Home

Structures et comportement mécanique du volcan Merapi : une

1. Source Inversion parameters misfit X km Y km Z km S AV 106 m Smin sphere 0 0 0 0 1 9 0 47 0 03 110 point 4 4 4 0 1 0 4 0 2 9 0 0 1 23 6 1 4 5 1 sphere 2 0 0 3 0 0 0 2 6 6 0 2 11 0 1 5 9 vertical fault 2 7 1 1 1 6 1 4 10 0 1 4 48 12 101 66 8 5 horizontal fault c 2 8 1 0 0 9414 11 9 1 6 24 3 13 4 9 horizontal ellipsoid 2 2 0 4 0 1 0 4 8 7 0 4 10 8 2 2 5 3 a Mogi b MBEM c Okada 85 fixed values 143 Mod lisation Figures 106 E 108 E 110 E 112 114 E 92 170 000 5 t Z 9 165 000 9 160 pem 435 000 440 000 445 000 East UTM m HH Rocks of Merbabu volcano age unknown fizz Young pyroclastic deposits EM Pre Merapi formation gt 400 000 yr 4 Main geological faults Mid Merapi 5000 yr Pyroxene andesitic rocks e GPS Benchmarks and baselines Figure 1 Location of Mt Merapi on Java Island Indonesia and schematic geologic map Positions of GPS benchmarks and baselines measured during each campaign Tilt station Deles is installed at DELI on large pyroxene andesitic lava flows capped by young pyroclastic deposits 144 Chapitre 4 DAILY METEO DATA AT MERAPI elevation 3000 m M N o PELLE OR pip 16 18 20 22 24 hae EAE Pressure mb m w o o o N A o co m
2. 6 N ND o f est la fr quence porteuse la vitesse de la lumi re les distances g om triques les phases mesur es entre un satellite et un r cepteur et N les ambiguit s enti res Cette m thode permet galement de diminuer l influence des erreurs d orbites et de corriger de la propagation et de certains effets de d gradations volontaires Le temps d observation doit tre suffisant pour r soudre les ambiguit s et il d pend de la longueur de base et des conditions atmosph riques Sources d erreurs Les logiciels de traitement GPS estiment un cart type sur les bases mesur es qui inclut la dispersion des mesures pendant l enregistrement La pr cision th orique de la mesure d une ligne de base de longueur D lt 15 km avec des r cepteurs monofr quence est de 2 mm 2 10 6 D si les ambiguit s sont toutes fix es Il existe d autres sources d erreurs qui ne sont pas toujours prises en compte dans ces calculs connaissance des orbites satellitaires ces informations constituent un almanach stock dans le satellite et transmis au r cepteur lors de la mesure Elles sont assez pr cises pour que les effets soient n gligeables sur de petites bases inf rieures 10 km mais affectent les composantes horizontales sur de longues bases on peut alors injecter dans le calcul post mission les orbites pr cises mesur es par la NASA effets de lionosphere affectent uniquement les
3. m 10 Dec 94 Jan 95 Feb 95 Mar 95 fipr 95 May 95 Jun 95 1 L 22 Nov 84 09 31 00 Time 09 Jun 95 00 15 00 Temp LERS C 1 Battery CU 2 Extensometer Cmm 3 Figure 2 23 Donn es brutes calibr es de la station LEAS n 3 extensom tre temp rature et tension batterie 2 2 4 Conclusions sur les mesures extensom triques Malgr les six extensom tres install s au sommet nous ne disposons que de 3 instruments sur deux sites dont les donn es sont exploitables Ceci refl te tous les probl mes li s aux conditions extr mes au sommet du Merapi protection des capteurs et syst mes lectroniques intemp ries corrosion due aux gaz acides avalanches et nu es ardentes et la relative difficult d acc s pour la maintenance Sur la fracture Lava 56 nous pourrons valider les signaux entre les 2 extensom tres et estimer une incertitude de mesure Les donn es sont correctes de 1994 1996 de facon quasi continue Sur la fracture Lava 57 nous avons 6 mois de donn es seulement novembre 1994 juin 1995 sur une seule composante sans aucun moyen d estimer l incertitude de mesure Ces diff rents traitements seront effectu s au Chapitre 3 o les donn es seront int gr es avec les autres mesures du sommet 70 Chapitre 2 2 3 Mesures clinom triques 2 8 1 Le pendule Compact Blum Bas sur le pendule horizontal suspension bifilaire de Z llner l inclinom tre con u par Pierre Antoine BLUM IPGP
4. 10000 F lt 3 5000 E zz 0 1 1 1 l 26 Oct 27 Oct 28 Oct 29 Oct 30 Oct 31 Oct 01 Nov 02 Nov 03 Nov Time 1996 Figure 3 13 Signal clinom trique tangentiel brut et corrig des effets de temp rature entre le 25 octobre et le 3 novembre 1996 pluie Kendil et nergie des nu es ardentes 115 116 Chapitre 3 MERAPI DELES TILT STATION RAINFALL EFFECTS 8 T T T T T T T T el Tan CH379 Rad CH380 Rad CH376 My Tan CH427 Rad CH429 VA jy NVA A Cs Wr AAT Made Relative Tilts ura d N f SS lt lt gt D SE cT lt gt y LA 4 6 8 1 L 1 1 10 May 15 May 20 May 25 May 30 May 04 Jun 09 Jun 14 Jun 40 T T T T T T T 0 d i La i il 10 May 15 May 20 May 25 May 30 May 04 Jun 09 Jun 14 Jun Time 1997 MERAPI DELES TILT STATION RAINFALL EFFECTS 1 T T T T T T T T 0 8 poten inde J Pa SAN 0 6 we E 0 4b7 k S y A LA Y 202 ASS 2 eal Q4 Z OF m 3 E heey Tan CH379 0 2 Rad CH380 Rad CH376 Tan CH427 Rad CH429 0 6 H 0 8 1 L 1 1 L 1 08 00 10 00 12 00 14 00 16 00 18 00 20 00 22 00 40 T T T T T T 0 520 10 0 08 00 10 00 12 00 14 00 16 00 18 00 20 00 22 00 Time 8 May 1997 Figure 3 14 Signaux clinom triques de Deles sites 1 2 et 3 fonct
5. E fe FN a v T ag NN Rew i 10 1 l d ax ER E o Figure 1 11 Constellation et satellite GPS tudes pr liminaires choix des techniques et sites 29 Ce qui diff rencie principalement le GPS des mesures optiques classiques est la facilit de mise en uvre sur le terrain d une part il n est pas n cessaire d tre en vue directe entre les points de mesure et d autre part la pluie et le brouillard ne perturbent pas la mesure En revanche l angle d ouverture vers les satellites doit tre suffisamment grand pour permettre une trilat ration spatiale correcte absence de masques sur le site Le GPS continu est l tude depuis quelques ann es et commence tre op rationnel sur certains sites comme Long Valley Webb et al 1995 au Piton de la Fournaise ou l Etna Le probl me technique est de transmettre de gros volumes de donn es provenant des r cepteurs install s sur un seul ordinateur et de les traiter en temps quasi r el Syst me de positionnement DORIS Le syst me DORIS actuellement embarqu sur 3 satellites effectue des mesures de d calage Doppler entre deux fr quences 2 GHz et 400 MHz mises par des balises au sol et les retransmet un centre de contr le La position des balises d mission est alors calcul e avec une pr cision d environ 2 cm en absolu et 1 cm en relatif et est envoy e p riodiquement aux utilisateurs toutes les semaines Ce syst me est constitu d
6. L erreur moyenne quadratique sur les r sidus RMS 0 c doit tre strictement inf rieur 0 02 m pour le r seau Merapi complet Pour un ajustement au sommet uniquement l erreur moyenne doit tre inf rieure 0 01 m Si ce n est pas le cas rep rer les lignes de base concern es par de forts r sidus et proc der un nouveau traitement par GPSWin en commen ant par v rifier les hauteurs d antenne et les param tres m t o il est parfois n cessaire de revenir aux fiches de terrain puis la qualit des r sidus en fonction du temps L ensemble du processus du paragraphe B 1 8 doit tre fait autant de fois que n cessaire B 1 9 Fiche de terrain d une session GPS 216 Annexe B Session Time UTC HH MM Height of antenna Azimuth Before O perator s Pendulum centering N Tribach real scale ii N Thermohygro N Altimeter Please fill in all parameters of this table gt each 15 mn for short baseline gt each 30 mn for long baseline MOD 6 MOD 2 MOD m MOD 4 HEN NENNT RENE NEN NEN EN EN tm meni RSS HR Bev mn record B PHT Bev EE LESE Bev mn record me Qr mem O eee SS ee o of mem J po HRT mn record V bat SS a a veaj EE LESE Bev mn record EE LESE ton me
7. d a TN xf V y N V p g E X P vl 2182 cdi d OTN 7 M Auf 18 14 May 16 May 18 May 20 May 22 May 24 May 26 May Time 1997 Figure 3 8 Effets de la mar e terrestre sur l inclinaison Deles signal brut tangentiel CH379 signal corrig des effets de temp rature mar e th orique et temp rature On distingue les effets de mar e sur le signal corrig ce qui valide le couplage du capteur avec le sol et la m thode de correction utilis e MERAPI DELES TILT TIDES EFFECTS 10 E T T T T 10 E Tilt CH379 Original Tilt CH379 Corrected 10 F Theoretical Earth Tide E Temperature al P1 10 E O1 Ki M2 S2 M31 1 10 0 05 1 1 5 2 2 5 3 Frequency 1 day Figure 3 9 Spectre de la Figure 3 8 signal brut tangentiel CH379 signal corrig des effets de temp rature mar e th orique et temp rature L abscisse fr quences est lin aire et exprim e en jour Les p riodes des ondes principales de la mar e terrestre sont repr sent es diurnes O1 P1 et semi diunes M2 et S2 ter diurnes 3 Traitement et validation des donn es 111 3 2 3 Effets de la pluie corr lations avec les nu es ardentes Fonction de d tection automatique d v nements Les premiers mois de mesures clinom triques partir de novembre 1995 sites 1 et 2 ont montr un grand nombre de petits d calages de seulement quelques dixi
8. Mission 2 29 septembre 1994 Participation la campagne de mesure GPS sur la grande faille de Sumatra Premi re r it ration du r seau GPS du Merapi sous la direction de Thierry DUQUESNOY avec laide de Fr d ric EGO CNRS Michel DEJEAN CSN Sjafra DWIPA VSI et deux nouveaux techniciens du GRDC Mission 28 ao t 4 novembre 1995 R it ration du r seau GPS avec laide de Michel DEJEAN CSN et deux techniciens du GRDC en parall le avec les mesures de gravim trie IPGP Installation de deux nouvelles stations clinom triques munies dinclinom tres de type Compact BLUM en enregistrement continu une au sommet Lilik et l autre lointaine sur le flanc du volcan Deles 230 Annexe C Installation de la nouvelle version du logiciel de traitement des donn es Argos PAD au VSI Participation au s minaire sur la coop ration franco indon sienne et au colloque Merapi Volcano Decade International Workshop pr sentation d un poster Participation aux derni res r parations des stations extensom triques sommitales et mise en place avec les quipes indon siennes une routine de traitement des donn es au MVO avant le d part du CSN en poste Mission 25 juin 30 juillet 1996 Installation de 2 pendules de Blum suppl mentaires la station Deles soud s directement sur la roche afin de valider compl tement les donn es de cette station Maintenance des stations sommitales inclino
9. 4 02 00 06 00 BAB SEL 4 hours 07 00 08 00 NUR AYI 07 30 11 30 BAB PUS 4 hours 09 00 10 00 NTR AYI 12 30 16 30 4 hours 11 00 12 00 18 00 24 00 JRA LUL 6 hours 13 00 14 00 Tableau B 2 Planning pour une campagne GPS avec 3 r cepteurs 5 jours de terrain Baselines 08 00 14 00 6 hours 4 hours 4 hours 4 hours 1 hour 1 hour SEL PUS 3 hours 08 00 14 00 DEL PUS Fiches techniques 207 Le Tableau B 2 montre un exemple de planning avec 3 r cepteurs On remarque que les bases mesur es seraient plus compl tes souvent r p t es deux fois avec un gain de temps consid rable Lorsque plusieurs sessions contenant un point commun se succ dent il est tout fait possible de laisser le tr pied et le r cepteur en enregistrement continu sur ce point ce qui simplifie la logistique Cependant cela pose deux probl mes le r cepteur fixe va m moriser des donn es inutilisables pendant que le second r cepteur changera de point ce qui peut poser des probl mes de place en m moire si le tr pied a mal t positionn au dessus du rep re une erreur syst matique sera introduite dans plusieurs sessions de mesures Pour ces raisons il est pr f rable d arr ter la mesure de d faire puis repositionner le tr pied et de d marrer une nouvelle session comme si l on changeait r ellement de point Afin de gagner un peu de temps une astuce consiste simplement modifie
10. ALL MAE 1750 1800 1850 1900 1950 2000 Figure 1 4 Activit ruptive du Merapi depuis 1768 Les intervalles noirs marquent des explosions pr c d es ou et suivies d extrusions de lave plus ou moins continues sous forme de coul es ou de d mes La dur e moyenne des p riodes d ruption est de 1 6 an celle d inactivit de 6 ans Les descriptions s am liorant en pr cision avec le temps il est probable que l augmentation progressive d activit qui apparait ne soit en fait qu un art fact La morphologie d taill e du sommet actuel r sulte de l activit complexe de ces deux derniers si cles Figure 1 5 2650 m d altitude se trouve la plate forme de Pasarbubar reste d un vaste crat re datant probablement du Merapi Moyen combl par des boulis de d me et de projections a riennes Gg Pusunglondon 2675 m est un vestige de son rempart oriental Le c ne sommital appel Gg Anyar s est form pendant la p riode 1883 1906 l int rieur du crat re de 1872 Au sommet proprement dit on trouve actuellement quatre crat res Sur la partie est Kawah Mati Kawah Gendol et Kawah Woro sont des restes du crat re form en 1930 constitu s des laves de 1906 et 1883 Toute la partie sud ouest est occup e par le crat re principal en forme de fer cheval ouvert vers le sud ouest Celui ci a environ 250 m de large et s est form lors de l explosion de 1961 puis a t largi par plusieurs explosions en 1967 Au
11. situ es au sud du Merapi Une coul e de Gg Turgo a t dat e par d s quilibre Th U 40 000 4 15 000 ans BP Le Merapi est donc un volcan tr s jeune Merapi Moyen entre 6 000 et 2 000 ans BP Cette poque est marqu e par des pisodes de grandes coul es and sitiques entrecoup s de nu es de type Saint Vincent Les tapes de sa construction sont les suivantes a la s rie de Batulawang a tout d abord form un volcan primitif certainement plus grand que l difice actuel b cette activit s est achev e par un v nement majeur de type Mont Saint Helens qui a d truit toute la partie ouest du volcan laissant dans sa morphologie une grande d pression en forme de fer cheval c le Merapi reprend ensuite son activit effusive par la s rie de Gadjah Mungkur qui lui a donn son volume actuel estim 125 150 km Berthommier 1990 et ses pentes abruptes Merapi R cent entre 2000 et 600 ans BP partir de cette p riode les produits sont mis depuis le crat re de Pasarbubar et forment des d p ts peu pais Trois types d activit vont alterner la mise en place de longues coul es d and site basique la mise en place de nu es de type Saint Vincent blocs noirs sur tous les flancs du volcan et des ruptions sub pliniennes et phr ato sub pliniennes qui ont laiss des d p ts jusqu une altitude de 500 m dat s de 2200 270 ans BP Cette p riode se termine par un nouvel v
12. Capteur Unit Dynamique R solution 6 10 minutes 6 l jour Extensom tre LGIT mm 110 0 22 0 1251 0 2303 Temp rature LEAS interne C 500 1 1 346 3 629 Tension batterie V 50 0 1 0 2673 0 5623 Mesures instrumentales 67 Les donn es brutes calibr es sont pr sent es Figure 2 22 Le bruit moyen journalier est plus faible que pour l extensom tre Monoa On constate deux v nements importants un serrage d environ 2 mm vers le 25 novembre 1995 et une ouverture de 8 mm entre janvier et mars 1996 MERAPI PUNCAK DEFORMATION STATION 2 Extensometer mm 3 1 90 Battery CU 2 Jan 95 Jul 95 Jan 96 Jul 96 Jan 97 L 13 Aug 94 09 38 30 Time 18 Mar 97 17 15 00 NT Temp LERS C 1 Battery U 2 Extensometer mm 3 x Figure 2 22 Donn es brutes calibr es de la station LEAS n 2 extensom tre temp rature et tension batterie Photo 2 4 Deux extensom tres en parall le sur la fracture Lava 56 Au premier plan le capteur LGIT reli la station LEAS n 2 et au second plan le capteur de la station Monoa 68 Chapitre 2 2 2 8 Fracture Lava 57 La fracture est de direction N130 E Elle traverse la coul e de 1957 l ouest puis semble se confondre avec l escarpement du crat re principal au niveau du sommet Elle doit donc recouper la fracture Lava 56 au niveau du point g od sique LILO Le long de cette fracture on ne trouve aucun site o la roche est compacte le sol est typique du so
13. ae da ZEE eee 7 Ad b gt 4 4 rrei 400 SSSR a gt 400 300 200 100 0 100 200 300 400 Eastern m Figure 4 4 Champ de d placements d l effet du poids diff rentiel du d me 1994 1993 Les fl ches en gras repr sentent les d placements aux points GPS chelle diff rente M me en consid rant un module d lasticit 10 fois plus faible 3 GPa ces d placements ne d passent pas les incertitudes sur les d placements observ s entre 1993 et 1994 En outre les directions ne sont pas du tout en accord avec nos mesures Nous en concluons que lorsque l encaissant n est pas fractur les variations du poids du d me ont un effet n gligeable sur les d placements 154 Chapitre 4 4 3 3 Pression et frottement axial dans le conduit 1993 1997 Nous consid rons maintenant les deux autres sources de d formation envisag es pression et frottement axial sur les parois du conduit Ne connaissant pas les amplitudes respectives a priori de ces deux effets nous allons tudier le champ de d placements avec des valeurs de pression P et de contrainte cisaillante normalis es par le module d lasticit WG 1 30 000 L unit arbitraire des d placements pr sent s correspond des millim tres si G 30 GPa et P 1 MPa par exemple Les deux calculs de champs de d placements pour une structure donn e vont tre effectu s s par ment u P et u t La strat gie adopt e ici est
14. tre direct Le signal du CH376 court et long terme est donc excellent Installation du site 3 1er 5 juillet 1996 Afin de multiplier les redondances entre les diff rentes mesures et de palier aux probl mes de couplage avec la roche nous avons d cid d installer un nouveau site comprenant deux composantes clinom triques soud es sur c ne un thermom tre et un signal de contr le et donc un DAS suppl mentaire une batterie et un panneau solaire Pour assurer la parfaite ind pendance avec les signaux des sites 1 et 2 il n y a aucune connexion lectrique entre les deux syst mes une dizaine de m tres au nord ouest du site 1 la coul e de lave forme un replat qui nous a vit de creuser la roche Deux nouveaux inclinom tres c ne ont t install s le CH427 est en position tangentielle 12 848 s et le CH428 en position radiale 7 319 s Un capteur de temp rature LM35 est enfonc dans la roche quelques centim tres de profondeur et a t enregistr jusqu en mai 1997 Les inclinom tres sont connect s et aliment s via deux CTF eux m mes reli s la station d acquisition par 2 petits bo tiers de connexion tanches Un troisi me CTF est connect un pont de r sistances 2 x 1 kQ simulant ainsi la cellule d un inclinom tre virtuel ceci permettra d estimer le bruit global de l lectronique savoir tension batterie alimentations r gul es CTF syst me d acquisition Apr s quelques mois
15. un aimant plac proximit de l inclinom tre deux fils de silice d environ 10um de diam tre et 40 mm de longueur soud s au montage pr c dent et au b ti d d un syst me de d tection une ampoule diode lectroluminescente consommant 20 mA solidaire de la partie sup rieure du b ti une cellule double photor sistante 20 x 4 mm variation lin aire solidaire du b ti et aliment e en 5 V Le principe est le suivant un rayon lumineux est envoy par la diode sur la cellule au travers de la fen tre de la plaque d aluminium Lorsque le sol s incline la partie pendulaire donc la plaque d aluminium subit une rotation qui se traduit par un d placement du spot lumineux sur la cellule et donc par une variation de tension ses bornes A 1 2 Calibration en laboratoire Gr ce une crapaudine mercure on fait subir l inclinom tre pos sur une embase de longueur AL des chelons de quelques urad l aide d un godet de mercure d plac en hauteur de AH On r alise une dizaine d chelons afin de s affranchir des oscillations amorties et d une ventuelle d rive de l instrument Puis l on mesure la dynamique de l inclinom tre tensions maximale et minimale lorsque le pendule est en but e et enfin la p riode propre du pendule en le faisant osciller pendant quelques minutes voir Figure A 2 Le facteur de calibration X est donn e par X mV urad s eT
16. x10 Normalized i Pressure 7 at 3b J 2 J 1 E ba od e 0 d 24 3 1 1 1 1995 1996 1997 Time x10 Normalized Wall Shear 2 J Stress L L L 1995 1996 1997 Time Figure 4 17 R sultat de inversion volution temporelle 1994 1997 des deux param tres normalis s a Pression augmentation r guli re jusqu en 1996 puis chute brutale en 1997 b Cisaillement valeur faible et n gative en 1994 1995 et 1997 avec un pic positif en 1996 Notez que la r f rence temporelle n est pas centr e les points de 1994 par exemple correspondent aux calculs diff rentiels de 1993 1994 170 Chapitre 4 4 3 4 Conclusions sur la mod lisation au sommet La prise en consid ration de la topographie et de quelques fractures dans un mod le lastique tridimensionnel nous a permis globalement de rendre compte d un champ de d placements observ assez complexe compatible avec 5 ann es d observation D apr s l ajustement de nos donn es nous pouvons d j estimer les limites et les volutions possibles de notre mod le effet du poids du d me de lave avec les fractures n a pas t calcul D apr s l amplification notoire des d placements lors de l introduction des fractures dans le mod le avec conduit il est tout fait probable que l effet du d me ne soit pas n gligeable sur une structure discontinue Il faudrait donc r aliser un mod le avec les trois types de sources d
17. 2 It is essential to determine the realistic error associated with the measurement because the inverse problem solution is highly constrained by data uncertainties 3 Three dimensional topography has to be accurately digitized and meshed in order to be used in the model Model Validity We were not able to fit our complete data set but only 11 out of the 14 data for a 4 parameter model Nevertheless this result provides a significant appreciation of the source position and its volume variation The Monte Carlo inversion method which has been used allows to determine probabilistic errors one standard deviation for each parameter estimation These errors are equal to few hundred meters for source position and 2 2105 m for volume variation These errors stand only for the final solution i e for a fixed source size We showed that the source depth is dependent with the chamber shape and that volume variation is independent with the chamber size With the presently limited data base it has not been possible to constrain the size of the chamber but we clearly showed that a vertical shape is improbable This suggests that below the Merapi at few kilometres depth the vertical stress component is the minimum principal stress component a feature consistent with the regional tectonics Volcanological Aspects The position of the source which has been found is not incompatible with the existence of a shallow magma chamber as proposed by Ratdomop
18. 22 775 778 1995 Seismicity of the Merapi volcano evidence for the existence of two mechanisms of magma overpressure development Merapi Decade Volcano International Workshop Oct 5 9 1995 Yogyakarta 1995 Ratdomopurbo A A study of seismicity in relation to eruptive activities at Merapi volcano Central Java Indonesia submitted to J Volcano Geotherm Res 1997 Ratdomopurbo A tude sismologique du volcan Merapi et formation du d me de 1994 Th se de Doctorat Univ Joseph F Grenoble I 208 p 1995 Rizzo F J An integrated equation approach to boundary value problems of classical elastostatics Q Appl Math 25 83 1967 Ruegg J C and C Bougault Programme de compensation AG3D 1992 Rymer H and G C Brown Gravity fields and the interpretation of volcanic structures geological discrimination and temporal evolution J Volcanol Geotherm Res 27 229 254 1986 Saastamoinen J Contributions to the theory of atmospheric refraction Bull Geod 105 106 107 1972 1978 Saleh B D veloppement dune nouvelle instrumentation pour les mesures de d formations applications au g nie civil Th se de Doctorat Univ P et M Curie Paris VI 215 p 1986 Saleh B P A Blum and H Delorme New silica compact tiltmeter for deformations measurement J Survey Ing 117 27 35 1991 Sassi W Simulation num rique de la d formation discontinue par la m thode aux l ments distincts Bull PIR
19. OdE 0 0143 0 0148 0 0152 0 0139 0 0157 0 0191 0 0180 0 0168 0 0177 0 0186 0 0163 0 0297 0 0185 0 0176 Erreur totale m OdN 0 0097 0 0102 0 0108 0 0094 0 0110 0 0138 0 0128 0 0111 0 0124 0 0125 0 0117 0 0281 0 0140 0 0129 OdU 0 01977 0 0196 0 0201 0 0189 0 0209 0 0261 0 0246 0 0227 0 0239 0 0247 0 0218 0 0519 0 0259 0 0247 Traitement et validation des donn es 101 MERAPI GPS DISPLACEMENTS 1993 to 1997 SS 3 Displacements Scale 10 cm Sep 1993 ref Sep 1994 Sep 1995 Nov 1996 Mar 1997 DEM Base 1 km Displacements Scale 10 cm o Figure 3 3 D placements cumul s des points loign s de septembre 1993 mars 1997 Chaque position est repr sent e par un point de couleur une couleur par ann e reli s par une ligne noire JRAO est le point de r f rence du r seau mais SELO a servi de point fixe pour les calculs de 1993 et 1995 avec la position calcul e en 1994 a D placements horizontaux b D placements verticaux vus en coupe verticale sud nord 102 Chapitre 3 MERAPI GPS DISPLACEMENTS 1993 to 1997 Displacements Scale 20 cm Sep 1993 ref LULO Sep 1994 NURO IPUO Sep 1995 Nov 1996 Mar 1997 Displacements Scae 20 cm A e N i E DEM Base 100 m Figure 3 4 D placements cumul s des points sommitaux de 1993 1997 a D placements horizontaux b Vu
20. S Figure 2 1 Trajectoires th oriques des satellites GPS au dessus du Merapi le 27 09 95 SERCEL GPSWin Geometric Dilution of Precision 3D T 7 32 25 0000 5 110 26 48 0000 E 2960 000 m nov 13 1996 Min Elev 10 0 1 1 Oh Om 0 0s i Time 23h58m58 9s Figure 2 2 Valeurs pr dictives du coefficient d affaiblissement de la pr cision g om trique GDop au dessus du Merapi le 13 11 96 entre 00 00 et 23 59 UT programme SERCEL GPSWin Le calcul de ce coefficient int gre les param tres de g om trie de distribution des satellites au dessus d un point et donc de la pr cision possible de positionnement Une valeur inf rieure 5 est consid r e correcte Station Station k Figure 2 3 Technique de la double diff rence permettant l limination des d calages d horloge entre 2 r cepteurs GPS en positionnement relatif Botton et al 199 7 La mesure de phase n est connue qu une constante enti re pr s nombre de cycles appel e ambigu t enti re Cette valeur ne varie pas au cours d un enregistrement pour un satellite et un r cepteur donn s condition que la r ception du signal ne soit pas interrompue L ambiguit devra tre fix e par le calcul La double diff rence s exprime en fonction des mesures de phase entre 2 r cepteurs i et k et 2 satellites j et Figure 2 3 Mesures instrumentales 41 Dh Ph f 2 1 oj
21. arc insulaire 2964 m pr sente une activit quasi continue avec production de d mes de lave and sitique d truits par avalanches gravitaires explosions et nu es ardentes parfois meurtri res Cinq campagnes GPS Global Positionning System ont t effectu es de 1993 1997 sur un r seau de 14 points Quatre stations continues multi param tres inclinom tres extensom tres ont t install es entre 1993 et 1995 au sommet et sur le flanc de l difice Les signaux sont corrig s des effets m t orologiques puis valid s par compensation pour r duire les incertitudes La comparaison des diff rents r sultats nous permet une analyse des effets m caniques des sites instrument s Pour mod liser nos observations nous utilisons le code MBEM Mixed Boundary Elements Method qui prend en compte la topographie et les principales discontinuit s de l difice dans un milieu lastique 3D Les donn es sont introduites dans un processus d inversion qui permet d estimer la probabilit du mod le et l incertitude sur les param tres calcul s Le champ de d formation lointain 1996 1997 est mod lis par une chambre magmatique ellipsoidale dont nous d terminons la position 8 5 0 4 km sous le sommet et la variation de volume 10 8 2 2 106 m Cette valeur correspond environ 3 fois celle du d me au sommet ce qui montre que les avalanches gravitaires ne peuvent tre n glig es dans un bilan de masse Le champ de d fo
22. ge 7 y JH 77 T LULO MAR2 1994 1995 1996 Time 1997 Figure 3 17 Comparaison des signaux extensom triques LEAS et MONOA de la fracture Lava 56 et des variations de distances GPS entre les 4 rep res PUN LIL MAR et LUL situ s de part et d autre de la fracture voir Figure 3 4 pour la localisation des rep res sur la p riode 1993 1997 Les barres d erreur correspondent un cart type 121 122 Chapitre 3 4 Mod lisation a priori CHOIX DES MESURES TECH ae ES ET INSTRU MENTALES Modele TRAITEMENT ET ph nom no VALIDATION DES logique DONNEES MOD LISATION IN TERPR TATIO N iw YPO SEES SURVEILLANCE PREVISIO N a posteriori temps r el CHAPITRE 4 4 Mod lisation R sum Pour rendre compte de l volution du champ de d formation observ sur le Merapi nous utilisons un code bas sur la m thode mixte des l ments fronti res permettant de prendre en compte la topographie tridimensionnelle et les principales discontinuit s de l difice Le champ de d formation lointain 1996 1997 est mod lis par une source profonde dont nous d terminons la position et la variation de volume Le champ de d formation proche 1993 1997 nous permet de d terminer les variations de pression et de frottement axial sur les parois du conduit magmatique 4 1 Choix d un mod le 4 1 1 Bref aper u des mod les existants La plu
23. rendre les r sultats comparables avec 1993 Coordonn es UTM 49 WGS84 m Erreurs a posteriori m Point Est Nord Altitude OE ON OU JRAO 436180 2839 9171235 4989 1335 4256 0 0095 0 0050 0 0172 SELO 439543 9646 9167528 3132 2570 4130 PUSO 439552 3070 9166838 7072 2734 0142 0 0095 0 0050 0 0178 PUNO 438956 0602 9166470 4076 2986 7537 0 0117 0 0061 0 0211 LULO 438978 0795 9166537 5108 2976 7921 0 0111 0 0061 0 0206 MAR2 439059 6911 9166443 4372 2949 9247 0 0167 0 0083 0 0317 DOZO 438914 3889 9166220 3368 2893 7418 0 0122 0 0067 0 0222 AYIO 439032 0146 9166319 4572 2927 8508 0 0139 0 0072 0 0245 LILO 438906 1442 9166508 9901 2971 5059 0 0161 0 0072 0 0289 NURO 438854 8572 9166549 0523 2953 2015 0 0156 0 0078 0 0284 NTRO 438755 0939 9166509 1689 2927 4256 0 0145 0 0078 0 0261 IPUO 439039 7492 9166409 5732 2949 6773 0 0228 0 0106 0 0412 date 1994 268 1 days ndl 12 emq 0 00833 m Traitement et validation des donn es 93 Positions septembre 1995 Sans ligne de base valide incluant JRAO nous avons compens le r seau par rapport SELO comme en 1993 Il y a de nombreuses fermetures qui permettent un tr s bon ajustement sur les points sommitaux Seule la position de PUSO n est pas bien contrainte ce qui explique les erreurs a posteriori sur ce point certainement trop faibles En outre ce point servant de relais pour positionner les points du sommet proprement dit voir Figure 2 11 les erreurs sur toute
24. t utilis s Le planning est pr sent Figure 2 10 Le r seau sommital a bien t contraint par une premi re s rie de mesure par rapport un point fixe PUNO puis tous les points ont t pris deux deux successivement en quinconce On remarquera l effort logistique apport pour obtenir un facteur de redondance identique celui de 1994 f 1 5 lorsque l on n a que 2 r cepteurs 1 jour de plus et journ es plus charg es En revanche les bases plus lointaines LULO PUSO PUSO SELO et SELO JRAO n ont t mesur es qu une seule fois sans recoupement ni contr le en raison de probl mes logistiques Or ces mesures se sont r v l es extr mement bruit es et nous n avions mesur de la m t o locale que la pression Ceci a eu pour cons quence l abandon forc de la base JRAO SELO inutilisable car les ambiguit s n ont pas pu tre fix es le bruit d passe en effet 0 5 cycle c est dire environ 10 cm Les points ne pourront donc pas tre r f renc s par rapport JRAO Pour les deux bases restantes un mod le m t orologique a d tre introduit 4 5 6 7 8 9 10 y N ae n 116 LO eo T n 22 N 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 o N N wem n 116 LO 22 N n N 22 23 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 e N N n 116 eo Travail sur les stations LEAS e D3 n N 22 23 0
25. vu du bord ouest du crat re principal lave 1957 droite de la photo une infime partie du d me de lave de 1993 dont la pente tr s raide environ 60 la base r v le un angle de frottement tr s important Ainsi la croissance du d me s accompagne toujours d effondrements gravitaires appel s guguran Ces petites avalanches ont des vitesses de 50 90 km h et s tendent rarement sur plus de 1 ou 2 km Elles sont clairement enregistr es sur les r seaux sismiques du MVO qui les comptabilise depuis des ann es Leur nombre varie g n ralement de 100 400 par jour mais peut atteindre plus de 1000 our au moment de la mise en place de nouveau d me Ce taux est vraisemblablement fonction de la vitesse d extrusion de la lave mais galement d pendant de crit res climatiques pluies et m caniques g om trie du d me La premi re tude r ellement quantitative de l volution des d mes du Merapi a t abord e en 1993 par Ratdomopurbo 1995 Celui ci analyse des photographies journali res prises au t l objectif depuis le pied du volcan exemple Photo 1 3 Il en d duit notamment des volumes et donc des flux de masse et une description tr s fine du processus d extrusion et de son lien avec les s ismes Les phases destructrices sont de deux types 1 destruction partielle ou totale du d me actif par une explosion composante lat rale dominante engendrant des nu es ardentes awan panas ou wedhus gem
26. 1997 4 1 3 Mod les num riques de terrain Pour prendre en compte la topographie tridimensionnelle dans nos mod les nous avons besoin d un mod le num rique de terrain MNT description quantitative de la g om trie de surface de l difice Trois sources de donn es ont t n cessaires pour ce travail un MNT calcul partir de 2 images SPOT de 1987 Istar 1993 couvrant une surface de 50 x 50 km Merapi Merbabu Sundoro et Sumbing avec une r solution de 20 m Ce 128 Chapitre 4 mod le pr sente deux larges trous de donn es en raison d importants nuages couvrant la zone sommitale et tout le flanc sud ouest Il a donc fallu le compl ter en incluant d autres types de donn es altim triques de terrain Jousset 1996 En outre les vall es fortement encaiss es des flancs du volcan ne sont pas correctement reproduites cause de l angle z nithal trop faible du soleil au moment des prises de vue la vall e pr s de la station clinom trique Deles par exemple apparaissait pratiquement plate une carte r gionale au 1 50 000 construite partir de photos a riennes de 1944 par l arm e am ricaine Cincusaparac 1964 Les courbes de niveau de la zone de Deles 2 x 2 km ont t num ris es la main int gr es au MNT SPOT puis le tout a t interpol pour former un nouveau MNT 20m des cartes de la morphologie du sommet au 1 5 000 bas e sur des observations g ologiques et des mesures
