions in hilbert . A
A.5 Vérification du pointé à l’aide du diagramme de Wadati modifié . . . . . B

Liste des figures
1.1 Implantation géographique du BRGM sur le territoire français. . . . . . . 3
1.2 Organigramme du BRGM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 Filiales et participations au sein du groupe BRGM. . . . . . . . . . . . . . 4
1.4 Les Petites Antilles et la Guadeloupe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.5 Basse-Terre : la commune de Bouillante est située sur la côte ouest. 1 . . . 6
1.6 Carte structurale de l’archipel de Guadeloupe (Guadeloupe, les Saintes,
Marie-Galante) [Feuillet et al., 2001]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.7 Projet-cadre ELECGDOM et ses différents projets cibles. . . . . . . . . . . 9
2.1 Schéma conceptuel des stations sismologiques installées à Bouillante. . . 11
2.2 Localisation des stations sismologiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.3 Visualisation des données avec SCREAM : séisme des Saintes, 21 novembre
2004 11h41 GMT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.4 Création d’un filtre avec SCREAM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.5 Schématisation du fonctionnement de l’algorithme STA/LTA. . . . . . . 19
2.6 Fenêtre principale de travail (Plot_ParticleMotion). . . . . . . . . . . . . . 21
2.7 Exemple : informations référencées pour l’évènement détecté par quatre
stations le 24 août 2004 à 21h17min 12s. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.8 Arrivée sismique parfaitement résolue par le critère AIC. . . . . . . . . . 24
2.9 Arrivée sismique moyennement résolue par le critère AIC. L’analyste
doit se fier à d’autres critères complémentaires (fréquences, visualisation,
forme d’onde, etc.). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.10 Illustration d’un très bon pointé. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.11 Illustration d’un bon pointé. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.1 Récapitulatif, par année d’acquisition, du nombre d’évènements détectés
par 5 et 4 stations (82, 1128, 1029, 980, 637). . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.2 Récapitulatif du nombre d’évènements analysés par année d’acquisition
(82, 1128, 547, 0, 242) pour ceux détectés par 5 et 4 stations. . . . . . . . . 27
3.3 Effectifs des différentes catégories de séismes analysés (1086, 403, 104,
579). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.4 Séisme des Saintes du 01 avril 2006 à 16h07min 40s : forme d’onde sur
données non filtrées. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.5 Mécanismes focaux de séismes autour de la Guadeloupe La localisation
de Bouillante et la direction des plans nodaux des séismes des Saintes
(entre la Guadeloupe et la Dominique) sont indiquées sur la figure, modifiée
d’après [Douglas et al., 2006]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.6 Illustration de la régression linéaire au sens des moindres carrés et des
erreurs qui y sont associées. Le point aberrant est celui dont l’ordonnée
est la plus grande. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Liste des tableaux
1.1 Géothermie et cadre correspondant [ADEME-BRGM; INRP]. . . . . . . . 5
2.1 Statistiques mensuelles du réseau sismologique de Bouillante. La signification
du code couleur est indiquée dans la première ligne. . . . . . . . 14
2.2 Tableau illustrant les valeurs du critère S-P en fonction de la distance
parcourue par les ondes. L’indice l correspond à la largeur du champ
(4 km), p à la profondeur (4 km) et L à la longueur (6 km). . . . . . . . . . 22
3.1 Valeurs estimées des rapports VP /VS pour chaque catégorie de séismes
(calcul de la moyenne des valeurs). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Remerciements
Je remercie mes tuteurs de stage pour leur soutien et leur confiance : Éléonore
Stutzmann et Philippe Jousset, ainsi que Adnand Bitri et Hubert Fabriol. Avoir autant
de tuteurs est une chance, chacun peut apporter sa vision du projet et il est plus
simple de savoir quelle direction suivre.
À toutes les personnes qui ont partagé leurs connaissances avec moi, et ce toujours
dans la bonne humeur, je voudrais aussi dire merci. Ces avis hors contexte par rapport
au stage ont donné lieu à quelques innovations et essais de traitement du problème
auxquels je n’aurais pas pensé seule. Merci donc aux occupants du deuxième et du
troisième étage du bâtiment D3.
Et, pour finir, je remercie ma famille et mes amis, les autres stagiaires et les basketteurs
de la section sportive qui, avec leurs sourires et leurs paroles gentilles, ont
illuminé ces six mois de stage. Une pensée particulière est destinée à mon meilleur ami
et ex-binôme, Sebastien Duval, qui a relu ce rapport comme si c’était le sien.
III

IV
Résumé – Abstract
Dans le cadre économique et environnemental actuel, la géothermie connaît un
développement accéléré. L’étude des champs géothermiques permet de rentabiliser
les exploitations en cours ou de déterminer de nouveaux champs potentiels. Pour la
Guadeloupe, qui ne possède aucune ressource locale en énergies fossiles, produire
de l’électricité sans les utiliser est très attractif. Le site de Bouillante représente le
seul site haute enthalpie de France exploité actuellement. Le programme de recherche
GHEDOM-ADEME y est mis en place pour définir une méthodologie d’étude de ces
champs. La sismologie large bande s’utilise pour obtenir des informations concernant
les propriétés physiques des roches.
La recherche de microséismes, dus à l’activité naturelle du champ ou à son exploitation,
a été effectuée dans le cadre de la localisation de nouvelles fractures productrices
de fluide géothermique. L’analyse des données obtenues à Bouillante à l’aide d’un logiciel
dédié aux stations sismologiques en réseau n’a pas mis en évidence de microsismicité
locale, les répliques sismiques des Saintes et le niveau de bruit gênant l’analyse.
Cependant, ces dernières informations peuvent être intégrées ultérieurement à la
connaissance du modèle de vitesses autour de Bouillante (calcul des rapports VP /VS,
tomographie de bruit sismique. . . )
Within the current economic and environmental frame, geothermics is growing at
a high rate. Geothermal studies lead to improve exploitation and to discover new potential
fields. For islands such as the Lesser Antilles, fossil fuels are expensive and necessary.
Extract energy from steam in a geothermal area is attractive for governments
and inhabitants. At the present time, the power plant of Bouillante is the only highenthalpy
exploited field in France. The creation of a methodology for the studies of
such areas is one of the goals of the GHEDOM-ADEME research program. Broadband
seismology is useful to derive informations about the physical properties of rocks (porosity,
wavespeed, fluid content, cracks content, etc.).
Natural or exploitation-stimulated microseisms are being searched for possibly locating
the geothermal fluid-productive cracks. The analysis of data acquired at Bouillante
with a specific tool for seismological arrays has revealed no detectable microseismicity.
Noise in the records and the numerous aftershocks after the seism at les Saintes make
it difficult to get usable data. However all these pieces of information may be useful in
the knowledge of the velocity model around Bouillante.
mots-clés : géothermie haute enthalpie, Bouillante, Guadeloupe, microsismicité

Chapitre 1 – Contexte général du stage
Dans le cadre du développement durable et de la réduction de la dépendance aux
énergies fossiles, les Départements d’Outre-Mer (DOM) comme la Guadeloupe possèdent
un atout considérable. La présence de sources chaudes a conduit à l’étude du
potentiel du champ géothermique de Bouillante (Guadeloupe). Ce site est actuellement
le seul en France permettant de produire de l’électricité à partir de la vapeur extraite
du sous-sol. Des études géophysiques ont permis de mieux appréhender l’extension
du champ mais le modèle proposé reste encore à compléter. Une meilleure connaissance
de ce dernier pourrait permettre une optimisation ou une augmentation de la
production d’électricité. Ce rapport présente les connaissances obtenues à l’aide d’une
expérience de sismologie large bande.
L’entreprise d’accueil, le BRGM, puis le contexte de l’étude seront présentés au
cours de ce chapitre.
1.1 Le BRGM 1
1.1.1 Historique de la société
En 1941, Edmond Friedel, ingénieur général des mines, et Pierre Pruvost, doyen
de la faculté des sciences de Lille, fondent le Bureau de Recherches Géologiques et
Géophysiques (BRGG) dans le but de créer des archives du sous-sol de la France.
Toutes les informations sur les ouvrages souterrains disponibles sont collectées ; de
premières synthèses cartographiques sont réalisées.
En 1953, le BRGG, jusqu’alors financé sur fonds d’état, devient autonome financièrement
sous le nom de Bureau de Recherches Géologiques, Géophysiques et Minières
de la France métropolitaine (BRGGM).
En 1959, le décret 59-1205 du 23 octobre change le nom du bureau minier de la
France d’outre-mer en Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM). Le
BRGGM y est rattaché, ainsi que le bureau de recherches minières de l’Algérie et le
bureau minier guyanais. Le décret précise que le BRGM est un établissement public à
caractère industriel et commercial.
Les décrets 2004-991 du 20 septembre 2004 et 2006-402 du 4 avril 2006 modifient
les missions initiales du BRGM ainsi que son organisation administrative et financière
pour conduire à l’organisme actuel.
1 Référence : [BRGM].
1

2 CHAPITRE 1. CONTEXTE GÉNÉRAL DU STAGE
1.1.2 Missions et objectifs
Le BRGM est l’établissement de référence dans le domaine des Sciences de la Terre
pour gérer les ressources et les risques du sol et du sous-sol.
Les objectifs de la société sont :
1. comprendre les phénomènes géologiques, développer des méthodologies et des
techniques nouvelles, produire et diffuser des données pertinentes et de qualité ;
2. mettre à disposition les outils nécessaires à la gestion du sol, du sous-sol et des
ressources, à la prévention des risques naturels et des pollutions, aux politiques
publiques d’aménagement du territoire.
Ces objectifs sont à réaliser dans le cadre des missions du BRGM : recherche scientifique,
appui aux politiques publiques, coopération internationale et aide au développement,
prévention et sécurité minière.
1.1.3 Organisation et ressources
Les 26 services géologiques régionaux (SGR) et les 3 antennes (FIG. 1.1) permettent
au BRGM d’être présent sur tout le territoire pour effectuer les missions dont il a la
charge. Bien que le siège social soit situé à Paris, la majorité des 1000 employés travaille
sur le site du centre scientifique et technique à Orléans (Loiret). Ils sont répartis dans
les structures présentées sur l’organigramme (FIG. 1.2).
Les thématiques d’action du BRGM (géologie, ressources minérales, géothermie,
stockage géologique du CO2, eau, après-mine, aménagement et risques naturels, sites
et sols pollués, métrologie de l’environnement, systèmes d’information numérique)
sont abordées au sein de projets portés par les services (anciennement services opérationnels
et départements).
Chaque projet se voit attribuer un financement par les directions du service public
et de la recherche, en fonction de ses objectifs et de ses orientations (internationales,
européennes, nationales, locales, service public, partenariat privé. . . ). Le reste
du financement est fourni par les partenaires. Ces derniers peuvent être des filiales du
BRGM (FIG. 1.3), des universités, des organismes européens ou internationaux, des
entreprises. . . L’activité commerciale est gérée par la direction internationale : réponse
aux appels d’offres, propositions aux entreprises, etc.

