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Poster De Conférence Année : 2014

Testing various modes of installation for permanent broadband stations in open field environment

Test de plusieurs modes d’installation pour stations permanentes à large bande dans un environnement ouvert

Résumé

In the framework of the Résif (French Seismological and Geodetic Network) project, we plan to install more than one hundred new permanent broadband stations in metropolitan France within the next 6 years. Whenever possible, the sensors will be installed in natural or artificial underground cavities that provide a stable thermal environment. However such places do not exist everywhere and we expect that about half the future stations will have to be set up in open fields. For such sites, we are thus looking for a standard model of hosting infrastructure for the sensors that would be easily replicated and would provide good noise level performances at long periods. Since early 2013, we have been operating a prototype station at Clévilliers, a small location in the sedimentary Beauce plain, where we test three kinds of buried seismic vaults and a downhole installation. The cylindrical seismic vaults are 3m deep and 1m wide and only differ by the type of coupling between the casing and the concrete slab where we installed insulated Trillium T1 20PA seismometers. The downhole installation consists in a 3m deep well hosting a Trillium Posthole seismometer. For reference, another sensor has been installed in a ~50cm deep hole, similarly to the way we test every new potential site. Résif is a national research infrastructure dedicated to the observation and understanding of the structure and dynamics of the Internal Earth. Résif is based on high-tech observation networks, composed of seismological, geodetic and gravimetric instruments deployed in a dense manner throughout France. The data collected make it possible to study with high spatial and temporal resolution the deformation of the ground, surface and deep structures, seismicity on a local and global scale and natural hazards, and more particularly seismic events, on French territory. Résif is part of the European (EPOS - European Plate Observing System) and global systems of instruments used to image the Earth's interior as a whole and to study many natural phenomena. Here we compare the noise level in each infrastructure at different frequencies. We observe quite similar performances for the vertical component recorded in the different wells. Conversely, the noise levels on the horizontal components at periods greater than 1 0s vary by more than 20dB depending on the installation condition. The best results are obtained in the completely decoupled vault and for the downhole setting, both showing performances comparable to some of our permanent stations installed in tunnels. The amplitude of the horizontal noise also appears to be highly correlated to wind speed recorded on site, even at long periods. The variable response of each vault to such external forcing can partly explain the variations of the seismic noise levels.
Dans le cadre du projet Résif (Réseau Sismologique et géodésique Français), nous prévoyons d'installer plus d'une centaine de nouvelles stations permanentes haut débit en France métropolitaine dans les 6 prochaines années. Dans la mesure du possible, les capteurs seront installés dans des cavités souterraines naturelles ou artificielles qui fournissent un environnement thermique stable. Cependant, de tels lieux n'existent pas partout et nous prévoyons qu'environ la moitié des futures stations devront être installées en plein champ. Pour de tels sites, nous recherchons donc un modèle standard d'infrastructure d'hébergement pour les capteurs qui serait facilement reproductible et fournirait de bonnes performances de niveau de bruit sur de longues périodes. Depuis début 2013, nous exploitons une station prototype à Clévilliers, un petit emplacement dans la plaine sédimentaire de la Beauce, où nous testons trois types de voûtes sismiques enterrées et une installation en fond de puits. Les voûtes sismiques cylindriques ont une profondeur de 3m et une largeur de 1m et ne diffèrent que par le type de couplage entre le tubage et la dalle de béton où nous avons installé les sismomètres isolés Trillium T1 20PA. L'installation en fond de puits consiste en un puits de 3m de profondeur abritant un sismomètre Trillium Posthole. Pour référence, un autre capteur a été installé dans un trou d'environ 50 cm de profondeur, de la même manière que nous testons chaque nouveau site potentiel. Résif est une infrastructure de recherche nationale dédiée à l’observation et la compréhension de la structure et de la dynamique Terre interne. Résif se base sur des réseaux d’observation de haut niveau technologique, composés d’instruments sismologiques, géodésiques et gravimétriques déployés de manière dense sur tout le territoire français. Les données recueillies permettent d’étudier avec une haute résolution spatio-temporelle la déformation du sol, les structures superficielles et profondes, la sismicité à l’échelle locale et globale et les aléas naturels, et plus particulièrement sismiques, sur le territoire français. Résif s’intègre aux dispositifs européens (EPOS - European Plate Observing System) et mondiaux d’instruments permettant d’imager l’intérieur de la Terre dans sa globalité et d’étudier de nombreux phénomènes naturels. Nous comparons ici le niveau de bruit dans chaque infrastructure à différentes fréquences. On observe des performances assez similaires pour la composante verticale enregistrée dans les différents puits. Inversement, les niveaux de bruit sur les composantes horizontales à des périodes supérieures à 1 0s varient de plus de 20dB en fonction des conditions d'installation. Les meilleurs résultats sont obtenus dans la voûte entièrement découplée et dans le cadre du fond de puits, tous deux présentant des performances comparables à celles de certaines de nos stations permanentes installées en tunnel. L'amplitude du bruit horizontal semble également être fortement corrélée à la vitesse du vent enregistrée sur place, même sur de longues périodes. La réponse variable de chaque voûte à ce forçage externe peut expliquer en partie les variations des niveaux de bruit sismique.
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

hal-02271689 , version 1 (27-08-2019)

Licence

Paternité

Identifiants

  • HAL Id : hal-02271689 , version 1

Citer

Jerôme Vergne, Olivier Charade, Benoît Arnold, Thierry Louis-Xavier. Testing various modes of installation for permanent broadband stations in open field environment. European Geosciences Union General Assembly 2014, Apr 2014, Vienne, Austria. , 2014. ⟨hal-02271689⟩
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