27. 97 Time Figure 4 a Relative tilt signals at Deles station for two components in the tangential direction CH379 and CH427 and two components in the radial direction CH376 and CH429 Each signal is corrected from temperature effects by a non stationary linear method Inset plot shows the horizontal projection of the motion of the tip of the normal to ground surface radial versus tangential average signal b Dome volume estimation solid line and triangles and number of pyroclastic flows bars within the period Dashed zones represent GPS campaign periods Dotted vertical line corresponds to the time of explosion January 17th 1997 1034 LT 146 Chapitre 4 Relative tilt urad 300 200 100 0 100 200 300 Tangential and radial cross section m Figure 5 a 3D mesh of topography around the Deles tilt station derived from a digitized US Army map Elements are Delaunay type and the smallest are 20 meters wide The two heavy lines represent tangential and radial cross sections b Relative tilts computed along the cross sections for the final ellipsoidal source solution 147 Mod lisation 0 Displacements m 10 Tilt prad 9 17 E 9 168 gt 2 9 166 2 9 164 M 9 162 434 436 438 44 44 434 436 438 44 44 East UTM m x 10 East UTM m x 10 3D topography MBEM HAE 0 1 2 3 4 5 6 7 Radial distance from summit km Figure 6 Displacements and tilts amplitudes associated with a 1
28. N 25 A N Dry Temp C a Rel Humidity Wet Temp C L 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Local time in hours GMT 7 Figure 2 Meteorological data during both 1996 and 1997 GPS campaigns They have been reduced with respect to the 3000 m elevation see text and are presented on a single day scale in local time Pressure dry temperature and relative humidity are field measurements at GPS points Wet temperature is computed from thermodynamic equations It shows a relative stability in time standard deviation of 2 6 C DELES TILT STATIO N Lat 7 32 36 6 S Lon 110 27 44 0 E Alt 1550 m Summit SITE 3 27 CH429 Q Res SITE 1 CH380 UP CH379 SITE 2 10m Figure 3 Schematic horizontal view of the Deles tilt station It is located on the Southeast flank 3 km from summit The five components 3 radial CH376 CH380 CH429 and 2 tangential CH379 CH427 have been installed with 3 different methods Site 1 is simply laying on a concrete site 2 is laying directly on the lava and site 3 1s welded to the lava LIP is a temperature sensor and RES a resistor bridge that simulates a virtual fixed tiltmeter Mod lisation 145 Northern Tilt urad n ER Co 02 4 6 6 Eastern Tilt u rad Relative tilts Dec 96 Jan 97 Feb 97 Mar 97 Explosion Dome volume 106 m3 o Dec 96 97 Feb 97
29. Une dalle horizontale de b ton a t coul e apr s avoir nivel la coul e grossi rement l aide de rochers Afin de laisser s cher le b ton nous avons attendu deux semaines avant d installer les deux inclinom tres Blum vis le 12 octobre 1995 l un en position tangentielle CH379 14 567 s et l autre en position radiale CH380 15 364 s Le capteur de temp rature de la roche LIP a t plac leur c t L ensemble est prot g dans une boite m tallique sans fond recouverte d une paisse feuille de plastique Enfin le tout a t recouvert de terre Le thermom tre de l air ambiant LM35 a t laiss dans la station avec le syst me d acquisition Afin de limiter l effet des chutes de tension dans les c bles et l influence de la temp rature les convertisseurs CTF sont install s cot des inclinom tres le signal est donc transmis en modulation de fr quence sur les c bles enterr s Les premiers jours de donn es Figure 2 33 ont montr des variations journali res extr mement faibles indiscernables Cette p riode inclut les premiers jours de pluie de la saison cette altitude Le signal tangentiel varie en effet sur environ 5 urad probablement cause du tassement de la terre fra chement retourn e Le signal radial montre une d rive importante de l ordre de 3 5 urad par jour qui pourrait tre due au retrait du ciment dans la dalle de b ton Si lon corrige cette d rive par approximation lin aire
30. aire avec un d bit de 73 15 10 m j 1 La p riode que nous avons tudi e correspondrait donc une phase de d bit largement sup rieur la moyenne long terme du Merapi 20 10 m j Comme nous l avons abord au Chapitre 4 dans la discussion cette d flation importante mais progressive nous permet de supposer que l explosion verticale du 17 janvier 1997 a t assez superficielle il n y a pas eu de transfert de magma instantan depuis la chambre profonde jusqu la surface En se basant sur les r sultats de Ratdomopurbo 1995 et Jousset 1996 nous allons poser pour le Merapi les valeurs de param tres suivants conduit magmatique cylindrique de rayon a 25 m densit de la lave 2400 kg m contraste de densit avec l encaissant Ap 120 kg m viscosit 107 Pass 172 Chapitre 5 On peut alors calculer la vitesse moyenne v 4 2 0 8 10 4 m s qui est compatible avec les valeurs habituellement observ es pour les r gimes effusifs des volcans and sitiques de 10 10 5 m s 1 Bourdier et al 1994 Cette vitesse varie suivant la hauteur car le magma en montant subit une d compression qui augmente la fraction volumique de gaz En r gime permanent et si le volume du conduit ne change pas la masse totale de mati re dans le conduit est constante Les flux de masse entrant et sortant sont donc gaux et le param tre de flux de masse permet de caract riser
31. and I N Dana Interpr tation des profils radiaux de polarisation spontan e PS en volcanologie Possibilit s d application de la m thode PS la surveillance des volcans actifs Bull Soc G ol France 165 113 122 1994 Baby H B P Gol and J Lavergnat model for the tropospheric excess path length of radio waves from surface meteorological measurements Radio Sci 23 1023 1038 1988 Bahar L Contribution la connaissance du volcanisme indon sien le Merapi Centre Java cadre structural p trologie g ochimie et implications volcanologiques T h se Univ Sci et Tech Languedoc Montpellier 215 pp 1984 Bardintzeff J M Merapi Volcano Java Indonesia and Merapi type nu e ardente Bull Volcanol A7 433 446 1984 Bardintzeff J M Volcanologie Coll Enseignement des Sciences de la Terre Masson 235 1991 Beauducel F Cha ne de contr le et d acquisition pour instruments g odynamiques M moire de Travail de Fin d Etudes ORB ECAM 75 p 1991 Mod lisation dune crise intrusive au Piton de la Fournaise Att nutation des perturbations thermom caniques sur les mesures de d formations Rapports de stages DEA IPGP 1 47 81 1992 Rapports d activit CSN au Volcanological Survey of Indonesia Bandung DRM VSI 1992 1994 tudes de d formation au Merapi GPS inclinom trie et extensom trie 5 rapports de mission DRM IPGP VSI 1994 1997 Berest P et P Weber La thermom can
32. and temperature at tropical areas 2b Saastamoinen 1972 We chose to use a constant value for relative humidity equation 2c equal to the ground value as suggested by Baby et al 1988 P Po 1 0 0000226h 5225 2a T 0 00606 2b H Ho 2c Wet temperature is then computed for all measurements through thermodynamic equations Its daily variations show a small standard deviation of 2 6 degrees Figure 2 Thereupon we compute an average value for these 3 parameters pressure dry and wet temperature for each time session This value is taken into account in the baseline processing 132 Chapitre 4 which is based on a standard tropospheric effects model Hopfield 1971 The software Sercel GPSWin determines the baselines by the double difference method Dixon 1991 All computed baselines vectors expressed in the geocentric referential with a priori errors are adjusted in space by a least squares inversion method Ruegg et al 1992 Then final positions of points for each period are obtained in local UTM co ordinates together with their a posteriori errors see Table 1 and Table 2 Accordingly the relative displacements vectors of the four points BABO DEL1 SELO and PUSO are defined for the period September 1996 March 1997 see Table 3 and Figure 7 These vectors reveal a significant global vertical downward movement with a mean value equal to 6 5 cm Displacements of distant stations BABO and DELI are
33. bleu et blanc la carte de temp rature le VtoF MER A est situ directement dans le bo tier IPGP Pour les inclinom tres deux c bles 8 fils relient la station aux sites voir Tableau B 4 L enregistrement des donn es se fait sur le DAS MDA Remarque importante pour assurer la boucle de courant 20 mA il faut connecter les LED en s rie et non en parall le le fil noir du CH379 et le jaune du CH380 sont donc reli s sur le site de m me sur la station le fil noir du CH380 est reli au fil jaune du CH376 Tableau B 4 Convention des couleurs de c bles sur la station Deles A C bles sur le site de 1 inclinom tre cellules CH379 CH380 et CH376 C bles sur le boitier IPGP rouge alimentation 5 V rouge bleu alimentation 5 V bleu jaune boucle de courant 20 mA jaune jaune noir connexion vers jaune LED CH376 noir noir boucle de courant 20 mA noir rose alimentation 12 V fil n 1 bleu clair masse fil n 3 gris uDAS MDA canal 1 fil n 2 blanc uDAS MDA canal 2 fil n 2 uDAS MDA canal 4 blanc cellules CH379 et CH380 LED CH379 LED CH380 LED CH376 alimentation VtoF masse des VtoF signal modul du VtoF MER 03 signal modul du VtoF MER 02 signal modul du VtoF MER 08 Tableau B 5 Calibration des instruments connect s au uDAS station A Les coefficients lin aires sont donn s pour convertir en Volt ou en unit physique urad ou C partir des fr quences en Hertz
34. but et fin de session et toutes les 15 minutes pour les bases courtes sommet sommet toutes les 30 minutes seulement pour les bases longues sommet flanc ou flanc flanc Param tres du r cepteur NR101 Le mode d affichage l allumage 4 Status ou MOD 4 rappelle le nombre de satellites recus la tension batterie le mode d enregistrement et la dur e de celui ci en minutes r cepteur 22 uniquement Une deuxi me page accessible par W affiche les num ros des satellites normalement en vue SVs Les satellites sont num rot s de 01 34 ces nombres sont pr c d s d un s lorsqu ils sont encore en recherche d un r lorsque le signal est re u mais pas encore d cod et sans pr fixe lorsqu ils sont correctement enregistr s Le mode 2 Pos MOD 2 indique la position absolue instantan e du point Le mode 6 Date MOD 6 donne la date et l heure du r cepteur mise jour en continu via les satellites re us Utilisation de l altim tre ALPIN EL Cet instrument est un altim tre bas sur les mesures de pression atmosph rique Pour le GPS nous n utilisons que cette donn e et non les autres estimations et statistiques offertes par Fiches techniques 211 cet appareil Il s allume en pressant la touche DEL s il n y a pas eu de grosses variations de pression depuis la derni re mise en route le mode altitude est affich e Sinon l appareil est en mode ADJ initialisation d altitude et il fau
35. communication fourni avec les stations LEAS Afin de pouvoir visualiser facilement les donn es en temps r el apr s chaque transfert le format des noms de fichier a t par SYYMMDDn Fiches techniques 227 o s est le num ro de la station seule la n 2 est utilis e actuellement YY l ann e MM le mois DD le jour n le num ro d appel dans la journ e partir de A et l extension du fichier dat pour les fichiers bruts et tab pour les fichiers d cimaux Ce format permet d obtenir un ordre chronologique des donn es par un simple classement alphab tique des fichiers Les derniers jours de donn es de la station MP2 Merapi Puncak 2 sont affich s sous forme graphique au moyen de la ligne DOS mdasgr 2 tab a i xdmhn xt yn xyy c ml2 clb Le fichier m12 c1b contient la calibration des capteurs de la station conversion en unit s physiques et noms des instruments Cette ligne DOS a t m moris e dans un menu Norton Commander qui apparait automatiquement l allumage du PC Une seule touche ou la manipulation de la souris permet de l ex cuter Le technicien en poste Mas YULIANTO peut ainsi contacter le MVO par radio et linformer d un probl me sur un capteur ou d un signal remarquable Les disquettes de donn es sont envoy es r guli rement Yogyakarta Agenda des interventions principales d c 92 mars 93 Installation et tests d un extensom tre TAD Monoa sur la fracture Lava 56 avec SUBANDR
36. duisant aussi sur PC de laboratoire notamment gr ce au fait de pouvoir traiter n importe quelle taille de fichier et j ai ainsi ajout des options graphiques donnant des figures soign es et des calculs simples sur les donn es telles que la correction lin aire le filtre par moyenne glissante des formules arithm tiques En parall le de nombreuses fonctions de traitement ont t ajout es afin de pouvoir manipuler ces fichiers d cimation extraction changement de formats et de les exporter uDAS Grapher devient alors un utilitaire DOS pour la gestion de base de donn es ASCII Ce logiciel est d sormais utilis dans plusieurs laboratoires et observatoires de par le monde JPG ORB MVO L amp R Il a permis tous les traitements calibrations et graphes de donn es continues pr sent s au Chapitre 2 extensom trie et inclinom trie Pr sentation et aide en ligne Usage mdasgr lt filenamel gt lt filename2 gt PRESENTATION HDAS Grapher reads almost all ASCII data file s and displays data as time referenced graphics Then you can select channels to view zoom adjust Scales apply formula or export data in an other format very simply with keyboard or mouse PDAS Grapher is a small DOS program MDASGR EXE less than 100 Kb running with VGA display and processor 80286 or higher It does not need memory whichever file size it reads All options can be specified on a single line at the DOS prompt OPTION
37. es avec un mat riel classique et des op rateurs non sp cialistes d une technique particuli re Aucune de ces techniques n est id ale car aucune ne fournit un champ de d formation complet On est donc contraint de r aliser plusieurs types de mesures compl mentaires et de les int grer ensuite L aspect financier n est pas mentionn car il ne permet pas de faire une distinction significative il y a toujours un investissement de mat riel de quelques dizaines ou centaines de kF puis des co ts humains de maintenance et de mission de terrain sensiblement quivalents D un point de vue logistique on peut classer ces techniques en trois cat gories R seaux de r p tition Ils permettent le positionnement relatif 2D ou 3D d un r seau r gional de rep res quelques dizaines de km pr alablement install s au sol bornes tiges m talliques ou marques Les campagnes de mesures sur le terrain trilat ration triangulation nivellement GPS peuvent prendre plusieurs semaines suivant le nombre d op rateurs et de mat riels disponibles et sont r it r es p riode r guli re Cependant en p riode de crise volcanique certains r seaux peuvent tre mesur s en une seule journ e avec ventuellement une pr cision moindre Les donn es brutes sont trait es en laboratoire apr s chaque mission Stations continues Ces stations enregistrent en continu un ou plusieurs param tres avec un taux d chantillonnage serr en
38. il suffit pour cela de le connecter la batterie ou si cela est d j fait r cepteur en veille d appuyer sur le bouton rouge O Sur le r cepteur 116 il faut commencer par entrer la position approximative du point voir Tableau B 3 l aide du pav num rique et des fl ches de direction puis valider par la touche J Attention ce r cepteur lorsqu il n est pas en enregistrement s teint automatiquement apr s quelques minutes d inutilisation il faut donc proc der assez rapidement pour lancer la session Tableau B 3 Noms codes et positions approximatives des points du r seau GPS Merapi Points Approximate position O bservations Name Code Latitude Longitude Elevation used in 1996 only Small screw on lava flow since 1996 BABO 090 7 31 34 18 S 110 243820 t 1321m EDM screw benchmark since 1996 Small screw on rock different from EDM Le r cepteur recherche imm diatement les satellites en fonction de la position entr e et de l almanach et met des bips intervalle r gulier qui signifient 210 Annexe B 8 bips moins de 4 satellites positionnement impossible 2 bips 4 satellites minimum vital condition que l autre r cepteur re oive les m mes 1 bip 5 satellites auncun bip 6 satellites ou plus Pour lancer une session d enregistrement appuyer sur REC 1 1 Immed puis a Sur le r cepteur 116 uniquement entrer la hauteur d antenne r elle r
39. m o 100 200 300 400 300 200 100 0 100 200 300 400 Eastern Figure 4 10 Champ de d placements avec fractures 20 Gendol et Lava 56 a pression b cisaillement 162 Chapitre 4 Fracture Gendol Shear Stress P 1 MPa T T T T 2800 2750 Elevation m M o 2650 2600 0 50 100 150 Eastern m Fracture Gendol Shear Stress T 1 MPa 2800 2750 m ion 2700 Elevat 2650 2600 0 50 100 150 Eastern m Figure 4 11 Contrainte minimum calcul e sur le plan de fracture Gendol avec fractures 2096 Gendol et Lava 56 a pression b cisaillement Mod lisation 163 Displacements with all fractures Pressure 400 300 200 100 Northern 100 300 400 300 200 100 0 100 200 300 400 Eastern m Displacements with all fractures Wall Shear 400 300 200 100 Northern 100 d E 2 4 LI D CO 200 300 400 400 300 200 100 0 100 200 300 400 Eastern m Figure 4 12 Champ de d placements avec toutes les fractures Gendol 3096 Lava 56 Dome 1 a pression b cisaillement 164 Chapitre 4 Inversion des param tres P et t partir des mesures GPS Pour ajuster les deux param tres de pression et de cisaillement partir de nos donn es nous avons proc d une inversion par moindre carr s en explorant de fa on syst matique tout
40. mes de urad d amplitude signaux en chelon instantan s la p riode d acquisition choisie 10 minutes Ces sauts ont d j t mentionn s par Lesage 1981 qui les interpr te comme de l gers r ajustements du c ne dans son trou Il signale que leur fr quence a diminu au cours du temps et que n tant jamais corr l s entre les diff rentes composantes ils seront toujours identifiables Or dans notre cas nous avons utilis des installations sur tr pied pour les deux premiers sites en tout cas et nous nous sommes rapidement rendu compte que ces sauts taient justement presque toujours corr l s entre les composantes et donc devaient avoir une source de perturbation commune Pour d tecter de facon automatique ces v nements synchronis s nous avons mis au point une fonction de calcul simple donnant un signal S f unique partir de plusieurs signaux d entr e ailt composante clinom trique Cette fonction a les caract ristiques suivantes signal plus ou moins plat lorsqu il n y a aucun v nement particulier p p q chelon significatif lorsqu un v nement est pr sent sur plusieurs composantes au m me instant l amplitude de l chelon tant maximale lorsque toutes les composantes d entr e sont affect es Plut t que de faire des tests sur les variations clinom triques qui auraient n cessit l introduction de param tres arbitraires seuils nous avons calcul lint grale du pr
41. nom nes magmatiques au Merapi La variation de volume calcul e dans la chambre profonde semble sugg rer que les volumes mis en jeu dans les avalanches gravitaires sont importantes L volution de la pression dans le conduit montre que le d me de lave aurait un effet n gligeable sur les d formations sommitales Enfin les variations de cisailement dans le conduit sont parfaitement compatibles avec les s ismes de type multiphases 5 1 Ph nom nes profonds 5 1 1 Vitesse et flux de masse du magma L inversion des donn es GPS et clinom triques sur la p riode novembre 1996 mars 1997 voir article JGR 4 2 nous a permis de d terminer la position approximative d une chambre magmatique profonde situ e 8 5 0 4 km sous le sommet Le mod le utilis contraint surtout la variation de volume de cette chambre d flation presque ind pendamment de sa forme ou de sa taille 11 2 2 106 m en 150 jours Ce r sultat est bas sur un mod le d lasticit lin aire calcul partir de donn es diff rentielles entre deux poques variations des d placements et de l inclinaison Or nous disposons d un signal clinom trique continu qui nous permet d interpoler ce param tre sur l intervalle de temps consid r D apr s la trajectoire du vecteur clinom trique voir encart de la Figure 4 au Chapitre 4 cette variation s est faite de facon quasi lin aire ce qui implique que la d flation a t elle aussi lin
42. rale 9 Le Merapi se pr sente comme un choix tout fait adapt ce travail ce volcan and sitique a une activit tr s soutenue permettant de nombreuses observations sur une chelle de temps compatible avec une th se il existe une infrastructure locale compl te et ma connaissance pr alable du pays a permis une tude dans les meilleures conditions ces recherches sinscrivent dans un programme de coop ration international sur la pr vision des risques naturels Plan de la th se La structure de cette th se est bas e sur la trame m thodologique de la Figure 1 En cinq chapitres nous tudions un cycle complet d analyse des d formations du Merapi qui va du mod le a priori au mod le a posteriori en passant par toute les tapes de mesures instrumentales le traitement de donn es et la mod lisation Le premier chapitre pr sente par une br ve tude bibliographique le cadre g ologique et les principaux l ments ph nom nologiques du volcan Merapi qui nous ont permis de d finir les param tres de notre mod le de d part Nous pr sentons ensuite les diff rentes techniques de mesure de d formation qu il tait possible d utiliser et nous discutons enfin du choix des sites qui ont servi cette tude Au deuxi me chapitre sont d crites les campagnes de mesures GPS r alis es et les installations instrumentales stations clinom triques et extensom triques L accent est mis sur les sp
43. reference point JRAO located on the older Merbabu volcano BABO DELI close to the tilt station SELO PUSO and LULO at the summit These benchmarks are actually used as a first order network for a ten point GPS summit network measured every year since 1993 Beauducel et al in prep The relatively short dimension of the network 8 km wide allows the use of single frequency receivers two Sercel NR101 Each campaign included 14 measurement sessions between every two benchmarks These sessions consisted of 2 to 6 hours of simultaneous recording depending on the baseline length The redundancy factor f as defined by Botton et al 1997 is E 1 n 1 where r 2 is the number of receivers s 14 is the total number of sessions baselines and n 6 is the number of benchmarks This factor stands for a degree of confidence associated with point position determination Our value f 2 5 is sufficient for a standard small network Because altitude differences between points are relatively large up to 1600 m a local meteorological model based on field measurements was used for baseline processing in order to reduce tropospheric refraction effects Klein and Boedecker 1989 Gurtner et al 1989 During each session atmospheric pressure dry temperature and relative humidity were taken at each point every 15 or 30 minutes Parameters were reduced to a single elevation according to the tropospheric vertical gradients for pressure equation 2a
44. riode d int gration c est dire 10 7 Noter galement que les donn es brutes enregistr es sont des valeurs de comptage et non des fr quences Elles d pendent donc de la p riode dint gration Pour retrouver la fr quence mesur e il faut calculer f 2 x compteur n x 100 000 T avec n le nombre de sauts d chelle Ces fastidieux calculs sont faits automatiquement par le logiciel de calibration et de visualisation des donn es DAS Grapher voir 4 3 condition bien s r d inscrire les fr quences d origine de chaque canal dans un fichier de calibration Signal of radial Tilt CH380 in DAS counter unit 5 259 260 261 262 263 Time in Julian days 1995 Figure A 8 Exemple de d passement des compteurs du DAS sur donn es r elles station Deles en pointill s les donn es originales comprises entre 0 et 99999 unit s et en ligne continue les donn es restitu es offrant ici une dynamique dun million de points quivalant 20 bits 4 2 2 Caract ristiques techniques La premi re version du DAS comprenait un PC portable assurant la gestion de l lectronique le stockage des donn es et un contr le graphique Le temps d int gration tait fix 1 ou 10 minutes et le syst me pouvait accepter jusqu 64 canaux simultan ment Beauducel 1991 Beauducel et al 1991 Un exemplaire a t install au Merapi notamment sur la station gravim trique de Babadan et utilis pendant pl
45. rom trie diff rentielle Th se de Doctorat de l Institut de Physique du Globe de Paris 1997 Delacourt C P Briole and J Achache Troposph ric corrections of SAR interferograms with strong topography Application to Etna Geophys Res Lett in press 1998 R f rences 237 Delorme H P Bach lery P A Blum J L Chemin e J F Delarue J C Delmond A Hirn J C L pine P M Vincent amp J Zlotnicki March 1986 eruptive episodes at Piton de la Fournaise volcano R union Island J Volcanol Geotherm Res 36 1 3 1989 Delorme H Apport de l tude des d formations sur la compr hension des m canismes ruptifs Piton dela Fournaise 1985 1992 Th se de Doctorat d Etat IPGP 1994 Desroches J Linclinom trie une m thode de suivi des op rations hydrauliques dans un milieu naturellement fractur Th se de Doctorat Univ D Diderot Paris VII 250 p 1990 Dieterich J H and R W Decker Finite element modeling of surface deformation associated with volcanism J Geophys Res 80 4094 4102 1975 Dixon T H An introduction to the Global Positionning System and some geological applications Rev Geophys 29 249 276 1991 Dowden J J Murray and P Kapadia Mathematical modelling of the stress regime in Mount Etna using ground deformation measurements 1987 1992 Tectonophys 249 141 154 1995 Dvorak J J and D Dzurisin Volcano geodesy the search for magma reservoirs and the formati
46. s en 1995 thermom tre interne int gr la station LEAS il mesure donc la temp rature de l lectronique prot g e par le boitier m tallique LEAS et la glaci re 1 voltm tre int gr galement il mesure la tension des batteries d alimentation Caract ristiques et connexions Les signaux sont enregistr s par une station LEAS n 2 qui permet une alimentation 5 V des capteurs externes 6 canaux Cette station peut tre programm e et interrog e distance par une station de contr le install e initialement au MVO puis au poste de Babadan Toutes les connexions entre la station LEAS et les inclinom tres sont rassembl es dans un boitier unique IPGP prot g dans une glaci re avec la LEAS et les batteries Deux c bles de 15 partent vers le site des inclinom tres enterr dans la cendre et prot g s dans un tuyau de caoutchouc renforc 226 Annexe B Tableau B 9 Sensibilit et facteurs de calibration des diff rents canaux pour la station LEAS ML2 LEAS Instruments Sensitivity Calibration factor Channel per LEAS unit info Temperature external 1 C unit info Battery voltage 1 0 V unit 1 Radial tilt CH374 2 730 mV urad T 5 255 s 8 663 urad unit reversed 2 Radial tilt CH383 5 081 mV urad T 7 020 s 1 968 urad unit 3 Extensometer 45 5 mV mm 0 22 mm unit 4 unconnected 5 Temperature soil 10 mV C 1 C unit LM35 6 Temperature tilt 100 mV C 0 1 C unit LM3
47. tunnel et puits profonds creus s dans la lave massive Figure 1 15 Mode d installation choisi pour notre tude les inclinom tres sont pos s sur une coul e de lave massive recouverte naturellement par une paisseur de terre quelques m tres Sur le Merapi nous avons mis en ceuvre une quatri me m thode d installation de surface Figure 1 15 les inclinom tres sont pos s sur une coul e de lave massive mais celle ci est recouverte d une fine couche de terre quelques m tres qui forme un isolant naturel sur toute la surface Les variations de temp rature sont donc assez faibles et ni l ensoleillement ni les circulations d eau n ont d effet important sur les mesures Avec cette m thode peu co teuse nous p tudes pr liminaires choix des techniques et sites 37 b n ficions des avantages des types d installation a et b sans les inconv nients Nous verrons aux Chapitres 2 et 3 les r sultats apport s par cette m thode 1 8 8 Synth se des techniques et sites choisis pour cette tude Nous pr sentons au Tableau 1 2 l ensemble des projets que nous avons entrepris au Merapi pour notre tude du champ de d formation de 1993 1997 pour lesquels nous avons collect ou non des donn es Nous distinguons de fagon simpliste les objectifs d tude de la structure profonde et superficielle en fonction de la localisation des mesures flanc ou sommet Les mesures sommitales et en particulier les stations continu
48. 1 1 4 Mod le a priori et objectifs de cette tude 25 Champ proche sommet Champ lointain difice Objectifs 1 2 Techniques des mesures de d formations 26 1 2 1 Introduction 26 1 2 2 Pr sentation des diff rentes techniques 27 Mesures de distance Mesures angulaires Mesures altim triques Photogramm trie Global Positionning System Syst me de positionnement DORIS Interf rom trie radar Mesures d inclinaisons Mesures extensom triques Mesures indirectes des d formations Pal og od sie et g omorphologie Observations visuelles 1 2 3 Classification et synth se 31 1 3 Choix des techniques et des sites d observation 34 1 3 1 Aspects logistiques 34 1 3 2 M thodes de mesure et localisations 34 Mise en place d un r seau GPS Surveillance des fractures sommitales Mesures d inclinaison au sommet Mesures d inclinaison sur le flanc 1 3 3 Synth se des techniques et sites choisis pour cette tude 37 ix 2 M ESU RES IN STRUM EN TALES 39 2 1 Mesures du r seau GPS 39 2 1 1 Mode statique g od sique 39 La technique de double diff rence Sources d erreurs 2 1 2 Syst me de coordonn es g ocentriques 42 2 1 3 Pr sentation du r seau Merapi 42 2 1 4 Prise en compte des effets troposph riques m t o locale 44 2 1 5 Strat gie de mesure 46 2 1 6 Planning des campagnes et calcul des lignes de base 46 Campagne 19 21 septembre 1993 Campagne 24 26 septembre 1994 Campagne
49. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 c N e 116 i n Attente au e point SEL A a quipe n 22 AEMD N Figure 2 10 Planning de la campagne GPS de 1995 avec les deux r cepteurs SERCEL NR101 n 22 et 116 Gr ce aux mesures prises sur deux jours en septembre 1994 au point JRAO nous avons proc d une analyse syst matique des effets de la m t o sur la dispersion des mesures On sait 52 Chapitre 2 en effet que ces param tres varient tr s peu en Indon sie sur toute l ann e et a fortiori d une ann e sur l autre la m me p riode Le calcul que nous avons effectu n est videmment qu une approche de mod le m t o local Pour cela les mesures de temp ratures s che et humide ont t moyenn es sur chaque tranche horaire de la journ e puis major es de 2 C dans le cas du jour le plus chaud et minor es de 2 C dans le cas du jour le moins chaud On obtient ainsi un intervalle r aliste de temp rature maximale et minimale voir Figure 2 12 MERAPI GPS BASELINES 1995 RAO SELO PUSO ULO Figure 2 11 Lignes de base mesur es pour la campagne 1995 f 1 5 MAXIMAL DRY amp WET TEMPERATURES IN JRAKAH 1994 32 T T T 30 28 Temperatures in 12 L L 1 L L 6 8 10 12 14 16 18 Local Time GMT 7 Figure 2 12 Temp ratures extr mes s che trait gras et humide trait fin au poste de Jrakah au mois
50. 1984 Kamo K and K Ishihara A Preliminary experiment on automated judgement of the stages of eruptive activity using tiltmeter records at Sakurajima Japan IAVCEI Proceedings in Volcanology 1 585 598 1989 Kasser M Propagation des rayonnements lectromagn tiques dans 1 atmosph re Notes de cours tronc commun ES 1 ESGT CNAM 1994 Katili J A Volcanism and plate tectonics in the Indonesian Islands arc Tectonophysics 26 165 188 1975 Kavalieri I High Au Ag Mo Pb V and W content of fumarolic deposits at Merapi volcano Central Java Indonesia J Geochem Explor 50 479 491 1994 Klein G and G Boedecker GPS observations in a local network covering big height differences in Global Positionning System an Overview Proceedings Symp IUGG IAG Edinburgh 102 90 94 August 1989 Kobayashi T Ishihara and J I Hirabayashi A guide book for Sakurajima volcano International Conference on volcanoes Kagoshima July 19 28 1988 Kofman W A Silvent et J Li nard Etude th orique et exp rimentale du corr lofiltre Ann des T l comm 37 115 122 1982 Lacroix A Remarques sur les mat riaux de projection des volcans et sur la gen se des roches pyroclastiques qu ils constituent Livre Jubilaire Centenaire Soc Geol Fr 2 481 472 1930 Laesanpura A tude gravim trique du volcan Merapi Java Indon sie Rapport de stage DEA IPGP 23 pp 1994 Laffourcade R Distancem trie micro ondes
51. 1996 MT80 Calcul de mar e th orique par d veloppement du potentiel suivant Cartwright ORB 1993 MTO Programme de r duction de mesures m t o au niveau de la mer pour GPPS Ashtech P Briole C Boucher amp J C Ruegg IPGP 1991 SURFER v6 01 Golden Software 1993 1995 TURBO C v3 0 Borland International Inc 1990 1992 WORD v6 0a amp 7 Microsoft Corporation 1983 1995 234 F Beauducel Bibliographie Alber C R Ware C Rocken and F Solheim GPS surveying with 1 mm precision unsing corrections for atmospheric slant path delay Geophys Res Lett 24 1859 1862 1997 Allard P Proportion des isotopes C et 12C du carbone mis haute temp rature par un d me and sitique en cours de croissance le Merapi Indon sie C R Acad Sci 291 613 616 1980 Allard P D Carbonnelle D Dajlevic N Metrich and J C Sabroux The volatile source and magma degassing budget of Merapi volcano evidence from high temperature gas emissions and crystal melt inclusions Merapi Volcano Decade International Workshop Yogyakarta Oct 1995 1995 Anderson E M Dynamics of the formation of cone sheets ring dikes and cauldron subsidences Proc R Soc Edinburgh 56 128 157 1936 Arsadi E S Suparta and S Nishimura Subsurface structure of Merapi inferred from magnetotelluric gravimetric and geomagnetic surveys Merapi Volcano Decade International Workshop Yogyakarta Oct 1995 1995 Aubert M
52. 20 0 16 4 AYIO 1 404 724 7 7 72 8 723 20 16 5 076 07 076 09 LILO 1 392 719 9 0 719 8 6 13 7 AYIO 1 404 723 8 4 63 1 723 8 8 13 9 076 09 076 11 LILO 1 391 718 3 7 719 4 4 11 9 IPUO 1 416 722 5 1 79 0 721 4 5 12 1 077 01 077 04 PUSO 0 353 742 0 4 89 9 743 2 3 113 LULO 0 965 722 2 8 721 0 9 9 8 077 04 077 07 SELO 0 448 755 8 7 76 0 757 21 6 18 3 LULO 0 965 721 22 0 719 9 16 0 077 07 077 11 SELO 0 470 754 6 7 84 6 755 6 7 148 PUSO 0 366 741 5 6 739 5 7 13 9 077 22 078 05 JRAO 2 301 874 9 9 84 9 879 22 4 20 5 LULO 1 229 721 5 0 717 2 5 10 8 078 05 078 13 BABO 1 749 873 9 9 92 4 878 21 7 20 LULO 1 229 719 3 4 715 1 6 10 8 079 00 079 08 DEL1 1 705 855 7 5 95 9 859 22 3 21 8 LULO 1 233 720 8 2 716 3 4 13 0 079 10 079 13 JRAO 2 257 872 9 7 96 2 876 20 3 19 8 PUSO 0 395 741 2 4 737 1 8 11 4 079 23 080 04 BABO 1 683 874 20 5 93 9 879 23 3 22 6 PUSO 0 395 743 7 6 738 4 8 14 1 080 04 080 09 BABO 1 695 873 22 0 92 8 877 23 7 22 8 SELO 0 440 756 7 9 752 6 1 15 3 080 09 080 14 JRAO 2 337 872 20 0 99 5 876 20 3 20 2 SELO 0 439 756 3 1 753 2 8 12 7 084 08 084 16 JRAO 2 408 872 20 5 92 0 872 20 4 19 4 BABO 1 616 875 20 4 874 20 5 19 5 085 00 085 07 JRAO 2 408 872 21 1 93 1 873 22 2 21 3 DELI 1 485 856 22 1 855 21 1 20 2 085 08 085 13 BABO 1 739 872 21 0 98 0 874 20 3 20 0 DELI 1 485 855 8 4 854 9 1 18 9 085 13 085 15 BABO 1 739 874 19 2 100 875 18 7 187 1 485 856 7 0 855 7 5 17 5 1997 DAILY METEO DAT