1.1. LE BRGM 3
MAYOTTE
NOUVELLE
CALÉDONIE
POLYNÉSIE FRANÇAISE
FIG. 1.1 – Implantation géographique du BRGM sur le territoire français.
Direction de la Recherche : CH. FOUILLAC
Direction du Service Public : L.BEROUD
Direction Internationale : J. C. GUILLANEAU
Direction de la Production, de l’Innovation
et de la Qualité : F. LE LANN
Département Géothermie : F. BOISSIER
•Développement et maîtrise de la chaleur géothermique
Département Prévention et Sécurité Minière : J.L. FOUCHER
Service
Géologie
C. TRUFFERT
• Régolite et
réservoirs
• Bassins
sédimentaires
• Socles et
orogenèses
• Cartes et
référentiels
Service
Ressources
minérales
J. TESTARD
• Métallogénie et
synthèse
• Valorisation et
traitement des
données
• Economie,
intelligence et
développement
durable
• Réglementation et
sécurité postextractive
Service
Aménagement
et risques
naturels
H. MODARESSI
• Risque sismique
• Risques sous-sol
et cavités
• Risques
mouvements de
terrain
• Erosion des sols et
littoral
Président
PH. VESSERON
Directeur Général Délégué
F. Demarcq
Service Eau
D. PENNEQUIN
• Evaluation de la
ressource et milieux
discontinus
• Modélisation
hydrogéologique et
hydrogéochimique
• Gestion de la
ressource et
impacts
environnementaux
• Application et
développement
méthodologiques
Service
Environnement
industriel et
procédés
H. GABORIAU
• Gestion des
déchets
• Sites et sols
pollués
• Ecotechnologies
• Modélisation de
l’impact des
stockages profonds
•Centres d’essais
environnementaux
Secrétariat général : R. GUERILLON
Direction Financière : P.L. KIRCHER
Direction des Ressources Humaines : M. BOUILLEAU
Division comptable : J.M. VERDIER
Direction de la Communication et
des Editions : G. LEHIDEUX-VERNIMMEN
Direction de la Prospective : J. VARET
Service
Métrologie,
monitoring,
analyse
G. HERVOUET
• Chimie
environnementale
• Caractérisation
roches, sols et
minéraux
• Traceurs
isotopiques et
datations
• Moyens de terrain
et expérimentation
FIG. 1.2 – Organigramme du BRGM.
Service
Systèmes et
technologies de
l’information
J.M.
TROUILLARD
• Architecture,
sécurité,
administration
• Exploitation et
support
• Analyse et
développement
• Calcul, 3D et
réalité virtuelle
Information et
documentation
Service Actions
régionales
M. BEURRIER
Groupement de
services
régionaux :
• Centre Ouest (6
SGR)
• Nord Est (5 SGR)
• Sud Ouest (4
SGR)
• Centre Est (4
SGR)
• Méditerranée (3
SGR)
Services
régionaux DOM (4
SGR)
Antennes TOM :
• Polynésie
• Nouvelle-
Calédonie
• Mayotte

4 CHAPITRE 1. CONTEXTE GÉNÉRAL DU STAGE
FIG. 1.3 – Filiales et participations au sein du groupe BRGM.
1.1.4 Service et équipe d’accueil
Dans le cadre de ce stage, j’ai été intégrée au sein de l’unité Risques Sous-sol et
Cavités (RSC), conduite par M. Fabriol. Cette unité est une composante du service
Aménagement et Risques Naturels (ARN), dirigée par M. Modaressi.
Localisé sur le site du centre scientifique et technique, ARN est un service qui participe
à de nombreux projets pour lesquels des études géophysiques sont nécessaires.
Trois personnes ont encadré mon stage : MM. Jousset, Bitri et Fabriol ; j’ai pu découvrir
avec eux le fonctionnement d’un service. J’ai également travaillé en collaboration
avec Youval Mishliborsky, qui a revu une partie des données suite à la mise en place
d’un utilitaire de vérification établi par M. Jousset. Il a également réalisé une étude
bibliographique sur les traitements possibles afin d’améliorer l’analyse des données.
1.2 Contexte de l’étude
1.2.1 La géothermie : définitions et enjeux
1.2.1.1 Définitions
Le mot géothermie possède deux sens [ADEME-BRGM] :
1. science qui étudie les phénomènes thermiques internes du globe terrestre ;
2. processus industriels qui visent à exploiter la chaleur interne du globe terrestre
pour produire de l’électricité, de la chaleur ou les deux à la fois.
Le contexte de ce stage se place dans le cadre de la définition 2.
La chaleur interne du globe n’est pas exploitable partout dans les mêmes conditions,
car le gradient géothermique terrestre, le flux de chaleur et les conditions géologiques
ne sont pas homogènes. À chaque situation correspond un type de géothermie (TAB 1.1).

1.2. CONTEXTE DE L’ÉTUDE 5
Un dernier type de géothermie, Hot Dry Rock, existe mais il est encore en phase
de développement : de l’eau sous pression est injectée dans un massif rocheux chaud,
profond et fracturé ; la vapeur émise lors de la décompression du fluide chauffé par la
roche est récupérée en surface pour actionner une turbine productrice d’électricité.
1.2.1.2 Les enjeux de la géothermie
La prospection géothermique s’est développée à partir des années 1960 : campagne
nationale de prospection et premières applications industrielles. En 1969, un premier
réseau géothermique permet de chauffer une partie de la ville de Melun l’Almont.
Suite aux crises pétrolières et devant le succès de l’expérience de Melun l’Almont, la
géothermie se développe comme source alternative d’énergie. En particulier, pour les
Départements d’Outre-Mer, l’enjeu est considérable, ces îles dépendant de l’apport en
énergie fossile [Laplaige et al., 2000, 2005; Philippe, 2006].
À la fin du XX e siècle, le contexte global de hausse du prix des énergies non renouvelables
et la notion de développement durable issue du protocole de Kyoto (1997)
conduisent la France, notamment au travers du BRGM, à reprendre l’exploration géothermique,
en particulier dans les DOM qui connaissent un contexte géologique favorable.
De plus, le développement de cette énergie, qui ne dégage qu’une quantité
faible de CO2, permettrait à la France de respecter ses engagements législatifs concernant
l’augmentation de la part d’énergies renouvelables dans le budget énergétique de
la nation et dans le cadre de la réduction des émissions de gaz à effet de serre.
Type de
géothermie
Température du
fluide circulant
(°C)
Gradient
géothermique
(°C/100 m)
Flux de chaleur
(mW/m 2 )
Haute enthalpie > 150 10-50 > 200
Moyenne
enthalpie
90-150 3-10 100-200
Basse enthalpie 30-90 1-3 60-100
Très basse
enthalpie
< 30 1-3 60-100
Contexte
géologique
Zones de
subduction –
Rifts
Bassin
sédimentaire
Bassin
sédimentaire
Aquifères
superficiels
Utilisation
Production
d’électricité
Chauffage –
Production
d’électricité
avec dispositif
adaptés
Chauffage
Chauffage avec
dispositif
adapté
TAB. 1.1 – Géothermie et cadre correspondant [ADEME-BRGM; INRP].

6 CHAPITRE 1. CONTEXTE GÉNÉRAL DU STAGE
1.2.2 Le champ géothermique de Bouillante
1.2.2.1 Cadre géologique et structural
Mer Caraïbe
Océan Atlantique
Porto Rico
Venezuela
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FIG. 1.4 – Les Petites Antilles et la Guadeloupe. 1
Ile de la Basse-Terre
Guadeloupe
Carte de l'île
Plage de la Perle
Grande-Anse
Deshaies
Pointe-Noire
Plage Caraïbe
Caféière
Bouillante
Vieux-Habitants
Morne d'Inde
402 Sofaïa
La Coque
Baille-Argent
Mahault
Plage de
Malendure
Morphy
N2
D17
Acomat
Ilets Pigeon
Réserve
Cousteau Pigeon
N2
Plage de Cluny
D18
Morne à Louis
753
Beaugendre
D27
Baillif
Basse-Terre
Les Mamelles
715
Saint-
Claude
Vieux-Fort
Sainte-Rose
La Boucan
Chartreux
Ravine-Chaude
Barbotteau
Morne Léger
651
Vernoux
Pitons de Bouillante
1088
Marina
D19
La Couronne
756
Morne Jeanneton
744
D23
Matouba
Gourbeyre
PARC
Morne Moustique 1120
Champfleury
La Soufrière
1467
Morne-Rouge
Lamentin
La Rosière
Morne Incapable
1085
NATIONAL
Grand Sans-Toucher
1354
de la GUADELOUPE
N3
Monts Caraïbes
687
D1
Saut de la
Lézarde
Grande-Anse
Ilet à Caret
N1
Route de la Traversée
D1
N1
Montebello
Chutes du Carbet
D4
Saint-Sauveur
Trois-Rivières
Ilet à Fajou
Baie-
Mahault
N2
N1
N10
Petit-Bourg
Sainte-Marie
D3
N1
Plage de Viard
Goyave
GRANDE-TERRE
Capesterre-
Belle-Eau
FIG. 1.5 – Basse-Terre : la commune de Bouillante est située sur la côte ouest. 1
1 Les images sont issues respectivement des sites internet :
http ://fr.wikipedia.org/wiki/Image :LocationLesserAntilles.png
http ://alexis.bosson.free.fr/guadeloupe/img/2007-07-07_petites_antilles.png
http ://gwadaplans.com/images/cartes/guadeloupe_basse-terre.pdf

1.2. CONTEXTE DE L’ÉTUDE 7
La Guadeloupe est un archipel de l’Océan Atlantique. Située par 16°15’ de latitude
Nord et par 61°35’ de longitude Ouest, il appartient au groupe des Petites Antilles, qui
s’étend des Îles Vierges (à l’Est de Porto Rico) jusqu’à la côte vénézuelienne (FIG.1.4).
La subduction, à la vitesse de deux centimètres par an en moyenne, des plaques Nord-
Américaine et Sud-Américaine sous la plaque Caraïbe crée l’arc des Antilles [Feuillet
et al., 2002].
L’archipel est constitué de deux ensembles distincts : Grande-Terre et les îles comme
Marie-Galante et la Désirade à l’Est ; Basse-Terre et les Saintes à l’Ouest ; l’île principale
!"#$%&'()%*+,-%(./&0)12/+.'2(/+-*/&,)/+3'*4+$/4+567
est formée de Grande-Terre et Basse-Terre. C’est un ensemble complexe de structures
tectoniques et volcaniques. Grande-Terre est constituée d’un socle volcanique recouvert
par des récifs coralliens. Elle est reliée par un isthme à Basse-Terre, formée par la
juxtaposition au cours du temps de plusieurs édifices volcaniques [Feuillet et al., 2002].
La commune (/G(%*)12/+'G()H/+ID),J+>KJ+L2&+:&'*3/=M/&&/N+$/4+D')$$/4+'G()H/4+4%*(+%&,'*)4-/4+/*+3/2"
de Bouillante est située sur la côte ouest de Basse-Terre (FIG. 1.5), et
D'0)$$/4+12)+D%&0/*(+3/4+0'&G./4+3'*4+$'+(%#%,&'#.)/+IB/2)$$/(+!"#$%&N+EAA@KJ+O2+*%&3+3/
comme son nom l’indique, elle est le siège de manifestations hydrothermales révéla-
:&'*3/=M/&&/N+2*/+D'0)$$/+/4(+%&)/*(-/+PP!+Q+#/*3',/+L!N+/$$/+'+2*+&/R/(+H/&()G'$+3S'2
trices d’un0%)*4+TA+0+/(+#%&(/+3/4+4(&)/4+H/&()G'$/4+)*3)12'*(+2*/+G)*-0'()12/+/*+D')$$/+*%&0'$/J champ géothermique. D’après les travaux de Bouysse, Duperret, Deplus et
Feuillet [Bouysse U'+4/G%*3/+D'0)$$/+3/+D')$$/4+*%&0'$/4+/4(+%&)/*(-/+!V+/(+'+2*+#/*3',/+H/&4+$/+423J
et al., 1984; Duperret, 1991; Deplus et al., 2001; Feuillet et al., 2002],
5S'#&W4+ 4%*+ '*'$X4/+ 0)G&%=(/G(%*)12/+ 3/+ (/&&')*N+ B/2)$$/(+ !"# $%&+ IEAA@K+ )*3)12/*(+ 2*/
le champ géothermique 3)&/G()%*+ 3S/"(/*4)%*+ de Bouillante 0%X/**/+ PLJ+ se Y/4+ serait D')$$/4+ mis !V+ en $)0)(/*(+ place $'+ #'&()/+ à l’intersection 0-&)3)%*'$/+ 3/ du système
de failles de :&'*3/=M/&&/J+6*+&/(&%2H/+$/2&+G%*R2,2-+'H/G+2*+/4G'&#/0/*(+ Bouillante-Montserrat et d’un système de failles 3/+ normales $S%&3&/+ 3/+ @AA+ délimitant 0N des
12)+ 4/+ 4)(2/+ '2+ *)H/'2+ 3/+ 7'&)/=:'$'*(/+ 'H/G+ 2*+ #/*3',/+ H/&4+ $/+ *%&3N+ $S/*4/0Z$/
grabens (FIG. 3-D)*)44'*(+$/+,&'Z/*+32+0[0/+*%0+ID),J+>KJ+\+8'44/=M/&&/N+12)+#&-4/*(/+2*/+,-%$%,)/
1.6). Ces deux systèmes accommodent la subduction des plaques américaines
versH%$G'*)12/+G%0#$/"/N+$'+0)4/+/*+-H)3/*G/+3/+D')$$/4+'G()H/4+/4(+#$24+3)DD)G)$/+/*+&')4%* le sud-ouest : le premier, orienté N140°E, traduit une composante de glis-
3/+ $'+ H-,-('()%*J+ L2&+ $'+ G](/+ %GG)3/*('$/+ 3/+ $S^$/N+ $/4+ 4(&2G(2&/4+ 4%*(+ /*+ ,-*-&'$+ Z)/*
sement sénestre le long de failles en échelon réparties le long de la courbure de l’arc ;
H)4)Z$/4+/*+G%2#/+ID),J+@KJ+Y%00/+$/4+(&'H'2"+32+89:7+'2(%2&+3/+8%2)$$'*(/+IM&')*/'2
le deuxième, orienté Est-Ouest, traduit une extension Nord-Sud.
!"# $%&N+ @__FKN+ $/4+ 0/42&/4+ 4(&2G(2&'$/4+ 3/+ (/&&')*+ 0/((/*(+ /*+ -H)3/*G/+ 3/4+ D')$$/4
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.6$8-;/#'!9(%%!"#/(+'$J>?&
FIG. 1.6 – Carte structurale de l’archipel de Guadeloupe (Guadeloupe, les Saintes,
Marie-Galante) [Feuillet et al., 2001].

8 CHAPITRE 1. CONTEXTE GÉNÉRAL DU STAGE
1.2.2.2 Problématique générale
Histoire de la prospection géothermique à Bouillante [Genter and Traineau, 2004]
Dès 1963, le site de Bouillante est soumis à diverses expérimentations pour déterminer
son potentiel géothermique, attesté par la présence de sources chaudes. Ces travaux
conduisent au creusement de trois forages d’exploration. Les résultats obtenus,
complétés par deux campagnes géophysiques, permettent d’implanter le forage productif
BO4, qui alimente l’unité Bouillante 1. La connexion au réseau électrique est
effective en 1985. Cependant, faute de savoir-faire de la part d’EDF, la production est
stoppée en 1991. L’Agence De l’Environnement et de la Maîtrise de l’Énergie (ADEME)
persuade EDF de s’associer au BRGM en créant une filiale commune qui regroupe
toutes les compétences nécessaires à l’exploitation. Géothermie Bouillante S.A., filiale
du BRGM à 60 % et d’EDF à 40 %, réhabilite le site et reprend l’exploitation en 1995,
avec la mise en place d’une deuxième unité de production. Deux pour cent de l’énergie
consommée sur l’île est alors fournie par la centrale géothermique.
La réussite du projet incite Géothermie Bouillante S.A. à accroître l’exploitation du
champ. Des études complémentaires sont donc réalisées par le BRGM à partir de 1999.
Elles ont permis d’affiner la connaissance du gisement géothermique et d’implanter de
nouveaux forages en 2001. Une deuxième unité, Bouillante 2, est mise en place et porte
la production de la centrale à 5 % de la consommation de l’île.
À l’heure actuelle, des études sur l’extension du champ au Nord de la baie de
Bouillante sont en cours. Elles font partie de deux projets relativement distincts : une
volonté d’augmenter la production d’énergie de la part de Géothermie Bouillante S.A.
et une volonté de créer un projet méthodologique de synthèse sur l’exploration géothermique
haute enthalpie dans les DOM.
Les projets de recherche [MMA/BRGM, 2005]
Depuis 1995, les travaux de recherche du BRGM consacrés au développement de la
géothermie haute enthalpie ont bénéficié du soutien financier de plusieurs acteurs :
ADEME, Union Européenne, Agence Nationale de la Recherche, régions Guadeloupe,
Martinique et Réunion. Pour continuer cet effort de recherche et valoriser les acquis
français dans le domaine, le BRGM et l’ADEME ont signé en 2002 une convention
créant le projet GHEDOM (Géothermie Haute Énergie dans les DOM). En 2005, ce projet
est clos. Dans le cadre du contrat 2005-2008 entre le BRGM et l’État, avec le soutien
de l’ADEME, le BRGM met en place le projet-cadre « ÉLECtricité Géothermique dans
les DOM ». ELECGDOM regroupe différents projets dont les axes de recherche sont
communs (FIG. 1.7) :
1. estimer le potentiel géothermique à l’aide de méthodes transposables sur tous les
champs haute enthalpie ;
2. optimiser les méthodes de surveillance, d’exploitation et de gestion du champ
pour sécuriser la production.

1.2. CONTEXTE DE L’ÉTUDE 9
FIG. 1.7 – Projet-cadre ELECGDOM et ses différents projets cibles.
1.2.2.3 Problématique du stage
Le projet cible GHEDOM-ADEME s’est donné pour objectifs précis (1) d’améliorer
le modèle conceptuel du champ géothermique de Bouillante et (2) d’optimiser les
méthodes de surveillance des champs géothermiques.
Puisque les champs géothermiques sont situés en zones tectoniques actives et que
la circulation de fluides favorise l’ouverture des fissures et fractures, ils sont fréquemment
associés à des microséismes [Wright et al., 1985]. La localisation de ces microséismes
et l’analyse de leurs caractéristiques peuvent permettre de remonter à des
paramètres du champ comme l’importance des fractures (nombre, espace vide représenté),
la perméabilité, le contenu en fluide et la porosité, l’atténuation du milieu, le
rapport VP /VS. . . [Fabriol and Beauce, 1997].
L’analyse de signaux sismiques enregistrés sur des volcans dans une large gamme
de fréquences a montré la présence de phénomènes longue période qui traduiraient
la résonance d’un fluide contenu dans les fractures [Chouet, 1986] ou de la cheminée
d’alimentation [Neuberg et al., 2000]. Le BRGM a émis l’idée que ce fonctionnement
existe aussi dans les champs géothermiques haute enthalpie. Ainsi, en acquérant
et analysant des données large bande, il serait possible de remonter à la localisation
des sources sismiques (rupture ou résonance, géométrie, orientation), à l’étendue du
champ, à la composition des fluides présents dans les fractures et aux variations dans
le temps de ces informations [Jousset, 2006].
Le but de ce stage est d’analyser les signaux large bande du réseau sismologique
de Bouillante pour détecter la présence de microséismes et de séismes longue période.
Le chapitre suivant présente l’essentiel du travail que j’ai effectué : la gestion du
réseau et des données obtenues et la méthodologie de l’analyse des données.

Chapitre 2 – Le réseau sismologique
large bande : outils et méthodologie
d’acquisition et d’analyse des données
2.1 Gestion du réseau et des données acquises
2.1.1 Mise en place du réseau
Le réseau sismologique a été mis en place en août 2004 pour une durée indéterminée.
Les six stations ont été installées du 8 au 15 août. Les données enregistrées ne sont
exploitables qu’à partir du 12 août (quatre stations installées pouvant permettre une
localisation des évènements détectés). Afin d’obtenir des enregistrements de qualité,
le choix du matériel et des emplacements est très important.
Choix du matériel
Pour mener à bien l’étude, le BRGM a acquis des stations sismologiques CMG40-TD
auprès de la société Güralp. Composées chacune d’un sismomètre, d’un numériseur
et d’un enregistreur, elles permettent d’enregistrer les signaux sismologiques sur une
large bande de fréquence (0,0167-100 Hz). Elles sont associées à une antenne GPS pour
situer précisément les enregistrements dans l’espace et permettre la synchronisation
entre stations.
Choix des emplacements
De nombreuses sources de bruit sismique existent dans l’environnement :
– le sismomètre est sensible aux variations de pression et de température (dérives
instrumentales), au vent et aux impacts de foudre qui peuvent générer des ondes
sismiques (données météorologiques). Il est donc nécessaire de l’enterrer et de
l’isoler le plus possible du milieu extérieur ;
– des effets de dérive peuvent apparaître si le sismomètre n’est pas placé de manière
horizontale ou si le sol est meuble. Couler une dalle horizontale de mortier
ou béton permet d’éliminer les effets d’enfoncement du matériel dans le sol. De
plus, des molettes de nivellement sont intégrées au matériel ;
– les activités humaines comme le passage de piétons, de voitures, d’animaux d’élevage
ou les travaux créent aussi des signaux parasites. Il faut donc placer les
stations dans des zones calmes, ce qui nécessite l’utilisation de batteries et de
panneaux solaires pour alimenter l’installation en énergie.
10

2.1. GESTION DU RÉSEAU ET DES DONNÉES ACQUISES 11
La figure 2.1 indique tous les aménagements permettant un fonctionnement correct du
réseau.
L’objet étudié étant le champ géothermique de Bouillante, les stations doivent être
placées dans des positions permettant d’encercler le champ tout en pouvant obtenir
des informations près des puits de production. Une forme de spirale est donc échantillonnée
(FIG. 2.2), dont le centre est situé au puits BO4 (station LB4). Le sismomètre
doit être orienté pour que les composantes d’enregistrement x, y et z correspondent
respectivement aux directions Est-Ouest, Nord-Sud et verticale.
Panneau solaire
GPS
Buse de béton
(protection intempéries,
animaux, accidents…)
Batterie
et régulateurs
Tuyau extérieur en PVC ou acier+béton
coulé dans la dalle
Enregistreur
et disque dur
Câble signal posé
dans une gaine électrique
Couvercle et bâche de protection
Isolation thermique
Billes de polystyrène
Tuyau intérieur en PVC
coulé dans la dalle
Dalle de mortier :
50% ciment
50% sable homogène
Sismomètre et
numériseur
Évacuation de l’eau infiltrée
FIG. 2.1 – Schéma conceptuel des stations sismologiques installées à Bouillante.
LB6
BO3
BO1
LB5
2 km
BO2
BO6
BO4
LB4
LB1
BO5
BO7
LB2
LB3
FIG. 2.2 – Localisation des stations sismologiques.