53. 6 repr sente cette erreur en fonction de fo fr quence porteuse et de T sur le uDAS entre 1 et 3600 secondes On notera que l erreur est minor e par la pr cision relative du quartz qui contr le le signal de g chette et donc le temps d int gration Sur la station clinom trique de Deles le temps d int gration a tout d abord t fix 600 secondes et les fr quences typiquement utilis e varient entre 10 et 100 kHz La pr cision est donc toujours optimale c est la pr cision du quartz d environ 2 10 7 et la dynamique est sup rieure celle d un convertisseur 22 bits 5 millions de points Le comptage filtre num rique Cette int gration r alise en fait dans le domaine temporel la fonction porte II t qui tronque le signal sur une fen tre T Sa fonction de transfert dans le domaine fr quentiel est donn e par un sinus cardinal sinnfT H f UT f tant une fr quence contenue dans le signal mesur Mat riels et logiciels 189 Integration time Relative error 1s 10 104 8 bits 10s 60s 10 4 12 bits 10 600 s 3600 s max range lt 107 20 bits quartz precision 10 10 Carrier frequency in Hz Figure A 6 Erreur relative du syst me uDAS en fonction de la fr quence porteuse du signal en Hertz et du temps d int gration de la mesure en secondes Cette erreur est minor e la pr cision du qua
54. 64 W avec r gulateur ont t install s ce qui correspond une autonomie lectrique de 700 heures et la n cessit d au moins 30 minutes de soleil efficace par jour en moyenne pour permettre la recharge de la batterie et le 2 La tension lectrique sur un c ble est modifi e par les ondes lectromagn tiques externes ajout de bruit et par la r sistivit du c ble lui m me chute de tension et influence de la temp rature Un signal modul en fr quence est tout autant affect par ces effets mais si le bruit ne d passe pas une fraction de la tension cr te cr te sa fr quence n est pas modifi e et on conserve toute la pr cision sur le signal modulant 78 Chapitre 2 fonctionnement continu de la station Le uDAS enregistre les 4 instruments avec une p riode d acquisition de 10 minutes permettant une autonomie de pratiquement 1 an Isolant Thermique B ton Coul e de Lave NORD 30W o Figure 2 29 Sch ma d installation de la nouvelle b tisse construite cot de la station sismique de Deles Position des capteurs 2 inclinom tres Blum et 2 thermom tres pendant la p riode de test Les r sultats signaux bruts calibr s sont pr sent s Figure 2 80 o l on remarque de fortes variations diurnes certainement dues l ensoleillement de la station qui induit des variations de temp rature de l ordre de 4 C d amplitude et donc une dilatation de la b tisse toute enti re La Figu
55. A 4 parameter models space has been explored source position X Y Z and volume variation AV The best model corresponds to a deflation source of 24 106 m located 6 km deep 4 km eastwards from the summit see Table 5 Each parameter can be associated with a standard deviation estimated from the probability function L m The three components of SELO and PUSO and the two components of tilt are correctly reproduced error lower than one o On the contrary vertical component of BABO and horizontal orientation of DEL1 displacements are not satisfactory Considering that this misfit is due to an effect resulting from the half space simplification we used this solution as first model for the inverse problem with topography For this inversion the source is a real sphere with a 1200 m radius It corresponds to a volume of 7 2 10 m that is about 3 orders of magnitude larger than the erupted magma volume This volume value has been chosen so as to fit the ratio determined by Blake 1981 263 forward problems have been computed with a last current model weight equal to 21 The best model is a deflation source of 11 106 m located 3 7 km below the summit and 2 km to the East of it This confirms results of Cayol and Cornet 1997c that for a 30 slope volcano Mogis model overestimates the volume variation as well as the depth of the source referred with respect to the summit elevation by as much as 50 Horizontal location is slightly different from th
56. GPS Ces traitements nous am nent la d termination d une incertitude r elle sur les mesures pour leur utilisation dans un mod le Nous abordons galement l analyse des corr lations entre les diff rents r sultats obtenus et l activit du Merapi 3 1 Compensation des bases du r seau GPS 3 1 1 Principe de l ajustement ou compensation g od sique Comme nous l avons vu au Chapitre 1 les techniques de g od sie fournissent des types de mesures tr s diff rents angles distances d nivel es composantes vectorielles et les mesures sont toujours effectu es avec suffisamment de redondance pour s affranchir de l influence des erreurs difficiles estimer et li es chaque technique Pour un r seau et une campagne de mesures donn s il s av re donc n cessaire de calculer un jeu coh rent de coordonn es dans un r f rentiel unique de compenser les mesures redondantes et d estimer la pr cision sur la d termination des positions relatives de chaque point Une fa on rigoureuse et l gante de traiter ce probl me est l utilisation d une m thode d inversion comme celle d velopp e par Tarantola amp Valette 1982 qui est une g n ralisation des m thodes de moindres carr s pour r soudre les probl mes inverses non lin aires Le probl me de l ajustement se traduit alors en l ments m param tres repr sentatifs du probl me recherch coordonn es des points du r seau sous la forme d un vecteur
57. JRAO 2 224 869 9 8 87 6 872 21 1 19 9 SELO 0 446 752 4 8 93 4 749 3 6 12 5 325 21 326 02 JRAO 2 085 871 9 5 79 7 874 9 7 17 5 SELO 0 430 753 2 5 84 1 750 2 2 10 3 326 03 326 06 JRAO 2 085 871 28 2 80 9 875 26 6 23 2 LULO 1 354 TET 20 0 72 1 713 6 6 13 8 326 06 326 10 JRAO 2 085 869 20 9 86 1 873 22 8 20 3 LULO 1 354 715 4 8 75 7 712 2 9 10 8 326 13 826 16 SELO 0 498 755 9 9 98 9 755 1 3 10 8 LULO 1 277 717 0 2 91 6 717 8 8 8 4 330 00 330 03 PUSO 0 364 740 4 5 78 9 740 20 6 143 LULO 1 053 718 25 3 30 4 718 9 2 13 0 330 03 330 06 SELO 0 410 753 25 7 35 8 754 22 2 15 7 PUSO 0 364 739 RT 74 5 738 21 2 14 8 327 07 827 09 LILO 1 368 717 1 3 97 5 716 3 3 12 2 NURO 1 334 717 5 5 81 6 718 3 4 12 3 328 00 328 02 DOZO 1 519 726 4 7 81 4 725 3 4 11 5 NURO 1 333 719 1 6 84 4 720 3 0 11 1 328 01 328 03 DOZO 1 519 726 6 2 74 7 725 8 6 149 NTRO 1 284 722 20 8 67 8 722 8 4 14 7 328 03 328 05 DOZO 1 519 726 T 69 0 725 21 7 16 0 AYIO 1 473 721 25 4 51 4 722 21 5 15 8 328 05 328 07 IPUO 1 308 719 20 6 57 6 719 21 4 15 2 AYIO 1 473 721 22 3 57 0 721 21 5 15 4 328 06 328 08 IPUO 1 308 719 7 8 60 7 718 7 8 11 8 MAR2 1 163 718 7 8 48 4 718 7 8 11 8 328 09 328 11 PUNO 1 289 716 9 3 86 6 715 0 0 7 2 MAR2 1 174 718 0 9 59 1 718 0 2 7 4 328 11 328 13 PUNO 1 289 716 7 0 85 5 716 dl 4 5 LULO 1 064 716 7 2 60 7 717 7 1 4 6 328 12 328 14 LILO 1 195 719 6 6 82 0 718 6 6 3 7 LULO 1 064 716 6 5 55 9 717 6 5 3 6 328 23 329 01 LILO 1 195 720 4 4 59 0 718 4 8 9 0 AYIO 1 593 721 5 5 4
58. MER 2 123 10 4 V Hz 8 96 V 01 2 123 10 3 C Hz 89 6 224 Annexe B Calibration des convertisseurs tension fr quence MER 01 MER 10 sont des VtoF EDAS comprenant un ampli de pr cision conditionn s pour accepter des tensions entre 5V et 5V MER A et MER B sont des VtoF plus classiques construits autour d un circuit AD654 et n acceptent que des tensions positives Tableau B 8 Calibrations lin aires des VtoF utilis s Deles VtoF R gression lin aire Fout A Vin B Coefficient MER 01 4 690 08 Hz V 42 441 Hz 0 999959 MER 02 4 765 40 Hz V 43 094 Hz 0 999918 MER 03 2 744 95 Hz V 33 402 Hz 0 999963 MER 04 2 265 11 Hz V 20 664 Hz 0 999271 MER 05 2 296 98 Hz V 20 813 Hz 0 999991 MER 06 2455 56 Hz V 21 932 Hz 0 999953 MER 07 2 415 75 Hz V 21 818 Hz 0 999995 MER 08 4 981 24 Hz V 40 210 Hz 0 999978 MER 09 4 759 65 Hz V 41 915 Hz 0 999923 MER 10 4 687 81 Hz V 41 613 Hz 0 999954 MER A 333 3 Hz V MER B 1000 Hz V Agenda des interventions principales 2 septembre 95 13 septembre 95 16 septembre 95 25 septembre 95 12 octobre 95 19 octobre 95 1e juillet 95 5 juillet 95 26 juillet 95 4 novembre 96 8 novembre 96 15 d cembre 97 Rep rage du site autour de la station sismique avec PURBO Construction d un abri en ciment et installation du panneau solaire et de la batterie avec BAKRUN et SRI SUBANDINI Installation et cal
59. MERAPI SUMMIT GPS DISPLACEMENTS 0 05 T T T T 0 Zones 2 4 E 0 05 D amp 0 1 a Zone 1 0 2 1 1 L 1994 1995 1996 1997 Time 0 4 Zone 1 02 t Zone 2 lt 0 Zone 3 Zone 4 0 2 1 L 1994 1995 1996 1997 Time 0 2 0 1 Zone 1 0 Zones2 amp 3 gt 0 1 Zone 4 0 2 1 1 L L 1994 1995 1996 1997 Time Figure 3 5 D placements relatifs au sommet de 1993 1997 3 composantes Est Nord et Verticale pour chacun des rep res On distingue surtout les 4 zones d coupl es avec la composante Nord F Lava 56 F Dome 2 F Gendol Figure 3 6 Sch ma des quatre zones d coupl es au sommet du Merapi et noms des fractures Traitement et validation des donn es 105 3 2 Traitement des signaux clinom triques de Deles Les mesures fines de d formations sur le terrain sont toujours confront es au probl me des perturbations m t orologiques du site M me lorsque les instruments sont prot g s des effets de temp rature pour les inclinom tres Blum ces effets sont pratiquement ind celables ils mesurent des mouvements du sol dus aux contraintes thermiques et aux circulations d eau On trouve dans la litt rature de nombreuses tentatives de mod lisation de ces effets ind sirables sur les mesures de d formation Les principales conclusions de ces tudes sont la relation entre la d formation et la temp rature du sol ne se limite pas aux p riodes journali res mais couvre
60. Planning des campagnes et calcul des lignes de base Les lignes de base sont calcul es en coordonn es g ocentriques La position du Merapi tant 7 S de latitude pratiquement l quateur et 110 E de longitude on peut interpr ter qualitativement les coordonn es g ocentriques dans un r f rentiel local par les approximations suivantes 596 d erreur direction nord Z ouest X Y 3 et verticale Y X 3 On retrouvera ainsi dans les r sultats de lignes de base une erreur moyenne environ 2 fois plus lev e sur la composante Y Cette erreur correspond en grande partie la direction verticale sur laquelle les mesures GPS sont moins bien contraintes effet important de la troposph re Lors de la compensation du r seau un calcul beaucoup plus exact permettra de ramener les positions dans un rep re g ographique local Chapitre 3 Mesures instrumentales 47 Campagne du 19 au 21 septembre 1993 Cette mission avait galement pour but l initiation des quipes indon siennes aux techniques GPS Les deux r cepteurs utilis s sont de type monofr quence SERCEL NR101 Faute de temps les points n ont t mesur s qu une seule fois MERAPI GPS BASELINES 1993 JRAO SELO PUSO ULO 1 km Figure 2 6 Lignes de base mesur es pour la campagne 1993 f 1 0 3 4 5 6 8 9 10 11 e N eo ot ce o n 2
61. and sitique Nous n avons donc install qu une seule station test mais avec une pr cision maximale et plusieurs composantes redondantes afin de valider le signal et quantifier des ventuels effets de site La localisation des amplitudes maximales d inclinaison provoqu es par une source situ e sous le sommet d pend de sa profondeur Le mod le simple du point source dans un milieu lastique semi infini Anderson 1936 Mogi 1958 permet de calculer cette position avec AV la variation de volume de la source f la profondeur et Ah la variation de hauteur une distance horizontale r de la source Ah pd f c 1 1 T 2 2 2 f r l inclinaison maximale tant donn e par Tc 3 1 2 r la distance r f 2 annulation de la d riv e seconde du d placement vertical Pour une source entre 5 et 10 km de profondeur ce maximum est donc situ sur une circonf rence horizontale entre 2 5 et 5 km du sommet C est cette distance que nous installerons notre station Les difficult s principales d une mesure d inclinaison de pr cision sont le couplage de l instrument avec l difice volcanique et l att nuation des perturbations externes variations de temp rature et circulation de fluides dans le sol Les techniques habituellement utilis es sur les volcans peuvent tre regroup es en trois types de m thodes voir Figure 1 14 a Installation de surface les inclinom tres sont pos s sur une coul
62. anomalie de 15 mGal orient N70 E traversant le complexe Merapi Merbabu une anomalie d passant 30 mGal sous le Merbabu et une anomalie de 15 25 mGal sous le Merapi A l chelle r gionale des tudes gravim triques ont t men es et compil es par Laesampura 1994 puis Jousset 1996 Les anomalies r siduelles Figure 1 10 repr sentant la diff rence entre l anomalie de Bouguer et l anomalie r gionale correspondent la signature de sources superficielles moins de 10 km On y d c le la pr sence d un axe orient N80 E traversant le complexe Merapi Merbabu anomalie n gative coup par un autre axe nord sud passant sous chacun des deux volcans anomalies positives Les donn es n ont pas t mod lis es mais ces anomalies semblent coincider avec les failles r gionales d j mentionn es L anomalie positive situ e sous le Merapi l g rement d cal e vers le nord est a une longueur d onde qui tudes pr liminaires choix des techniques et sites 25 nous renseigne approximativement sur la profondeur d une zone forte densit source de l ordre de 10 km 1 1 4 Mod le a priori et objectifs de cette tude Champ proche sommet D apr s ces tudes pr liminaires le comportement m canique du sommet est donc caract ris par de fortes d formations d passant le domaine lastique plusieurs endroits Ces zones de concentration de d formations ont fait appara tre des
63. champ de d formation a priori CHOIX DES MESURES TECH pur ES ET INSTRUM ENTALES Mod le TRAITEMENT ET ph nom no VALIDATION DES logique DONNEES MOD LISATION INTERPR TATIO N HYPO THESES a posteriori SURVEILLANCE temps r el PR VISIO N Figure 1 Principe de 1 tude g ophysique d un volcan bas e sur l observation instrumentale et interaction avec la surveillance et la pr vision des ruptions Une tude volcanologique bas e sur l observation prend sa source dans un premier mod le simpliste du fonctionnement du volcan Figure 1 Ce mod le a priori est par exemple la position approximative de la chambre magmatique les volumes de lave mis en jeu lors des ruptions pass es etc Si le volcan na jamais t tudi la comparaison avec d autres volcans du m me type pourra donner des ordres de grandeur a Choix des techniques et des sites Le mod le de d part permet de choisir les param tres judicieux mesurer d estimer les grandeurs attendues et donc la pr cision n cessaire ainsi que les techniques permettant dy parvenir Dans le cas de mesures ponctuelles la localisation g ographique pr cise des sites d observation doit tre d termin e en fonction de l amplitude du signal escompt b Mesures instrumentales Les param tres g ophysiques ou leurs variations ont presque toujours des valeurs si faibles quils sont difficiles mesurer avec un rapport signal sur bruit accepta
64. cificit s m thodologiques de ce travail Nous pr sentons toutes les donn es brutes calibr es en unit physique et corrig es d effets purement instrumentaux Le troisi me chapitre expose les diff rents traitements de donn es compensation des mesures GPS correction d effets thermo m caniques sur les signaux clinom triques Les donn es sont ensuite valid es par des comparaisons entre les diff rents instruments ou m thodes de mesure En tudiant en particulier les effets de site et les corr lations avec lactivit du Merapi des comportements m caniques locaux sont mis en vidence Ce chapitre se termine par la pr sentation de l ensemble des donn es trait es et calibr es avec leurs erreurs relatives Le quatri me chapitre traite de la mod lisation tridimensionnelle du champ de d formation en domaine lastique Notre tude a t r alis e deux chelles spatiales diff rentes l chelle de l difice volcanique tout entier pour une tude de la chambre magmatique article soumis J G R en d cembre 1997 et 1 chelle de la zone sommitale pour une tude du conduit magmatique et des fractures principales Lint gration et linterpr tation des r sultats des diff rents mod les sont regroup s au cinqui me chapitre sous forme d une discussion qui aboutit notre mod le a posteriori du volcan Nous tirons alors des conclusions et proposont des perspectives en d terminant notamment les techniques et sites de me
65. coefficient de corr lation qui refl te la lin arit permet de pr server le signal original s il n y a pas ou peu de corr lation sur une bande de fr quence consid r e ou sur la totalit du signal tous les calculs sont r alis s dans le domaine temporel pas de transformation temps fr quence ce qui limite les bruits de traitement en outre aucun filtre passe bas n est utilis Les signaux haute fr quence pics ou chelons sont donc conserv s et restent interpr tables apr s le traitement Nous pr sentons les corrections appliqu es sur les 4 signaux clinom triques valides de Deles de novembre 1996 d cembre 1997 2 composantes tangentielles CH379 site 1 et CH427 site 3 et 2 composantes radiales CH376 site 2 et CH429 site 3 en utilisant le signal de temp rature LIP du site 1 La Figure 3 7 montre pour les 4 composantes les signaux bruts chantillonnage 10 minutes et corrig s Les param tres principaux de chaque calcul sont repris au Tableau 3 11 d phasage entre le signal et la temp rature calcul par intercorr lation att nuation totale et sur l onde 24 heures rapport des carts types en pourcentage Les p riodes choisies sont processus it ratif 402 jours ensemble des donn es 256 128 64 32 16 8 4 et 2 jours Tableau 3 11 Param tres de correction de temp rature sur 4 composantes clinom triques de Deles sur la p riode novembre 1996 d cembre 1997 D phasage avec le si
66. contrainte de cisaillement axial calcul e sur les parois du conduit normalis e par le module d lasticit et le nombre de s ismes multiphases entre 1993 et 1997 a volution temporelle b r gression lin aire La corr lation du premier ordre est tr s marqu e sur toute la p riode et vaut At G 10 5 Nme 1 4 10 4 La mod lisation du champ de d placements au sommet et sur les flancs du Merapi nous a donc permis de d crire l volution de trois param tres du flux magmatique p p q 178 Chapitre 5 la variation de volume dans la chambre profonde que l on pourrait relier la variation de pression la base du conduit en estimant la taille de la chambre et le module d Young statique de l difice la valeur moyenne de la pression dans le conduit exerc e sur les parois et li e la surpression dans la chambre profonde au d gazage et au poids du d me de lave son gradient vertical source de s ismes particuliers partir duquel on pourrait calculer le flux de magma si l on connaissait le rayon du conduit Il manque notre mod lisation du Merapi une int gration des r sultats en champs lointain et proche Notamment une v rification de la compatibilit entre les diff rents param tres estim s sur la p riode commune entre les deux tudes Ces param tres tant galement contraints par la rh ologie du magma En outre pour tablir un bilan de masse vraiment complet il faudrait tenir
67. d un lac de crat re il est possible de r soudre le probl me en aval en Indon sie par exemple les volcanologues hollandais ont creus des tunnels dans les flancs des volcans Kelud et Galunggung et dans une moindre mesure au Kawah Ijen de fa on vider artificiellement l eau de pluie qui s accumule dans les crat res et se transforme au contact des fumerolles en gigantesque r servoir d acide sulfurique Il est galement envisageable de d vier les trajectoires de petites coul es de boue ou de lave peu visqueuse afin d pargner des zones habit es ruptions de 1983 et 1991 1 Etna En revanche l nergie et les volumes de mati re mis en jeu lors d ruptions explosives ou d mission de nu es ardentes surpassent totalement les capacit s techniques actuelles 1 chiffres IAVCEI 1990 International Association of Volcanology and Chemistry of the Earth Interior 4 Introduction g n rale La volcanologie est d abord 1 tude des processus internes qui engendrent ces activit s de surface Elle consiste tudier lobjet volcan dans son contexte g ologique la gen se la composition et la dynamique des magmas ainsi que leur interaction avec la croute terrestre les chambres magmatiques les fractures les nappes phr atiques On y retrouve un apport de pratiquement tous les domaines des Sciences de la Terre la g ologie bien s r mais aussi la g ochimie et tout ce que lon regroupe sous le terme g n rique de g ophy
68. des d formations en volcanologie l id al serait d obtenir en continu un champ de d placement 3D avec une pr cision millim trique et sur toute la surface du volcan Cet outil n existe pas encore mais la combinaison des techniques actuelles permet toutefois d apporter quelques l ments une connaissance compl te du champ de d formation La g od sie s y pr te particuli rement puisqu elle a pour objet la mesure des dimensions de la Terre On associe g n ralement ce terme toutes les mesures de positionnement au sens g n ral ind pendamment de l chelle spatiale de la m thode ou du param tre mesur Depuis plus de cent ans de nombreuses techniques de g od sie ont t d velopp es et tudi es Les termes consacr s la g od sie se rapportent tant t la technique tant t l instrument tant t au param tre recherch Ruegg dans Bourdier et al 1994 choisit de les classer en deux groupes 1 la g od sie terrestre ou traditionnelle bas e sur des mesures au sol 2 la g od sie spatiale apparue vers la fin des ann es 60 utilisant des satellites artificiels comme le Global Positionning System GPS dont nous parlerons amplement plus loin La plupart de ces techniques fait intervenir des instruments install s au dessus de points mat rialis s sur le terrain les rep res Ceux ci doivent tre implant s par dizaines de fa on former un r seau ou un profil qui couvre toute la r gion suppos e activ
69. du thermom tre ext rieur LM35 qui a t retir Cette station a subi de nombreuses coupures d alimentation au d but de la saison des pluie novembre et d cembre 1995 Un second panneau solaire a donc t ajout pour augmenter la puissance de la station Le syst me d acquisition est galement tomb en panne le 24 avril 1996 probablement cause des coupures brutales d alimentation des mois pr c dents et n aura t correctement remis en route que le 24 juin 1996 L ensemble des donn es brutes de novembre 1995 avril 1996 est pr sent Figure 2 34 Le Tableau 2 15 reprend les caract ristiques des capteurs et des signaux Tableau 2 15 Caract ristiques des capteurs de la station Deles de novembre 1995 avril 1996 sensibilit de l instrument r solution num rique et bruits moyens 10 minutes et 1 jour cart type Capteur Unit Dynamique R solution 10 minutes l jour Inclinom tre tang CH379 site 1 urad 168 2 54 10 0 0235 0 2032 Inclinom tre rad CH380 site 1 urad 174 1 11 10 5 0 0213 0 2345 Inclinom tre rad CH376 site 2 urad 161 1 34 1055 0 0542 0 1389 Temp rature LIP site 1 C 100 1 0 10 4 0 0062 0 0516 MERAPI DELES BLUM TILT STATION 100 1 prad 150 140 120 2 Cprad gt 100 80 110 115 4 prad 120 125 22 Dec 95 Jan 96 Feb 96 Mar 96 fipr 96 x1 2 L 20 Nov 85 06 15 13 Time 24 Apr 96 21 20 00 4 Tilt T
70. e de lave massive et prot g s localement par un boitier isolant Les instruments mesurent bien les d formations de l difice mais l ensoleillement de la surface entraine de forts gradients de temp rature 36 Chapitre 1 dans la roche les d formations thermiques sont donc importantes En revanche la roche tant peu poreuse les perturbations de la pluie se limiteront aux effets de charge b Installation en puits bore hole l inclinom tre est enterr quelques m tres de profondeur au fond d un puits creus dans une couche de d p ts Les variations de temp rature sont alors extr mement faibles mais les gradients de temp rature restent assez forts dans ce milieu peu conducteur En outre la mesure est fortement perturb e par la pluie et les mouvements de nappe phr atique dans un milieu tr s poreux c Installation type Sakurajima les inclinom tres sont install s en profondeur plusieurs centaines de m tres dans une coul e de lave massive Ce syst me offre un couplage parfait avec la roche et s affranchit de tous les types de bruit Yoshikawa 1962 Eto 1965 1966 Kamo amp Ishihara 1989 mais le co t de sa r alisation est prohibitif a Figure 1 14 Diff rentes techniques de couplage d inclinom tres avec le sol a installation de surface pos s sur une coul e de lave massive et prot g s localement b installation en puits quelques m tres de profondeur dans le sol c
71. est r alis enti rement en silice soud e Saleh et al 1991 La silice poss de un coefficient de dilatation thermique 0 54 10 6 K t et un taux de fluage 2 10 7 an tr s faibles En outre elle r siste tr s bien la corrosion Les premiers inclinom tres Blum permettaient de mesurer les variations d inclinaison du sol avec une r solution pouvant atteindre 10 10 rad Blum 1963 L un d eux a t install dans une cave naturelle en Pologne et n a pas montr de d rive lt 1 urad en plus de 20 ans ce qui est tout fait exceptionnel Blum comm pers 1994 L exp rience a montr que la d rive instrumentale moyenne tait inf rieure 0 5 urad par an La version compacte du pendule de Blum de taille r duite tanche et transportable a t r alis e des centaines d exemplaire et offre une pr cision de l ordre de 10 7 rad Elle est utilis e aussi bien pour la surveillance des volcans Delorme et al 1989 Delorme 1994 David 1998 l tude des zones sismotectoniques Lesage 1981 Pinettes 1997 que pour des tudes de g nie civil barrages monuments Saleh 1986 de m canique des roches Li 1997 ou de sismologie longue p riode Blum amp Gaulon 1971 Verticale Axe de rotation du pendule Figure 2 24 Sch ma de principe du pendule horizontal suspension bifilaire de Perrot Z llner en position d quilibre dans le plan vertical de son axe de rotation Le principe du pendu
72. faut de MNT nous pourrions envisager de construire des g om tries approximatives du d me partir des descriptions visuelles du MVO nous n avons pas approfondi l tude de la g om trie de la fracture Lava 56 Dans un premier temps d autres calculs sont n cessaires en essayant de localiser cette fracture l g rement plus au nord pour mieux rendre compte des d placements des zones 1 et 2 plus long terme il faut faire voluer le programme MBEM en y introduisant les frottements si la fracture Lava 56 est correctement plac e les d placements observ s dans la zone 1 sont pr occupants d apr s notre mod le ils ne peuvent tre dus une source localis e dans le crat re principal conduit magmatique ou fond du crat re Nous en concluons donc que cette zone n a pas un comportement lastique mais serait plut t sujette une amorce de glissement de terrain vers le nord Les r sultats de cette mod lisation sont interpr t s et int gr s dans un contexte volcanologique au chapitre suivant a priori CHOIX DES TECHNIQUESET lin SITES MESURES STRUM ENTALES TRAITEM ENT ET VALIDATIO N DES DONNEES MOD LISATION HYPO THESES SURVEILLANCE PREVISION temps r el CHAPITRE 5 5 Discussion R sum Les r sultats de la mod lisation du champ de d placement compar s d autres types d observations nous permettent de tirer quelques conclusions sur les ph
73. fonction de la sensibilit et de la p riode des inclinom tres Blum Les 7 inclinom tres install s au Merapi sont indiqu s par des cercles Les p riodes sont choisies entre 2 secondes s 1 mV urad et plus de 20 secondes s 0 1 V urad De cette sensibilit on peut tirer par simple relation lin aire la dynamique de l inclinom tre environ 8 V en tension et le niveau de bruit 1 mV quivalents en urad ces 72 Chapitre 2 relations sont repr sent es sur une abaque Figure 2 25 pour les inclinom tres utilis s au Merapi On remarque alors une autre caract ristique du pendule Blum pour une dynamique de mesure du m me ordre de grandeur plusieurs inclinom tres auront toujours un facteur de calibration et une p riode l g rement diff rents et donc une sensibilit diff rente Les effets lectroniques en tension d rives d alimentation par exemple seront donc toujours dissociables des effets d inclinaison d rive d un instrument Notons que le syst me pendulaire doit tre amorti pour ne pas produire d oscillations apr s une variation brusque d inclinaison Sur l inclinom tre Blum une plaque d aluminium est fix e au pendule et constitue l essentiel de sa masse un aimant puissant pos devant l instrument apr s l installation amortit les mouvements de mani re quasi critique par courants de Foucault M thodes d installation Nous avons utilis deux m thodes d installation des inclinom tres sur le
74. keys Home or End shift the view in all directions by half Screen go to the begin or end of view Esc Returns to a plain view no zoom File Export data in a file same as t option F1 Exit program Alt X or F10 Offset correction see do option Alt O Linear drift correction see dl option Alt L Approximate derivative see dd option Alt D Cumulative sum see dc option Alt C Filter see df option Alt T Undo return to original data F3 Formula see below F8 Information window see below F2 Full Scale mode same as fs option FA Magnify scale adjustment including all data F5 Equal Scale each graph has same Y interval Shift F5 Mark line dot x o line amp circle or bar F6 Grid swich viewing see gd option Shift F6 LinReg switch Offset Linear viewing F7 OverScale show pDAS shot scale limits Shift F7 Screen Switch screen colour mode see sc option F9 VGA modes see vga option Shift F9 Switch plain screen mode see pe option Ctrl F9 Switch line width see lw option Alt F9 Help Display those quick help screens Alt H PgUp and PgDn scrolling of channel names in the upper right window area Information window F2 This window gives general informations about data and allows selection of graphic parameters with mouse see below For each imported channel graph number line mark type name and unit RMS Difference Root Mean Square an idea of short term noise Resol small
75. l espace des mod les Pour chaque ann e nous disposons de 3 X 9 composantes de d placements d placements relatifs GPS de 1993 1997 Tableau 4 2 Mod le utilis pour l inversion d placements aux points GPS calcul s partir de pression et de cisaillement unitaires sur les parois du conduit Les valeurs indiqu es correspondent des mm pour une source de 1 MPa et un module d lasticit de 30 GPa Point D placements calcul s avec pression D placements calcul s avec cisaillement Est Nord Vertical Est Nord Vertical PUNO 0 0861 0 1678 0 0397 1 7884 1 1718 3 2801 LULO 0 0666 0 1675 0 0240 1 4816 1 2114 2 8193 MAR2 0 1532 0 1284 0 0620 1 6266 0 7476 2 6903 DOZ0 0 0556 0 7338 0 2101 1 2099 2 1085 3 6830 AYIO 0 1278 0 0682 0 0780 1 7724 0 3460 3 0137 LILO 0 0482 0 2007 0 0242 1 8446 1 4825 3 3498 NURO 0 0687 0 2680 0 0492 1 2052 1 7825 3 5102 NTRO 0 0221 0 3024 0 0749 0 2623 2 8914 4 6893 IPUO 0 1721 0 1276 0 0809 1 7253 0 6809 2 9135 Le probl me direct est d termin par les d placements sur chaque point du r seau r sultants d une combinaison lin aire des deux types de source voir Tableau 4 1 Nous d finissons alors une fonction cart et recherchons son minimum La fonction de probabilit du mod le permet d estimer une incertitude sur la valeur des param tres ainsi d termin s voir quations 3 4 et 5 de l article JGR Ceci a t effectu pour les quatr
76. l introduction progressive des diff rentes fractures mises en jeu de fa on en discerner les effets respectifs sur le champ de d placement Lorsque nous aurons d termin quelles fractures permettent au mieux la restitution du champ de d placement observ zones d finies au Chapitre 3 nous proc derons une inversion de ces deux param tres par combinaison lin aire u P t au P en optimisant et D pour ajuster nos mesures GPS Maillage de la topographie du conduit et des fractures La d finition g om trique des l ments du maillage a demand une attention particuli re D une part il a fallu construire un conduit cylindrique vertical qui recoupe le fond du crat re et d autre part les noeuds d finissant les fractures verticales doivent tre compatibles avec ceux des l ments en surface MERAPI SUMMIT MESH GRID N RS RS 600 F quu uL 400 bn mU 200r S BERRA a Ya YA YA YA YA YA A Ya Ta Ya YA A YA YATA ZELLE RSS FI Pa Fa Pa Pa F2 Fa Fa Fa A A Va Ya Ya Ya Ya Ya YA Fa A A IVa Fa CI Fa Fa Fa Fa YA YA Fa Fa Ya Ya Ya YA YA Y VA Ea Fa Va Ya Fa Fa Fa YA YA YA YA YA Ya YA YA YA A TA a Z iaa la Fa Va Fa Va Fa Fa YA Fa Fa Y Fa Y Va Fa Va
77. laisser le souci d l gance aux tailleurs et aux cordonniers qu il en soit donc ainsi Enfin une pens e mue pour tous les tudiants avec qui j ai partag une salle un caf un repas ou une console d ordinateur pendant ces trois ann es Fatiha Sophie Yannick Li Romain Luis Manu Yann Mazen Christel Albane et toute la troupe du tr s convivial Laboratoire de Gravim trie R sum L tude des d formations nous renseigne sur les structures profondes et superficielles des volcans r servoir conduit fracture La g om trie de cette plomberie cach e constitue l une des conditions aux fronti res de tous les ph nom nes magmatiques param tres indispensables la compr hension des ruptions Dans ce travail nous appliquons une m thodologie allant de la mesure la mod lisation du champ de d formations sur le Merapi Java Ce jeune strato volcan d arc insulaire 2964 m pr sente une activit quasi continue avec production de d mes de lave and sitique d truits par avalanches gravitaires explosions et nu es ardentes parfois meurtri res Cinq campagnes GPS Global Positionning System ont t effectu es de 1993 1997 sur un r seau de 14 points Quatre stations continues multi param tres inclinom tres extensom tres ont t install es entre 1993 et 1995 au sommet et sur le flanc de l difice Les signaux sont corrig s des effets m t orologiques puis valid s par compensation po
78. large dynamique plusieurs ordres de grandeur en ajustant la p riode T La r alisation de Blum d crite en Annexe A 1 1 utilise une diode luminescente fixe et une cellule photo lectrique pour mesurer le d placement d avec une sensibilit d environ Uld 1 V mm et une dynamique de plus de 8 V On peut consid rer une variation de 1 mV significative ce qui correspond 1 um de d placement Le facteur d amplification X m canique lectrique des inclinom tres est alors donn par X DK en V urad s 2 10 De fabrication artisanale chaque inclinom tre a un facteur X un peu diff rent Typiquement ona K 5 82 D 5 cm k 0 25 m rad s et donc X 0 25 mV urad s Ce facteur X est d termin apr s fabrication par une calibration en laboratoire voir Annexe A 1 2 Apr s installation sur le site la p riode d oscillation libre du pendule est ajust e puis mesur e et la sensibilit s de l inclinom tre est alors donn e par la relation s en urad mV 2 11 X TE en V 2 11 Dynamique 8 V prad Brun 1 mV prad 5s 6s 1000 0 125 900 0 1125 800 7s 01 700 CH429 0 0875 600 8s 0 075 500 CH383 95 0 0625 400 10s 0 05 300 GC H374 ui 0 0375 CH376 200 Qo 14s _ 427 5 CH380 16s o CH379 18s 100 205 0 0125 80 0 01 0 19 02 0 21 0 22 0 23 Sensibilit en mV prad s Figure 2 25 Abaque donnant la dynamique 8 V et le bruit 1 mV en urad en
79. lisation Fracture Lava 56 Normal Stress P 1 MPa T T T T T 0 1 2900 0 08 2850 0 06 2800 E 0 04 c E 2750 0 02 2700 0 L 1 1 0 04 100 50 0 50 100 Eastern m Fracture Lava 56 Normal Stress T 1 MPa 2900 4 2850 4 2800 4 E c E 3 2750 4 2700 4 2650 4 L 1 L L L 100 50 0 50 100 Figure 4 8 Contraintes normales calcul es sur le plan de fracture Lava 56 non d finie en tant que telle avec la fracture Gendol a pression b cisaillement 159 160 Chapitre 4 Displacements with GENDOL amp LAVA 56 Pressure 400 300 200 100 Northern 100 200 300 400 300 200 100 0 100 200 300 400 Eastern m Displacements with GENDOL amp LAVA 56 Wall Shear 400 500 S RD AGUA ET IAE 200 OR es 3 s 8 100 EE Northern m MEER 7 2 Li 200 AN O 300 400 400 300 200 100 0 100 200 300 400 Eastern m Figure 4 9 Champ de d placements avec fractures Gendol et Lava 56 a pression b cisaillement Mod lisation 161 Displacements with 20 GENDOL amp LAVA 56 Pressure 400 300 200 100 Northern o 100 200 300 400 500 200 100 0 100 200 300 400 Eastern m Displacements with 20 GENDOL amp LAVA 56 Wall Shear 400 300 200 100 Northern
80. longues bases plus de 15 km mais peuvent tre largement diminu s en utilisant des r cepteurs bi fr quence effets de la troposph re affectent surtout la composante verticale des mesures d s que la base d passe quelques kilom tres ou bien que la diff rence d altitude est importante au del de 500 m tres Il faut dans ce cas utiliser des mesures m t o locales pression temp ratures s che et humide sur tous les points mesur s simultan ment Nous verrons en d tail de type de traitement au 2 1 4 effets des trajets multiples d pend du site choisi surfaces r fl chissantes et de l l vation des satellites cet effet tant de courte dur e de longues observations sur des distances courtes en relatif permettent en g n ral de le minimiser positionnement de l antenne sur le point l antenne du r cepteur est fix e un tr pied pos la verticale du rep re sur le terrain On connait en g n ral cette position 1 mm en horizontal centrage optique ou au fil plomb et 2 mm en vertical hauteur d antenne Par exp rience Duquesnoy comm pers 1994 la somme de toutes ces erreurs vaut en moyenne co 5 mm en Est 7 mm en Nord et 15 mm en vertical Une fa on de diminuer ces erreurs est de r p ter les mesures de chaque base un autre jour une heure diff rente en repositionnant l antenne sur le rep re On s assure ainsi de l ind pendance de chaque source d erreur Sig
81. million m3 inflation in a spherical magma chamber located below the summit aseismic zone a Horizontal view in contour lines of iso value over lighted topography b Each point represents a location on the meshed surface Data are presented in a cylindrical referential centred at Merapi summit Solid lines show the same parameters for the half space solution 3D topography effects are clearly observed especially on tangential displacement and tilt 148 Chapitre 4 Displacements m T T T T 4000 2000 F A OF Vy t E 2000 4000 sooo 6000 1 1 1 1 1 9 155 9 16 9 165 9 17 9 175 North x 10 Displacements x 10 Tilt urad ESTA tom 9 17 9 17 9 168 E 9 168 E gt _ L E 2 E 9 166 2 9 166 7 E 9 164 9 164 9 162 9 162 434 436 438 44 442 434 436 438 44 442 East m x 10 East UT M m x 10 Figure 7 GPS displacements and tilt data with ellipsoidic errors heavy solid line and final model solution a South North vertical projection of displacements b Horizontal projection of displacements c Horizontal projection of relative tilt On a amp b light solid lines stand for the model relative displacements and dotted lines for the model absolute displacements On b amp c level curves show relative displacement and tilt amplitudes Local effects on tilts are obvious Mod lisation 149 tn Ellipsoide A o a ui Volume va
82. mod le d autres mod les ou observations afin den tirer des conclusions sur le comportement du volcan On cherche d terminer les implications du mod le en estimant par exemple des param tres physiques qui nont pas t pris en compte dans la mod lisation Cette tape comprend galement la confrontation du mod le aux autres types d tudes qui peut aboutir une validation ou au moins une compatibilit du mod le L ensemble de ces informations constitue une description quantitative du fonctionnement du volcan bas e sur des observations de terrain Cest le mod le ph nom nologique a posteriori point de d part dune nouvelle tude qui permettra d affiner la connaissance du volcan f Surveillance et pr vision La surveillance et la pr vision des ruptions se basent sur des observations trait es et valid es dune part et sur un mod le ph nom nologique issu des recherches en cours dautre part Nous voulons insister ici sur le fait que la d marche permettant de d terminer lactivit du volcan requiert bien ces deux sources dinformation M me si parfois certaines tapes sont faites de mani re implicite ou sommaire une observation ne peut pas tre interpr t e directement en terme de mesure Le Merapi volcan laboratoire L Indon sie compte 129 volcans actifs 79 dentre eux ont connu au moins une ruption depuis 1600 Ils repr sentent environ 13 des volcans actifs du monde Outre les ruptions du Tambor
83. n 3 est situ e non loin du point g od sique TRI La Figure 1 8 pr sente le signal clinom trique de l une des stations sommitales ST3 situ e sur le bord nord ouest du crat re une dizaine de m tres du point TRI et la corr lation avec les nu es ardentes distances parcourues entre d but 1993 et fin 1994 L instrument mesure les variations d inclinaison du sol en un point dans la direction radiale au crat re exprim es en microradians 1 urad quivaut une l vation de 1 mm 1 km de distance La corr lation de ces signaux avec l mission de nu es appara t deux chelles temporelles 1 d but 1993 une inflation d environ 600 urad 6 mm 1 m pr c de la nu e de quelques jours suivie d une d flation de 150 urad juste apr s ce type de signal se retrouve avec des amplitudes diff rentes d autres p riodes 2 De mi 93 fin 94 une large inflation de pr s de 2000 urad 2 cm 1 m a pr c d l ruption de novembre 1994 existe plusieurs fractures au sommet rep r es par les g ologues du Sadjiman comm pers 1997 L une d elle situ e sur la coul e de lave 1956 a t mesur e manuellement tudes pr liminaires choix des techniques et sites 23 par le MVO entre 1991 et 1993 Une ouverture d environ 5 cm a t not e au moment de la mise en place du nouveau d me en janvier 1992 Nous ne disposions d aucune mesure de d formation plus large chelle que celle du dernier c n
84. nement majeur une s rie de d ferlantes va ensevelir des temples loign s et atteindre l emplacement de l actuelle ville de Yogyakarta Merapi Contemporain depuis au plus 600 250 ans L activit contemporaine consiste en l alternance de construction de d me ou langues d and site tr s visqueuse et de leur destruction par des croulements gravitaires ou des explosions lesquels engendrent des nu es ardentes Ces nu es se canalisent dans les rivi res de la moiti ouest du volcan et leurs d p ts sont r guli rement remani s sous forme de lahars On dispose d crits sur le Merapi d s l an 1548 mais son activit commence tre bien d taill e seulement partir de 1786 l poque o l Indon sie devient r ellement une colonie n erlandaise Depuis un peu plus de 200 ans on compte 39 p riodes d activit intermittente marqu es par des explosions des coul es de lave des nu es ardentes la formation de crat res et des pouss es de d me quasi continues Les descriptions des ph nom nes s am liorent et se 1 Gg Gunung mont colline en indon sien tudes pr liminaires choix des techniques et sites 15 pr cisent avec le temps pour le dernier si cle les volcanologues ne se contentent plus de noter les phases explosives mais galement le d but et la fin de p riodes effusives avec estimation des volumes de lave La Figure 1 4 r sume l activit de surface contemporaine du Merapi dans un mod
85. nord les bords sont constitu s principalement de laves r centes datant de 1948 1957 et au sud est par une coul e de Gunung Anyar la nouvelle colline en javanais 3 kawah crat re en indon sien tudes pr liminaires choix des techniques et sites 17 1940 La plupart des laves du sommet ont t remani es fissur es et recouvertes de d p ts pyroclastiques vari s par les activit s explosives ult rieures formant maintenant des coul es br chifi es matrice cendreuse Le point le plus lev du Merapi est un pic de lave 1955 appel Puncak Garuda 2962 m situ sur le bord nord est du crat re Lava 1883 za T Lava 1906 ro ST limite du crat re Lava 1883 depuis 1961 E Fumerolles 2800 Puncak sommet Plateau cendreux 2240 hj Wl limite du e Lava crat re 1930 100 m A 1911 1913 Figure 1 5 Carte du sommet du Merapi coul es de lave et dates des ruptions associ es positions des diff rents crat res et zones de fumerolles d apr s Ratdomopurbo 1995 1 1 3 Activit et structure du volcan Depuis l ruption de 1961 l activit du Merapi se localise l int rieur du crat re principal par des extrusions de d mes et par une forte activit fumerollienne dans les crat res de Woro et Gendol L mission continue de SO2 mesur e par la m thode COSPEC est de l ordre de 100 tonnes par jour en moyenne mais peut atteindre 9
86. obtained a very poor misfit value equal to 110 see Table 5 and equation 4 for the definition of misfit Accordingly we decided to look for a new location for the magma source following an inverse problem method Inverse Problem Method The inversion method consists in the search of some of the model characteristics by relying only on the forward problem formulation and on the observed data Here the model is reduced to a set of chosen parameters m m m M where M is the model space For a given model m the function which measures the degree of misfit between observed data dobs dlobs d2obs with errors Gobs Globs O2obs and the values predicted with the model dcai d2cal 18 called the misfit function S m If the forward problem is solved by equation deal g m 3 then the misfit function for N data with Gaussian experimental uncertainties is given by 2 N di Hu S m gt cal 7 a 4 1 i l obs which presents a minimum for the best parameter set m The likelihood function L m is defined as the a posteriori probability of a model L m k exp S m 4 5 This function helps to define the best parameter set m expected maximum value and the quality of the solution standard deviation for each parameter Gcai The relatively long time required for computing the forward problem solution with the MBEM about 1 hour on a Sparc Ultra 1 station 96 Mb
87. of these events Discipline G ophysique Interne Mots cl s Volcan Merapi D formations Inclinom trie GPS D me 3D tablissement Institut de Physique du Globe de Paris D partement de Sismologie UMR 7580
88. ol Fr 7 965 973 1980 Crouch S L Solution of plane elasticity problems by the displacement discontinuity method Int J Num Meth Engng 10 301 343 1976 Cubellis E M Ferri and G Luongo Internal structures of the Campi Flegrei caldera by gravimetric data J Volcanol Geotherm Res 65 147 156 1995 David J G Synth se des mesures de d formations sur la Soufri re de Guadeloupe 1976 1996 contribution l tude du fonctionnement du volcan Th se de Doctorat IPGP 400 pp 1998 Davis P M Surface deformation associated with a dipping hydrofracture J Geophys Res 88 5826 5834 1983 Surface deformation due to inflation of an arbitrarly oriented triaxial ellipsoidal cavity in an ellastic half space with reference to Kilauea volcano Hawaii J Geophys Res 91 7429 7438 1986 De Mets C R G Gordon D F Argus and Stein Current plate motion Geophys J Int 101 425 478 1990 De Natale G and F Pingue Seismological and geological data at Campi Flegrei Southern Italy contraints on volcanological models in Volcanic Seismology P Gasparini R Scarpa amp K Aki Eds JAVCEI Proceedings in Volcanology 3 484 502 1991 Ground deformations in collapsed caldera structures J Volcanol Geotherm Res 57 19 38 1993 Dejean M Rapports dactivit CSN au Merapi Volcano Observatory Yogyakarta DRM VSI 1994 1995 Delacourt C D tection et analyse de mouvements de surface par interf
89. omorphologie Observations visuelles Pour tre tout fait exhaustif il nous faut signaler ici que la g omorphologie permet partir de l tude des structures de surface d tudier la cin matique et les m canismes de grande d formation des chelles de temps jusqu des millions d ann es Les tudes tectoniques et g ologiques par des observations de terrain ou des interpr tations de photos a riennes ou satellitaires s int ressent surtout aux d formations grande chelle spatiale extrusion continentale syst mes de failles On peut appeler ce type d tude la pal og od sie Armijo comm pub 1998 Ces tudes sont maintenant presque toujours compl t es par la mesure de larges r seaux GPS D autre part les observations historiques manuscrits dessins photos sont bien souvent source d informations tr s int ressantes et permettent quelques fois de quantifier l volution des volcans et de leur topographie On peut citer ici le travail exceptionnel de Minakami et al 1969 qui ont tudi les changements de topographie du Merapi en comparant des photos des ann es 1886 1920 1941 et 1968 prises du m me endroit 1 2 8 Classification et synth se Le Tableau 1 1 synth tise les diff rentes techniques de mesure de d formation et leurs caract ristiques principales param tre mesur dynamique et pr cision de la mesure couverture spatiale et chantillonnage temporel valeurs habituellement observ
90. on puisse regrouper les d placements en 4 zones ind pendantes au sommet toutes s par es par des fractures zone 1 le point NTR avec de tr s forts d placements vers le nord ouest et un soul vement zone 2 les 2 points NUR et LIL avec de forts d placements vers le nord zone 3 tous les points l est du crat re LUL PUN MAR IPU et AYI avec de faibles d placements zone 4 le point DOZ avec de forts d placements vers le sud sud est et un affaissement Les d placements observ s entre 1996 et 1997 restent compatibles avec ce mod le de 4 zones d coupl es Les directions sont globalement conserv es pour l ensemble des points mais le sens a chang sauf pour NTR La Figure 3 4a pr sente une vue horizontale des d placements cumul s au sommet sur les 5 ann es de mesure La Figure 3 4b est une vue de N145 E dans un plan vertical montrant ainsi la composante verticale des d placements sans effet de perspective La Figure 3 5 montre l volution des 3 composantes des d placements relatifs au sommet La composante Nord permet de distinguer parfaitement les 4 zones Nous avons sch matis ces zones la Figure 3 6 o sont repr sent s les fractures et le bord du crat re principal Les zones 1 et 2 sont d coupl es par la fracture Dome 1 les zones 2 et 3 par les fractures Lava 56 et Lava 57 en enfin les zones 3 et 4 sont d coupl es par les fractures Gendol et Dome 1 104 Chapitre 3
91. ont montr que l effet de la topographie tait important et que sa n gligence pouvait conduire une surestimation de la variation de volume dans la chambre de 50 pour des pentes de 30 Nous avons vu aux Chapitres 1 et 3 l aspect hautement asym trique du Merapi toutes les chelles spatiales voir Figures 3 2 et 3 3 sa pente moyenne de 30 sur les flancs jusqu plus de 50 pr s du sommet et la topographie sommitale r ellement tridimensionnelle Le Tableau 4 1 pr sente une synth se des diff rents mod les de d formations existants milieux consid r s g om tries et types de source de perturbation solutions et r f rences bibliographiques des principales applications Le succ s des mod les simples comme celui propos par Mogi tient d une part leur facilit de mise en ceuvre et d autre part leur capacit rendre compte des champs de d placements observ s dans beaucoup de cas Cependant suite aux trop fortes simplifications sur la topographie et la source de perturbation et m me si le milieu consid r peut effectivement tre consid r continu ces mod les ne permettent pas une estimation correcte de la position de la 1 Le principe de superposition de solutions l mentaires ne peut tre appliqu que si les diff rentes sources sont suffisamment loign es les unes des autres en lasticit lin aire environ 3 fois leurs dimensions caract ristiques 125 Mod lisation source de l
92. period events like steps in tilt signal This method is presently used with success at Montagne Pel e observatory Viod 1997 F Beauducel and F H Cornet Laboratoire de M canique des Roches D partement de Sismologie URA CNRS 195 IPGP 4 place Jussieu Case 89 75252 PARIS Cedex 05 France E mail beauducel ipgp jussieu fr Acknowledgements This work was supported by D l gation aux Risques Majeurs French Department of Environment and Volcanological Survey of Indonesia in the framework of the French Indonesian Co operation in Volcanology We are very grateful to G Poupinet W S Tjetjep R Sukhyar M A Purbawinata and Surono for their continuous support For great help on tilt station installation maintenance and their participation to GPS campaigns we thank the Merapi Volcano Observatory team E Suhanto Saleh Herry J Guilbert M Dejean C Courteille and P Jousset M Kasser and T Duquesnoy have initiated the GPS network measurement in 1993 and 1994 Thanks to Dr Okada for providing us with his FORTRAN routines and to P A Blum amp M F Esnoult for constructing the tiltmeters Tables Mod lisation Table 1 September 1996 coordinates and a posteriori errors 68 confidence level for GPS network points after least squared adjustment of computed baselines JRAO is the reference point and LULO a summit point used only for adjustment Point Nb Name 085 DELI 090 BABO 100 JRAO 105 SELO 107 PUSO 12
93. pr s du site de Deles flanc sud est 1500 m Tous ces points et leurs positions approximatives sont report s au Tableau 2 1 Ce r seau n est donc pas tr s tendu 8 km pour la plus grande distance JRAO DEL1 mais certaines lignes de base ont des d nivel es tr s importantes 1600 m tres Les distances entre rep res tant inf rieures 10 km le mode de mesure statique monofr quence est tout fait adapt Il offre les caract ristiques suivantes Duquenne dans Botton et al 1997 pr cision 2 mm 2 10 6 D si les ambiguit s sont correctement fix es avec D lt 20 km en zone temp r e et D lt 10 km en zone quatoriale dur e minimale d observation 1 heure mesures de phase sur Orbites radiodiffus es Le point du poste de Jrakah JRAO a t rattach au r seau mondial GPS en 1988 par Michel KASSER il nous sert de r f rence absolue pour le r seau Merapi Tableau 2 1 Noms codes et positions approximatives des points du r seau GPS Merapi Points Position approximative Observations Noms Code Latitude Longitude Elevation DELO 080 7 33 42 39 S 110 27 45 73 E 1541m sp cial GPS 1996 Deles DELI 085 7 33 46 90 S 110 27 44 56 E 1511m sp cial GPS depuis 1996 BABO 090 7 31 34 18 S 110 24 38 20 E 1321m rep re AEMD depuis 1996 JRAO 100 7 29 50 22 S 110 25 17 64 E 1335m rep re AEMD Jrakah SELO 105 7 3151 08 S 110 27 07 23 E 2570 m rep re AE
94. profondeur la temp rature n est pratiquement plus influenc e par les variations journali res Cette installation ne r pond pas aux crit res de pr cision que nous nous tions fix s Nous avons donc d cid ce moment de placer les inclinom tres directement sur la coul e Soil 20 meter SITE 1 Soil 10 meter PURI Batteries electronics Rain amp data North DELES TILT STATION 110 27 44 0 1550 10 meter E a Soil 27 SITE 2 CH376 SITE 2 section N40W Figure 2 32 Vue horizontale de la station Deles disposition des 8 capteurs et des 2 syst mes d acquisition Site 1 2 inclinom tres tangentiel CH379 et radial CH380 pos s sur une dalle de b ton et une sonde de temp rature LIP Site 2 1 inclinom tre radial CH376 pos sur la lave creus e Site 3 2 inclinom tres tangentiel CH427 et radial CH429 soud s sur c ne de silice et un pont r sistif Res simulant la cellule d un inclinom tre fixe Station panneaux solaires batteries bo tiers d alimentation et uDAS et un pluviom tre Rain Mesures instrumentales 81 Installation des sites 1 et 2 octobre 1995 une dizaine de m tres au nord ouest de la station le sol a t creus pour atteindre la coul e de lave compacte situ e environ un m tre de profondeur voir Figure 2 32 Celle ci pr sente cet endroit un pendage d environ 30
95. rep res Quatre stations continues extensom triques et clinom triques ont t install es entre 1993 et 1995 Dans ce chapitre nous pr sentons pour chacune de ces techniques les donn es brutes corrig es des probl mes purement instrumentaux et calibr es en unit s physiques Nous analysons ensuite les signaux continus en terme de bruit moyen court et long terme et les mesures GPS en terme d incertitude sur chaque composante du vecteur de ligne de base 2 1 Mesures du r seau GPS 2 1 1 Modestatique g od sique Il y a actuellement 24 satellites de la NASA r partis sur 6 orbites planes 20 000 km d altitude d inclinaison 55 sur l qQuateur et de p riode 12 heures Cette constellation assure tout moment et en n importe quel point du Globe une visibilit simultan e de 4 8 satellites ayant une l vation d au moins 15 ce qui est suffisant et n cessaire pour calculer la position absolue dans l espace voir Figure 2 1 Trois satellites sont en effet n cessaires pour calculer la position du point partir des distances mesur es intersection de 3 sph res mais un quatri me doit tre utilis pour tenir compte de la non synchronisation du r cepteur avec les horloges des satellites La pr cision du positionnement d pend entre autre de la g om trie de la constellation de satellites au dessus du point de mesure calcul du param tre GDop voir Figure 2 2 Les satellites mettent des signaux sur deux bandes de
96. ristiques c est la mesure de fr quence par comptage ou encore int gration continue pr sent e Figure A 5 decimal counters frequency trigger freq modulator divisor o T gate signal reset f t physical signal slt Figure A 5 Sch ma de fonctionnement d un fr quencem tre compteur Le signal physique s t est modul en fr quence soit par un convertisseur tension fr quence soit directement au niveau du capteur s il est capacitif circuit oscillant Le signal de g chette permet de contr ler le temps de comptage Le signal physique mesurer s t est tout d abord modul en fr quence puis est transform en signal carr avec une ventuelle division de fr quence enfin il entre sur une s rie de compteurs d cimaux en cascade qui s incr mentent donc avec le nombre de pseudo p riodes flanes descendants par exemple Un signal de g chette permet le passage du signal pendant un temps T Le nombre de compteurs d finit la dynamique du syst me qui sera dans le cas du DAS de 100 000 points cinq compteurs quivalant 1674 bits Il faut signaler ici que la quasi totalit des capteurs de l ORB y compris sur les gravim tres sont des syst mes oscillants capacit variable et donc que les instruments d livrent directement un signal modul Avec les inclinom tres Blum on utilisera des convertisseurs tension fr quence Le comptage int grale d finie Soit f t un si
97. set of options allows to specify the file format for not pDAS files raws signification i exclude text xt or unknown header x and convert Special separator im ic By default multiple files will be imported as separated channels use a to append them There is two kind of data files No Time referenced each raw is a data channel and Time referenced with out constant acquisition periode For Time files a complete date and time is needed for each data i e in order of importance year month day hour minute and second If the files do not contain complete time reference it must be fixed by a constant y or taken from the filename yn For No Time files it is possible to fix a time reference y and to force an acquisition period it B 2 Time Treatment Uncomplete time referenced data will be automatically adjusted if any time negative jumps are uncountered i e no date in data row and the hour returns to 00 from 23 then one day will be added To avoid that specify True Time import tt Time can be modified center on half period r add a time lag s extract an interval b and e or exclude back time data nt B 3 Data Treatment Before importation data can be decimated d ed calibrated by a 3rd order polynom c filtered by test on values vn wm or differences fx A simple formula can also be computed to create a new channel f All these treatments wi
98. shallow crystallising magma chamber Earth and Plan Sc Lett 92 107 123 1989 Tarantola A and B Valette Generalized nonlinear inverse problems solved using the least squares criterion Rev Geophys Space Phys 20 219 232 1982 Tarantola A Inverse problem theory methods for data fitting and model parameter estimation Elsevier 1987 Tilling R I Introduction to special section on How Volcanoes Work Part 1 2 3 J Geophys Res 92 13 685 13 686 93 4159 14 757 14758 1988 Tjetjep W S and S R Wittiri 75 tahun penyelidikan gunungapi di Indonesia Direktorat Vulkanologi Bandung 1996 Tjetjep W S A Ratdomopurbo Suharno M C Supriati D A Subandriyo and Sri Sumarti Preliminary account of the 1992 eruption of Merapi Central Java Indonesia 22nd Annual Convention of The Indonesian Association of Geologists Bandung 6 9 December 1993 1993 Tjetjep W S Mitigation and volcanic eruption in Indonesia Merapi Decade Volcano International Workshop Yogyakarta Oct 1995 1995 Tondeur J Rapports d activit CSN au Merapi Volcano Observatory Yogyakarta DRM VSI 1991 1992 Toutain J P et al Real time monitoring of vertical ground deformations during eruptions at Piton de la Fournaise Geophys Res Lett 19 553 556 1992 Triplet J P and C Roche M t orologie g n rale M t oFrance 300 pp 1983 Van Ruymbeke M F Beauducel and A Somerhausen The Environmental Data Acquisitio
99. surveillance en temps r el des d formations du volcan n ont pas encore t publi es et n ont pu tre int gr es a ce travail que partiellement La Figure 1 7 pr sente les d placements horizontaux de 9 points g od siques r partis autour du crat re entre 1988 et 1992 c est dire sur une p riode encadrant l extrusion du nouveau d me de 1992 Globalement on distingue un cartement des parois du crat re pratiquement concentrique mais inhomog ne en amplitude qui atteint plus d un m tre pour les points du sud est Les points du sommet peuvent tre regroup s en 6 zones de comportements diff rents TRI 60 cm vers l ouest NUR et LIL 30 cm vers le nord PUN et LUL pas de mouvement MAR et IPU 20 cm vers l est GQ4 15 cm vers le sud DOZ et ALB 100 cm vers le sud Pour le couple de points TRI ALB la d formation est gale 4 10 3 la limite du domaine 22 Chapitre 1 lastique En revanche entre les points GQ4 et DOZ par exemple la d formation est de l ordre de 10 2 de qui implique un comportement an lastique de la roche displacement 10 cm B survey monument survey line N dome 94 Figure 1 7 R seau de trilat ration AEMD au sommet du Merapi et d placements horizontaux observ s entre 1988 et 1992 L extension des bords du crat re atteint plus d un m tre sur cette p riode source MVO Le point SEL 1200 m du sommet sert de r f rence La station clinom trique
100. trois hypoth ses 176 Chapitre 5 n ayant pas pris en compte dans notre mod le de d formations l effet du poids du d me sur le fond du crat re les variations de pression calcul es seraient biais es et ne correspondraient pas la pression r elle l extr mit du conduit les variations de pression dues la hauteur de lave seraient n gligeables devant les variations de pression dues la chambre profonde Le gradient vertical serait donc fort relation entre le volume et la hauteur du d me serait complexe en raison des g om tries voluant de facon hautement asym trique Il est probable que la r alit int gre ces trois hypoth ses Si sur un fond d optimisme on consid re la seconde la ph nom nologie serait la suivante la surpression dans la chambre et donc dans le conduit aurait augment r guli rement de 1993 1996 Pendant ce temps le d me de 1994 s est form et a disparu le 22 novembre lors d un croulement purement gravitaire un nouveau d me s est alors mis en place progressivement Au cours de ces ann es la pression exerc e par le poids du d me varie mais reste suffisamment faible pour ne pas induire de d formations significatives Le pic de pression fin 1996 aurait fait exploser le d me le 17 janvier 1997 Puis la chute brutale de pression en 1997 compatible avec notre mod le de d formations en champ lointain n aurait pas emp ch le d me de poursuivre sa crois
101. un dernier relev m t o et des param tres du r cepteur et arr ter l enregistrement en appuyant sur REC 3 1 3 Stop 1 Yes la LED redevient fixe teindre le r cepteur par MOD 8 1 sur le 116 ou MOD 8 3 sur le 22 Renouveler la mesure de hauteur d antenne et changer de point B 1 7 Transfert des donn es Les sessions d enregistrement sont m moris es dans les r cepteur sous forme de fichiers de donn es dont on peut obtenir la liste par MOD 3 1 3 Memory 1 Dir La taille de ces fichiers et donc l autonomie du r cepteur d pendent de la dur e d enregistrement et du nombre de satellites re us Il faut constamment v rifier l tat de la m moire et effectuer un transfert des donn es lorsque celle ci est presque pleine Il suffit pour cela de connecter le port s rie du PC au r cepteur au moyen du c ble appropri et de lancer le programme DOS GPSWIN SERCEL trfnr10x exe Choisir le mode de transfert fichier par fichier et les nommer manuellement sous la forme nnnnsyy jjj avec nnnn le nom du point en 4 lettres s la session a pour 1 b pour 2 yy pour l ann e et jjj pour le jour de d but de session Exemple 3ra0a96 304 pour le point JRAO session 1 du jour 304 30 octobre 1996 Les fichiers seront transf r s dans le r pertoire GPSWIN RECORDS Il arrive que des probl mes de connexion interrompent le transfert dans ce cas suivre les instructions du programme et renouveler les ess
102. un r seau de base d une cinquantaine de balise dites d orbitographie formant une couverture mondiale homog ne Des balises additionnelles de positionnement peuvent tre prises en compte mais leur nombre est tr s limit 2 6 dans un rayon de 2000 km autour d une balise d orbitographie En pratique le syst me DORIS ne peut donc servir qu la surveillance des d placements d un unique point de contr le sur un volcan Interf rom trie radar Les syst mes de radar synth se d ouverture SAR embarqu s sur plusieurs satellites ERS1 ERS2 JERS1 Radarsat ou sur la navette spatiale am ricaine SIR permettent une imagerie radar dense pixel de 4 x 20 m pour ERS sur de larges surfaces 50 x 50 km L interf rom trie consiste calculer la diff rence de phases entre 2 images dont les orbites de satellite sont proches Apr s correction des effets d orbites de topographie et d atmosph re on obtient les d placements de la surface du sol projet s sur la direction sol satellite repr sent s par des franges d isovaleurs Une frange vaut la moiti de la longueur d onde du radar soit 28 mm pour le satellite ERS La pr cision peut atteindre un dixi me de frange soit environ 3 mm 1 frange 28 mm Figure 1 12 Interf rogramme calcul partir de deux images SAR ERS 1 d octobre 1992 et octobre 1993 sur l Etna Par comptage des franges on mesure une subsidence de 11 2 14 cm au sommet Massonnet et al 1995 On d
103. une ruption Jaupart 1992 Dans notre cas on a Q 2 0 0 4 10 kg s 1 Cette valeur est assez lev e compar e au flux observ lors de la formation du d me de dacyte au Mont St Helens 1000 kg s Swanson amp Holcomb 1990 Mais elle reste bien inf rieure aux flux typiques des r gimes explosifs de 107 108 kg s 1 Les diff rentes forces mises en jeu dans la mont e du magma vers la surface sont 1 la surpression dans la chambre AP 2 la flottabilit qui d pend du contraste de densit Ap et 3 la pression en haut du conduit due la pr sence d un d me de hauteur h qui s oppose aux deux forces pr c dentes On peut relier le flux de masse ces param tres par l quation Jaupart 1992 4 AP p gh 7 pgH Pag 6 1 8u H Connaissant la hauteur du conduit He 8500 400 m et la hauteur moyenne approximative du d me pour cette p riode h 100 m nous pouvons calculer la variation de pression dans la chambre ud EL Pagh xa p j 5 2 a 8500 54 1275 2 3 10 8 1 10 ce qui donne AP 8 1 0 5 MPa En chiffrant cette quation nous remarquons qu avec une viscosit de 107 Pa s un rayon de conduit de 25 m et malgr le faible contraste de densit choisi la pouss e d Archim de est la source pr dominante qui fait monter le magma vers la surface La variation de pression n gative dans la chambre s ajoute la pression due au
104. une tr s large bande de fr quence Elle est en g n ral lin aire au premier ordre mais volutive dans le temps non stationnaire Berger 1975 Goulty et al 1979 Mortensen amp Hopkins 1987 Desroches 1990 Beauducel 1992 la relation entre la d formation et les chutes de pluie est fortement non lin aire et d pend du niveau de la nappe phr atique Si celle ci est trop superficielle la mod lisation est pratiquement impossible Wolfe et al 1981 Evans amp Wyatt 1984 Julien amp Bonneton 1984 Desroches 1990 Nous avons vu aux Chapitres 1 et 2 la strat gie adopt e au Merapi pour essayer de s affranchir de ces deux effets installation enterr e sur coul e de lave massive Les r sultats de mesures clinom triques brutes la station Deles sont assez encourageants concernant notamment les variations thermiques journali res entre 0 4 et 0 8 urad par jour subsiste cependant des effets thermiques significatifs sur le long terme variations saisonni res que nous allons tenter de corriger au moyen d une m thode de traitement du signal Les effets de la pluie seront ensuite analys s et quantifi s et enfin nous d terminerons les variations d inclinaison du site de Deles sur la p riode novembre 1996 d cembre 1997 3 2 1 Effets thermom caniques Pour tudier correctement les effets thermom caniques sur un site donn il faudrait mesurer le champ de temp rature dans le volume consid r en cha
105. voir Annexe B 1 d velopp par Ruegg amp Bougault 1992 qui pr sente l avantage d accepter pratiquement tous les types de mesures g od siques et d exprimer la solution dans plusieurs types de rep res ellipsoidique g ocentrique ou local En outre ce programme utilise une m thode de normalisation des erreurs qui permet de s affranchir presque totalement de la qualit d estimation des erreurs a priori sur les mesures Apr s l ajustement un rapport est calcul entre la variance des erreurs sur les donn es calcul es et la variance des erreurs sur les donn es mesur es Les erreurs finales sur les positions sont multipli es par ce rapport On a alors suivant les valeurs rapport 1 lajustement a produit des erreurs du m me ordre que les erreurs de mesure celles ci taient donc estim es correctement et la multiplication ne change rien rapport gt 1 les erreurs de mesure taient sous estim es la multiplication augmente les erreurs finales pour en tenir compte Traitement et validation des donn es 89 rapport lt 1 les erreurs de mesure taient surestim es l ajustement prouve que les donn es sont beaucoup plus coh rentes que pr vu et la multiplication r ajuste les erreurs en cons quence Ainsi quelque soit l amplitude des erreurs de mesure l amplitude des erreurs finales sur les positions sera d termin e par l ajustement Nous exprimerons les coordonn es finales des points du r