12 CHAPITRE 2. LE RÉSEAU SISMOLOGIQUE LARGE BANDE
2.1.2 Acquisition des données
Les données sont acquises en continu et stockées par période de trois heures. Le
sismomètre enregistre la vitesse de déplacement du sol selon les trois composantes directionnelles
; la numérisation du signal se fait simultanément. Le signal numérisé est
transmis à l’enregistreur en même temps que les données provenant du système de positionnement.
Toutes ces informations sont codées à l’intérieur de fichiers stockés dans
une mémoire Flash, qui se décharge à intervalles réguliers dans un disque dur amovible
de 40 Gb. L’utilité de la mémoire Flash apparaît lorsque le technicien intervient
pour changer le disque dur amovible : la période d’enregistrement du fichier n’est pas
terminée, des données sont en cours d’acquisition et de transmission ; si le technicien
enlève le disque, sans mémoire Flash, les informations acquises pendant la durée de
l’intervention sont perdues.
2.1.3 Sauvegarde des données
Lors de son intervention, en plus des réparations éventuelles, le technicien récupère
et sauvegarde les données :
1. il change les disques durs amovibles ;
2. une fois rapatriés au SGR, il transfère leurs données sur son ordinateur ainsi que
sur un serveur dédié et les grave enfin sur un DVD ;
3. le DVD est envoyé au responsable de l’analyse des données, M. Jousset. Ce dernier,
au centre scientifique et technique à Orléans, archive le DVD après une dernière
sauvegarde sur un serveur dédié.
La sauvegarde sur le serveur dédié nécessite une vérification de la correspondance
entre les fichiers et les stations sismologiques, de la durée des fichiers et de la qualité
de la sauvegarde sur le DVD :
1. chaque nom de fichier est codé en fonction d’un algorithme Güralp qui permet
de reconnaître l’identifiant du numériseur. Cependant, des pannes ont eu lieu
et certains éléments des stations ont dû être changés. J’ai donc retrouvé la correspondance
entre la localisation géographique des fichiers et les numériseurs.
Les fiches de vie du réseau et les fiches d’intervention permettent ce tri. En cas
de perte d’informations sur les interventions, les fichiers peuvent être visualisés
avec un utilitaire fourni par Güralp : SCREAM, qui donne, entre autres, la position
enregistrée par le GPS ;
2. au moment de l’intervention, le technicien vide la mémoire Flash dans le disque
amovible. Le fichier courant est transmis mais la période de trois heures n’est
pas respectée : le fichier est incomplet et ne sera obtenu que lors de l’intervention
suivante. Lors du rassemblement sur le serveur, je n’ai donc gardé que le fichier
complet ;
3. certains DVD gravés sont illisibles (mauvaise qualité du support) ou les fichiers
ne contiennent pas les entêtes nécessaires à la lecture. Dans ces cas très précis,
les données sont perdues. Les fichiers correspondants pourraient être récupérés
à partir du serveur de sauvegarde au SGR de Guadeloupe.
Sur le serveur dédié aux données du réseau sismologique de Bouillante, à Orléans,
les fichiers ont été triés par station, par année et par mois.

2.1. GESTION DU RÉSEAU ET DES DONNÉES ACQUISES 13
2.1.4 Efficacité du réseau
En plus des problèmes de sauvegarde et de récupération des données sur les DVD,
certaines stations ont connu quelques difficultés lors de l’enregistrement : disque dur
mal connecté ou non reconnu, transfert d’informations avec un taux trop lent entre
le numériseur et l’enregistreur (ce qui entraîne l’écrasement des données non encore
transmises), station en panne. . . . Pour avoir une idée des conséquences de tous ces problèmes
sur la quantité et la qualité des données, j’ai établi les statistiques mensuelles et
inter-interventions de l’efficacité des stations.
Si le réseau sismologique ne connaît aucune panne, à partir de la date pour laquelle
les données sont considérées comme interprétables, le nombre de fichiers théoriques
est de huit par jour (huit périodes de trois heures) par station. De la même manière,
s’il n’y a pas de problème de perte d’informations, la taille des fichiers ne dépend que
du niveau de signal 1 . En regardant, mois par mois, quelle était la taille moyenne des
fichiers, j’ai pu déterminer le nombre de ceux n’ayant que 70 % de la taille théorique 2 .
Seules les statistiques mensuelles sont présentées dans le tableau 2.1. Les statistiques
inter-interventions sont disponibles auprès de M. Jousset. Le premier nombre
correspond au pourcentage de fichiers enregistrés par rapport au nombre théorique de
fichiers que l’on doit obtenir, le deuxième correspond au pourcentage de fichiers complets
(avec au moins 70% de données) par rapport au nombre de fichiers enregistrés.
La signification des couleurs est donnée dans la deuxième ligne du tableau.
L’efficacité moyenne du réseau, de août 2004 à avril 2008, est de 78,5 % et 84,7 %
des fichiers enregistrés sont complets. Cependant, lorsque LB4 et LB5 ont été arrêtées
à cause de pannes à répétitions (LB5) ou au trop fort niveau de bruit créé par l’extraction
du fluide géothermique (LB4), les statistiques moyennes s’améliorent : 91,5 % des
fichiers sont enregistrés dont 96,5 % complets. Le réseau sismologique large bande de
Bouillante permet donc d’obtenir des informations fiables sur l’activité du champ.
1 Le système de codage de l’information est basé sur des valeurs relatives d’amplitude par rapport à
une valeur de référence. Plus l’amplitude varie, plus le nombre de bytes nécessaire pour coder le signal
est grand.
2 Avec 70 % de la taille théorique des fichiers, l’enregistrement des données est relativement complet
et l’analyse ultérieure reste suffisamment fiable.

14 CHAPITRE 2. LE RÉSEAU SISMOLOGIQUE LARGE BANDE
Période LB1 LB2 LB3 LB4 LB5 LB6 Réseau
Eff. > 95 % Eff. > 70 % Eff. > 25 % Eff. < 25 %
août-04 100-80 100-70 100-84 55-72 48-93 100-87 83-81
sept.-04 100-80 100-77 100-88 0-0 0-0 100-70 80-61
oct.-04 19-87 100-36 100-88 37-70 0-0 100-84 59-61
nov.-04 0-0 100-68 100-84 0-0 0-0 100-76 50-38
déc.-04 0-0 100-93 92-74 0-0 0-0 0-0 32-28
janv.-05 0-0 97-55 0-0 39-81 0-0 0-0 23-23
févr.-05 0-0 36-3 4-50 0-0 0-0 0-0 7-9
mars-05 51-98 74-98 79-84 8-85 0-0 91-99 51-77
avr.-05 78-99 100-100 100-100 33-53 0-0 86-100 66-75
mai-05 100-99 71-99 100-100 2-33 0-0 15-86 48-69
juin-05 100-100 100-100 100-100 46-17 0-0 0-0 58-63
juil.-05 100-99 69-99 100-100 60-99 arrêt 40-99 74-99
août-05 100-98 50-99 55-99 50-100 de la 100-100 71-99
sept.-05 100-100 70-99 36-99 100-100 station 100-100 81-100
oct.-05 100-94 94-94 100-100 100-99 100-100 99-97
nov.-05 100-100 32-99 100-100 100-96 100-100 86-99
déc.-05 100-97 100-91 29-97 88-99 29-99 69-97
janv.-06 100-100 100-100 0-0 47-95 88-99 67-79
févr.-06 88-99 100-100 0-0 66-97 100-100 71-79
mars-06 67-93 87-82 66-99 arrêt 95-100 79-94
avr.-06 100-97 100-95 100-100 de la 44-98 86-98
mai-06 100-100 48-99 100-100 station 52-100 75-100
juin-06 100-100 15-97 100-100 100-100 79-99
juil.-06 100-100 100-99 100-100 100-100 100-100
août-06 100-100 100-99 96-98 100-100 99-99
sept.-06 100-100 100-94 100-100 100-100 100-99
oct.-06 100-97 95-83 100-100 100-100 99-95
nov.-06 100-100 95-97 100-100 100-100 99-99
déc.-06 100-100 79-86 100-100 100-100 95-97
janv.-07 55-100 94-92 100-100 100-100 87-98
févr.-07 54-99 100-100 100-100 100-100 89-100
mars-07 100-100 100-98 100-100 100-100 100-100
avr.-07 100-100 100-100 100-100 100-100 100-100
mai-07 71-99 100-100 100-100 100-100 93-100
juin-07 8-94 100-95 100-100 100-100 77-97
juil.-07 100-100 51-98 100-99 100-100 88-100
août-07 100-100 0-0 100-100 100-100 75-75
sept.-07 100-100 78-81 100-100 100-100 95-95
oct.-07 92-100 100-96 100-99 100-100 98-99
nov.-07 0-0 100-93 100-100 100-100 75-73
déc.-07 95-100 100-100 100-100 100-100 99-100
janv.-08 100-98 100-94 100-100 100-100 100-98
févr.-08 100-98 100-92 100-100 100-100 100-98
mars-08 100-99 100-97 100-100 100-100 100-99
TAB. 2.1 – Statistiques mensuelles du réseau sismologique de Bouillante. La signification
du code couleur est indiquée dans la première ligne.

2.2. OUTILS D’ANALYSE DES DONNÉES ET MÉTHODOLOGIE ASSOCIÉE 15
2.2 Outils d’analyse des données et méthodologie associée
L’analyse de données sismologiques donne une place importante à la détection
d’évènements. Cette étape nécessite une méthodologie particulière dans le traitement
du signal pour lequel deux outils ont été mis à ma disposition : SCREAM et Seismotool.
J’ai essentiellement utilisé SCREAM pour obtenir les données GPS des enregistrement,
les identifiants des capteurs et parfois vérifier la présence d’évènements dans les données
brutes.
2.2.1 SCREAM 2
SCREAM (Seismometer Configuration, REal-time Acquisition and Monitoring) est
un logiciel spécifiquement développé par la société Güralp pour leurs sismomètres.
Créé pour différents systèmes d’exploitation (Linux et Windows 9x/NT/2000/XP), il
dispose de nombreuses fonctions depuis la configuration des stations jusqu’à la prévisualisation
ou le traitement sommaire des données.
2.2.1.1 Fonctionnalités (liste non exhaustive) de SCREAM
La création de ce logiciel répond à une demande de la société Güralp : pouvoir
proposer un outil de réglage des stations sismologiques permettant aussi une analyse
quasi complète des données au sein d’un même ensemble. SCREAM permet la
configuration, le contrôle et la récupération des données à distance ou en direct sur la
station, soit par une connexion directe à un ordinateur soit en passant par un réseau
et en utilisant un protocole de transfert de fichier. Deux types de protocoles de transfert
sont supportés TCP/IP et UDP/IP. Les données écrites dans un format particulier,
GCF, peuvent être converties sous différents formats plus standards comme miniSEED,
SAC, P-SEGy. Il est possible d’afficher les données en temps réel ou de les enregistrer.
Quelques modules de traitement sont intégrés : détection d’évènements par un algorithme
STA/LTA 1 , calcul de spectres en temps réel, étalonnage des données. . .
2.2.1.2 Description de la fenêtre utile de SCREAM
SCREAM permet l’affichage, dans la fenêtre de visualisation, de plusieurs fichiers.
Ils peuvent correspondre à des périodes de temps différentes, à des stations différentes,
à des capteurs différents de la même station (lorsqu’un capteur tombe en panne, il est
remplacé), etc. La possibilité, au moment des sauvegardes sur le terrain, d’échanger les
fichiers des stations implique une vérification ultérieure. Les stations, et leurs enregistrements,
peuvent être différenciés au moyen de l’identifiant des capteurs et de leurs
fiches de vie. Ces caractéristiques résument les périodes de temps où ils étaient en activité
et à quels endroits. La visualisation avec SCREAM des fichiers permet d’obtenir
ces informations et de les confronter aux observations réelles.
2 www.guralp.co.uk/support/software/scream/
1 L’utilisation de cet algorithme est expliquée en 2.5.

16 CHAPITRE 2. LE RÉSEAU SISMOLOGIQUE LARGE BANDE
L’illustration en figure 2.3 montre diverses informations. Premièrement, l’identifiant
du numériseur, du capteur et de la voie enregistrée avec son nombre d’échantillons
par seconde est situé en tête de chaque tracé. La première ligne correspond au
numériseur, la seconde au capteur et au code voie et échantillonnage. E correspond à
la voie qui enregistre la vitesse des mouvements du sol sur la direction est-ouest, N
la direction nord-sud, Z la verticale. Les chiffres 2 ou 4 correspondent à l’échantillonnage
choisi, respectivement 100 Hz ou 20 Hz. Deuxièmement, il est possible de filtrer
le signal en activant le bouton indiqué par l’ovale du haut, un filtre prédéfini est alors
appliqué. En cliquant sur la petite flèche indiquant un menu, il est possible de choisir
entre le filtre par défaut Default Filter, un filtre créé par l’utilisateur Custom Filter ou
créer un filtre Design. . .
FIG. 2.3 – Visualisation des données avec
SCREAM : séisme des Saintes, 21 novembre
2004 11h41 GMT.
FIG. 2.4 – Création d’un filtre avec
SCREAM.
L’utilisation d’un filtre est utile dans le cadre d’une vérification de la présence d’un
évènement. Pour créer le filtre (FIG. 2.4), plusieurs paramètres sont modifiables. Tout
d’abord, en bas à gauche, il faut vérifier le nombre d’échantillons par seconde des données
sur lesquelles le travail est effectué et se placer en échelle Log. En haut de la figure,
les valeurs de fréquences (ou périodes) coupe bande peuvent être indiquées au clavier
ou grâce aux boutons de la souris (bouton gauche pour la fréquence haute et bouton
droit pour la fréquence basse), l’ordre du filtre est modifiable ainsi que le gain à appliquer.
Chaque filtre créé peut être sauvé (en tant que Custom Filter) ou simplement
appliqué.
Ces fonctionnalités sont les seules que j’ai utilisées. En effet, dans l’optique de
ce stage, SCREAM n’est pas assez complet. M. Jousset a développé un logiciel sous
MATLAB, Seismotool, qui permet d’effectuer le même travail de traitement de données
que SCREAM ; il permet aussi toutes sortes d’analyses ultérieures nécessaires à
l’extraction des informations recherchées.

2.2. OUTILS D’ANALYSE DES DONNÉES ET MÉTHODOLOGIE ASSOCIÉE 17
2.2.2 Seismotool
Actuellement, il n’existe aucun outil intégré permettant l’analyse complète et exhaustive
de données sismologiques en réseau. Ceux utilisés sont de petits utilitaires
écrits dans divers langages. De plus, certaines applications voient le jour au cours des
recherches et nécessitent la mise en place d’un nouvel outil.
Dans une démarche d’intégration de tous ces outils au sein d’un même ensemble,
M. Jousset a créé Seismotool. Basé sur l’interface de MATLAB (© MathWorks Inc.),
logiciel de calcul et modélisation scientifique, il est fonctionnel sur Windows ou Linux
et peut s’adapter facilement sur Mac OS X.
L’un des avantages de Seismotool réside dans la possibilité d’ajouter de nouvelles
fonctions de calcul au sein de l’interface. Ainsi, Seismotool est en évolution constante :
optimisation d’anciennes fonctions, gestion de l’interface, création au fur et à mesure
des nouveaux outils nécessaires au traitement des données. . .
Pour l’analyse des données du réseau de Bouillante, j’ai utilisé la version 3.20 de
Seismotool. La séquence de traitement, appelée par une unique commande, peut être
décomposée en plusieurs étapes :
1. lecture des fichiers et gestion des erreurs intrinsèques aux fichiers ;
2. détection des évènements par algorithme STA/LTA ;
3. mise en forme des données détectées ;
4. visualisation des évènements, pointé et vérification du pointé des séismes.
2.2.2.1 Lecture des fichiers et gestion des erreurs de lecture
La société Güralp a construit les sismomètres en intégrant un nouveau format de
données pour le stockage des informations. Ces dernières sont stockées dans des bytes
groupés sous forme de blocs. Chaque bloc contient donc l’identifiant du sismomètre,
l’identifiant de la voie, la position GPS de l’enregistrement, l’heure GPS de l’enregistrement,
les informations sur l’amplitude du signal, le taux d’échantillonnage, etc. Le
fichier de sortie reprend certains de ces éléments dans son nom, son extension est GCF.
Pour lire ces fichiers dans un autre utilitaire que SCREAM, M. Jousset a demandé
à Güralp de lui fournir les caractéristiques du format GCF. Sur la base d’une routine
écrite par un de leurs informaticiens, M. McGowan, les données sont extraites des fichiers
et intégrées dans des variables de Seismotool. Cependant, lorsque des informations
sont illisibles ou n’ont pas été codées suite à des défaillances des stations (absence
de l’heure GPS, capteur bloqué, fichier considéré comme absent ou vide car sans entête.
. . ), les utilitaires de lecture connaissent des bugs informatiques. Ces derniers entraînent
un arrêt total de la séquence de traitement. J’ai répercuté auprès de M. Jousset
les erreurs signalées. Certaines ont ainsi été corrigées mais celles indiqués en annexe
A.1 ont empêché le traitement des données contenues dans les fichiers correspondants.
Seismotool peut aussi être utilisé pour lire d’autres formats de fichiers plus communs
tels que SAC, P-SEGy ou SUDS.
2.2.2.2 Détection des évènements avec l’algorithme STA/LTA
Le but du stage étant l’identification des évènements sismiques locaux (épicentre
situé à l’intérieur du réseau) pour permettre leur localisation et celles des fractures

18 CHAPITRE 2. LE RÉSEAU SISMOLOGIQUE LARGE BANDE
productrices de fluide géothermique, il faut un moyen pour les détecter.
La surveillance sismologique de la planète génère une quantité croissante d’informations
que les opérateurs doivent analyser quasi en temps réel. Pour permettre l’optimisation
de leur travail (détection et analyse des évènements sismiques), des chercheurs
s’intéressent au problème de la détection automatique des évènements. De la
même manière, les données issues du réseau de Bouillante sont stockées sur 103 DVD
couvrant la période d’août 2004 à avril 2008, ce qui représente environ 300 Go de données
réparties dans 38792 fichiers. Elles nécessitent donc une détection automatique
des évènements pour réaliser l’analyse à un coût raisonnable en temps et en argent.
Plusieurs types d’algorithme de détection ont été créés [Gaillot, 2000; Cuénot, 2003].
Tous se basent sur les caractéristiques communes aux arrivées sismiques : en un laps de
temps très court, l’amplitude du signal augmente brusquement et les fréquences principales
du signal deviennent celles du séisme. Selon leur utilisation, les algorithmes
sont plus ou moins précis et détectent plus ou moins de « faux » évènements.
Les algorithmes d’analyse de l’énergie du signal de type STA/LTA (analyse temporelle)
sont utilisés pour caractériser l’évolution du rapport signal sur bruit (SB) à
travers la genèse d’une fonction d’analyse issue du signal et dont la variation est examinée
[Cuénot, 2003]. Lors d’une arrivée sismique, l’augmentation brusque de la valeur
du signal entraîne une variation du rapport signal sur bruit (SB). Cette variation
peut être mesurée en calculant le rapport entre la moyenne à court terme de l’enveloppe
(STA), assimilée au signal local, et la moyenne à long terme (LTA), assimilée au
bruit global. Lorsque la valeur du rapport STA sur LTA (qui représente SB) dépasse un
seuil 1 , il y a détection.
La fonction d’analyse se présente ainsi :
e = √ s 2 + ¯s 2 .
e représente l’enveloppe analytique de l’énergie du signal, s le signal et ¯s sa transformée
de Hilbert. L’enveloppe est calculée pour chaque échantillon i [Earle and Shearer,
1994]. La figure 2.5 schématise le fonctionnement de l’algorithme.
L’algorithme STA/LTA utilisé nécessite la connaissance de trois paramètres : la longueur
de la fenêtre de calcul de STA, la longueur de la fenêtre de calcul de LTA et le
seuil. Ces trois informations sont dépendantes du type d’évènement que l’on veut détecter.
La longueur de la fenêtre de STA doit être suffisamment courte mais pas trop
afin d’obtenir une bonne résolution sur l’arrivée sismique en évitant la prise en compte
de toutes les petites fluctuations du signal. De la même manière, une longueur de la
fenêtre de LTA trop importante entraîne la prise en compte des arrivées sismiques dans
le bruit global tandis que trop courte, la valeur moyenne du bruit global sera trop importante
et le rapport STA/LTA sera faussé.
Seismotool utilise les valeurs suivantes, communément employées pour la recherche
d’évènements locaux à régionaux [Earle and Shearer, 1994] : la longueur de la fenêtre
de calcul de STA vaut 0,5 s, celle de LTA 10 s et le seuil est de 2. Ces valeurs permettent
la détection du maximum d’évènements au risque de détecter un certain nombre de
faux.
1 Le seuil est fixé en fonction de l’amplitude des évènements que l’on veut détecter.