106. 0 00 22 00 10000 T T T T T 5 E lt 5000 8 a Z l l l 02 00 04 00 06 00 08 00 10 00 12 00 14 00 16 00 18 00 20 00 22 00 Time 23 Nov 1995 Chapitre 3 Figure 3 11 Signaux clinom triques de Deles sur sites 1 et 2 fonction de synchronisation courbe du bas et nergie des nu es ardentes mises au sommet barres a Du 23 au 30 novembre 1995 plusieurs corr lations apparaissent clairement mais certains chelons significatifs ne co ncident pas avec une nu e b Le 23 novembre 1995 on remarque un chelon significatif environ 2 heures avant les premi res nu es Traitement et validation des donn es MERAPI DELES TILT STATION RAINFALL EFFECTS 66 T T T T T T T 65 5 65 M 64 5 z 64 63 5 A 63 1 1 1 1 Tilt Tan CH427 prad X 00 00 04 00 08 00 04 00 08 00 12 00 16 00 20 00 00 00 3000 2500 lt 9 2000 31500 1000 1 1 1 1 1 1 04 00 08 00 12 00 16 00 20 00 00 00 04 00 Time 9 Aug 1996 to 10 Aug 1996 Figure 3 12 Signal clinom trique tangentiel entre les 9 et 10 ao t 1996 pluie Kendil 1 km de Deles et distance parcourue par les nu es ardentes MERAPI DELES TILT STATION RAINFALL EFFECTS 08 00 Tilt Tan CH379 urad 30 Oct 31 Oct 01 Nov 02 Nov 03 Nov T T 26 Oct 27 Oct 28 Oct 29 Oct 30 Oct 31 Oct 01 Nov 02 Nov 03 Nov 15000 F T T T 8
107. 0 LULO Local co ordinates UTM 49 WGS84 m East 440692 1316 484975 8720 436180 2839 439543 9619 439552 3005 438978 0716 North 9163972 9254 9168041 1995 9171235 4989 9167528 3108 9166838 7134 9166537 5339 Up 1511 4785 1321 0498 1335 4256 2570 4405 2734 0199 2976 7933 141 Errors a posteriori o m dE 0 0241 0 0096 0 0068 0 0085 0 0074 dN dU 0 0264 0 0456 0 0079 0 0135 0 0045 0 0088 0 0062 0 0114 0 0053 0 0105 Table 2 March 1997 coordinates for GPS network points Same comments as Table 1 Point Nb Name 085 DELI 090 BABO 100 JRAO 105 SELO 107 PUSO 120 LULO Local co ordinates UTM 49 WGS84 m East 440692 1582 434975 8794 436180 2839 439543 9658 439552 3021 438978 0607 North 9163972 9435 9168041 2171 9171235 4989 9167528 3234 9166838 7241 9166537 5390 Up 1511 3533 1321 0026 1335 4256 2570 3769 2733 9943 2976 7600 Errors a posteriori o m dE 0 0173 0 0158 0 0126 0 0121 0 0118 dN dU 0 0095 0 0247 0 0116 0 0221 0 0086 0 0176 0 0081 0 0160 0 0078 0 0157 Table 3 Relative displacements with respect to JRAO for GPS points between September 1996 and March 1997 UTM relative displacements m Point Nb Name East 085 DELI 0 0266 090 BABO 0 0074 105 SELO 0 0039 107 PUSO 0 0016 North 0 0181 0 0176 0 0126 0 0107 Up 0 1252 0 0472 0 0636 0 0256 dE 0 0297 0 0185 0 0143 0 0148 Errors o m dN dU 0 0281 0
108. 0 x 1600 m conduit vertical rayon 25 m profondeur 450 m fracture Gendol radiale au conduit N135 longueur profondeur 250 m fracture Lava 56 N90 longueur profondeur 250 fracture Dome 1 N135 longueur profondeur 200 m Calcul avec une structure sans fracture Le premier calcul effectu avec la surface libre et le conduit mais sans fracture est pr sent la Figure 4 6 Le graphe sup rieur correspond au calcul avec la pression le graphe inf rieur correspond au calcul avec le frottement axial Le champ de d placement est repr sent par des fl ches en trait fin chaque noeud du maillage chelle ajust e en fonction du d placement maximum sur la surface libre et des fl ches en trait gras obtenues par interpolation aux points GPS chelle plus petite identique pour tous les calculs qui vont suivre Avec la pression les d placements sont essentiellement horizontaux On voit sur le champ de d placement que l effet du conduit ne se voit pratiquement plus lorsqu on s loigne de celui ci La solution analytique d un cylindre sous pression dans un milieu infini pr voit en effet une d croissance de l amplitude des d placements en 1 r ce que l on retrouve globalement ici En revanche avec le frottement axial les d placements ont une tr s forte composante verticale d une part et d autre part sont encore visibles 400 m du conduit Pour les deux calculs on d tecte un effe
109. 00 urad jusqu d cembre 1996 puis une d flation de 200 urad mais avec un trou de donn es important d but 1997 MERAPI PUNCAK DEFORMATION STATION 2 400 200 Tilt Rad CH374 Cyrad 3 200 800 600 400 Tilt_Rad_CH383 prad gt 4 200 60 40 8 20 0 E Oct 95 Dec 95 Feb 96 Apr 396 Jun 86 Aug 96 Oct 96 Dec 96 Feb 97 x1 8 L 28 Sep 95 02 37 57 Time 18 Mar 97 17 15 00 4 NT Tilt_Rad_CH374 Cprad 3 Tilt Rad CH383 prad 4 Temp Soil 8 Figure 2 27 Donn es brutes calibr es de la station LEAS n 2 entre octobre 1995 et mars 1997 inclinom tres en direction radiale et temp rature du sol Mesures instrumentales 75 Glaci re lt Vers GPS LILO Roche Alt r e Sonde Temp rature sol Figure 2 28 Sch ma en coupe de l installation des inclinom tres du sommet Photo 2 6 Installation de la station clinom trique de Lilik au bord du crat re sur Lava 56 En arri re plan le d me de lave de 1995 76 Chapitre 2 2 3 3 Station Deles flanc sud est Installation La station est situ e pr s de la station sismique du MVO Deles flanc sud est environ 3 km du sommet et 1500 m d altitude seulement 15 minutes de marche d un chemin carrossable mais plusieurs kilom tres de toute habitation cet endroit on se trouve sur l une des grandes coul es de lave and sitique compacte du Merapi Moyen Cette coul e a une paisseur de
110. 000 t jour pendant certaines crises 1983 Construction continue de d mes destruction et nu es ardentes Dans le crat re principal le magma and sitique plus ou moins compl tement d gaz est lentement extrud sous forme de d mes endog nes avec un taux moyen de 20 000 m jour jusque 300 000 m jour en p riode de crise Le plancher du crat re tant inclin 35 vers le sud ouest les d mes ont tendance acqu rir une forme ovoidale et s couler dans cette direction voir Photo 1 3 Le coeur du d me est visqueux et incandescent aspect v sicul des fragments d avalanches mais son enveloppe est solide aspect massif et prism et constitu e d un amas de blocs de tailles diverses Berthommier 1990 La morphologie du d me change constamment avec le temps Elle varie d une forme h misph rique quasi parfaite Photo 1 2a des g om tries plus complexe lorsque plusieurs points de sortie se sont succ d s Le d me est pratiquement toujours 18 Chapitre 1 en tat de stabilit critique car les pentes atteignent par endroit plus de 60 preuve d un angle de frottement tr s fort Photo 1 2b Photo 1 2 a D me de lave au 31 janvier 1992 vu du sommet Le d me s est install entre le bord ouest du crat re droite et le d me de 1984 enti rement recouvert peu apr s Le diam tre de l h misph re fait environ 140 m et sa hauteur 40 m clich J Tondeur b Sommet du Merapi Puncak Garuda
111. 003 PUSO SELO 32 079 64 608 705 656 0 004 0 003 0 002 JRAO SELO 3407 465 481 528 3843 513 Ecarts types moyens 0 0046 0 0077 0 0031 54 Chapitre 2 Campagne du 25 octobre au 13 d cembre 1996 notre arriv e Yogyakarta le Merapi est entr en phase pr ruptive et il nous a t interdit d aller au sommet pendant toute la dur e de la mission Nous avons profit de ce temps pour mesurer toutes les bases lointaines autour du Merapi avec une certaine redondance tout en se pr parant pour la mission sommitale Parall lement une description d taill e du processus d observation du r seau GPS Merapi a t crite pendant la mission voir Annexe B ce qui a permis aux quipes indon siennes de r aliser seules toutes les mesures du sommet d s que l autorisation d y acc der a t accord e d but d cembre 1996 Le r seau lointain a t compl t par deux points suppl mentaires au poste de Babadan et la station de Deles Ces sites ont t choisis parce qu ils correspondent des stations d observations de d formations continues gravim tre et inclinom tres faciles d acc s et parce que leurs positions compl tent la g om trie du r seau de fagon quilibr e la station de Deles un premier point DELO a t install par le CSN avant notre arriv e mais a pr sent linconv nient de nombreux masques lors de la premi re session avec JRAO Nous avons donc install un second point DELI
112. 0519 0 0140 0 0259 0 0097 0 0197 0 0102 0 0196 Table 4 Deles tilt station characteristics for each instrument Noise is estimated by the standard deviation on signals after high pass filtering on two important periods 2 minutes for sampling period and 1 day for daily temperature effects Instruments Tilt Tangential CH379 Tilt Tangential CH427 Tilt Radial CH376 Tilt Radial CH380 Tilt Radial CH429 Rock Temperature LIP Resistor Bridge Sensitivity 51 698 mV urad 36 646 mV urad 32 263 mV urad 41 071 mV urad 13 846 mV urad 100 mV C 1000 mV V Resolution 1 15 10 urad 2 00 10 5 urad 2 14 1075 urad 5 40 10 5 urad 1 00 105 urad 1 75 10 4 1 09 10 mV 2 min STD Noise 0 0121 urad 0 0117 urad 0 0136 prad 0 0099 prad 0 0302 urad 0 0050 C 0 0968 mV 0 4106 urad 0 7835 urad 0 3163 prad 0 3888 prad 0 2693 urad 0 0837 C 0 4471 mV 1 day STD Noise 142 Chapitre 4 Table 5 Solutions found for different models of magma source X Y 2 is East North and Up position with respect to the summit S the strike for vertical fault model and AV the volume variation Each parameter is given with its standard deviation estimated from the a posteriori probability function of the model space For elastic half space models Mogi and Okada the virtual horizontal ground surface has been defined at the GPS reference point JRAO elevation 1330 m Fault modelling refers to a mode I dislocation opening mode only
113. 1 hour YYMMDDHHNNSS no separator HHNNSS HHNN SS HH NN SS minute second day of the year 1 to 366 month name 3 letters unused column NaN for export to 9 then A to Z channel number all channels in order data index as x axis ounpprask Bt Pk Q we ct Example i ymdhns is pDAS default import format For time characters d h n s and j fractionary parts are allowed at import add a point to export with fractions ex t yj for year and day with fractions of day 200 Annexe o output filename to export data Default is o for automatic name constructed from input filename with extension nn nn 00 to 99 nh no header in exported file By default a text header is added to the file when exported see below xi exclude header info lines in exported file see below xt exclude lines containing text or letters x n exclude the first n line s ic convert all comas to points use coma as decimal point im minus is a separator positive values only s hour shifted time correction to apply in hours it n impose an interval of time of n seconds y time string specify the time reference if uncomplete yn format string search for time reference in the filename The time will be completed for each file Example sta0225 d97 is one of daily files 25 Feb 97 which contains hours minutes and data Then use mdasgr sta
114. 1 530 498 523 678 381 0 0124 0 0299 0 0123 JRAO SELO 3407 480 481 463 3843 540 0 0143 0 0227 0 0113 JRAO BABO 1284 021 17 127 3165 186 0 0232 0 0397 0 0157 JRAO DEL1 3949 582 2303 019 7232 871 0 0276 0 0580 0 0136 BABO DEL1 5233 563 2320 138 4067 704 0 0253 0 0492 0 0180 Ecarts types moyens 0 0095 0 0171 0 0073 Mesures instrumentales 61 2 1 7 Synth se et conclusions sur les mesures GPS La mesure du r seau GPS a consid rablement volu depuis 1993 r cepteurs diff rents en 1994 bifr quence ajout de points lointains et prise en compte d un mod le de m t o locale depuis 1996 Le nombre de lignes de base mesur es est galement tr s diff rent suivant les ann es 12 17 18 32 et 28 respectivement de 1993 1997 Les deux campagnes vraiment comparables sont celles de 1996 et 1997 pour lesquelles une strat gie de mesure a t clairement d finie voir Annexe B 1 Pour tenter d analyser les erreurs de mesure sur les lignes de base erreur a priori et leur volution au cours des ann es nous avons calcul pour chaque ann e une r gression lin aire moindres carr s entre l erreur sur la composante g ocentrique i i X Y Z et la longueur de base mesur e D de la forme oi ai D bi voir Figure 2 18 Le param tre a d termine la sensibilit des mesures D On retrouve bien en moyenne lerreur annonc e en d but de chapitre pour des lignes de base inf rieures 15 k
115. 12 14 16 18 20 22 24 Local time in hours GMT 7 25 Oct 13 Dec 1996 Figure 2 15 Synth se journali re de toutes les mesures m t o de la campagne 1996 r duites a l altitude de 3000 m Les valeurs th oriques sont celles donn es aux zones quatoriales Saastamoinen 1972 58 Chapitre 2 Campagne du 15 au 26 mars 1997 Bas sur la campagne 1996 le planning des mesures a t organis en 4 tapes pour un total de 9 jours de terrain toujours avec les 2 r cepteurs monofr quence SERCEL NR101 L objectif tait de m me qu en 1996 de r aliser un facteur de redondance sup rieur 2 f 2 1 voir Figure 2 16 mesures des lignes de base au sommet avec un facteur de r p tabilit des points sup rieur ou gal 3 orient es pour contraindre la g om trie du crat re principal quadrilat re NTRO NURO AYIO et DOZO par sessions de 1 heure rattachement du point sommital LULO aux points interm diaires PUSO et SELO sessions de 2 heures et aux points lointains JRAO BABO et DELI sessions de 6 heures rattachement des points interm diaires PUSO et SELO avec les points lointains JRAO et BABO sessions de 4 heures mesure du triangle de r f rence JRAO BABO et DELI sessions de 6 heures MERAPI GPS BASELINES 1997 JRAO DELI Figure 2 16 Lignes de base mesur es pour la campagne 1997 f 2 1 Pour calculer un mod le de m t o locale la pression atmosp
116. 146 AYIO 439031 9885 9166319 4423 2927 8759 0 0100 0 0076 0 0143 LILO 438906 1367 9166509 0601 2971 5206 0 0094 0 0067 0 0136 NURO 438854 8486 9166549 1419 2953 2125 0 0103 0 0077 0 0147 NTRO 438754 9662 9166509 3855 2927 4991 0 0094 0 0071 0 0133 IPUO 439039 7446 9166409 5837 2949 6966 0 0088 0 0065 0 0117 DELO 440727 9380 9164111 3474 1541 3026 0 0238 0 0223 0 0418 DEL1 440692 1316 9163972 9254 1511 4785 0 0241 0 0264 0 0456 BABO 434975 8720 9168041 1995 1321 0498 0 0096 0 0079 0 0135 date 1996 324 25 days ndl 57 emq 0 01514 m Traitement et validation des donn es 95 Positions mars 1997 L ajustement est tr s bien contraint et les erreurs sont tout fait comparables celles de la campagne 1996 L une des lignes de base LILO IPUO a t compens e par une correction observ e calcul e exactement verticale de 7 8 cm Le nombre de fermetures incluant ces deux points tant assez important voir Chapitre 2 le calcul d ajustement n a eu aucun mal d terminer la position correcte et exclure cette mesure On est donc tent de penser une erreur de mesure de hauteur d antenne sur l un des deux points p Tableau 3 6 Position des points du r seau 1997 en coordonn es UTM et erreurs a posteriori JRAO sert de r f rence position 1994 Coordonn es UTM 49 WGS84 m Erreurs a posteriori m Point Est Nord Altitude OE ON OU JRAO 436180 2839 9171235 4989 1335 4256 SELO 439543 9
117. 2 23 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 c ES a bs eo e e e amp n 22 N 2 3 4 5 6 7 8 9 10 n e e eo e ne n 22 N Figure 2 7 Planning des sessions de mesure de la campagne GPS de 1993 avec les deux r cepteurs SERCEL NR101 n 22 et 116 Les heures sont donn es en GMT 48 Chapitre 2 Le planning est pr sent Figure 2 7 avec un facteur de redondance f 1 0 ce qui est grandement insuffisant puisqu il n y a aucune redondance Le nombre de sessions est tout juste suffisant pour d terminer la position des points sans contr le de fermeture Un probl me technique sur les r cepteurs est survenu lors de la derni re mesure entre le sommet et le poste de Jrakah n y a donc pas de donn es pour rattacher le r seau ce point En revanche cette mission tait coupl e avec la campagne annuelle de mesures de trilat ration au distancem tre AEMD Barry VOIGHT US Geological Survey ce qui nous a fourni des donn es suppl mentaires de distance et d angle z nithal sur la plupart des couples de points Tableau 2 3 Tableau 2 2 Lignes de bases GPS septembre 1993 3 composantes vectorielles en coordonn es g ocentriques et erreurs a priori Calculs faits avec orbites pr cises par T DUQUESNOY logiciel BERNESE Ligne de base Composantes vectorielles en m tre Erreur en m tre X Y Z dX dY dZ LULO MAR2 62 8041 65 0540 89 9191 0 0011 0 0025 0 0004 LULO IPUO 42 42
118. 2 millions de points les fr quences d entr e du uDAS sont toujours divis es par 2 c est dire un quivalent de 24 bits Les fichiers de donn es num riques demandent toutefois un traitement tr s particulier calcul de l offset de fr quence en d but de fichier au moyen d enregistrements faible p riode 1 ou 2 secondes pour retrouver la fr quence absolue reconstitution du signal relatif continu par correction des sauts d chelle provoqu s par la limite 100 000 points des compteurs calibration en fonction de la p riode d chantillonnage et de chaque type de CTF Nous avons entrepris une analyse tr s d taill e de ce syst me particulier et plusieurs logiciels ont t con us cette occasion voir Annexes A 2 et P riode de test station 16 septembre 12 octobre 1995 Nous avons tout d abord install deux inclinom tres Blum tripode dans des directions tangentielle N120W CH379 15 0 s et radiale au sommet N30W CH380 16 2 s sur le sol de l annexe Une sonde de temp rature LM35 est install e l int rieur de la petite b tisse et une autre de pr cision LIP est enterr e l interface sol coul e voir Figure 2 29 Les capteurs sont aliment s par des circuits de pr cision d velopp s l IPGP L ensemble du syst me consomme environ 100 mA sous 12 V 20 mA par inclinom tre 20 mA pour le pDAS et 8 mA par CTF Une batterie de 70 Ah et un panneau solaire de
119. 2210459 831 5927273 394 830707 926 1000 1000 1000 Nombre de stations 13 Nb de parametres 39 Nom du fichier donnees DAT merapi96 dat DONNEES NSTA NVIS DONNEE Drr ERD HSTA HVIS IDON Do Gist 12 110 140 83 0320 0000 0040 0000 0000 1 13 110 140 102 4270 0000 0060 0000 0000 2 14 110 140 235 8930 0000 0040 0000 0000 3 5 Entree des donnees terminee Nb data 54 sigMo m 00739 sigAo Gr 000000000 m 00000 Fin PBDIR Fin FSGM Fin MATRES Fin DCHOL Fin PBDIR NIT 1 c conv 5 66835 RMS 01017369 ALFA 1 000 Iteration suppl O ou 1 Fin MATRES Fin DCHOLI NIT 1 c conv 5 66835 RMS o c 01017369 ALFA 1 000 215 Fiches techniques DONNEES OBSERVEES ET CALCULEES RESIDUS DIST obs ANGL obs DIST calc ANGL calc RESIDUS Angul Metr 1 110 140 83 0320 83 0389 0069 12 2 110 140 102 4270 102 4345 0075 13 3 110 140 235 8930 235 8924 0006 14 L RMS tous types de donnees confondus 0102 RMS m RMSA Gr RMSA m RMST m 0102 00000 0000 0102 sigMp m 0102 sigAp Gr 00000000 m 0000 NIT 1 c conv 5 66835 RMS o c 01017369 ALFA 1 000 SORTIE 0 normale ecran 1 fichier type STATION o COORDONNEES DEFINITIVES Vecteurs d placements XX YY 22 DX DY DZ 100 122 69062830 8 33031541 1335 426 0001 0001 0001 5x Sortie dans autres systemes Non gt FIN 0 UTM wgs 22 2 Stop Program terminated
120. 26 29 septembre 1995 Campagne 25 octobre 13 d cembre 1996 Campagne 15 26 mars 1997 2 1 7 Synth se et conclusions sur les mesures GPS 61 2 2 Mesures extensom triques des fractures sommitales 64 2 2 1 Strat gie d installation 64 2 2 2 Fracture Lava 56 64 Station TAD Monoa Station LGIT LEAS n 2 2 2 3 Fracture Lava 57 68 Station LEAS n 3 2 2 4 Conclusions sur les mesures extensom triques 69 2 3 Mesures clinom triques 70 2 8 1 Le pendule Compact Blum 70 M thodes d installation 2 8 2 Stations sommitales 73 Station TAD sur Lava 57 Stations LEAS sur Lava 56 Lilik 2 3 3 Station Deles flanc sud est 76 Installation Syst me d acquisition P riode de test station 16 septembre 12 octobre 1995 Installation des sites 1 et 2 octobre 1995 Installation du site 3 1er 5 juillet 1996 Ensemble des donn es brutes analyse de la station 2 3 4 Conclusions sur les mesures clinom triques 86 3 TRAITEM ENT ET VALIDATIO N DES DONNEES 87 3 1 Compensation des bases du r seau GPS 87 3 1 1 Principe de l ajustement ou compensation g od sique 87 3 1 2 Rep re local projection Universal Transverse Mercator 89 3 1 3 Positions des points GPS 1993 1997 90 Choix d un point de r f rence pour la compensation Positions 1993 Positions 1994 Positions 1995 Positions 1996 Positions 1997 Conclusions sur l ajustement du r seau GPS 3 1 4 D placements relatifs 96 D placements 1993 1994 D pl
121. 4 62 4691 123 4531 0 0008 0 0017 0 0003 LULO GQ4 20 4318 89 7858 212 5467 0 0009 0 0020 0 0004 LULO DOZ0 103 3877 93 6937 303 7091 0 0003 0 0006 0 0002 LULO LILO 70 6219 16 7529 2 1 5244 0 0009 0 0023 0 0005 LULO NURO 123 1832 22 5790 14 6916 0 0010 0 0022 0 0004 LULO NTRO 227 5267 28 6193 21 3929 0 0016 0 0027 0 0007 LULO PUNO 20 3525 8 7353 67 8421 0 0010 0 0023 0 0003 PUNO MAR2 83 1615 13 1534 22 0833 0 0005 0 0014 0 0007 PUNO IPUO 62 7842 11 1643 55 6208 0 0008 0 0025 0 0009 LULO PUSO 468 5343 389 4513 329 9536 0 0018 0 0045 0 0011 LULO SELO 436 4612 454 0182 1035 5871 0 0041 0 0098 0 0018 LULO JRAO Ecarts types moyens 0 0061 0 0097 0 0052 Tableau 2 3 Mesures AEMD en septembre 1993 distances et angles z nithaux entre rep res donn es USGS MVO Ligne de base Distance en m tre Angle z nital en grade Valeur Erreur Valeur Erreur PUNO LILO 64 955 0 005 115 1344 0 0020 PUNO GQ4 179 713 0 005 121 0983 0 0020 PUNO IPUO 110 018 0 005 121 9003 0 0020 PUNO MAR2 113 336 0 005 121 0814 0 0020 LULO PUNO 71 406 0 005 LULO NURO 126 100 0 005 111 9831 0 0020 NURO NTRO 110 565 0 005 114 9802 0 0020 LULO LILO 77 629 0 005 104 3388 0 0020 LULO MAR2 127 517 0 005 113 5092 0 0020 LULO IPUO 144 713 0 005 111 9944 0 0020 IPUO GQ4 95 748 0 005 114 3089 0 0020 IPUO MAR2 39 335 0 005 99 5979 0 0020 LILO NURO 67 667 0 005 117 4352 0 0020 LILO NTRO 1
122. 43 0 0048 0 0056 0 0057 0 0026 0 0032 0 0049 0 0073 0 0060 0 0032 0 0046 0 0057 0 0046 0 0058 0 0030 0 0034 0 0075 dY 0 0140 0 0370 0 0460 0 0341 0 0184 0 0244 0 0217 0 0082 0 0068 0 0323 0 0321 0 0073 0 0216 0 0166 0 0096 0 0057 0 0106 0 0086 0 0056 0 0110 0 0048 0 0036 0 0033 0 0108 0 0094 0 0117 0 0093 0 0156 0 0051 0 0094 0 0046 0 0094 0 0057 0 0135 12 0 0087 0 0164 0 0225 0 0201 0 0118 0 0091 0 0101 0 0028 0 0034 0 0132 0 0151 0 0085 0 0095 0 0096 0 0057 0 0083 0 0031 0 0051 0 0087 0 0052 0 0036 0 0025 0 0033 0 0036 0 0085 0 0058 0 0070 0 0042 0 0036 0 0049 0 0040 0 0036 0 0031 0 0069 Mesures instrumentales 57 1996 DAILY METEO DATA AT MERAPI alt 3000 m 715 o 0 ac OO Xxx 710 X x ver xk X a DAR E bg Theor DAE PELLE a AA LEE 700 0 2 4 6 amp 10 12 14 16 18 20 22 24 o T T T DUX T T T T T T 5 Xy x x Fo d e 6 10 8 5 C ost vie Xie 0 7 4 amp 12 14 16 18 20 22 24 lt o 100 Fheor RET PT 8 ET sit la UR NEIEBS 3 Ls CARNET LPS IAE te A p aa s t an PT t 50r P gaa Pal Seat fT 1 om 5 gaye E a adp hasaa 0 0 2 4 6 amp 10 12 14 16 18 x20 Ss 10 Fheor 7 5 2 5 E Or 10 0 2 4 6 amp 10
123. 5 Tableau B 10 Connexions des 2 c bles entre la station LEAS n 2 et le site clinom trique de Lilik 6 wires cable 4 wires cable colour on LEAS on site colour on LEAS on site red 5 V LEAS tilt cell supply blue 12 V IPGP LM35 supply blue ground LEAS tilt cell supply black ground IPGP ground LM35 yellow 4V LED through resistor white channel 5 signal LM35 soil black ground IPGP LED red channel 6 signal LM35 tilt white channel 1 signal tilt CH374 through OP177 grey channel 2 signal tilt CH383 Les cellules des inclinom tres sont connect s la source d alimentation 0 5 V de la station LEAS les LEDs sont aliment es par le 4 V de la carte lectronique Alimentation Trisource IPGP travers une r sistance de 100 Q pour 20 mA VLED 1 86 V Les capteurs de temp rature LM35 sont aliment s directement sur la batterie 12 V pour la temp rature du sol le signal est connect au canal n 5 de la LEAS pour la temp rature de Vinclinom tre le signal est amplifi par un ampli op rationnel OP177 avec un gain 10 puis connect au canal n 6 LEAS Proc dure d exploitation LEAS Babadan L antenne de transmission et le PC de r ception des donn es ont t d plac s l observatoire de Babadan en octobre 1997 en raison des probl mes de transmission entre le sommet du Merapi et Yogyakarta cf rapports d activit du CSN La proc dure g n rale d exploitation de la station se fait au moyen du programme de
124. 57 464 0 005 118 0648 0 0020 Mesures instrumentales 49 Campagne du 24 au 26 septembre 1994 Profitant d une mission GPS sur la grande faille de Sumatra nous avons utilis trois r cepteurs bifr quence ASHTECH appartenants l INSU Un r cepteur a donc pu tre plac au point JRAO situ au poste de Jrakah en mesure continue pendant que le r seau sommital tait r it r avec les deux autres r cepteurs La pression atmosph rique et les temp ratures s ches et humides ont t mesur es toutes les heures au seul point de r f rence Le but de cette mission tait initialement de mener deux types de mesures en tandem 3 r cepteurs bifr quence et les 2 r cepteurs monofr quence utilis s en 1993 Les lignes de base auraient t tr s nombreuses et nous aurions pu valider les mesures monofr quence par comparaison L un des r cepteurs SERCEL GRDC n a malheureusement pas fonctionn et aura attendu l t 1995 pour tre r par convenablement En revanche la mission gravim trie de l IPGP se d roulait en m me temps et gr ce deux petits r cepteurs GPS de type MAGELLAN ils ont pu effectuer des mesures de positionnement diff rentiel pour leurs mesures de structure quelques minutes sur chaque point avec une pr cision de 1 m Le planning Figure 2 8 montre une bonne r partition des mesures et le nombre important des bases mesur es principalement gr ce aux trois r cepteurs utilis s simultan ment Le fa
125. 6 5 722 5 1 9 3 328 23 329 01 LILO 1 195 720 4 4 59 0 718 4 8 9 0 AYIO 1 593 721 5 5 46 5 722 5 1 9 3 329 00 329 02 NURO 1 195 721 21 3 49 3 720 20 6 11 9 AYIO 1 593 721 20 0 33 0 722 20 7 12 1 329 02 329 04 LILO 1 212 719 21 0 51 0 718 22 2 13 0 IPUO 1 246 720 23 4 28 9 720 22 3 13 1 329 03 329 05 LULO 1 244 718 20 4 64 7 717 20 5 13 8 IPUO 1 246 719 20 8 41 5 720 20 7 14 0 329 05 329 07 PUNO 1 112 717 9 3 70 6 716 8 2 13 3 IPUO 1 253 718 7 4 55 0 719 8 4 13 5 329 06 329 08 MAR2 1 143 719 7 9 79 4 718 7 5 13 3 IPUO 1 253 718 7 0 55 8 718 7 5 13 3 348 00 348 02 NTRO 1 319 721 3 8 83 9 721 1 9 11 1 LILO 1 129 716 9 8 100 717 Ta 10 8 348 03 348 06 NTRO 1 319 721 6 9 83 2 720 5 3 14 2 MAR2 1 091 717 3 5 97 7 718 5 1 14 0 56 Tableau 2 7 Lignes de base GPS octobre coordonn es g ocentriques r sultats des calculs par double diff rence avec le logiciel GPSWIN et erreurs a priori Les mauvais positionnement d antenne ont t corrig s les valeurs en italique indiquent les translations appliqu es Ligne de base JRAO JRAO BABO correction DELO JRAO BABO BABO SELO PUSO JRAO JRAO JRAO JRAO JRAO SELO LILO DOZO DOZO DOZO IPUO IPUO PUSO PUSO LILO LILO LILO NURO LILO LULO PUSO MAR2 NTRO NTRO BABO DELO DEL1 DEL1 BABO SELO correction PUSO PUSO LULO PUSO SELO SELO correction LULO LULO PUSO NURO NURO NTRO AYIO AYIO MAR2 MAR2 LULO LULO AYIO AYIO AY
126. 658 9167528 3234 2570 3769 0 0126 0 0086 0 0176 PUSO 439552 3021 9166838 7241 2733 9943 0 0121 0 0081 0 0160 PUNO 438956 0353 9166470 3952 2986 6838 0 0126 0 0086 0 0166 LULO 438978 0607 9166537 5390 2976 7600 0 0118 0 0078 0 0157 MAR2 439059 6659 9166443 4538 2949 9156 0 0129 0 0087 0 0173 DOZ0 438914 3881 9166220 2332 2893 6566 0 0161 0 0115 0 0216 AYIO 439031 9605 9166319 4548 2927 8529 0 0150 0 0103 0 0200 LILO 438906 1345 9166509 0574 2971 4855 0 0139 0 0089 0 0182 NURO 438854 8536 9166549 1354 2953 2075 0 0144 0 0097 0 0189 NTRO 438754 9422 9166509 4516 2927 4800 0 0160 0 0103 0 0208 IPUO 439039 7301 9166409 5967 2949 6658 0 0137 0 0097 0 0184 DEL1 440692 1582 9163972 9435 1511 3533 0 0173 0 0095 0 0247 BABO 434975 8794 9168041 2171 1321 0026 0 0158 0 0116 0 0221 date 1997 080 12 days ndl 42 emq 0 01726 m Conclusions sur l ajustement du r seau GPS Le positionnement a t effectu pour chaque campagne de mesure et les erreurs ont t d termin es par un processus d inversion qui optimise la compensation des lignes de base Ces erreurs refl tent surtout l amplitude des r sidus obtenus apr s fermeture presque ind pendamment des erreurs a priori sur les mesures Lorsque le degr de libert est suffisant cette m thode permet donc de s affranchir de tout type d erreur incontr lable comme par exemple un mauvais centrage de l antenne une lecture erron e de hauteur d antenne ou encore des perturbations m t orol
127. 7 x1 L 12 Oct 95 15 10 01 Time 15 D 1 Temp Soil LIP C 3 Resistor Bridge V 5 Temp Rock LHM35 C 8 Rasin meter Cmm Figure 2 35 Ensemble des donn es brutes calibr es de la station Deles du 12 octobre 1995 au 15 d cembre 1997 a Inclinaisons tangentielles sites 1 et 3 b Inclinaisons radiales sites 1 2 et 3 c Temp ratures sites 1 et 3 pluie et signal de contr le lectronique site 3 Les bandes hachur es correspondent aux interventions 85 86 Chapitre 2 2 3 4 Conclusions sur les mesures clinom triques La seule station sommitale ayant fonctionn Lilik offre des mesures assez dispers es sur deux composantes radiales La partie exploitable des signaux se limite la p riode mai 1996 mars 1997 avec cependant un trou de 2 mois en fin de p riode Les variations thermiques sont de l ordre de 5 10 urad jour Au Chapitre 3 les donn es seront filtr es puis valid es entre composantes afin d en extraire une mesure repr sentative de l inclinaison en direction radiale de la zone tudi e avec son incertitude Les donn es seront alors int gr es avec les autres mesures sommitales extensom trie et GPS Les mesures de la station Deles sont de bonne qualit et assez continues pour tre analys es plus pr cis ment que celles de la station sommitale On dispose de deux mesures clinom triques en direction tangentielle depuis juillet 1996 site 1 et 3 d une mesure en direction radiale dep
128. 8 0801 9166537 5288 2976 7699 0 0123 0 0055 0 0207 MAR2 439059 7015 9166443 4495 2949 9093 0 0126 0 0055 0 0210 DOZO 438914 3906 9166220 3632 2893 7927 0 0126 0 0055 0 0207 GQ4 439028 8313 9166316 9607 2928 3302 0 0129 0 0055 0 0213 LILO 438906 1561 9166508 9948 2971 4667 0 0126 0 0055 0 0210 NURO 438854 8539 9166549 0580 2953 1621 0 0129 0 0055 0 0210 NTRO 438755 1067 9166509 1514 2927 3755 0 0131 0 0058 0 0215 IPUO 4390369 7631 9166409 5919 2949 6553 0 0126 0 0055 0 0210 date 1993 263 5 1 5 days ndl 43 emq 0 00864 m 92 Chapitre 3 Positions septembre 1994 Pour cet ajustement nous disposions de nombreuses bases entre les points du sommet et le point de r f rence JRAO il a donc t possible de positionner tous les points du r seau et notamment SELO utilis en 1993 comme r f rence Nous pr sentons pourtant les erreurs relatives par rapport SELO Tableau 3 3 de fa on pouvoir calculer correctement les erreurs sur les d placements avec 1993 et 1995 Malgr la longueur des bases les erreurs a priori sont assez faibles gr ce aux r cepteurs bifr quence Apr s l inversion les erreurs a posteriori sur les positions sont pourtant relativement lev es Ceci d montre la sous estimation des erreurs a priori par les calculs BERNESE et la pertinence de l ajustement Tableau 3 3 Position des points du r seau 1994 en coordonn es UTM et erreurs a posteriori Le point SELO a t gard comme r f rence de fagon
129. A R cup ration des donn es sur le terrain 1 Noter la date et l heure d arriv e la station et une br ve description de la m t o voir fiche jointe R gler l horloge du PC l heure locale exacte GMT 7 en tapant l instruction DOS time V rifier l espace libre sur le disque A en tapant dir a et effacer les fichiers de donn es oubli s si n cessaire Connecter le HP sur le uDAS M A et taper la ligne DOS suivant la station consid r e mdas 1 3 mda 2 4 0 pour la station Deles mdas 1 3 mba 2 4 7 pour la station Babadan ce qui vide les donn es et r initialise le temps d acquisition 2 secondes resynchroniser l horloge du DAS en m me temps La premi re donn e re ue est signal e par un bip sonore qui marque galement le d but du transfert Apr s la fin du transfert et le reset un bip sonore retentit chaque donn e Quitter le programme avec F10 et attendre 1 2 minutes Profiter de ce temps pour compl ter la fiche de terrain Taper ensuite mdas 1 3 mda 120 4 station Deles mdas 1 3 mba 60 4 station Babadan pour vider le fichier de donn es 2 secondes et r initialiser la p riode d acquisition d origine Apr s la fin du transfert attendre la premi re donn e non nulle et noter la date de m moire pleine Reproduire les proc dures 4 et 5 en se connectant au u DAS suivant M B Visualiser les fichiers 2 secondes transf r s calibr s en volt pour v rifier la plage de variation
130. A AT MERAPI alt 3000 m NC T T I a siue T T T T T ewe Ht sem SNR ERE v 7 x 5 710 xu a we ur Le No TEES g ETT E E E A AAAA AA dict s Theor 702 1 mb 700 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 2 4 6 amp 10 12 14 16 18 20 22 24 2 70 T T T T T T T T T T d x 20 gt Theor 8 5 C a 0 100 E 5 50 5 0 1 1 1 1 1 1 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 40 T T T T T T T T T T e o amp E 5 p E 8 10 12 14 16 Local time in hours GMT 7 15 26 March 1997 24 Figure 2 17 Synth se journali re de toutes les mesures m t o de la campagne 1997 r duites l altitude de 3000 m Les valeurs th oriques sont issues des donn es moyennes aux zones quatoriales 60 Chapitre 2 Le r sultat du calcul des lignes de base GPSWIN est pr sent au Tableau 2 9 Pour les longues bases il a souvent t n cessaire d exclure une partie des enregistrements sur certains satellites cause des masques propres aux sites o des perturbations atmosph riques comme par exemple la session JRAO PUSO dont seules les 2 premi res heures ont t utilis es Les l vations minimales de satellites ont t fix es 15 Tableau 2 9 Lignes de base GPS mars 1997 composantes vectorielles coordonn es g ocentriques et erreurs a priori r sultats des calculs par double diff rence avec le logiciel GPSWin Ligne de base Composa
131. Apr 25 Apr 27 Apr 28 Apr x1 0 L 19 Apr 97 01 05 14 Time 30 Apr 97 23 59 40 12U astier CU 1 x Freq Gen KHz 3 Figure A 10 Test de pr cision de mesure du uDAS et de linfluence de la tension d alimentation En haut la tension batterie aliment e par panneau solaire et en bas la fr quence enregistr e d un g n rateur 1 MHz La Figure A 10 montre les variations journali res de la tension batterie de l ordre de 0 7 V d amplitude et le signal enregistr par le uDAS pendant une p riode de 12 jours avec une p riode d int gration de 10 secondes L effet de l alimentation semble n gligeable Il est fort probable que l on n ai mesur que le bruit du quartz d aux effets de temp rature Si l on exclut les valeurs 194 Annexe aberrantes dues des interventions ou au passage d op rateurs dans la salle de l exp rience on peut d terminer les caract ristiques du syst me erreur sur la valeur absolue de la fr quence 210 Hz 2 1 10 5 due au laps de temps de quelques millisecondes pris pour enregistrer la donn e des compteurs et les r initialiser chaque int gration cette erreur serait donc d autant moins grande que la p riode est longue bruit moyen 10 s 0 078 Hz 7 8 10 3 bruit moyen 120 s 0 056 Hz 5 6 10 8 bruit moyen 10 jours lt 0 5 Hz 5 10 7 Remarques importantes La communication avec le DAS ne pouvant se faire qu la fin de chaque p riode d acquisition on ne