2.2. OUTILS D’ANALYSE DES DONNÉES ET MÉTHODOLOGIE ASSOCIÉE 19
LTA
STA
Rapport STA/LTA
Sismogramme
Algorithme STA/LTA
1 : calcul de STA
2 : calcul de LTA
3 : calcul du rapport
4 : recherche des dépassements de la valeur seuil
Détection
Seuil de détection
Valeur moyenne = 1 lorsqu’il n’y a pas d’évènement
FIG. 2.5 – Schématisation du fonctionnement de l’algorithme STA/LTA.
Lors de la détection des évènements, certaines périodes de temps n’ont pas pu être
analysées car les fichiers de données ne contenaient pas toutes les informations nécessaires
ou les variables issues de leur lecture s’avéraient mal dimensionnées. Les périodes
concernées ou les fichiers concernés sont répertoriés en annexe A.2, A.3 et A.4.
Le pourcentage de données sur lesquelles le traitement a pu être réellement effectué
est de 89 % 1 .
2.2.2.3 Enregistrement des détections
La détection des évènements est effectuée sur chacune des trois voies de chaque station
dont les données sont disponibles à la période de calcul. Pour prendre en compte
la détection et l’enregistrer, il faut que :
1. chacune des voies valides détecte un évènement au même moment ;
2. au moins trois stations détectent un évènement 2 .
1 J’ai obtenu cette valeur en comparant le nombre total de fichiers traités (sans erreurs de lecture ou
de calcul) avec le nombre de fichiers réellement enregistrés.
2 La localisation s’effectue avec quatre stations. Il faut connaître les coordonnées dans l’espace et le
temps de l’évènement (quatre inconnues).

20 CHAPITRE 2. LE RÉSEAU SISMOLOGIQUE LARGE BANDE
Ces critères permettent d’éviter la prise en compte de phénomènes parasites comme
le passage de piétons, d’animaux ou de voitures. La validation de la détection pour
chaque voie prend en compte la durée (en termes d’échantillons successifs) du dépassement
de seuil. Si le rapport STA/LTA ne redevient pas inférieur au seuil, l’évènement
est toujours considéré en cours. Ainsi, pour un séisme, les ondes S ne donnent pas lieu
à une deuxième détection (sauf cas particulier de décroissance rapide des ondes P) et
le séisme est considéré comme un évènement unique (ce qu’il est effectivement).
Lorsque la détection est validée, Seismotool corrige le signal brut de la réponse
instrumentale et enregistre une fenêtre de temps de 15 s avant et 45 s après la détection
dans des fichiers d’évènement (un par station). Le logiciel calcule également, à partir
des enregistrements de la vitesse de déplacement du sol 1 , les signaux du déplacement
et de l’accélération du sol (respectivement par intégration et dérivation du signal). Il
y a ainsi trois fichiers qui sont créés par station. De plus, les évènements sont répartis
dans des dossiers en fonction du nombre de stations qui les détectent. Pour des raisons
d’optimisation de la visualisation et de l’analyse, les évènements sont ensuite répartis
par année, mois et jour.
2.2.2.4 Visualisation et analyse des évènements
Description de la fenêtre principale de travail
La figure 2.6 illustre l’affichage, par Seismotool, des outils de visualisation et d’analyse
des évènements détectés. Quatre zones sont définies (A1, A2, B et C) sur la figure
pour mieux la décrire.
Au lancement de la fenêtre, la zone A1 contient :
1. l’affichage des trois composantes (E-W, N-S et Verticale) de l’évènement calibré
mais non filtré en haut à droite ;
2. des boutons de zoom, avec le choix de la voie, en haut à gauche ;
3. le choix du type de visualisation à gauche (Velocity, Acceleration et Displacement
sont reconstruits numériquement lors de l’enregistrement de l’évènement) ;
4. des outils divers : zoom prédéfini, déplacement de la fenêtre de zoom Slide+ et
Slide-, un outil de vérification des pointés Wadati, un outil de filtrage Filter ;
5. les outils de pointé (temps et amplitude) et d’aide au pointé (AIC et AOTO) ;
6. des éléments d’information sur les valeurs pointées.
Cette zone regroupe l’affichage des informations utiles pour l’analyse effectuée au
cours de ce stage.
En zone A2 se trouvent les boutons concernant le choix de la station et de l’évènement.
Next et Previous permettent de faire défiler tous les évènements contenus dans
un dossier (type, année, mois et jour). Reload s’utilise après avoir manipulé le fichier de
manière erronée (mauvais filtre, outils de visualisation autres qui ne sont pas encore
totalement intégrés et génèrent des bugs informatiques, etc.) pour revoir l’évènement
1 Les sismomètres des stations sont des vélocimètres.

2.2. OUTILS D’ANALYSE DES DONNÉES ET MÉTHODOLOGIE ASSOCIÉE 21
dans son état initial. Les boutons LBx permettent de visualiser une station disponible.
La zone B affiche le signal avec tous les paramètres sélectionnés en zones A1 et A2.
La zone C contient des informations que je n’ai pas ou peu utilisées. Les graphiques
correspondent au déplacement des particules dans les trois directions de l’espace. Ils
sont utiles pour l’étude de la biréfringence des ondes S et de l’anisotropie du milieu.
Zone A2
Analyse de l’évènement
Zone A1
Zone C
Zone B
FIG. 2.6 – Fenêtre principale de travail (Plot_ParticleMotion).
Amélioration de la visualisation par filtrage du signal Les sismomètres large
bande enregistrent sur une large gamme de fréquence (0,016-100 Hz) mais l’étude réalisée
ici n’utilise pas la partie large bande du signal (fréquences inférieures au Hertz
et supérieures à 30 Hz). Il faut donc filtrer ces informations qui constituent, dans notre
cas, un bruit. La fenêtre d’intérêt se réduit aux fréquences comprises entre 1 et 30 Hz.
De manière à créer le moins possible d’oscillations parasites autour des fréquences de
coupure, Seismotool utilise un filtre de Butterworth au deuxième ordre. Cependant, ce
filtre génère un déphasage du signal. Pour annuler cet effet, le filtre est effectué dans le
sens positif du temps (déphasage x) puis dans le sens négatif (déphasage -x), on parle
de filtre non déphasant.
Les activités humaines génèrent du bruit dont l’amplitude varie en fonction du
temps (activité diurne ou nocturne), des activités (travaux, voitures. . . ) et de la distance
par rapport aux stations. Toutes les fréquences sont couvertes par ce phénomène qu’il
est impossible de filtrer totalement sans une analyse plus détaillée du bruit. De plus,

22 CHAPITRE 2. LE RÉSEAU SISMOLOGIQUE LARGE BANDE
l’extraction du fluide géothermique se fait au moyen de pompes dont les fréquences
sont caractérisées par un pic à quatre Hertz et les harmoniques correspondantes (celle à
huit Hertz a la plus forte amplitude). Malheureusement, ces fréquences sont comprises
dans la zone d’intérêt et ne peuvent donc pas être filtrées.
Saisie des informations obtenues sur les évènements Les commentaires effectués
au cours de l’analyse sont enregistrés pour permettre une analyse ultérieure plus
complète des évènements. Ils sont regroupés dans des fichiers Excel, nommés d’après
la période de temps à laquelle ils se rapportent et le type dévènement 1 .
Chaque évènement est référencé par le préfixe du nom de fichier, qui contient la
date et l’heure de début de l’évènement, et son type. Les stations ayant des données
disponibles sont indiquées par leur nom et un x. Ce fichier de base est ensuite complété,
au fur et à mesure de l’analyse, avec les informations de pointé éventuelles, les
commentaires concernant la visualisation des voies, etc. La figure 2.7 montre les informations
référencées pour un évènement.
FIG. 2.7 – Exemple : informations référencées pour l’évènement détecté par quatre stations
le 24 août 2004 à 21h17min 12s.
Pointé des séismes
Dans la recherche des séismes locaux, l’un des critères accessible avec les outils de
la fenêtre principale de travail de Seismotool reste le temps existant entre l’arrivée
des ondes S et des ondes P (critère S-P). Il permet d’avoir une idée de la distance à
laquelle se trouve le foyer des ondes sismiques générées. À l’inverse, si les dimensions
du champ géothermique peuvent être estimées, on peut déterminer le critère S-P qui y
correspond.
En considérant que le champ géothermique de Bouillante s’étend sur un volume de
6 × 4 × 4 km 3 et que VS vaut 0,7 VP , les résultats pour le critère S-P sont les suivants
(TAB. 2.2) :
VP (km/s) VS (km/s) S-Pl (s) S-Pp (s) S-PL (s)
1 0,7 1,72 1,72 2,58
2 1,4 0,84 0,84 1,26
3 2,1 0,56 0,56 0,84
4 2,8 0,44 0,44 0,66
TAB. 2.2 – Tableau illustrant les valeurs du critère S-P en fonction de la distance parcourue
par les ondes. L’indice l correspond à la largeur du champ (4 km), p à la profondeur
(4 km) et L à la longueur (6 km).
1 Par type s’entend le nombre de stations ayant détecté l’évènement.

2.2. OUTILS D’ANALYSE DES DONNÉES ET MÉTHODOLOGIE ASSOCIÉE 23
Ainsi, il faut rechercher un critère S-P inférieur à la seconde pour espérer reconnaître
un séisme local.
Critère objectif de pointé : Akaike Information Criteria (AIC) Lorsque l’évènement
détecté est un séisme, il est reconnaissable à la succession de deux arrivées sismiques
: les ondes P puis les ondes S. Pointer un séisme revient à placer un marqueur,
avec précision, sur les arrivées sismiques. Un certain nombre de pointeurs automatiques
existent ; l’avantage de ces outils réside dans leur indépendance par rapport à
l’analyste et au calcul, quelle que soit la qualité du signal, et au traitement identique
de tous les évènements.
Seismotool emploie le critère AIC, de manière non automatique : l’analyste pointe
le séisme avec cet outil.
Le critère AIC (Akaike Information Criteria) est un critère mathématique permettant
de qualifier l’accord entre des données et le modèle utilisé au sens des moindres
carrés [Burnham and Anderson, 2004; Zhang et al., 2003]. Formulé en sismologie par
Maeda [Maeda, 1985; Zhang et al., 2003; Wang et al., 2006], il se calcule de la manière
suivante le long d’un signal :
AIC(k) = k log(var(x(1 : k))) + (N − k − 1) log(var(x(k + 1 : N)))
où N est le nombre total d’échantillons de l’enregistrement sur lequel est effectué le
calcul, k l’indice de l’échantillon auquel est calculé l’AIC. La notation adoptée pour les
vecteurs est celle de MATLAB.
Lorsque l’affichage des valeurs de l’AIC en fonction des échantillons (c’est-à-dire
du temps) décrit un minimum, ce dernier correspond au temps de l’arrivée sismique.
Cependant, dans les cas où le rapport signal sur bruit est faible ou la taille de la fenêtre
de calcul sur le signal est trop importante, le critère AIC ne permet pas d’identifier
correctement l’arrivée sismique. L’analyste doit alors se fier à son expérience.
Deux exemples de critères AIC sont présentés en figures 2.8 et 2.9 : le premier permet
de pointer l’arrivée sismique de manière très précise et l’autre non.

24 CHAPITRE 2. LE RÉSEAU SISMOLOGIQUE LARGE BANDE
FIG. 2.8 – Arrivée sismique parfaitement résolue par le critère AIC.
FIG. 2.9 – Arrivée sismique moyennement résolue par le critère AIC. L’analyste doit se
fier à d’autres critères complémentaires (fréquences, visualisation, forme d’onde, etc.).

2.2. OUTILS D’ANALYSE DES DONNÉES ET MÉTHODOLOGIE ASSOCIÉE 25
Vérification du pointé Dans le cadre de la théorie élastique de la propagation des
ondes, lorsque les ondes P et S suivent exactement le même chemin, leurs temps de trajet
(entre la survenue du séisme et l’arrivée aux stations) s’alignent sur une droite. La
démonstration se trouve en annexe A.5. L’utilisation du bouton Wadati permet d’obtenir
ce tracé et de vérifier l’alignement 1 . Les figures 2.10 et 2.11 illustrent deux pointés :
l’un très bon et l’autre bon.
Cet utilitaire peut également être utilisé différemment (voir annexe A.5).
FIG. 2.10 – Illustration d’un très bon pointé. FIG. 2.11 – Illustration d’un bon pointé.
Saisie des informations complémentaires sur les évènements Pour rechercher la
microsismicité, la visualisation des données aurait pu suffire. Mais devant l’absence de
ce phénomène, pour les 100 premiers évènements visualisés, M. Jousset et moi avons
décidé d’analyser les évènements. Nous nous sommes focalisés sur le pointé des arrivées
sismiques et sur les informations que nous pourrions en dériver sur les propriétés
du champ géothermique. Ces développements sont décrits dans le chapitre 3.
Lorsque toutes les arrivées sismiques identifiables sont pointées, des commentaires
sont ajoutés dans les fichiers Excel regroupant les évènements. Le critère S-P permet
de déterminer en partie le type de séisme auquel on a affaire : séisme local, régional,
éventuellement en profondeur. J’ai donc choisi de reporter ce critère, lorsqu’il est disponible,
dans les fichiers Excel. J’ai également choisi de reporter, lorsque le pointé n’est
pas réalisable, des commentaires concernant la qualité du signal (FIG. 2.7).
À partir de toutes les informations, j’identifie les séismes grâce aux catalogues disponibles
et je les classe par ordre de priorité décroissante pour une analyse ultérieure.
Le chapitre suivant présente les résultats obtenus et les développements proposés
pour continuer l’étude de ces données sismologiques.
1 La qualité du pointé est déterminée de manière qualitative.

26 CHAPITRE 3. RÉSULTATS ET DÉVELOPPEMENTS
Chapitre 3 – Analyse des résultats
obtenus et développements envisagés
3.1 Analyse des évènements
Quelques chiffres
La préparation des données pour l’analyse a nécessité deux mois de travail (tri et
sauvegarde des fichiers, calcul des statistiques, correction des bugs informatiques et
détection des évènements). L’analyse des évènements a été effectuée pendant les quatre
mois de stage restants.
Entre le 12 août 2004 à 0h et le 29 avril 2008 à 0h, 3858 évènements ont été détectés
(évènements 5 et 4 stations). 1999 évènements ont été analysés pour les périodes du
12 août 2004 au 31 juillet 2006 et du 01 janvier 2008 au 13 avril 2008. À la date du 8
septembre 2008, il en reste 1859 à analyser entre le 01 août 2006 et le 31 décembre 2007.
Premiers constats
La figure 3.1 présente le nombre d’évènements détectés par année. Bien que les données
de l’année 2004 ne concernent que les mois d’août à décembre, le nombre d’évènements
est faible par rapport aux autres années. Cependant, le 21 novembre 2004
à 11h41 GMT a eu lieu le séisme des Saintes, suivi par de nombreuses répliques qui
continuent encore actuellement (plus de 30 000 à ce jour). L’augmentation brusque du
nombre d’évènements de l’année 2005 en est la conséquence 1 . La décroissance est régulière
d’année en année. Cependant, l’année 2008 n’est pas prise en compte totalement.
Une étude reste à mener concernant l’évolution du nombre d’évènements détectés : il
serait possible d’observer la décroissance des répliques sismiques des Saintes si aucun
autre choc ne génère le même phénomène.
La figure 3.2 illustre la proportion d’évènements analysés. La figure 3.3 présente
le nombre de séismes pointés (1086) parmi les 1999 évènements détectés. Leur identification
a été réalisée grâce au catalogue IRIS 2 , au catalogue USGS 3 , aux données du
Centre de Données Sismologiques des Antilles (CDSA) et au catalogue issu de l’expérience
« Sismo des écoles » en Guadeloupe 4 . Les séismes des Saintes ont aussi pu être
identifiés grâce à leur forme d’onde. Les séismes non identifiés sont ceux qui ne sont
1Le séisme des Saintes et les principales répliques qui ont eu lieu après le choc principal ont été
détectés par trois stations seulement, les évènements correspondants n’ont pas été analysés.
2http ://www.iris.edu/data/event/eventsearch.htm
3http ://neic.usgs.gov/neis/epic/
4http ://www.ac-nice.fr/svt/aster/data/seism/seism_index.htm

3.1. ANALYSE DES ÉVÈNEMENTS 27
répertoriés dans aucun de ces catalogues. Les évènements qui ne sont pas des séismes
représentent souvent du bruit (passage de voitures, travaux, etc.).
FIG. 3.1 – Récapitulatif, par année d’acquisition,
du nombre d’évènements détectés
par 5 et 4 stations (82, 1128, 1029, 980, 637).
FIG. 3.2 – Récapitulatif du nombre d’évènements
analysés par année d’acquisition (82,
1128, 547, 0, 242) pour ceux détectés par 5 et
4 stations.
FIG. 3.3 – Effectifs des différentes catégories de séismes analysés (1086, 403, 104, 579).
Au fur et à mesure de la visualisation et de l’analyse, j’ai constaté que les évènements
étaient relativement bruités et qu’un certain nombre de détections ont été réalisées
sur des pics de bruit. La question de la qualité de la détection s’est alors posée
puisque la microsismicité en était absente.

28 CHAPITRE 3. RÉSULTATS ET DÉVELOPPEMENTS
De plus, le terme microséismes implique ici que l’énergie libérée est relativement
faible, ainsi que l’amplitude des ondes qui se propagent. Même si les stations sont
proches des foyers supposés (champ géothermique), l’absence de connaissances sur les
propriétés physiques des roches (atténuation, vitesse des ondes, porosité. . . ) entraîne
une incertitude sur le rapport de l’amplitude des microséismes par rapport à celle du
bruit et donc sur la détection (critère en amplitude).
Il serait utile de revoir l’algorithme de détection et de déterminer un nouvel algorithme
qui serait applicable pour des données assez bruitées. Youval Mishliborsky, un
autre stagiaire du service ARN, a cherché de nouvelles pistes de travail en réalisant
une étude bibliographique sur le sujet [Mishliborsky, 2008]. Il en ressort que pour effectuer
une meilleure détection des évènements sismiques, il faudrait coupler le critère
STA/LTA (amplitude) avec un critère fréquentiel. Par exemple, il serait possible d’effectuer
: (1) une détection par bandes de fréquences avec validation de l’évènement si
chaque bande de fréquences détecte ; (2) la détection intégrée à Seismotool et un pointé
automatique des évènements à l’aide du contenu fréquentiel instantané. Ce pointé serait
ensuite vérifié par l’opérateur.
Le séisme du 21 novembre 2004 (séisme des Saintes) et les multiples répliques qui
ont suivies sont facilement reconnaissables. En effet, le mécanisme au foyer de cet ensemble
de séismes montre que les plans nodaux sont alignés avec le réseau (FIG. 3.5)
[Bertil et al., 2004; Jousset, 2006]. Cette particularité se répercute sur l’amplitude des
ondes P : les ondes P sont peu visibles du fait de leur faible amplitude (FIG. 3.4). Si
le séisme ne génère que des ondes S d’une amplitude insuffisante pour que la détection
soit effectuée, certains évènements seront invisibles. Il faudrait alors comparer les
évènements détectés avec ceux du catalogue du CDSA (le plus fourni concernant les
répliques des Saintes) pour déterminer les paramètres ayant permis ou non leur détection
(niveau de bruit sur l’enregistrement, magnitude, localisation, etc.).
Ondes P de faible amplitude
Ondes S de forte amplitude
FIG. 3.4 – Séisme des Saintes du 01 avril 2006 à 16h07min 40s : forme d’onde sur données
non filtrées.

3.2. RÉPONSE À LA PROBLÉMATIQUE DU STAGE : LA MICROSISMICITÉ LOCALE29
Bouillante
Direction des plans nodaux
FIG. 3.5 – Mécanismes focaux de séismes autour de la Guadeloupe La localisation
de Bouillante et la direction des plans nodaux des séismes des Saintes (entre la
Guadeloupe et la Dominique) sont indiquées sur la figure, modifiée d’après [Douglas
et al., 2006].
3.2 Réponse à la problématique du stage : la microsismicité
locale
L’analyse des évènements n’a révélé aucune sismicité locale. Cependant,
les critères de détection et le niveau de bruit sont peut-être inappropriés pour cette
étude. Un autre point peut être soulevé : dans le cas où le niveau de bruit cacherait les
microséismes, ceux-ci auraient une trop faible magnitude (avec des arrivées sismiques
de faible amplitude) pour espérer obtenir leur localisation.
Le champ géothermique de Bouillante se place dans un contexte extensif [Feuillet
et al., 2002] et de nombreuses failles parcourent la zone. Les analyses géochimiques
réalisées en 2004 indiquent que le réservoir est renouvelé très rapidement par l’alimentation
en eau de mer et par l’infiltration d’eau de pluie sur l’île [Sanjuan et al.,
2005]. L’extraction du fluide géothermique n’entraîne pas de baisse conséquente de
la pression à court terme dans le réservoir (communication personnelle, H. Traineau).
Ces trois points permettent d’illustrer en partie pourquoi la microsismicité locale serait
faible, voire même absente. En effet, il faudrait modifier fortement le champ de
contraintes pour générer un séisme. Les ondes produites par une rupture de faille se-

30 CHAPITRE 3. RÉSULTATS ET DÉVELOPPEMENTS
raient en partie atténuées par la quantité importante de fluide présente dans les nombreuses
failles et fractures ; l’extraction de fluide devrait « appauvrir » le champ pour
que les conditions locales du champ de contraintes soient modifiées au point de rompre
des segments de failles.
L’absence de microsismicité apporte donc de nouvelles informations sur les propriétés
du champ.
– Tout d’abord, le risque sismique lié à l’exploitation en cours du champ semble
être négligeable.
– Ensuite, l’aide à la localisation de fractures productrices de fluide, par la méthode
de sismologie large bande, semble compromise pour ce champ particulier.
– La circulation des fluides au travers du réseau faillé se fait assez facilement.
3.3 Données issues des séismes pointés : calcul des rapports
VP/VS
Principe de l’analyse
Le diagramme de Wadati permet de vérifier les pointés en postulant que les ondes
parcourent le même chemin. La prise en compte de ces hypothèses permet aussi de
déduire le rapport VP /VS au premier ordre 1 et le temps d’occurence du séisme.
La présence des séismes des Saintes et d’autres séismes autour de Bouillante, ajoutée
à l’intuition que le champ géothermique pouvait avoir une influence sur la propagation
des ondes m’ont conduite à mettre en place un nouvel outil. À terme, il serait
possible d’extraire des catalogues la localisation des séismes et de dessiner, en fonction
de l’azimuth du séisme autour de Bouillante, les rapports VP /VS. Cette image du
sous-sol pourrait permettre d’améliorer la connaissance du modèle de vitesse dans la
région.
Mise en place de l’outil
Pour construire cet outil, je me suis inspirée d’un utilitaire que M. Jousset a intégré
à Seismotool. Le but de cet utilitaire est d’extraire les pointés des fichiers de sauvegarde,
indépendamment de la fenêtre principale. À partir de ces données, plusieurs
choix sont possibles : (1) dessiner tous les séismes un par un et les analyser en détail
ou (2) dessiner l’ensemble des séismes pour obtenir une valeur moyenne du rapport
VP /VS dans la zone.
Tout d’abord, pour calculer la valeur des rapports VP /VS, il faut disposer de pointés
d’ondes S et P pour le même évènement. Seront appelés complets les pointés, pour
une station, ayant une valeur pour les ondes P et pour les ondes S. Un premier tri est
donc effectué entre les séismes (avec au moins un pointé complet) et ceux qui sont
inutilisables (aucun pointé complet). Ensuite, le rapport de vitesse est calculé par une
régression linéaire au sens des moindes carrés. Il faut alors éliminer les séismes qui
n’ont qu’un unique pointé complet. Une fois ces conditions vérifiées, l’analyse peut
être effectuée.
1 La Terre n’est pas un milieu élastique homogène et isotrope.