132. DAS deux op rations fondamentales dans l acquisition de donn es la conversion analogique num rique et le filtrage des bruits D passement de capacit des compteurs Lorsque le produit fr quence porteuse x temps d int gration d passe la capacit des compteurs il n y a pas de saturation contrairement aux syst mes de num risation classiques En effet si les chiffres les plus significatifs sont perdus les moins significatifs poursuivent leurs incr mentations et l on conserve toute la pr cision les variations du signal tant toujours enregistr es sur une plage de 10 points Lorsqu un compteur approche de 00000 ou 99999 il y aura un saut d chelle brusque d environ 100 000 points Le probl me majeur est donc de retrouver la fr quence d entr e et donc la valeur r elle du signal physique partir de ces compteurs Ceci peut tre r alis par traitement post acquisition sous deux conditions les variations des signaux ne d passent jamais 50 000 points par p riode d acquisition autrement dit la condition Af x T 2 lt 50 000 doit toujours tre respect e avec Af la variation de fr quence du signal en Hertz si diviseur par 2 et T la p riode d int gration en seconde la fr quence initiale du signal est connue de fa on retrouver l offset digits les plus significatifs perdus Lorsque la station est tr s perturb e coupures d alimentation probl me de capteurs il ar
133. DELI qui ont t inclus dans les fermetures avec JRAO Pour le sommet les bases sont aussi compl tes que possible et l ajustement est donc tr s bien contraint degr de libert 57 Notons que la valeur de l emq est plus lev e que les ann es pr c dentes Ceci est d l introduction des longues bases qui si elles aident un positionnement plus juste augmentent globalement les erreurs sur les positions lors de la compensation Un calcul d ajustement uniquement sur le r seau sommital SELO et PUSO compris donne une emq gale 0 0064 m comparable aux ann es pr c dentes Suite aux v nements voqu s au Chapitre 2 la mission de 1996 est la plus longue en dur e ce qui entra ne une forte incertitude sur la date des positions finales gale 4 25 jours Tableau 3 5 Position des points du r seau 1996 en coordonn es UTM et erreurs a posteriori Le point JRAO sert de r f rence au position de 1994 Coordonn es UTM 49 WGS84 m Erreurs a posteriori m Point Est Nord Altitude OE ON ou JRAO 436180 2839 9171235 4989 1335 4256 SELO 439543 9619 9167528 3108 2570 4405 0 0068 0 0045 0 0088 PUSO 439552 3005 9166838 7134 2734 0199 0 0085 0 0062 0 0114 PUNO 438956 0459 9166470 4061 2986 7232 0 0085 0 0065 0 0114 LULO 438978 0716 9166537 5339 2976 7933 0 0074 0 0053 0 0105 MAR2 439059 6867 9166443 4481 2949 9483 0 0089 0 0067 0 0117 DOZO 438914 3914 9166220 1826 2893 6988 0 0103 0 0077 0 0
134. Figure 1 12 Massonnet et al 1995 Delacourt 1996 Briole et al 1997 Sur le Merapi il n existait pas de donn es exploitables au d but de cette th se Mesures d inclinaisons Outre le nivellement diff rentiel on emploie fr quemment des instruments automatis s permettant la mesure continue de l inclinaison du sol en un point Il existe un grand nombre de type d inclinom tres tous bas s sur la mesure d un cart la direction de pesanteur terrestre pendules verticaux pendules horizontaux niveaux bulle inclinom tres lectroniques et de m thodes pour coupler l instrument avec le sol surface puits tunnel Les inclinom tres se diff rencient essentiellement par leur couple dynamique pr cision le rapport des deux tant g n ralement de 4 ordres de grandeur par leur stabilit long terme et leur sensibilit la temp rature Le probl me principal de linclinom trie est cependant le couplage avec le sol ce qui est tout fait critique pour les fortes sensibilit s En outre on est fr quemment confront aux probl mes de perturbations du site par des param tres ext rieurs pluie temp rature Les meilleures stations atteignent des pr cisions de 10 3 rad quivalant une l vation de 1 mm 100 km Avec une telle sensibilit on peut distinguer les d formations dues aux effets de la mar e terrestre 10 7 rad ce qui prouve un couplage parfait de l instrument avec la Terre Mesures ext
135. Geophys Res Lett 24 37 40 1997 Carey S N and H Sigurdsson The intensity of Plinian eruptions Bull Volcanol 51 28 40 1989 Cayol V Analyse lastostatique tridimentionnelle du champ de d formations des difices volcaniques par l ments fronti res mixtes Th se de Doctorat Univ D Diderot Paris VII 180 pp 1996 236 F Beauducel Cayol V and F H Cornet 3D mixed boundary elements for elastostatic deformation field analysis Int J Rock Mech Min Sci 34 275 287 1997 3D modeling of the 1983 1984 dike intrusion at Piton de la Fournaise volcano R union Island Indian Ocean J Geophys Res 1998 in press Topography and the interpretation of the deformation field of volcanoes Geophys Res Lett 1998 in press Chadwick W W R J Archuleta and D A Swanson The mechanics of ground deformation precursory to dome building extrusions at Mount St Helens 1981 1982 J Geophys Res 93 4351 4366 1988 Chotin P A Giret J P Rampnoux Sumarso et Suminta lile de Java un enregistreur des mouvements tectoniques laplomb d une zone de subduction C R Som Soc G ol Fr 5 175 177 1980 Cornelius and B Voight Graphical and PC software analysis of volcano eruption precursors according to the Material Failure Forecast Method FFM J Volcanol Geotherm Res 64 295 320 1995 Cornet F H Discussion de la tectonique de rift observ e dans la r gion de 1 Afar Bull Soc G
136. IO IPUO IPUO IPUO IPUO LILO MAR2 Composantes g ocentriques m X 1284 005 4000 033 5233 561 0 004 50 410 1284 032 4691 542 0 011 4723 609 436 473 468 520 3439 570 8407 515 8407 522 0 011 2971 032 2971 063 32 059 52 545 19 737 124 173 126 775 19 072 20 383 83 178 20 376 70 613 93 970 93 972 146 520 113 046 42 420 62 800 20 377 156 982 290 412 Y 17 127 2270 743 2320 130 0 002 32 160 17 102 498 520 0 006 433 957 454 007 389 472 416 852 481 406 481 372 0 006 27 412 27 365 64 568 5 843 116 466 122 605 2 790 28 629 2 593 73 714 8 700 16 769 107 807 107 817 113 656 79 180 62 436 11 130 2 585 12 017 93 823 Z 3165 176 7099 518 4067 752 0 000 133 284 3165 185 678 376 0 013 1384 023 1035 580 329 951 4549 218 3843 574 3843 585 0 009 4879 122 4879 141 105 635 42 235 318 643 282 697 93 850 86 563 33 542 22 052 67 878 27 468 182 567 182 562 224 802 96 002 123 469 55 590 33 542 6 291 68 750 Ecarts types moyens Chapitre 2 d cembre 1996 composantes vectorielles en Erreur de mesure m dX 0 0104 0 0169 0 0133 0 0127 0 0138 0 0115 0 0088 0 0030 0 0037 0 0236 0 0302 0 0054 0 0165 0 0103 0 0089 0 0053 0 0046 0 00
137. IYO Jacques TONDEUR 10 septembre 95 Choix d un site sur la lave 1956 et mise en place de dalles de ciments pour la pose des inclinom tres avec Michel DEJEAN 19 septembre 95 Installation et calibration de deux inclinom tres CH374 tangentiel et CH384 radial avec Michel DEJEAN et MADE Connexion au boitier LEAS 10 octobre 95 Modifications des connections sur la station clinom trique et r paration de la station LEAS avec Michel DEJEAN 17 octobre 95 Remplacement de l inclinom tre CH384 tangentiel par le CH383 radial et r parations diverses dans la station LEAS 2 et 3 juillet 96 Point sur la station LEAS Lilik inclinom tres et extensom tre et sur l extensom tre MONOA Installation du nouvel extensom tre LEAS dans le crat re Woro avec Jocelyn GUILBERT 10 et 11 juillet 96 Changement des batteries de la station LEAS Lilik r paration du c ble de l extensom tre MONOA et calibration avec Jocelyn GUILBERT 17 mars 97 R paration des capteurs de temp rature et modification des c blages 228 Annexe B B 5 R seau complet de mesure des d formations au Merapi 9 G E X E FANS A c v 2 qe 3 Peay PSU od E ST y b N Jrakah ot of TE cy E ps LAORE Ve Roches du volcan Merbabu ge inconnu Pr Merapi gt 400 000 yr and site basique EM Merapi Ancien 60 000 yr basaltes Merapi Moyen 5000 yr and site pyrox ne J
138. MD Selokopo Atas PUSO 107 7 32 18 54 5 110 27 07 48 2734m rep re AEMD Pusunglondon PUNO 110 7 32 25 50 5 110 26 48 01 E 2987m rep re AEMD LULO 120 7 32 28 32 S 110 26 48 73 E 2977 m rep re AEMD MAR2 130 7 32 26 39 S 110 26 51 39 E 2950m rep re AEMD DOZ0 140 7 32 33 65 S 110 26 46 64 E 2894m rep re AEMD Dozy AYIO 150 7 32 30 42 S 110 26 50 48 E 2928 m rep re AEMD LILO 160 7 32 24 25 S 110 26 46 38 E 2971 rep re AEMD Lilik NURO 170 7 32 22 94 S 110 26 44 71 E 2953m rep re AEMD NTRO 180 7 32 24 28 S 110 26 41 45 E 2927 m rep re AEMD New TRI IPUO 190 7 3X 27 49 S 110 26 50 73 E 2950m rep re AEMD Les calculs de lignes de base des campagnes de 1993 et 1994 ont t r alis s avec le logiciel Bernese Rothacher et al 1993 en incluant les orbites pr cises des satellites Pour 1995 1996 et 1997 les calculs ont t effectu s avec le logiciel GPSWIN fourni avec les r cepteurs monofr quence SERCEL qui utilise les orbites radiodiffus es enregistr es pendant les mesures Les carts types propos s par ce logiciel sont sous valu s une fraction de mm parfois et ne sont repr sentatifs que d une fa on relative entre les lignes de base Botton et al 1997 signalent l existence de ce probl me sur la plupart des logiciels commerciaux et proposent de multiplier ces carts types par un facteur constant d termin empiriquement c
139. MDA Instrument 1 Tangentiel CH379 2 Radial CH380 3 Temp rature roche LIP 4 Radial CH376 P riode 15 192 s 14 55 s 12 88 s Sensibilit 19 343 prad V 24 348 urad V 10 C V 30 995 urad V VtoF MER 03 MER 02 MER A MER 08 Calibrations lin aires par Hz 3 643 10 4 V Hz 12 168 V 7 047 10 3 urad Hz 235 37 urad 2 099 10 4 V Hz 9 044 V 5 111 10 3 urad Hz 220 21 urad 0 003 V Hz 0 03 C Hz 2 007 10 4 V Hz 8 0719 V 6 222 10 urad Hz 250 19 urad Fiches techniques 223 Station MDB Le c blage de cette station au niveau du bo tier IPGP est tr s similaire la station A Cependant pour les inclinom tres les VtoF ont t conditionn s pour se brancher plus simplement d un cot ils sont quip s d une prise 5 broches fix e sur l inclinom tre et de l autre de 7 fils aboutissant dans de petits boitiers de connexion Deux c bles 8 fils et 10 fils relient la station au site voir Tableau B 6 Comme pour la station A l alimentation des LED doit se faire en s rie boucle de courant L enregistrement des donn es se fait sur le DAS MDB Les 2 sondes de temp rature LIP2 et LM35 sont install es et c bl es au site 3 mais ne sont pas connect es au n DAS Le canal 4 enregistre la pluie depuis mai 1997 Tableau B 6 Convention des couleurs de c bles 8 et 10 fils sur la station Deles B C bles 8 et 10 fils sur le boitier IPGP C bles sur le site de l inclinom tre rouge alimentat
140. Merapi une version sur tr pied vis permettant une pose rapide et une version soud e sur c ne de silice Les conventions de polarit sont donn es Figure 2 26 Pour les inclinom tres vis la tige centrale est soud e en laboratoire un tripode de silice comprenant un pied fixe et deux vis microm triques en INVAR Pour la pose le sol doit tre horizontal 1 cm Le r glage doit se faire dans l ordre suivant 1 mise en oscillation rapide et centrage approximatif du pendule gr ce aux deux vis 2 augmentation progressive de la p riode en tournant la vis de p riode dans le sens anti horaire et recentrages successifs si n cessaire 3 blocage des contre crous et mesure pr cise de la p riode finale Pour les inclinom tres c ne un c ne de silice est tout d abord fix la roche dans un trou pr alablement rendu conique gr ce un rodoir diamant L inclinom tre est alors positionn au moyen d une plate forme de r glage amovible puis soud au chalumeau m lange ac tyl ne oxyg ne en deux points au c ne La p riode et donc la sensibilit est fix e une fois pour toutes et ne peut tre modifi e En revanche il est possible de recentrer le pendule avec un morceau de plomb pos sur une des tiges libres de l inclinom tre Le sol doit galement tre horizontal pour y poser la plate forme Il existe une autre m thode d installation des inclinom tres Blum c ne adapt e aux parois ve
141. Normalized Pressure 300 200 100 0 E c 2 2 100 200 300 400 1 L an 100 0 100 200 300 400 Eastern m Figure 4 13 Inversion pour la p riode 1993 1994 a fonction de probabilit dans l espace des mod les b d placements observ s et calcul s avec leurs ellipses d incertitudes 166 Chapitre 4 1994 1995 Best Values P 0 00223 0 000411 amp T 8 8 005 6 57e 005 Pl c UD 2 AUN Normalized W all Shear Stress Normalized Pressure Northern m 100 0 100 200 300 400 Eastern m Figure 4 14 Inversion pour la p riode 1994 1995 a fonction de probabilit dans l espace des mod les b d placements observ s et calcul s avec leurs ellipses d incertitudes Mod lisation 167 h B A ul 79 0 w w in Misfit Minimum ul AIT E 1 THINN MN QN 0 Normalized Wall Shear Stress Normalized Pressure Northern m 100 0 100 200 300 400 Eastern m Figure 4 15 Inversion pour la p riode 1995 1996 a fonction de probabilit dans l espace des mod les b d placements observ s et calcul s avec leurs ellipses d incertitudes 168 162 Misfit Minimum Chapitre 4 1996 1997 Best Values 0 000175 0 000636 amp T 0 000111 7 26e 005 NA Al i AIMO Normalized W all Shear S
142. On citera comme exemple le logiciel d velopp par Cornelius et Voight 1994 bas sur lestimation de lacc l ration des d formations ou daugmentation de l nergie sismique afin de pr voir la rupture m canique dun volcan Materials Failure Forecasting Method Cette m thode s est montr e efficace a posteriori sur lanalyse des donn es d une dizaine d ruptions caract re explosif Voight 1988 Introduction g n rale 5 La recherche et la surveillance en volcanologie sont toutes deux des tudes pluridisciplinaires qui se basent sur des observations allant de la simple description visuelle la mesure de param tres g ophysiques extr mement pr cis L art de la mesure la m trologie y joue un r le tout fait essentiel mais qui n a donc pas la m me finalit dans les deux cas Pour la recherche le but des mesures est de contraindre un mod le th orique Pour la surveillance on ne doit mesurer par principe que les param tres utilisables pour les mod les d j exp riment s que l on s est fix s et qui seront appliqu s Apport des mesures de d formations Lapplication dun mod le physique un volcan particulier se heurte au probl me incontournable de linaccessibilit des param tres fondamentaux g om trie du r servoir et du conduit magmatique la plomberie du volcan tat physico chimique du magma et m canique de lencaissant Si toutes ces informations taient pr cis ment connues elles serai
143. PSEV 112 1986 Shibano H T Tanaka Y Shuin S Numamoto and A Sumaryono Water balance in south west slope of Mt Merapi volcano 1994 Steiglitz K and L E McBride A technique for the identification of linear systems IEEE Trans Automatic Control AC 10 461 464 1965 Subandriyo M A Purbawinata M Igushi K Ishihara K D Young and B Voight Ground deformation measured by tiltmeters at Merapi volcano during the 1992 1994 eruption Merapi Decade Volcano International Workshop Oct 5 9 1995 Yogyakarta 1995 Suganda O K K Ishihara B Voight K D Young and Subandriyo Strain components changes in association with the 1992 eruption of Merapi volcano Indonesia Merapi Decade Volcano International Workshop Oct 5 9 1995 Yogyakarta 1995 Sukhyar J Learning from the November 22 1994 Merapi Eruption Merapi Decade Volcano International Workshop Oct 5 9 1995 Yogyakarta 1995 Sun R J Theoretical size of hydrologically induced horizontal fractures and corresponding surface uplift in an idealized medium J Geophys Res 25 5995 6011 1969 242 F Beauducel Swanson D A and R T Holcomb Regularities in growth of the Mount St Helens dacite dome 1980 86 Proc Volcanol 2 1 24 1990 Symonds R Scanning electron microscope observations of sublimates from Merapi Volcano Indonesia Geochem J 26 337 350 1993 Tait S C Jaupart and S Vergniole Pressure gas content and eruption periodicity of a
144. RAO JRAO JRAO JRAO NURO JRAO NTRO IPUO JRAO MAR2 PUNO JRAO SELO JRAO DOZO PUNO LULO LILO DOZO PUNO NURO LULO NTRO LULO DOZO LULO PUNO DOZO SELO PUSO PUSO AYIO LULO Composantes vectorielles en m tre X 10 6242 2900 4155 2867 6364 2950 6890 2847 8796 123 1747 2743 5039 227 5186 145 8301 2971 0564 83 1509 83 0588 3407 5056 32 0650 3489 5721 126 7763 20 3552 Y 16 7641 10 6413 121 1415 18 6727 4 7588 22 5929 1 2732 28 6664 31 3174 27 3478 78 7657 102 4840 481 4078 64 5618 416 8365 2 6974 8 7358 Ecarts types moyens Z 27 5172 4906 6765 5182 8853 494 1 0331 4864 4717 14 7021 4900 5352 21 3607 180 2530 4879 1693 22 0564 235 8482 3843 5655 705 6428 4549 2065 93 7178 67 8558 Erreur en m tre dX 0 0021 0 0032 0 0015 0 0019 0 0026 0 0021 0 0030 0 0017 0 0028 0 0013 0 0016 0 0012 0 0017 0 0017 0 0007 0 0010 0 0009 0 0018 dY 0 0050 0 0076 0 0035 0 0047 0 0065 0 0055 0 0064 0 0039 0 0067 0 0032 0 0045 0 0031 0 0043 0 0048 0 0020 0 0021 0 0021 0 0045 dZ 0 0008 0 0012 0 0009 0 0012 0 0013 0 0010 0 0016 0 0010 0 0013 0 0009 0 0008 0 0006 0 0011 0 0011 0 0006 0 0006 0 0004 0 0010 Mesures instrumentales 51 Campagne du 26 au 29 septembre 1995 Comme en 1993 les deux r cepteurs SERCEL indon siens ont
145. Research Institute Kyoto University en Japonais 21B 1 153 161 1978 Ishihara K Pressure sources and induced ground deformation associated with explosive eruptions at an andesitic volcano Sakurajima Japan in Magma transport and storage M P Ryan Ed 335 356 1990 Jaupart C and S Tait Dynamics of differentiation in magma reservoirs J Geophys Res 100 17615 17636 1995 Jaupart C The eruption and spreading of lava in Chaotic Processes in the Earth Sciences IMA Math Appl 41 175 208 1992 Les risques naturels majeurs lalea volcanique dans 30 ans de recherches en Sciences de 1 Univers 1967 1997 CNRS INSU 31 36 1997 Jobert G Th orie du pendule de Z llner et du pendule de Lettau Geofis Pura e Appl 44 25 73 1959 R f rences 239 Jousset P Gravim trie et microgravim trie en volcanologie m thodologie et application au volcan Merapi Th se de Doctorat Univ D Diderot Paris VII 225 p 1996 Jousset P M Diament C Deplus S Dwipa and F Beauducel Microgravity studies on Merapi volcano EGS XIX Grenoble April 25 26 1993 Jousset P S Dwipa F Beauducel T Duquesnoy and M Diament Temporal gravity at Merapi during the 1993 1996 crisis an insight into the dynamical behavior of volcanoes J Volcano Geotherm Res in press 1998 Julien P et J R Bonneton tude structurale et mesures de d formations la Soufri re de Guadeloupe Bull PIRPSEV 91
146. S INDEX a Append Time E Begin Time Book File c Calib Filename Calib Frequency Calib Geophys cf Calib Frequency Calib Volts DAS Connect d Decimate Data PC DAS Format Data CumSum dd Data Difference Data Filter Data Linear do Data Offset i End Time Extract Data 198 Annexe Formula s Full Scale Filtering Graphics gd Grid E Import Format Coma Format im Minus Format Imposed Time LTERM Format lw Line Width n DAS Overscales Not A Number nh No Header No Negative Time Output Filename pe Plain Screen Time Centering Time Shift sc Screen Mode Shots Export Export Data test Test Mode Temp Drive True Time vga VGA Mode Max Value Min Value Exclude Lines Exclude Text Exclude Info Time Ref Time Ref File 1 HOW TO USE DAS GRAPHER uDAS Grapher can be basically used in 3 different ways Treat data and or change time format of almost any ASCII data file s Visualise these data as full time referenced graphics View graphics in real time from the pDAS data logger A Decoding Command Line Arguments Options are all begin with a slash and can be in any order of apearence All other argument will be considered as data filename B Import Data from File s B 1 File Format uDAS files created by MDAS EXE program do not need any file format option There is two special DAS format options 1 for pDAS files transfered with LTERM EXE program and das for PC DAS original files A
147. Temperature C Relative Humidity Figure 2 5 Gradients verticaux th oriques de la pression temp rature s che et humidit relative lignes superpos s aux donn es de 1996 et 1997 du Merapi croix On remarque que l humidit relative mesur e ne pr sente aucun gradient vertical vident 46 Chapitre 2 2 1 5 Strat gie de mesure Pour contraindre au mieux la position des points dans l espace trilat ration multiple contr le par fermeture et r duire les erreurs de positionnement on multiplie les mesures sur un m me point Les bases mesur es sont donc choisies pour une r partition optimale dans l espace et l ordre des mesures est fonction des contraintes de terrain accessibilit et danger de certains points tomb e de la nuit pluie change d quipes et de la minimisation des d placements voir Annexe B 1 Au sommet par exemple on a cherch bien contraindre un d placement possible des parois du crat re quadrilat re NTRO NURO DOZO AYIO mais aussi viter les allers et venues au dangereux point DOZ0 qui se trouve juste dans l axe des avalanches du d me depuis 1995 Entre les points NTRO et DOZO au sommet il faut compter pratiquement 1 heure de marche 150 m de d nivel e cumul e en terrain tr s difficile L acc s du point JRAO au point sommital LULO par exemple n cessite 20 minutes de voiture et environ 4 heures de marche 1300 m tres de d nivel e Pour caract riser la bonne configu
148. UNIVERSIT PARIS 7 DENIS DIDEROT UNIVERSIT PARIS 7 DENIS DIDEROT INSTITUT DE PHYSIQUE DU GLOBE DE PARIS D ENT DE SISMO LOGIE U M R C N R S 7580 U F R SCIENCES DELA TERRE THESE pr sent e pour obtenir le titre de Docteur de 1 Universit Paris 7 sp cialit G ophysique Interne Structures et comportement m canique du volcan Merapi Java une approche m thodologique du champ de d formations par Francois BEAUDUCEL soutenue publiquement le mardi 19 mai 1998 devant le jury compos de Messieurs Fran ois Henri CORNET Michel KASSER Georges POUPINET Claude JAUPART Jean Louis LE MOUEL Wimpy S TJETJEP Physicien IPGP Directeur de th se Professeur ESGT CNAM Rapporteur Directeur de recherche LGIT Rapporteur Professeur Paris VII Examinateur Physicien IPGP Pr sident Directeur de recherche VSI Examinateur Universit Paris 7 Denis Diderot U F R Sciences de la Terre THESE pr sent e par Francois BEAUDUCEL pour obtenir le titre de Docteur de 1 Universit de Paris 7 Sp cialit G ophysique Interne Structures et comportement m canique du volcan Merapi Java une approche m thodologique du champ de d formations Soutenue publiquement le 19 mai 1998 devant le jury Francois Henri CORNET Physicien IPGP Directeur de th se Claude JAUPART Professeur Paris 7 Examinateur Michel KASSER Professeur CNAM Rapporteur Jean Louis LE MOUEL Ph
149. Va Fa Fa A Veces a Fa Va Fa Tj Fa Va Fa Va Fa Va a Pa Fa Fa Va n EEE L7 LL Lcd di AAA Y 1717 nn Zr M NN E N un II NEC S 200 N N N N N K dH 400 F 600 F E S NERS CaS aS n s Nerthern m RR pu RS 1 I 1 1000 0 500 1000 Eastern m Figure 4 5 Vue horizontale de l ensemble du maillage de la topographie du sommet avec des l ments triangulaires de taille variable On distingue les principales structures consid r es conduit cylindrique fractures verticales de Gendol Lava 56 et Dome 1 La Figure 4 5 montre le maillage final de la surface en projection horizontale La surface libre et le conduit forment une surface continue Pour respecter les conditions de calcul de la Mod lisation 155 m thode MBEM le conduit a d tre ferm son extr mit profonde et la surface libre a d tre compl t e par une boite virtuelle Les dimensions des structures mises en jeu sont surface libre topographie 1986 environ 160
150. a dur e des missions GPS voir Tableau 3 5 et Tableau 3 6 et la Figure 4 de l article J G R 11 1 0 7 urad dans la direction tangentielle N120 W et 0 9 0 4 urad dans la direction radiale N30 W 3 Lorsque l on poss de deux signaux bruit s contenant un mode commun S So Ni et 8 So le signal diff rentiel peut tre obtenu sans a priori sur So par S2 1 Ni alors que le mode commun So ne peut tre estim que par la moyenne 51 82 2 So N1 N3 2 ce qui permet au mieux si Ni et sont parfaitement d corr l s une att nuation quadratique du bruit 118 Chapitre 3 Northern Tilt urad 20 Eastern Tilt urad TM Tangential T Relative tilts Jan97 Mar97 May97 Jul97 Sep97 Nov 97 N A oO Dome volume 109 m o Jan97 Mar97 May97 Jul 97 Sep97 Nov 97 Time Figure 3 15 Validation des composantes clinom triques tangentielles et radiales au site de Deles de novembre 1996 d cembre 1997 les 2 composantes tangentielles sites 1 et 3 montrent des variations semblables ainsi que les 2 composantes radiales sites 2 et 3 L encart repr sente la trajectoire du vecteur clinom trique moyen dans un rep re g ographique Sur le graphe du bas sont repr sent s le volume du d me de lave courbe et l occurrence des nu es ardentes barres source MVO 1997 Traitement et validation des donn es 119 3 3 Int gration des mesures sommitales L objet
151. a et du Krakatau d j cit es l histoire r cente a t marqu e par nombre d ruptions majeures notamment au Kelud 1920 Merapi 1930 Agung 1963 et Galunggung 1982 qui ont toutes caus la perte de vies humaines et de gros d g ts d infrastructures Parmi ceux ci le Merapi Java Centre est consid r par le Volcanological Survey of Indonesia VSI comme le plus dangereux Ce strato volcan and sitique haut de 2964 m est situ 25 km au nord de la ville de Yogyakarta 3 millions dhabitants Son activit r cente est intermittente mais pratiquement continue dans le temps Elle volue entre la production paisible d un d me de lave dans le crat re sommital et de violentes explosions pouvant g n rer des nu es ardentes des lahars et de larges d p ts de cendres Depuis 1672 pr s de 10 000 personnes y ont trouv la mort En 1990 on a recens 114 800 habitants dans la zone de danger I et 79 100 personnes r parties dans 32 villages de la zone interdite directement expos e ces risques Le Merapi a t d clar Decade Volcano par 1 UNESCO en 1995 8 Introduction g n rale Le VSI tabli en 1920 et charg de la surveillance des volcans indon siens a toujours tudi le Merapi dune fa on prioritaire D s 1924 un s ismographe y fut install puis un observatoire complet fut tabli Yogyakarta en 1952 Depuis 1985 il est appel Merapi Volcano Observatory MVO et a t renomm Volcanolo
152. a variation de volume ou de pression mise en jeu Sils permettent de trancher qualitativement sur l volution de l activit volcanique inflation ou d flation ils ne sont d aucune utilit pour la d termination de la structure ou des volumes de magma mis en jeu Pour interpr ter les mesures de d formation de fagon quantitative sur le Merapi il nous faut r solument nous diriger vers un mod le tridimensionnel permettant l introduction de plusieurs sources de perturbation et de g om tries complexes Tableau 4 1 Synth se des principaux mod les de d formations utilis s en volcanologie Milieu Source Solution R f rences G om trie Perturbation espace lastique point AP analytique 2D Anderson 1936 Mogi homog ne sph re sym trie axiale 1958 McTigue 1987 espace lastique ellipsoide AP analytique 3D Davis 1986 homog ne espace lastique plan u analytique 3D Okada 1985 1992 homog ne espace lastique quelconque AP l ments finis 2D Dieterich amp Decker 1975 homog ne sym trie axiale Pollard et al 1983 espace lastique quelconque AP u discontinuit s de Sun 1969 Li 1997 homog ne d placement 3D lastique poreux sph re AP AT analytique 1D Bonafede 1990 espace et espace quelconque AP u discontinuit s de Crouch 1976 Cornet 1980 lastique homog ne d placement 2D Natale amp Pingue 1993 h t rog ne blocs quelconque 8 P T num rique 2D Paul et al 1987 ri
153. acements 1994 1995 D placements 1995 1996 D placements 1996 1997 Conclusions sur les d placements 1993 1997 3 2 Traitement des signaux clinom triques de Deles 105 3 2 1 Effets thermom caniques 105 3 2 2 Effets de mar e terrestre 109 3 2 3 Effets de la pluie corr lations avec les nu es ardentes 111 Fonction de d tection automatique d v nements Premi re analyse corr lations avec les nu es ardentes Deuxi me analyse corr lations avec la pluie et les nu es ardentes Troisi me analyse corr lation avec la pluie Discussion et conclusions 3 2 4 Validation des composantes effets de site 117 3 3 Int gration des mesures sommitales 119 3 3 1 Validation des mesures clinom triques et GPS 119 Fracture Lava 57 Fracture Lava 56 3 3 2 Validation des mesures extensom triques et GPS 119 4 MOD LISATION 123 4 1 Choix d un mod le 123 4 1 1 Bref aper u des mod les existants 123 Milieu discontinu Sources multiples Topographie tridimensionnelle 4 1 2 La m thode mixte d l ments fronti res MBEM 125 M thode Directe M thode des Discontinuit s de D placements DD 4 1 3 Mod les num riques de terrain 128 4 2 Mod lisation du champ de d formation lointain 129 4 2 1 Introduction 129 4 2 2 Article soumis au J G R d cembre 1997 129 Introduction GPS Measurements High Precision Tilt Station 3D Elastic Modelling Discussion Conclusion Appendix Temperature Correction of Tilt S
154. aches 57 near the summit exhibits a real three dimensional topography Significant errors on source depth and volume variation estimations are made when using a half space model for interpreting surface deformation on prominent volcanoes McTigue and Stein 1984 McTigue and Segall 1988 Cayol and Cornet 1997c Moreover the asymmetry of the Northeast flank and the closeness of Mt Merbabu 3142 m to the North side prohibit any axisymmetrical approximation Accordingly the 3D mixed boundary elements approach MBEM Cayol and Cornet 1997a has been adopted for the forward problem computation It takes into account 3D topography for the ground surface and magma reservoirs with complex geometry The loading imposed by the magma chamber is modelled by a small pressure variation acting on the chamber surface This pressure variation induces a change in chamber volume The relation between surface displacement and changes in chamber volume are independent of the Young s modulus of the medium Since we are looking for magma chamber volume variation and not pressure we avoid the difficult task of estimating elastic parameters Mesh of the ground surface A DEM Digital Elevation Model of the Merapi region computed from two SPOT images taken in 1987 has been used The original DEM contains large areas where data are missing because of clouds on Eastern portions of Merapi and Merbabu These have been corrected by considering several topography points which
155. adiales sites 2 et 3 distance 30 m sont plus dispers es pour les p riodes inf rieures 2 mois mais la tendance long terme est coh rente L cart type moyen est de l ordre de 1 urad Nous avons prouv pr c demment que le couplage des inclinom tres avec le sol tait correct Ces carts correspondent donc des effets de site soit d origine thermique partie non lin aire des perturbations r siduelle apr s la correction appliqu e soit dues aux effets topographiques qui induiraient des gradients de d formation l chelle de la dizaine de m tres En consid rant ces effets de site comme du bruit nous pouvons consid rer l cart type entre deux composantes de m me direction comme repr sentative de lincertitude sur notre mesure d inclinaison relative du site La valeur de l inclinaison relative tant estim e par la moyenne des deux composantes Pour repr senter l inclinaison r sultante du site de Deles nous avons trac la trajectoire du vecteur clinom trique moyen encart de la Figure 3 15 Celle ci montre une l g re d flation en direction du sommet nord ouest puis un large mouvement pratiquement lin aire vers le nord est direction tangentielle Au Chapitre 4 nous nous int resserons la p riode encadr e par les deux campagnes GPS novembre 1996 et mars 1997 nous pouvons calculer la variation d inclinaison par la moyenne et l cart type de chaque composante sur les deux intervalles de temps donn s par l
156. agma chamber Geophys J Int 103 289 299 1990 Hot fluid migration an efficient source of ground deformation application to the 1992 1985 crisis at Campi Flegrei Italy J Volcano Geotherm Res 48 187 198 1991 Bonafede M and M Mazzanti Hot fluid migration in compressible saturated porous media Geophys J Int 128 383 398 1997 Bonafede M and M Olivieri Displacement and gravity anomaly produced by a shallow vertical dyke in a cohesionless medium Geophys J Int 123 639 652 1995 Botton S F Duquenne Y Egels M Even et P Willis GPS localisation et navigation d Paris Herm s 1997 Boudon G et B Villemant La Montagne Pel e un nouveau sc nario catastrophe La Recherche 302 48 53 1997 Bourdier J L P Boivin A Gourgaud G Camus P M Vincent J F L nat et al Le volcanisme Coll Manuels amp M thodes BRGM 25 420 p 1994 Bower S M and Woods A W Control of magma volatile content and chamber depth on the mass erupted during explosive volcanic eruptions J Geophys Res 102 10273 10290 1997 Brandeis G and C Jaupart Crystal sizes in intrusions of different dimensions constraints on the cooling regime and the crystallisation kynetics Magmatic Processes Physicochemical Principles 1 307 318 1987 Briole P D Massonnet and C Delacourt Post eruptive deformation associated with the 1986 1987 and 1989 lava flows of Etna detected by radar interferometry
157. aintes sur chacune des faces et de l l ment e La surface consid r e I de g om trie quelconque est discr tis e en Nr l ments constants dont les centroides sont repr sentatifs de la DD On exprime les d placements et les contraintes en un point y de l espace en utilisant le principe de superposition de l lasticit lin aire int grale sur la surface I Les amplitudes de chaque DD sont alors ajust es pour que les contraintes galent les conditions aux fronti res du probl me On r sout le syst me P BD 4 4 o P est le vecteur des 3NF contraintes B est la matrice des coefficients d influence et D est le vecteur des 3Nr DD Enfin les d placements et les contraintes sont recalcul es en injectant les valeurs des amplitudes de chaque DD La m thode Directe est bien adapt e aux structures massives surfaces ferm es alors que la m thode des DDs est plus performante pour les discontinuit s telles que des fractures car il n est pas n cessaire de discr tiser les deux cot s de celles ci La combinaison des deux m thodes a t r alis e en int grant les conditions aux fronti res de la m thode des DDs aux quations de la m thode Directe Soit un milieu lastique de fronti re lointaines des structures massives de surfaces I m dicr tis es en Ny l ments lin aires comprenant Nz noeuds et des fractures discr tis es en Nr l ments constants Figure 4 1 Si une fracture pr sente une inters
158. ais Copier les fichiers sur disquette et s assurer que la taille en bytes correspond bien celle annonc e dans le r cepteur Effacer ensuite la m moire par MOD 3 3 1 3 Memory 3 Erase 212 Annexe B 1 Yes Attention ne surtout pas d brancher le r cepteur pendant cette op ration le r cepteur bippera jusqu ce que l effacement soit totalement termin B 1 8 Traitement des donn es Synth se de la mission de terrain la fin de la mission de terrain il est n cessaire de r diger proprement une synth se de la mission GPS partir des fiches de terrain contenant les informations suivantes en parall le pour les 2 r cepteurs voir Figure B 3 heures de d but et de fin de session de fa on visualiser la dur e commune d enregistrement le nom du fichier de donn e qui inclut le nom du point la session et le jour de d but la hauteur d antenne r elle calcul e en m tre moyenne des mesures en d but et fin de session au moyen de l utilitaire DOS antenna exe la moyenne des mesures m t o sur la dur e commune de session pression temp rature s che humidit laquelle devra tre convertie en temp rature humide au moyen de l utilitaire DOS GPSWIN SERCEL humid exe UTC 7 8 9 10 11 12 LULOb95 271 h 21 200 m n 116 P 730 mb Tdry 214 8 C Twet 10 3 C PU S0a95 271 h 20 4014 n 22 P 744 mb Tdry 16 4 C Twet 11 9 C Figu
159. ait tre d velopp qui prenne en compte la fois le retrait de masse dans la chambre et le d placement d une partie de celle ci sur les flancs La d flation r sultante serait alors plus faible en amplitude Relation d me avalanches Nous disposons de deux types de donn es ind pendantes les variations de volume du d me de lave d apr s photos et le nombre d avalanches comptage d v nements sismiques Si l on fait l hypoth se que le d me est toujours en tat critique de stabilit de pente on peut estimer au premier ordre que le taux d avalanches observ ANavalanches est proportionnel au d bit de lave extrud e Or un bilan de masse permet de poser le d bit total comme tant gal la somme du d bit observ sur le d me et du d bit des avalanches qavalancnes Onn Qtotal k ANavalanches Qd me Qavalanches 5 3 La relation entre le d bit du d me et le taux d avalanches s exprime alors par l quation lin aire de la forme y a x b Qd me k ANavalanches Qavalanches 5 4 174 Chapitre 5 dont on peut estimer les param tres par r gression lin aire La Figure 5 2 pr sente l ensemble des donn es de d cembre 1993 ao t 1997 au total 211 534 avalanches et 35 estimations de volume du d me MVO comm pers 1997 Seules les variations positives de volume du d me ont t conserv es Le nombre d avalanche a t int gr sur chaque intervalle entre deux estimations
160. an CH379 prad 1 Tilt Rad CH380 prad 2 Temp Soil LIP C 3 Tilt Rad CH376 Cyrad 4 Figure 2 34 Donn es brutes calibr es de la station Deles sites 1 et 2 entre novembre 1995 et mai 1996 3 inclinom tres 1 tangentiel et 2 radiaux et temp rature de la roche Les hachures repr sentent les interventions La r solution num rique sur les donn es est 1000 fois inf rieure au bruit court terme ceci pourrait para tre excessif mais est inh rent au syst me uDAS qui fonctionne par comptage Le site 1 a un niveau de bruit court terme tr s faible probablement gr ce au bon couplage inclinom tre roche offert par la dalle de b ton mais reste relativement atteint par les variations Mesures instrumentales 83 thermiques journali res raison de 4 2 urad C environ Il pr sente surtout des d formations long terme de type d rive lin aire stabilisation du b ton difficilement interpr tables l inclinom tre tangentiel CH379 pr sente en effet une forte d rive lin aire 0 5 urad jour apr s l installation et pendant plus de 3 mois Cette d rive a pratiquement cess lors du recentrage du pendule le 13 mars 1996 L inclinom tre radial CH380 est rest en but e du 1 f vrier au 13 mars 1996 puis nouveau d but juillet 1996 jusqu son recentrage le 26 juillet 1996 Le site 2 est plus bruit mais moins perturb thermiquement 2 7 urad C le couplage avec la roche est m diocre mais a l avantage d
161. an sont plus facilement accessibles car il existe de nombreux chemins mais ceux ci sont tous en direction radiale au volcan pas de transverses cause des vall es tr s marqu es les trajets sont donc assez longs voir Figure 1 16 En outre les routes ne sont pas toujours carrossables le VSI poss de pour cela plusieurs voitures tout terrain mises notre disposition Les stations de mesures doivent cependant obligatoirement tre loign es des zones habit es et donc des routes pour viter les perturbations li es l activit humaine et le vandalisme La marche pied est toujours n cessaire pour les atteindre ce qui proscrit les mat riels trop volumineux Enfin signalons qu une station implant e sur le terrain doit tre suffisamment robuste pour r sister aux intemp ries 1 39 2 M thodes de mesure et localisations Pour les mesures de d placements l chelle de l difice et du sommet la technique GPS S est impos e par sa bonne pr cision et sa facilit de mise en ceuvre sur le terrain La disposition en r seau et sous r seau permet une bonne couverture spatiale mais la pr cision du positionnement vertical n est cependant pas suffisante pour le champ lointain Une mesure d inclinaison sur le flanc du volcan est donc n cessaire elle apportera une contrainte tr s forte sur les d formations ainsi que des mesures continues Pour les d formations locales du sommet les mesures d extensom trie sur les fractures pa
162. anadian GPS associates 1986 University of New Brunswick 1986 Williams H and A R McBirney Volcanology Freeman Cooper amp Co San Francisco CA 94133 USA 397 pp 1979 Wolfe J E E Berg and G H Sutton The change in strain comes mainly from the rain Kipapa Oahu Bul of Seism Soc of Am 71 1625 1635 1981 Wong and J B Walsh Deformation induced gravity changes in volcanic regions Geophys J Int 106 513 520 1991 Wood M D and N E King Relation between earthquakes weather and soil tilt Science 197 154 156 1977 Wyatt F and J Berger Investigations of tilt measurements using shallow borehole tiltmeters J Geophys Res 85 4351 4362 1980 Yang X M P Davis and J H Dieterich Deformation from inflation of a dipping finite prolate spheroid in an elastic half space as a model for volcanic stressing J Geophys Res 93 4249 4257 1988 Yokoyama I A model for the crustal deformations around volcanoes J Phys Earth 19 199 207 1971 Yoshikawa K On the crustal movement accompanying with the recent activity of the volcano Sakurajima Part 2 Bulletins of Disaster Prevention Research Institute Kyoto University 50 2 23 1962 Young K D and B Voight B Ground deformation studies at Merapi Volcano Indonesia Merapi Decade Volcano International Workshop Yogyakarta Oct 1995 1995 Young K D B Voight J Marso Subandrio Sajiman Miswanto Paijo Suharno and S B
163. ansformation des coordonn es g ocentriques en coordonn es UTM et inversement Soit le point origine du rep re terrestre local de coordonn es g ographiques Aa 04 et de coordonn es g ocentriques Xa Ya Za 90 Chapitre 3 repr sent la Figure 3 1 Les coordonn es relatives d un point B X8 Y8 28 dans le rep re local de centre A sont donn es par Xa sinAA Ys Y4 cosAA Est Xa cosAa sin a4 Ys Ya sinAa sinoa Za cos A Nord 3 4 ZB Xa cosAA cosQA Ys Ya sinAa cosQA Za Za sinda Verticale Les conventions sont tablies Tableau 3 1 Ces calculs sont galement effectu s automatiquement par le programme AG3D Pour le Merapi on utilise la zone 49 c est dire centr e sur le m ridien 111 E qui traverse Java Centre L ellipsoide de r f rence choisi est le syst me WGS 84 d fini par les param tres suivants rayon de courbure au p le c 6399593 6257585 seconde excentricit e 0 08209443794984 3 1 3 Positions des points GPS 1993 1997 Nous avons effectu un ajustement des lignes de base calcul es au Chapitre 2 pour chaque ann e de mesure sur le Merapi Les informations a priori sur les positions de 1993 sont donn es par les coordonn es des points d j connues gr ce aux mesures AEMD ant rieures par une variance tr s faible sur le point de r f rence choisi 0 0001 m sur les 3 composa
164. aper u de l tat du uDAS a affichage de toutes les donn es t affichage des derni res donn es s et reprogrammation z code 31 qui permet de d finir la p riode d acquisition le nombre de canaux la date et l heure noter que l affichage des derni res donn es comporte un bug recouvrement incorrect des donn es cette fonction est donc viter Le transfert des donn es du 4 DAS jusqu EPROM v4 se fait donc toujours en mode ASCII ce qui correspond un temps de vidage de m moire pleine d environ 30 minutes Toutes ces fonctions sont accessibles simplement au moyen du programme DOS mdas exe qui fournit de surcro t des fichiers de donn es clairs avec en t te voir A 2 3 Les corrections de sauts d chelles et la calibration partir des donn es brutes sont r alis es de facon optimum avec le programme DAS Grapher Mesure de la pr cision Pour tester la pr cision de mesure du uDAS dans un environnement de terrain une exp rience a t men e par le laboratoire d lectronique de l IPGP par C DUBEGNY Pendant plusieurs jours on a enregistr une fr quence stable 1 MHz sur un pDAS aliment par une batterie elle m me reli e un panneau solaire et un r gulateur 1 MHz measurement on pDAS supply voltage effects 14 s I E 13 z in m 0 gt N 12 5 12 999983 999982 Lu 2 999981 999979 999978 i i i 21 Apr 23
165. aram tres m t o Session View Meteo et les positions approximatives Session View Pos en confirmant par Update chaque fois c Cr er de nouveaux sites s ils n existent pas d j contenant les positions approximatives des points Site New d Cr er des travaux contenant les bases calculer Job New et sauver chaque fois par Save Base puis Save Job e Lancer le programme Process f Sp cifier dans les options l utilisation des donn es m t o Options Processings Use Meteo Readings et calculer les travaux par Job Open Job Job Base Nb puis Job Compute Base 8 V rifier la qualit des r sultats tous les entiers doivent tre fix s Phase Integers de pr f rence du premier coup sans it ration les r sidus des doubles diff rences Residuals Dbl Diff doivent tre inf rieurs 10 cc c est dire 10 centi mes de cycles ou 1 9 cm pour la fr quence Li un cycle 19 cm Si ne n est pas le cas il peut y avoir deux causes possibles soit un ou plusieurs satellites ont des orbites trop basses et il faut alors les liminer du calcul Options Processings Deselected SVs soit lors d une longue session la m t o a beaucoup volu et il faut alors couper la session en morceau avec Manager Session Mask modifier les param tres m t o Session View Meteo et recommencer
166. at re de 600 m de diam tre et 200 m de profondeur et d truisit tous les villages situ s au dessus de 1000 m d altitude L activit se poursuivit jusqu au d but de 1873 18 et 19 d cembre 1930 activit paroxysmale d une ruption qui avait commenc 23 jours plus t t par des coul es de lave Des nu es ardentes ont d ferl jusqu 15 km de distance et une norme d pression s est ouverte vers l ouest jusqu une altitude de 2150 m Cette ruption a fait 1369 victimes Une phase effusive d buta en janvier 1931 formant un d me dans la partie sup rieure de la d pression dont la mise en place s est accompagn e de 16 Chapitre 1 nombreuses nu es ardentes L activit s arr ta la mi septembre 1931 mais d important lahars chauds se d clench rent avec la saison des pluies 8 mai 1961 nombreuses explosions accompagn es de nu es ardentes s tendant sur 12 km Commenc e le 19 mars 1961 apr s deux ans de repos cette ruption a g n r des nu es ardentes et des projections de lave incandescente partir de deux vents sommitaux L ruption se poursuivit avec l effusion de 13 millions m de lave jusqu aux 27 et 28 novembre 1961 dates auxquelles 9096 du d me s est croul g n rant des nu es jusqu 8 km du sommet Photo 1 1 Deux angles de vue du Merapi en 1993 a silhouette en c ne presque parfait du sud ouest clich A Pribadi b forme dissym trique depuis le Merbabu au nord
167. ation extenso clinom trique de Lilik La station est situ e sur Lava 1956 pr s de la fracture radiale au crat re Elle compos e de deux parties ind pendantes une station extensom trique MONOA et une station multi param tres LEAS Figure B 5 LILIK SUMMIT STATION Lat 7 32 24 3 S Lon 110 26 46 4 E Alt 2971 m CH383 1m North LM35 tilt 1 35 soil LEAS n 2 Extensometer GPS LILO Crater Figure B 5 Vue horizontale de la disposition des instruments la station Lilik sommet du Merapi coul e de lave 1956 Deux inclinom tres sont en direction radiale au bord du crat re en sens oppos proximit du point GPS LILO et deux extensom tres LEAS et MONOA mesurent l extension de la fracture La station LEAS comprend 7 capteurs en tout et enregistre quelques jours de donn es seulement Elle est aliment e par 2 petites batteries 10 Ah connect s 2 panneaux solaires 1 extensom tre LGIT en position radiale la fracture Lava 56 install en 1994 2 inclinom tres type Compact BLUM avec tr pied vis CH374 amp CH383 en direction radiale en bord du crat re pr s du rep re GPS LILO l inclinom tre CH374 a t plac en direction oppos e CH383 install s en 1995 2 thermom tres LM35 l un enterr sous les inclinom tres environ 50 cm de profondeur et l autre aux cot s de CH383 sous la glaci re de protection install
168. ations de pression dans la chambre magmatique et les intrusions de magma vers la surface induisent des d formations du volcan d tectables en surface Si lon fait quelques hypoth ses simplificatrices par exemple le comportement lastique d un milieu semi infini homog ne il devient alors envisageable de d terminer les caract ristiques de la source de d formations Depuis les premi res applications de ce type par Mogi 1958 des analyses ont t men es sur une douzaine de volcans actifs pour lesquels les mesures taient abondantes Elles ont permis de d terminer la position et la g om trie simplifi e des r servoirs point sph re ellipsoide plan et den tirer des conclusions sur lalimentation de magma Dzurizin et al 1980 1984 Une synth se r cente de ces travaux a t faite par Dvorak et Dzurisin 1997 Quelles que soient les hypoth ses faites sur le comportement des roches les observations doivent tre suffisantes pour contraindre correctement les param tres du mod le Si lon veut approcher la complexe r alit une mod lisation requiert la mesure d un champ de d formations aussi dense que possible sur la surface de l difice Ce nest g n ralement pas le cas Pour des raisons budg taires ou logistiques l chantillonnage spatial et temporel des mesures est souvent assez l che et toujours incomplet Il faut donc optimiser ces mesures par une approche m thodique 6 Introduction g n rale M thodologie du
169. ations du nombre d avalanches gravitaires entre d cembre 1993 et ao t 1997 source MVO 1997 La corr lation lin aire par moindre carr s donne les param tres Qd me 313 ANavalanches 7800 m3 jour Pour la p riode tudi e de 150 jours le volume total des avalanches serait donc de 1 16 106 m Pour approcher correctement ce ph nom ne il faudrait tablir un lien entre la masse des roches d valant les pentes du volcan et les caract ristiques du signal sismique produit par l impact des roches sur le sol Le MVO poss de de tr s nombreux enregistrements de ces signaux habituellement consid r s comme du bruit Ce type d tude fait l objet d une th se en cours au Piton de la Fournaise R union o de nombreux boulements dans la Vall e de Mahavel ont t enregistr s par le r seau sismologique Rousseau comm pers 1997 Discussion 175 5 2 Ph nom nes superficiels 5 2 1 Variations de pression dans le conduit Comme nous l avons vu au Chapitre 4 les variations de pression dans le conduit magmatique r sultent de la somme de deux ph nom nes le poids de la hauteur de lave d une part auquel s ajoute la pression atmosph rique que nous n gligeons ici et d autre part la pression de la chambre profonde Si le syst me form par le sommet et le d me est en quilibre la pression la base du d me extr mit haute du conduit est forc ment quilibr e par le poids de celui ci Si la pression exerc e par
170. ava 1 50 000 Muntilan U S Army Map Service Far East 5020 1964 GTOPO30 Global Topographic Data Eros Data Center U S Geological Survey 1997 ISTAR Digital Elevation Model from SPOT Images June amp July 1987 1993 Sadjiman Peta Morfologi Puncak G Merapi dan Sekitarnya MVO VSI 1986 1995 Sadjiman Pola Perkembangan Rekahan di Puncak G Merapi 1992 Perubahan Morfologi Kubah Lava dan Lokasi Reflektor 1997 Logiciels et utilitaires uDAS GRAPHER v1 6c ASCII Data Treatment and Visualisation Software F Beauducel IPGP ORB 1995 1997 AG3D Programme d Ajustement G od sique 3D J C Ruegg amp C Bougault IPGP 1992 BERNESE GPS SOFTWARE v3 4 M Rothacher G Gerhard W Gurtner E Brockmann amp L Mervart Universit t Bern Astronomisches Institut 1993 MCOMPUTE P 3D mixed boundary elements for elastostatic deformation field analysis V Cayol S Shah H Curran amp B T Corkum IPGP REG 1992 1997 MT80 Theoretical Tides Computation ORB 1985 EXAMINE P v2 23 Computer aided engineering analysis package for underground structures J H Curran amp B T Corkum Rock Engineering Group Univ Totonto 1992 1994 GPSWIN v2 0 package D A Charrier Sercel 1992 MANAGRID Grid Manager P Jousset IPGP 1995 MATLAB v5 0 High Performance Numeric Computation and Visualisation Software The Math Works Inc 1984 1997 MNT Ex v3 3 DEM Boundary Element graded mesh converter V Cayol IPGP
171. bagai parameter yang penting untuk memahami aktifitas letusan Dalam tesis ini kami menerapkan sebuah metodologi mulai dari pengukuran sampai dengan modelisasi medan deformasi di gunung Merapi Jawa Gunung api busur kepulauan jenis strato ini 2964 m memperlihatkan aktifitas yang menerus yang dicirikan oleh pertumbuhan kubah lava andesitik penghancuran kubah melalui guguran lava pijar letusan dan awan panas nu es ardentes yang dapat menimbulkan korban jiwa Lima kali pengukuran GPS Global Positioning System telah dilakukan mulai tahun 1993 sampai tahun 1997 pada 14 jaringan titik pengukuran Empat stasiun rekaman kontinyu multy parameter tiltmeter ekstensometer juga dipasang antara tahun 1993 dan 1995 di puncak dan di lereng tubuh gunungapi Sinyal dikoreksi terhadap pengaruh cuaca untuk mendapatkan data yang berlaku dan mengurangi kesalahan interpretasi Perbandingan dari perbedaan hasil yang didapatkan memungkinkan kami untuk menganalisa pengaruh mekanik dari lokasi peralatan terpasang Interpretasi data mempergunakan model elastik dengan metoda MBEM Mixed Boundary Elements Method yang memperhitungkan topografi dan diskontinyu tubuh gunungapi Data dimasukkan melalui proses inversi yang dapat mengestimasi kemungkinan model dan ketidakpastian parameter parameter yang dihitung Medan deformasi jauh 1996 1997 dimodelisasikan berdasarkan model magma elipsoida horisontal yang berada pada 8 5 0 4 km dibawah puncak dan variasi
172. bel 5 un peu plus rapides plus de 110 km h et plus tendues jusqu 10 km que les avalanches gravitaires 2 Explosion composante verticale importante pouvant d truire des parties anciennes de d me laissant de vastes crat res et g n rant galement des nu es ardentes D apr s les tudes de d p ts de Berthommier 1990 ces nu es ne peuvent pas tre de type Saint Vincent pendant la p riode historique du Merapi En effet les 4 panas nuage chaud en indon sien 5 wedhus gembel mouton en javanais litt ralement ch vre bouriff e par analogie avec sa toison tudes pr liminaires choix des techniques et sites 19 mat riaux projet s d bordent du crat re mais les nu es sont toujours canalis es dans les rivi res ne franchissant pas les barri res topographiques Plusieurs auteurs ont tenter de d finir un type Merapi Lacroix 1930 Escher 1933 MacDonald 1972 Bardintzeff 1985 pour qualifier les nu es ardentes engendr es par de petites explosions localis es dans le d me mais il ne semble pas y avoir de limite franche entre une petite awan panas et une grosse guguran avalanche purement gravitaire qui peut lib rer localement la pression gazeuse du d me Photo 1 3 Sommet du Merapi le 24 ao t 1994 photographi au t l objectif depuis 12 km l ouest document MVO gauche la coul e de 1957 au milieu de couleur plus fonc e le d me de lave fo
173. ble Les mesures instrumentales font donc souvent appel des techniques tr s pointues dont la pratique constitue parfois de v ritables m tiers g od sie gravim trie Les volcanologues profitent pleinement des d veloppements de capteurs destin s initialement des applications toutes autres comme lexploration p troli re ou les tudes de g nie civil mais il faut parfois les adapter aux conditions sp ciales d un environnement volcanique c Traitement et validation des donn es Les instruments de mesure fournissent rarement une valeur directe du param tre physique recherch et de son erreur Les donn es en valeurs brutes doivent tre s lectionn es et trait es afin dobtenir des donn es en valeurs g ophysiques Ce traitement comprend la calibration des capteurs la prise en compte des effets lectroniques et des caract ristiques du syst me dacquisition effets de filtre dysfonctionnements mais aussi de perturbations externes sur les capteurs ou sur le site m t o intervention humaine Il est pour cela n cessaire de compl ter les mesures par un carnet de terrain exhaustif et par la mesure de param tres annexes comme la temp rature la pluviom trie la pression Cette tape est indissociable de la mesure elle m me car elle fait intervenir une connaissance approfondie de lensemble des installations ou des campagnes de mesure La validation consiste en une int gration de toutes les donn es trait e
174. ciation 271 pp 1951 Nho E Y M F Le Cloarec B Ardouin and W S Tjetjep Source strength assesment of volcanic trace elements emitted from the Indonesian arc J Volcano Geotherm Res 74 121 129 1996 Okada Y Surface deformation due to shear and tensile faults in a half space Bull Seism Soc Am 75 1135 1154 1985 Oppenheim and R W Schafer Discrete time signal preocessing Englewood Cliffs Prentice Hall 311 312 1989 Ord ez M I Rey G Deformation associated with the extrusion of a dome at Galeras volcano Colombia 1990 1991 J Volcano Geotherm Res 77 115 120 1997 Oreskes N K Shrader Frechette and K Belitz Verification validation and confirmation of numerical models in the earth sciences Science 263 641 646 1994 Paul A J P Gratier and J Boudon A numerical model for simulating deformation of Mout St Helens volcano J Geophys Res 92 10299 10312 1987 R f rences 241 Paul A Mod lisation num rique des d formations d un difice volcanique application au Mont St Helens Th se de Doctorat Univ J Fourier Grenoble 186 p 1986 Pollard D D P T Delaney W A Duffield E T Endo and A T Okamura Surface deformation in volcanic rift zones Tectonophysics 94 541 584 1983 Ratdomopurbo A and G Poupinet Monitoring a temporal change of seismic velocity in a volcano application to the 1992 eruption of Mt Merapi Indonesia Geophys Res Lett
175. compte aussi du d gasage en estimant la masse totale de gaz observ e au sommet sur la p riode consid r e Cette masse de gaz ramen e aux conditions de temp rature et de pression dans la chambre profonde nous permettrait de calculer le volume mis en jeu dans notre bilan On aurait donc 1 A Va me A Vavalanches 5 7 C sion g n rale Conclusion g n rale Ce travail a consist d finir et appliquer une m thodologie permettant 1 tude du champ de d formation sur un volcan and sitique tr s actif et dangereux Faute de temps et de moyen nous nous sommes attach s valider chacune des tapes sur un nombre assez restreint de m thodes de mesures et de donn es et donc avec des mod les peu de param tres L aspect surveillance n a pas t r ellement abord cependant nous avons particip la d termination des deux l ments fondamentaux n cessaires la pr vision des ruptions de nouveaux mod les de structure et de comportement m canique permettant une interpr tation meilleure du champ de d formation sur le Merapi la formation des quipes indon siennes aux techniques GPS clinom triques et extensom triques et l laboration de logiciels de traitement de donn es utilis s au MVO et dans d autres observatoires Mesures instrumentales Pour chantillonner correctement le champ de d formation lint gration de plusieurs techniques compl mentaires est stri
176. cquisition de ces donn es nous a malheureusement oblig traiter les sources de d formation ind pendamment avec des structures diff rentes Nous verrons tout d abord les effets calcul s du poids du d me entre 1993 et 1994 sans fractures puis les effets combin s de la pression et du frottement dans le conduit magmatique entre 1993 et 1997 avec les fractures 4 3 2 Effets du poids du d me 1993 1994 Nous consid rons la lave du d me comme ayant un comportement fluide Pour estimer la variation de pression appliqu e sur le fond du crat re nous avons calcul la diff rence de hauteur entre les d mes de 1993 et 1994 voir Figure 4 3 1994 1993 Dome Elevation Difference 400 meters 300 a 200 2 e Ei 190 a E a 0 5 T 2 190 j 20 200 787 F 10 ADU 90 366 200 100 100 200 300 Eztarn Figure 4 3 Diff rence de hauteur en m tres entre les d mes de 1993 et 1994 Mod lisation 153 La diff rence de pression en chaque point est donn e par APo493 Pa g h9oa hos En lasticit lin aire et pour une m me g om trie de l encaissant la diff rence des d placements dus tout le d me de 1994 et dus tout le d me de 1993 sont gaux aux d placements induits par la portion de d me 1994 1993 Nous avons fix la densit de la lave pa 2400 kg m Jousset 1996 et le mod
177. ct diff rence d altitude 1D 3m 40m Photogramm trie position relative 3D GPS statique position relative 3D syst me DORIS position relative 3D Interf rom trie radar d placement relatif 1D gt 1m Extensom trie d placement 1 3D 20 m Nivellement diff rentiel inclinaison Inclinom trie inclinaison 10 3 rad d pend enti rement des param tres de prise de vue Pr cision 5 mm 10 6 2 10 6 4 mm km lt 1 10 cm 10 6 1 cm 3 mm um lt 105 rad 10 7 rad le d placement relatif ne peut tre d termin qu partir de 2 sessions ou campagnes de mesure p p q p Couverture spatiale r seau r gional r seau r gional profil r gional r seau dense r gional r seau r gional 2 6 points champ r gional local fracture local 1000 m2 local chantillonnage temporel moyen qq jours continu qq jours continu qq jours 1 mois 1 an 1 mois qq heures 1 mois jour 1 mois continu 1 mois lan continu 34 Chapitre 1 1 3 Choix des techniques et des sites d observation 1 3 1 Aspects logistiques Le volcan Merapi est relativement difficile d acc s Depuis le MVO Yogyakarta il faut compter environ 2 heures de voiture jusqu au col village de Selo puis 3 4 heures d ascension 1300 m de d nivel e pour atteindre le sommet Les donn es provenant des stations sommitales seront donc obligatoirement t l transmises au MVO Les flancs du volc
178. ctement n cessaire GPS nivellement inclinom trie extensom trie interf rom trie SAR Si les images SAR ne demandent quun bon de commande les r seaux g od siques doivent tre mesur s sur le terrain et les stations continues install es correctement et maintenues La mise en place et la mesure dun r seau GPS en milieu quatorial sur un terrain pr sentant de fortes diff rences d altitude n cessite des pr cautions particuli res L utilisation de r cepteurs monofr quence nous a contraint affiner les corrections d effets troposph riques par un mod le de m t o locale Les incertitudes sur le positionnement relatif vertical restent malgr tout assez lev es Concernant les mesures pr cises d inclinaison nous avons propos et r alis une m thode dinstallation de surface qui att nue fortement les perturbations thermiques sur le site et qui pourrait tre valid e sur d autres volcans La formation quasi continue des trois coop rants successifs et de certains chercheurs et techniciens indon siens au cours de ma th se a entrain outre un enrichissement mutuel vident la compl te autonomie du VSI pour la surveillance GPS au Merapi La derni re r it ration du r seau a t effectu e par le VSI du 6 au 18 mars 1998 avec beaucoup de soin et de rigueur sans aucune intervention de ma part Traitement des donn es Les perturbations climatiques semblent affecter pratiquement tous les types de mesure de d
179. cteur de redondance est de f 1 5 ce qui est nettement meilleur que celui de 1993 mais toujours insuffisant Les erreurs a priori sur les composantes des lignes de base Tableau 2 4 sont tr s faibles gr ce aux r cepteurs bifr quence qui s affranchissent des effets ionosph riques Les donn es m t o n ont pas t utilis es car elles n am lioraient pas les calculs 4 5 6 7 8 9 10 11 N N 1217 lt n 1144 N 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 N iun n 1217 AYI eo D Q uS n 1144 N 0 2 N TE n 1217 eo Ns eo SEL n 1144 N Figure 2 8 Planning des mesures de la campagne GPS de 1994 avec les deux r cepteurs ASHTECH n 1217 et 1144 Le troisi me r cepteur n 625 tait positionn au point JRAO et mesurait tous les jours de 23 00 11 00 UT 50 MERAPI GPS BASELINES 1994 RAO LULO 0 MAR IPUO AYIO DOZ0 SELO PUSO ULO Figure 2 9 Lignes de base mesur es pour la campagne 1994 f 1 5 Chapitre 2 Tableau 2 4 Lignes de base GPS septembre 1994 composantes vectorielles en coordonn es g ocentriques et erreurs a priori Calculs faits avec orbites pr cises par T DUQUESNOY logiciel BERNESE Le point GQ4 a t abandonn en raison de probl mes de corrosion et remplac par le point AYIO quelques m tres de celui ci Ligne de base LILO J
180. d apporter une nouvelle preuve du lien de ces s ismes avec les variations de flux magmatique Limpossibilit de contraindre le module d lasticit du milieu quivalent et donc de quantifier les pressions mises en jeu constitue le point le plus n gatif de ce travail Deux solutions peuvent tre envisag es pour fixer cette valeur 1 mesurer la contrainte in situ par un forage dans 1 difice ou 2 mod liser une p riode de temps pendant laquelle la pression dans la chambre profonde serait stable et donc seul les variations de masse du d me de lave auraient un effet significatif Gr ce lint gration des mesures de d formations de d bit gazeux et de sismicit nous pourrions donc apporter tous les l ments pour tablir un bilan de masse complet c est direlun des param tres les plus repr sentatifs de l activit volcanique Perspectives Dans un premier temps cette tude de structure partir de la mesure du champ de d formation pourrait tre poursuivie Les m mes mod les peuvent tre confirm s ou affin s partir de nouvelles donn es Parall lement de nouvelles techniques de mesure comme la distancem trie par radar au sol sans r flecteur gagneraient tre mises en uvre pour am liorer la surveillance et compl ter les mesures de d formation La mod lisation purement lastique est difficilement compatible avec les d formations de fortes amplitudes Les d placements observ es sur les caldeiras par exe
181. d between 1 km and 3 km below the summit Volume and conduit length inferred from this reservoir geometry are Mod lisation 135 consistent with magma flux associated with lava dome extrusion of the 1994 eruption and gravity changes observed between 1993 and 1994 Jousset et al 1997 We conducted a first calculation based on this model with a spherical chamber with radius r 850 m centered at depth z 1000 m above sea level Displacements and tilts associated with an arbitrary volume variation AV 1 106 m are shown on Figure 6 The results of this first calculation are 1 displacement amplitudes are almost centred on the summit and unperturbed by topography In this model the GPS reference point is far enough from the maximum displacement so that it may be considered as a real static point 2 Tilt amplitudes are less than 10 urad 3 km away from the summit 3 Topographic effects on tangential displacement which are very small and tilt are clearly seen although they are equal to zero for Mogi s model Maximum tilt is located on the Southeast flank 1 5 km away from the summit It was also found that near the tilt station topography effects induce differences up to 300 of amplitude in tilt and 180 in direction as compared to the simplified half space model In order to improve the consistency of this model with the data we adjusted the only parameter of the model volume variation since it has a linear effect on displacements We
182. d inclinaison nous pourrions poursuivre l analyse des ph nom nes non stationnaires par transform e en ondelettes par exemple Ceci devrait nous permettre d affiner les corrections de signaux et donc r duire les incertitudes de mesure Mod lisation Le code MBEM d velopp par Cayol amp Cornet 1997 permet de traiter des probl mes lastostatiques perturbation prenant en compte une topographie tridimensionnelle des fractures ou sources multiples g om trie complexe Ce programme a maintenant t valid partir de donn es issues de sites diff rents Etna Piton de la Fournaise Merapi en calcul direct ou dans un processus dinversion a montr que les mod les du champ de d formations pouvaient tre affin s et rendus compatibles avec plusieurs type d observations notamment les d placements et les variations d inclinaison Appliqu aux abondantes mesures de d formations sur la Soufri re de Guadeloupe par exemple il pourrait rendre compte de ph nom nes complexes dus un massif hautement fractur et asym trique David 1998 Structures et comportement m canique du Merapi Notre connaissance de la structure du Merapi a progress Nous avons avanc lexistence dune chambre magmatique profonde et d termin sa position et sa forme approximative Nous avons galement soulev limportance des fractures majeures au sommet et leur r le dans le champ de d placement Ces premiers r sultats ont des implications di
183. de ce paragraphe est de comparer les diff rentes observations r alis es au sommet Nous disposons en plus du r seau de 9 points GPS d une mesure extensom trique sur la fracture Lava 57 entre novembre 1994 et juin 1995 de deux mesures extensom triques sur la fracture Lava 56 sur toute la p riode 1993 1997 et enfin deux mesures clinom triques d avril 1996 mars 1997 pour la localisation des points se reporter la Figure 3 4 3 3 1 Validation des mesures clinom triques et GPS Les deux inclinom tres sont install s pr s du point GPS LIL dans la direction radiale au bord du crat re principal c est dire environ N60 E Cette direction correspond peu pr s celle form e par les deux points LIL et LUL partir des vecteurs d placements relatifs nous avons calcul les variations d inclinaison entre ces deux rep res distants de 70 m de 1993 1997 La Figure 3 16 pr sente ce r sultat avec les signaux clinom triques mesur s Les incertitudes sur les inclinaisons GPS sont assez fortes 200 grad en raison de l erreur importante sur la composante verticale des d placements On remarque cependant une bonne coh rence entre les donn es inflation de 1995 1996 et d flation jusqu en mars 1997 Ceci nous permet de conclure que les deux inclinom tres malgr le bruit important sur les signaux sont bien coupl s avec le sol Ils mesurent l inclinaison d un bloc se comportant de facon rigide et de grandeur carac