3.3. DONNÉES ISSUES DES SÉISMES POINTÉS : CALCUL DES RAPPORTS VP /VS31
Premiers résultats L’extraction des pointés a donné lieu à de premières analyses des
valeurs de rapport VP /VS obtenues (TAB. 3.1).
❤❤❤❤❤❤❤❤❤❤❤❤❤❤❤❤❤❤❤❤❤
Valeur de VP /VS
Catégorie de séismes
❤
Saintes
Moyenne
0,8620
Écart-type
0,9578
Autres séismes 0,9846 1,0526
Non identifiés 0,5126 1,4343
TAB. 3.1 – Valeurs estimées des rapports VP /VS pour chaque catégorie de séismes (calcul
de la moyenne des valeurs).
La valeur théorique du rapport VP /VS est de 1,73 (matériau élastique homogène
et isotrope). Les valeurs obtenues ici sont aberrantes et ne correspondent pas à du
matériel composant la croûte terrestre.
Ce premier constat invalide le calcul des rapports de vitesse : soit le raisonnement
est faux, soit la programmation de l’utilitaire est défectueuse. Étant donné que ce même
genre d’analyse a été conduit avec succès sur au moins deux autres champs géothermiques
(Hengill en Islande [Jousset et al., submitted], The Geysers en Californie [Majer
and McEvilly, 1979; Romero et al., 1994; Rutledge et al., 2002; Lou et al., 1997; R. et al.,
1997; Kisslinger and Engdahl, 1973] et Yellowstone [Chatterjee et al., 1985]), les premières
erreurs à corriger concernent la programmation de l’algorithme de calcul.
Polyfit : la notion de moindres carrés
L’outil utilisé pour faire une régression linéaire est polyfit. Cet outil inverse les données
au sens des moindres carrés.
L’un des problèmes de l’inversion par moindres carrés réside dans la prise en compte
de points qu’un analyste humain considère comme aberrants. La figure 3.6 illustre ce
problème. L’une des méthodes pour éviter ces erreurs consiste en l’utilisation d’une
régression linéaires au sens des moindres valeurs absolues. Il faut également revoir les
pointés des séismes pour améliorer ce qui peut l’être.
Par conséquent, tous les séismes pour lesquels le rapport VP /VS n’est pas compris
dans l’intervalle 1,73 ± 20 % sont à revoir au niveau des pointés. Si le pointé ne peut
pas être amélioré, le séisme ne peut alors pas être utilisé dans le calcul de VP /VS global.

32 CHAPITRE 3. RÉSULTATS ET DÉVELOPPEMENTS
FIG. 3.6 – Illustration de la régression linéaire au sens des moindres carrés et des erreurs
qui y sont associées. Le point aberrant est celui dont l’ordonnée est la plus grande.
Conclusion de cette étude
Étant donné que la programmation n’est pas encore au point et qu’il reste encore des
erreurs à corriger, je ne peux pas présenter ici des valeurs de VP /VS correctes. L’analyse
effectuée met cependant en évidence deux points importants : dans le cadre d’une
inversion de données, il faut toujours faire très attention aux conditions de calcul ; bien
que la notion des moindres carrés permette un calcul rapide et généralement fiable,
certains cas de figure en démontrent les limites.
Au cours de mes discussions avec MM. Jousset et Bitri, j’ai pu apprendre qu’il
existait un phénomène de dispersion particulier concernant les ondes provenant des
séismes des Saintes (les stations peuvent être séparées en deux groupe, LB1 LB2 LB3
d’un côté et LB6 de l’autre). L’utilisation des séismes pointés avec l’extraction de leur
localisation à partir du temps d’occurence des séismes pourrait permettre un lien entre
l’utilitaire de dispersion et l’utilitaire créé ici.
3.4 Conclusion de l’analyse des évènements
Le résultat important de cette étude est l’absence de microsismicité locale pour
l’analyse de 50 % des données. Les implications concernant le champ restent à développer
en parallèle avec les conclusions issues d’autres méthodes d’étude.
L’enregistrement d’un certain nombre des répliques des Saintes et leur analyse
pourrait permettre une analyse plus détaillée du modèle de vitesse sur le chemin parcouru.
De la même manière, le classement des séismes selon leur azimuth par rapport
à Bouillante permettrait la même étude, en fonction de l’azimuth.
Les données sismologiques large bande du champ géothermique de Bouillante contiennent
encore de nombreuses informations qu’il reste à analyser : contenu fréquentiel, analyse
des signaux large bande, étude du bruit et tomographie de bruit sismique.

Chapitre 4 – Conclusion
4.1 Le champ géothermique de Bouillante
Cette étude a apporté une réponse claire concernant la microsismicité locale (avec
les paramètres de calcul utilisés). Son absence est un aspect positif pour la gestion du
risque sismique lié à l’exploitation actuelle du champ ; cependant, elle empêche la localisation
de nouvelles zones de fractures productrices, ce qui permettrait d’augmenter
la production électrique et de mieux comprendre le fonctionnement interne du champ.
Cependant, cette absence ne prouve rien quant à la sismicité qui serait produite lors
d’une expérience de réinjection (projet Bouillante 3). D’autres analyses sont encore nécessaires
pour que la sismologie large bande fournissent des informations fiables qui
pourront être intégrées dans le modèle conceptuel du champ de Bouillante (tomographie
sismique, étude de l’aspect large bande des enregistrements).
4.2 Apport personnel
Tout au long de ce stage, M. Jousset a participé à des missions. Pour obtenir les
réponses à mes question, j’ai donc appris à les regrouper par thème en les formulant
le plus précisément possible pour qu’une simple correspondance par mail suffise à y
répondre. Lorsque des questions restaient sans réponse, je me suis tournée vers les
autres personnes pouvant m’aider, je me suis donc intégrée plus facilement à l’équipe.
N’ayant vu que des bases de sismologie en cours, j’ai complété mes connaissances
au cours de ce stage d’une manière qui me convient parfaitement : apprendre en travaillant
sur les informations disponibles. La mise au point de Seismotool m’a permis
de me familiariser avec la programmation d’une interface graphique en MATLAB. J’ai
aussi pu illustrer les limites de certaines techniques d’implémentation ou de calcul que
je ne connaissais que de manière théorique ; je serai maintenant beaucoup plus vigilante
quant aux hypothèses de travail et aux limitations de calcul d’un logiciel.
La découverte du monde du travail au BRGM m’a confortée dans mon projet personnel.
Les connaissances fondamentales abordées dans un projet seront toujours importantes
pour moi, bien que je préfère acquérir et exploiter es données. En travaillant
avec M. Mishliborsky, j’ai découvert une potentialité par rapport à l’enseignement des
bases de la géologie et j’espère pouvoir en faire profiter les plus jeunes.
33

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ANNEXES
Problèmes concernant la séquence de
traitement et présentation de l’outil de
vérification des pointés
A.1 Lecture des fichiers : invalid byte count to skip
20050416-106-0-*.gcf 20050416-106-1-*.gcf
A.2 Détection des évènements : index exceeds matrix dimensions
in read_datafilelist
20041021-295-3-*.gcf 20041021-295-4-*.gcf 20041021-295-5-*.gcf
20070429-119-5-*.gcf 20070702-183-1-*.gcf
A.3 Détection des évènements : chtoread
20040816-229-2-*.gcf 20040816-229-3-*.gcf
20050306-065-1-*.gcf 20050306-065-2-*.gcf
A.4 Détection des évènements : index exceeds matrix dimensions
in hilbert
LB2
20040817-230-5-fd779a45.gcf 20040818-231-4-fd779a4c.gcf
20040818-231-5-fd779a4d.gcf 20040819-232-3-fd779a53.gcf
20040819-232-4-fd779a54.gcf 20050106-006-6-fd779eb9.gcf
20080310-070-7-24bd98ea.gcf
20050928-271-0-*.gcf, 20050928-271-0-*.gcf et 20050117-017-4-*.gcf sont inexistants.
LB1
20080309-069-4-5e9ca363.gcf 20080310-070-3-5e9ca36a.gcf
A

B ANNEXE A. ANNEXES
LB3
20040820-233-5-54df625a.gcf 20080306-066-5-dcf7e1f8.gcf
LB4
20050118-018-2-*.gcf 20050421-111-2-553ada7b.gcf
20050502-122-3-553adaae.gcf 20060219-050-2-553b3334.gcf
20060308-067-7-*.gcf est inexistant.
LB6
20050504-124-5-30df5583.gcf
20050416-106-2-*.gcf, 20050416-106-5-*.gcf, 20050420-110-0-*.gcf, 20050422-112-1-*.gcf
sont inexistants.
A.5 Vérification du pointé à l’aide du diagramme de Wadati
modifié
Soit ∆tP,i et ∆tS,i les temps de trajet respectifs des ondes P et S ; i correspond à la
station d’analyse.
∆tP,i = tP,i − teq
∆tS,i = tS,i − teq
où teq est le temps d’occurence du séisme, tP,i et tS,i les temps de pointé respectifs des
ondes P et S.
Par définition, le temps de trajet est égal au quotient de la distance parcourue par
une onde avec la vitesse correspondante.
∆tP,i = dP,i
VP,i
∆tS,i = dS,i
Les trajets parcourus par les ondes P et S sont identiques lorsque le rapport VP /VS
est uniforme . Ce dernier caractérise le milieu traversé et s’écrit alors :
ri = VP,i
VS,i
VS,i
= ∆tS,i
∆tP,i
En dessinant les valeurs de ∆tS,i en fonction de ∆tP,i pour toutes les stations, la
valeur de la pente de la régression linéaire des points vaut r (milieu global). Le temps
d’occurence du séisme s’exprime alors de la manière suivante :
teq,i = tS,i − tP,i
1 − ri
teq = teq,i