184. de donn es linclinom tre radial CH428 pr sentait toujours une d rive tr s forte et anormale pour une installation soud e Nous l avons donc remplac le 8 novembre 1996 par un nouvel inclinom tre CH429 p riode 8 12 s Le 1 mai 1997 le capteur de temp rature du site 3 LM35 a t remplac par un petit pluviom tre lectronique commercial RAIN O MATIC install sur le toit de la station Le principe est que la cuiller du collecteur bascule et se vide lorsque 5 grammes d eau sont tomb s ce qui correspond 1 mm de pr cipitation Le syst me est muni d un compteur affichage LCD et a t calibr en laboratoire Une lectronique a t ajout e par l ORB pour g n rer 2 impulsions chaque incr mentation Le HDAS mesurera donc 1 unit pour 1 mm d eau Ensemble des donn es brutes analyse de la station L ensemble des donn es calibr es de la station Deles du 12 octobre 1995 au 15 d cembre 1997 est pr sent Figure 2 35 sous forme de 3 graphiques 2 signaux tangentiels sites 1 et 2 3 signaux radiaux sites 1 2 et 3 et 4 signaux de contr le temp ratures pluie et tension du pont r sistif Les signaux clinom triques ont t corrig s des quelques sauts dus aux interventions sur les capteurs zones hachur es fonc es Les visites du site pour la r cup ration des donn es sont galement repr sent es zones hachur es claires Le Tableau 2 16 reprend les caract ristiques des capteurs et les carts
185. de septembre 1994 Pour conna tre les temp ratures aux points SELO PUSO et LULO un mod le lin aire de gradient vertical a t utilis Chaque session de mesure a t divis e en deux tranches d environ 1 Les Indon siens distinguent subtilement deux types de saisons musim panas la saison chaude et musim hujan la saison pluvieuse Pour un occidental les deux saisons sont chaudes et humides Mesures instrumentales 53 une heure de fa on tenir compte des variations de m t o pendant la dur e de la mesure sensibles en d but et fin de journ e On a ainsi pour chaque base quatre sessions diff rentes permettant d estimer un cart type sur les r sultats qui s est r v l bien sup rieur celui fourni par le logiciel de calcul GPSWIN notamment pour la base PUSO SELO dont la d nivel e est autour de 250 m tres La Figure 2 13 pr sente les variations d altitudes en fonction des param tres m t o les carts horizontaux sont en effet n gligeables Pour tous les points du sommet o les bases sont tr s courtes aucune m t o n a t prise en compte 242 715 242 71 N D N a N D N N D N D a N D N o o SEL PUS Relative Elevation m PUS LUL Relative Elevation m BIM ax Temp BM Temp BIMin Temp BMin Temp N D N D a N D N D 23h18 0h15 0h15 1h38 7h56 9h10 9h10 10h31 Session Time UT Sessi
186. de volume de d me et les donn es ont t ensuites ramen es en m jour pour le d bit du d me et en nb jour pour les avalanches La r gression donne q ne 313 ANavalanches 7800 ce qui nous permet d estimer le volume moyen de lave extrud produisant une avalanche 313 m et surtout le d bit journalier des avalanches Qavalanches 7800 m3 jour Pour la p riode tudi e de 150 jours 16 200 avalanches le volume total des avalanches correspondrait donc 1 2 106 m et un volume moyen de 72 m par avalanche Compte tenu des nombreuses approximations la r gression est loin d tre correcte ceci nous donne juste un ordre de grandeur des volumes mis en jeu millions de m D autre part seules les avalanches produisant un signal sismique fort au dessus d un certain seuil arbitraire ont t comptabilis es Ratdomopurbo comm pers 1997 Un calcul plus exact devrait tre fait avec non pas le nombre d avalanche mais l nergie sismique Celle ci en premi re approximation pourrait tre consid r proportionnelle au volume de l avalanche Ces donn es existent au MVO mais n ont pas encore t compil es xut MERAPI Relation Avalanches Lava Dome Ratios 6 Lava Dome Volume Ratio m3 day 1 1 1 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Rock Avalanches Ratio nb day 2 1 1 Figure 5 2 Relation entre les variations journali res positives du volume observ du d me extrusion uniquement et les vari
187. des instruments but e d un inclinom tre Exemple sur un fichier MDA mdasgr mda96220 a4r cv mda clb Noter l heure de d part de la station Transfert des donn es au laboratoire Connecter le HP200LX au PC de bureau par le c ble s rie Sur le HP passer en mode DOS si n cessaire et taper 11 Sur le PC passer en mode DOS sous Windows 95 red marrer sous DOS taper 11ra et attendre les bips sonores Les disques du HP A C et D sont alors d finis respectivement en F H et G Les copies s effectuent normalement comme avec des disques locaux sous Norton Commander par exemple depuis le PC ou le HP au choix Apr s v rification des transferts effacer les fichiers de donn es sur le HP Avant de d connecter le c ble s rie il faut imp rativement d charger ces programmes en tapant sur le HP 11 u Ceci afin de lib rer l acc s au port s rie Les bips sonores confirment la fin de connexion 220 Annexe B Fiche de terrain des stations DAS Station name Operator s Date Arrival time local Meteo description Batteries voltage PC clock setup Data filename 2 s Filename Date of Memory Full Remarks Departure time local Fiches techniques 221 B 3 Station clinom trique de Deles Configuration de la station d finitive La station finale comprend en tout 10 capteurs 9 sont r partis sur 3 sites diff rents dont 7 sont enregistr s et le pluviom tre est install p
188. des possibles voir aussi le manuel d utilisation p 25 1 Appuyer sur CTRL 123 ou sur amp D pour ouvrir un session DOS sous forme de shell Ceci permet de conserver les autres applications en m moire mais n offre que 95 Ko de m moire disponible pour les ex cutables DOS Pour revenir au gestionnaire syst me taper exit partir de amp lancer le gestionnaire syst me et taper MENU P T ENTREE pour terminer tout Ceci lib re la totalit de la m moire pour les programmes ex cutables DOS c d plus de 600 Ko Pour revenir au gestionnaire syst me taper 200 Les fonctions DOS 5 0 et utilitaires sont int gr es dans les r pertoires D NDOS et D NBIN d finis dans le path donc accessibles depuis n importe quel disque ou r pertoire La liste des commandes est d crite aux pages 25 9 et 25 10 du manuel d utilisation Tant que l ordinateur n a pas t r initialis CTRL ALT SUP ou coupure d alimentation il conserve sa configuration Remplacer les piles d s que le message de faiblesse apparait N utiliser que des piles alcalines neuves qui offrent plusieurs jours d autonomie Le transfert de fichiers entre le HP et un autre PC peut se faire de diverses mani res voir aussi le manuel du Kit de Connexion Puisque le HP200LX sera essentiellement utilis sous DOS le plus simple est l utilisation du programme r sident LapLink Remote Access LLRA install dans le r pertoire C CPACK200 PC de bureau qui d f
189. donner si me promets de ne pas remettre en cause mon interpr tation Pour Pak Sadjiman il n y a aucune incompa ibilit entre ses observations intuifives et les mesures instrumentales ces derni res tant juste plus pr cises mais compl tement sous chanfillonn es J ai norm ment d estime et de respect pour cet observateur qui a intogr des milliers de param tres pendant des dizaines d ann es sur le Merapi Beauducel Under the most rigorously controlled conditions of pressure temperature volume humidity and other variables the Earth will do as it damn well pleases Harvard Law iii Remerciements Je tiens remercier en tout premier lieu Fran ois Cornet qui a dirig cette th se dans la continuit de mon stage de D E A Tout au long de ces trois ann es il a su orienter mes recherches aux bons moments en me faisant d couvrir la volcanologie au travers de son regard de m canicien des roches et de mod lisateur tout en tirant partie de ma formation d ing nieur Malgr son ann e sabbatique Berkeley il a toujours t disponible pour d intenses et rationnelles discussions Pour tout cela sa confiance et son soutien financier en fin de th se je le remercie vivement Je remercie les rapporteurs de cette th se Georges Poupinet et Michel Kasser pour la rapidit avec laquelle ils ont lu mon manuscrit et l int r t qu ils ont port mon travail Merci galement aux autres membres du jury
190. du volcan Merapi Java central Indon sie D clenchement budget s dimentaire dynamique et zonage des risques associ s Clermont Ferrand II 1998 En 1986 un accord de coop ration scientifique a t sign entre la D l gation aux Risques Majeurs DRM du Minist re de 1 Environnement France et la Direction G n rale de G ologie et des Ressources Min rales DGGMR du Minist re des Mines et de 1 nergie Indon sie dont le VSI d pend directement Dans cet accord renouvel en 1992 puis en 1997 lobjectif des recherches en volcanologie est triple 1 mettre en uvre de nouvelles techniques d valuation du risque volcanique 2 former des scientifiques indon siens 3 chercher mieux comprendre le comportement des volcans and sitiques de fa on mieux surveiller les volcans situ s dans les DOM TOM aux Antilles 2 Le pr sent travail s inscrit pleinement dans ce cadre Apr s 16 mois en poste de Coop rant du Service National au VSI j ai effectu six missions de terrain au Merapi afin dinstaller du mat riel de surveillance et d organiser des campagnes de mesures dur e totale environ 6 mois de terrain voir Annexe C Ces p riodes de coop ration et de missions mont aussi permis d assurer la formation technique des quipes indon siennes traitement de donn es continues utilisation du GPS 2 extrait du texte de l accord de coop ration franco indon sienne en volcanologie 1992 Introduction g n
191. e About formula page 7 m d for DAS shots files adjust the correction of overscales with a maximum difference d 0 lt d lt 50000 between two consecutive data Default is 40000 if option i is not specified use m 0 to not correct overscales keep original data see also option shot for exports and m to avoid also DAS specific computations in calibration 202 Annexe 6 GRAPHICS OPTIONS g lt graphics_string gt select channel to draw and line style to use This option allows you to determine the first graphic pattern which will be displayed e g for very large files default is all channels 1 to 9 then A to Z uppercase for channels for all channels on the same axis to select intervals coma to separate axis between channels and specify the axis relative Size two comas previous axe will be double v versus to make XY graphs Examples g 23 1 4 draws channels 2 and 3 on first double size axis channel 1 on a second axis and channel 4 on a third one g 1 4v5 draws channels 1 to 4 versus channel 5 g 1 5B draws channels 1 to 5 and B 11 all on separated axis Line style can also be specified character must preceed channel s line default dot x cross circle of line amp circle bar full scale mode For single channel axis indicates maximum and minimum on the legend for multiple channel axis draws each channel o
192. e mais aussi au del On cherche alors d terminer leurs coordonn es relatives par rapport un point consid r comme fixe Toutes les mesures de distances d angles et de diff rences d altitude sont obtenues entre au moins deux rep res Ceux ci doivent tre stationn s par plusieurs op rateurs dont la dext rit et la rigueur sont d terminantes sur la pr cision de la mesure En outre les mesures sont souvent r alis es de mani re tr s indirecte et avec des appareils faisant intervenir des parties optiques et m caniques tr s d licates Les effets m t orologiques et les biais syst matiques sur la mesure doivent tre estim s pour d terminer une incertitude r aliste Par combinaison entre diff rentes m thodes et si le nombre de mesures est suffisant on s arrange g n ralement pour que les mesures soient redondantes on peut calculer la position relative de chacun des rep res dans l espace planim trique ou tridimensionnel avec une pr cision souvent sub centim trique Apr s r it ration on en d duit des d placements qui sont donc doublement relatifs dans l espace par rapport au point de r f rence choisi et dans le temps intervalle entre les deux it rations La sp cificit commune toutes ces m thodes g od siques est l autod termination des erreurs internes gr ce aux contr les multiples et la redondance de l information Parmi les mesures de d formations qui int ressent la volcanologie on tro
193. e 1994 et septembre 1995 dans le rep re local UTM r f rence SELO Point D placements UTM m Erreur totale m dE dN dU Module OdE OdN SELO 0 0000 0 0000 0 0000 0 0000 PUSO 0 0019 0 0081 0 0455 0 0463 0 0101 0 0053 0 0180 PUNO 0 0176 0 0089 0 0513 0 0550 0 0153 0 0071 0 0234 LULO 0 0152 0 0082 0 0340 0 0381 0 0147 0 0070 0 0229 MAR2 0 0129 0 0064 0 0084 0 0167 0 0194 0 0090 0 0332 DOZ0 0 0187 0 0427 0 0123 0 0482 0 0159 0 0079 0 0247 AYIO 0 0280 0 0130 0 0128 0 0334 0 0171 0 0082 0 0266 LILO 0 0072 0 0065 0 0303 0 0318 0 0188 0 0080 0 0306 NURO 0 0134 0 0191 0 0218 0 0319 0 0185 0 0089 0 0303 NTRO 0 0157 0 0511 0 0521 0 0746 0 0179 0 0090 0 0285 IPUO 0 0125 0 0021 0 0068 0 0144 0 0249 0 0113 0 0424 Moyenne 0 0119 0 00277 0 0103 0 0432 0 0160 0 0076 0 0262 Traitement et validation des donn es D placements septembre 1995 novembre 1996 99 Pour la premi re fois les d placements sont importants et sortent largement des ellipses d erreur pour l ensemble du r seau On constate toujours un cartement des points situ s de part et d autre du crat re actif NTR pr sente un mouvement quasi horizontal de 20 1 2 4 cm vers le nord ouest et DOZ de 11 3 1 7 cm vers le sud sud est avec un affaissement de 5 5 1 8 cm Le d placement relatif entre NTR et DOZ est donc d environ 31 0 2 2 cm Les points NUR et LIL situ
194. e binaire explosions pr c d es et ou suivies d extrusion de lave et p riodes plus calmes sans activit apparente La dur e moyenne des ruptions ainsi repr sent es est de 1 an et 9 mois La dur e moyenne d activit entre deux ruptions est de 6 ans Sur cet intervalle les p riodes d activit les plus longues sont celles de 1862 1869 et de 1992 1998 1 Pr Merapi w E s sw N NE 3b L ruption de type i 3c S rie de i Pasabubar Saint Helens 4 Gadjah Mungkur Om 4 Merapi R cent 5 Merapi i o c L 500m Om Figure 1 3 Reconstitution chronologique de la formation du Merapi repr sent e en coupes combin es O E SS0 NNE d apr s Berthommier 1990 Le profil en trait tiret repr sente la topographie actuelle 1 Pr Merapi au moins 400 000 ans BP 2 Merapi Ancien de 60 000 8000 ans BP larges coul es basaltiques et nu es Saint Vincent 3 Merapi Moyen de 6 000 2 000 ans BP grandes coul es and sitiques 3a et 3c entrecoup es d une ruption de type Saint Helens 3b 4 Merapi R cent de 2 000 600 ans BP coul es d and site nu es Saint Vincent et ruptions sub pliniennes 5 Merapi Contemporain depuis 600 250 ans BP d mes et nu es ardentes A titre d exemples on ne d crira ici que les trois ruptions les plus importantes 15 au 20 avril 1872 d but de la plus grande ruption explosive connue qui g n ra un cr
195. e comptage int grale d finie Le comptage filtre num rique D passement de capacit des compteurs 4 2 2 Caract ristiques techniques 191 Mesure de la pr cision Remarques importantes 4 2 3 Le programme d exploitation MDAS v2 0 195 A 3 Logiciel uDAS Grapher v1 7 197 ANNEXE B FICHES TECHNIQUES 205 B 1 Strat gie de mesure du r seau GPS Merapi 205 B 1 1 Mat riel n cessaire 205 B 1 2 Planning 205 B 1 3 Installation de l antenne sur le point 207 Cas particulier des points PUSO et SELO B 1 4 D but d une session d enregistrement sur le r cepteur NR101 209 B 1 5 Pendant la session mesures m t o et param tres GPS 210 Param tres du r cepteur NR101 Utilisation de l altim tre ALPIN EL Utilisation du thermohygrom tre HANNA H193640 B 1 6 Fin de session 211 B 1 7 Transfert des donn es 211 B 1 8 Traitement des donn es 212 Synth se de la mission de terrain GPSWin v2 0 Programme d ajustement AG3D B 1 9 Fiche de terrain d une session GPS 215 B 2 Exploitation des stations uDAS 217 B 2 1 Le PC Palmtop HP200LX 217 B 2 2 Proc dure d exploitation des stations 218 Nomenclature Pr paratifs R cup ration des donn es sur le terrain Transfert des donn es au laboratoire xii B 3 Station clinom trique de Deles 221 Configuration de la station d finitive Station MDA Station MDB Calibration des convertisseurs tension fr quence Agenda des interventions principales B 4 Station extenso clin
196. e de coupures d alimentation et le d calage d horloge entre le DAS et le PC exprim en secondes Cette en t te contient galement le type de codage des donn es ASCII ou binaire Exemple de fichier en mode ASCII fichier mda97349 e7p 196 te HE db db dt DATE SAMP EDAS SHOT INFO INFO INFO CHAN 1997 12 10 10 25 00 0120s uDAS No F Version V4 0 100000 ram loops 0000 start up 0001 memory 512Kb YY MM DD HH MI SS 0001 0002 97 12 10 10 25 00 00000 00000 00000 97 12 10 10 27 00 00000 41982 38217 97 12 10 10 29 00 00000 41945 38215 97 12 10 10 31 00 00000 41937 38233 L J 0003 0004 00000 24179 24076 23942 INFO transfer end 1997 12 15 07 51 49 INFO Le mode binaire contient une en t te identique en ASCIT mais avec la ligne CHAN Les donn es qui suivent sont d finies par la suite d octets entiers non sign s 4 octets temps UNIX nombre de secondes coul es depuis le 01 01 70 00 00 clock difference 49 s BINARY4 0001 0002 0003 0004 3 octets par canal valeur du compteur Annexe Pour un vidage de m moire pleine 512 Ko les tailles de fichiers sur disque sont gales environ 2 8 Mo en ASCII et 871 Ko en binaire Le mode binaire ne permet en aucun cas un gain de temps de transfert Il n est donc utile que dans des circonstances tr s particuli res par exemple un manque de place incontournable sur le disque un transfert direct s
197. e des techniques existantes de mesure des d formations et choisissons celles qui nous permettront d am liorer notre connaissance de la structure profonde et superficielle 1 1 Pr sentation du Merapi 1 1 1 Contexte tectonique Le volcan Merapi fait partie de l arc volcanique de la Sonde qui s tend sur plus de 2000 km les de Sumatra Java et les petites les de la Sonde et se situe la convergence des plaques Eurasienne et Indo Australienne voir cartes page suivante dans une zone o les subductions se sont succ d es depuis le pal ozo que sup rieur Katili 1975 Au niveau de l le de Java la convergence est quasi frontale N10 E avec une vitesse de 6 5 cm an De Mets et al 1990 Les roches les plus anciennes de l ile de Java datent du M sozoique sup rieur Les bassins li s aux stades r cents de la subduction sont remplis de s diments tertiaires et quaternaires Chotin et al 1980 Le Merapi se situe sur la partie centrale de Java latitude 7 32 S longitude 110 27 E environ 300 km de la fosse de Java Figure 1 1 ce niveau la profondeur du plan de Benioff est estim 170 km Hutchinson 1976 INDIAN AUSTRALIAN PLATE ACTIVE ARC TRENCH GAP VOLCANO PLUTONIC ARC Java Christmas Island South Java Ridge Bali Trough v LEGEND Cenozoic sediments Young volcanic rocks ot Java Tertiary volcanic rocks ot Christmas island Deformed Tertiar
198. e en perspective dans un plan vertical azimut N145 E l vation 0 l chelle verticale est donc respect e Traitement et validation des donn es 103 Conclusions sur les d placements 1993 1997 Les points lointains n ont donc pas t mesur s chaque ann e La Figure 3 3 pr sente les d placements cumul s en vues horizontale et verticale sud nord Les d placements horizontaux ne d passent pas quelques centim tres avec des incertitudes pratiquement de m me amplitude se reporter aux tableaux pr c dents pour les valeurs Les d placements verticaux sont cependant assez importants Le point PUSO montre notamment une inflation en 1995 puis une d flation en 1996 Comme nous l avions signal la compensation de 1995 n est justement pas bien contrainte sur ce point Il semble donc r aliste de consid rer ce mouvement comme invalide En revanche l ensemble des points montre une d flation en 1996 1997 les mesures de ces deux ann es tant tr s bien contraintes par l ajustement M me si les incertitudes sont fortes on peut affirmer que ces d placements sont r els La conclusion principale de ces mesures lointaines est que le point de r f rence JRAO est finalement trop proche du sommet pour permettre une mesure absolue du champ de d placement au Merapi Au sommet le sch ma de d formation peine bauch par les mouvements de 1993 1995 s est pr cis en 1996 avec des amplitudes plus fortes Il semble que l
199. e est fond e sur le probl me de Kelvin permettant le calcul des d placements dans un milieu lastique infini induits par une charge unitaire en un point On utilise alors le th or me de r ciprocit de Betti u p u p dr 0 4 1 o et p sont les vecteurs de d placements et de contraintes sur une surface ferm e les exposants correspondent 1 au probl me cherch et 2 au probl me de Kelvin La surface est discr tis e en N l ments triangulaires plans d finis chacun par trois points l ments lin aires au total Nz noeuds En appliquant successivement la force unitaire sur chacun des noeuds et puisque le vecteur d placement est unique pour un noeud donn on forme le syst me HU F 4 2 o est la matrice des coefficients d influence 3Nz x 3Nz U est le vecteur des 3Nz d placements inconnus et est le vecteur des forces appliqu es composantes Les d placements aux autres points du milieu sont alors calcul s par lidentit de Somigliana et les contraintes sont obtenues par diff rentiation donnant les d formations puis en appliquant la loi de Hooke M thode des Discontinuit s de D placements DD La m thode des DD est bas e sur la solution analytique du probl me d un l ment plan dans un espace infini se d placant sym triquement de part et d autre de sa position initiale e e u 4 3 e e p o est la DD les d placements et p les contr
200. e half space solution and is closer to the summit because of the important topographic effects on tilt Mod lisation 137 However the misfit function is still high and the topography does not explain the DELI horizontal displacement Surprisingly the value of the misfit is worse when taking into account the topography 5 9 instead of 5 1 see Table 5 In order to try to improve the fit to the data an ellipsoidal shape has been considered for the source Second Model Ellipsoidal Source In order to determine the a priori model required for initializing the inversion process we ran a preliminary inversion corresponding to an ellipsoidal source in an elastic infinite half space Because of its simplicity the solution for a fault in purely opening mode Okada 1985 has been chosen for characterising the ellipsoidal source Indeed surface deformations associated with a mode 1 fault discontinuity are very similar to those observed with an ellipsoidal source except for shallow depth where fault tip effects become significant We associate the opening mode with a volume increase so that a deflation is modelled by a negative displacement discontinuity The dislocation is assumed to be square Vertical Sheet We explored a 6 parameter model space defined by the position of the center point of the upper edge of the sheet X Y Z the side length L the horizontal orientation strike S and the volume variation AV Only tilt is correctly adjusted w
201. e jeux de donn es dont nous disposons Les r sultats sont pr sent s de la Figure 4 13 la Figure 4 16 au graphe sup rieur la fonction de probabilit dans l espace des mod les surface et au graphe inf rieur la comparaison des d placements horizontaux calcul s et observ s Notons que l estimation d une incertitude sur nos param tres un cart type nous permet de calculer un ellipsoide d incertitude sur les d placements calcul s Pour les quatre inversions la fonction cart ne pr sente qu un unique minimum bien localis maximum de la fonction de probabilit Ceci refl te indirectement la compatibilit de notre mod le avec les donn es L ajustement des vecteurs est correct pour l ensemble du r seau intersection des deux ellipsoides d incertitude sauf pour certains points zone 1 NTR le d placement calcul est syst matiquement plus faible en amplitude et sa direction diff re d environ 30 dans le sens horaire de 1994 1997 zone 2 NUR et LIL amplitudes et orientations correctes de 1993 1997 zone LUL PUN MAR et AYI amplitudes correctes sauf pour le point PUN de 1993 1995 et AYI en 1994 1995 zone 4 DOZ amplitudes et orientations correctes de 1993 1997 Mod lisation 165 1993 1994 Best Values P 0 000621 0 000453 amp T 5 45e 005 7 43 005 4 dh p ih oM M RAUS Normalized W all Shear Stress
202. e la nouvelle fracture Dome 1 sont att nu s zones 2 et 3 et ceux de la zone 1 ont t amplifi s et sont orient s vers le nord y compris pour la source de cisaillement Cette configuration est la plus compatible avec nos observations de terrain et nous l utiliserons donc pour notre calcul d inversion Mod lisation 157 Displacements without fracture Pressure 400 300 200 100 Northern m o 100 200 300 400 300 200 100 0 100 200 300 400 Eastern m Displacements without fracture Wall Shear 400 300 200 100 Northern m 100 200 300 400 300 200 100 0 100 200 300 400 Eastern m Figure 4 6 Champ de d placements sans fracture a pression b cisaillement Les fl ches en trait gras correspondent aux d placements aux points GPS chelle diff rente 158 Chapitre 4 Displacements with fracture GENDOL Pressure 400 300 200 100 Northern o 100 200 300 400 400 300 200 100 0 100 200 300 400 Eastern m Displacements with fracture GENDOL Wall Shear 400 300 BE oes o al UC AD eU ROG 200 E 100 a c T C t SO 5 ME fe F eee 200 mec CORRE 300 400 400 300 200 100 0 100 200 300 400 Eastern m Figure 4 7 Champ de d placements avec fracture Gendol a pression b cisaillement Mod
203. e que quelques centim tres entre le point et le dessous du tr pied Il est alors impossible d utiliser le fil plomb mais la vis e optique peut servir dans ce cas uniquement car l erreur n exc dera pas une fraction de millim tre sur cette petite distance Attention l utilisation de la vis e suppose une parfaite horizontalit de l embase r glage de la bulle Quelque soit le r cepteur utilis sur ces points la hauteur d antenne devra tre calcul e partir de mesures indirectes comme pour le r cepteur 22 L impr cision tant assez lev e sur ces positionnements il est pr f rable de multiplier les mesures et de les moyenner voir Figure B 2 par exemple mesurer la distance du dessus du plateau de l antenne avec le bord du tube PVC 3 mesures da et avec la base du tube PVC 3 mesures Fiches techniques 209 Caract ristiques du tube PVC e rayon externe du tube rie 45 mm e hauteur du tube SEL hiuse 435 mm d e hauteur du tube PUS hiuse 417 mm Tube 1m Calculs de la hauteur d antenne r elle ds htube 2 2 h Va d rie Tube Roue mm 2 2 Ra J a Cr Tube h phase g Figure 2 Mesure et calcul de la hauteur d antenne aux point PUS et SEL Afin de diminuer l erreur on moyenne les 2 mesures A et B B 1 4 D but d une session d enregistrement sur le r cepteur NR101 D s que l antenne est en place le r cepteur peut tre allum
204. e sommital 2250 1500 Tilt ST3 prad 750 Dist nu es ardentes km 1993 1994 1995 Figure 1 8 Signal clinom trique de la station n 3 install e en bord nord ouest du crat re principal et distances parcourues par les nu es ardentes de 1993 1994 On y distingue des corr lations deux chelles des inflations de 600 urad pr c dant de quelques jours certaines nu es d but 1993 et une large inflation de 2000 urad pendant plus d un an avant l ruption de novembre 1994 d apr s Subandriyo et al 1995 Informations sur la chambre magmatique La localisation des v nements sismiques d tect s par le r seau du MVO une dizaine de stations fait apparaitre deux zones asismiques l une entre 1 5 et 3 km sous le sommet et l autre en dessous de 5 km Figure 1 9 Ces zones sont interpr t es comme la trace de chambres magmatiques Ratdomopurbo 1995 Ratdomopurbo amp Poupinet 1995 dans l hypoth se que le magma est fluide et donc n engendre pas de s ismes Profondeur km Nord km Figure 1 9 Localisation des s ismes VTA et VTB en coupe verticale NS sur la p riode 1991 1992 Une zone asismique apparait et pourrait correspondre une poche magmatique superficielle de rayon 850 m dont le centre serait 2 km sous le sommet d apr s Ratdomopurbo 1995 Il n y a galement aucun s isme plus de 5 km sous le sommet L hypoth se de la chambre superficielle semble compatible avec au moins
205. ection avec une structure massive tous les l ments de la structure massive adjacents la fracture sont consid r s constants En outre la surface du sol est compl t e par une surface virtuelle Iv de fa on la rendre ferm e On r sout alors le syst me d quations LX R 4 5 Mod lisation 127 o L est la matrice des coefficients d influence X u u V d1 d T repr sente les 3 Nz Nr inconnues d placements et DDs aux fronti res et R est le vecteur des conditions aux fronti res Les d placements et les contraintes en un point du domaine peuvent ensuite tre calcul s comme pour la m thode Directe x _ Figure 4 1 Repr sentation sch matique 2D des fronti res intervenant dans la m thode MBEM fronti re lointaine structures massives Im r servoir surface du sol compl t e par la surface virtuelle et fracture d apr s Cayol amp Cornet 1997 Cette m thode a t implant e en modifiant un code bas sur la m thode Directe COMPUTE Curran et al 1992 Les formats de fichiers d finissant les l ments du maillage ont t conserv s ce qui permet l utilisation du logiciel EXAMINE pour la construction et la visualisation des g om tries Chaque structure massive ou fracture comportant des conditions aux fronti res diff rentes doivent tre d finies s par ment Dans la version actuelle du programme les conditions aux fronti res sont d finie
206. ectronic interaction between them For a 120 second sample and integration period autonomy is more than 2 months before downloading of data Table 4 gives values of sensitivity resolution and noise for each instrument It shows the relatively high precision of tilt measurement and the limited temperature effects mean standard deviation of 0 43 urad on daily variations By comparison diurnal tilts at Mt St Helens were 50 to 200 urad for typical surface installation and few microradians for an instrument buried 1 m deep in an artificial vault Dzurisin 1992 On Merapi Deles station was installed in September 1995 and after various technical problems it has been operational non stop since July 1996 However one radial component CH380 had to be reinstalled in November 1996 and was still drifting during the period considered here 1 e November 1996 March 1997 Results Because of the small but obvious correlation of tilts with ground temperature each signal has been corrected with a non stationary linear method described in appendix This improves the global signal to noise ratio by about 1096 Figure 4 shows the relative tilt signals of the station in both directions two radial and two tangential for the period bounded by the two GPS campaigns This figure confirms that the two tangential and the two radial sensors record identical long term signals and are free of any instrumental effects The complete independence of components prov
207. em in mountaineous areas Manuscripta Geodaetica 14 53 60 1989 Hagiwara T T Rikitake K Kasahara and J Yamada Observations of the deformation of the Earth s surface at Aburatsubo Miura Peninsula Bull Earthq Res Inst 27 35 43 1949 Hagiwara Y Gravity changes associated with seismic activity in C Kisslinger and Z Suzuki Editors Earthquake Precursor AEPS 2 137 146 1977 Y The Mogi model as a possible cause of the crustal uplift in the eastern part of Uzu Peninsula and the related gravity change Bull Earthq Res Inst 52 301 309 1977 Hammer J and K V Cashman A textural analysis of 1986 1994 Merapi dome lavas and pyroclasts from the 1994 eruption Merapi Decade Volcano International Workshop Yogyakarta Oct 1995 1995 Harrison J C and K Herbst Thermoelastic strains and tilts revisited Geophys Res Let 4 535 537 1977 Hopfield M S Tropospheric effect on electromagnetically measured range prediction from surface weather data Radio Sci 6 1971 Hosanski J M Utilisation de la m thode inclinom trique pour la cartographie de l changeur souterrain Note de calcul ENERGEROC 44 83 1983 Hutchison C S Indonesian active volcanic arc K Sr and Rb variation with depth to the Benioff zone Geology 4 407 408 1976 Ishihara K and T Eto Surface deformation associated with the eruptive activity at the summit crater of Sakurajima volcano Annuals of Disaster Prevention
208. en X Fy Sovs T and Y FAN T Let define the fitting coefficient rj t 7 0 varies between for uncorrelated signals and 1 for perfect correlation and c t Cxy rp t the slope Then we compute a continuous function Cp t cp t rp t which represents the evolutive linear coefficient for all periods lower than p In this example C f is expressed in urad C Note that the use of coefficient rp t as a factor proscribes addition of artefacts Correction for period p is given by Sp t Sobs t FN D 9 This process is iteratively repeated with different values for p For each step p decreases by a factor two It is realistic to limit the maximum period to the third of the total time interval Figure A1 presents an example of original and corrected tilt signal temperature and the set of correlation functions Cp t for p 64 32 16 8 4 2 days for a total interval of 142 days It is obvious that for each period the correlation is non stationary Global noise attenuation is about 13 and reaches 63 for daily variations Some residues clearly remain in the corrected signal especially for the 1 week period but the correlation with temperature is not linear and strongly phase shifted Decorrelation of these residues cannot be done without an a priori on the 224 order characteristics of function In conclusion the method is not optimal for a global noise reduction but it respects short
209. ensom triques Install s entre les deux bords d une fracture en surface les extensom tres permettent la mesure des variations de longueur La plupart du temps on mesure les variations de distance dans le sens perpendiculaire la fracture ouverture serrage mais on trouve galement des instruments tridimensionnels qui donnent les 3 composantes de la dislocation Les mesures sont soit effectu es par un op rateur soit de facon automatique en continue La pr cision est de l ordre de 0 2 mm sur des bases de 20 m maximum 10 5 pour les syst mes ruban Elle peut tre inf rieure au um sur des variations centim triques mesur es avec des capteurs en silice Mesures indirectes des d formations Les mesures du champ de pesanteur terrestre par microgravim trie permettent de d tecter des variations de densit et de mouvement de masse avec une pr cision de l ordre de 10 uGal 10 tudes pr liminaires choix des techniques et sites 31 7 m s D une part le champ de pesanteur pr sente un gradient vertical l air libre de l ordre 300 uGal m en moyenne et d autre part un mouvement vertical du sol entra ne un effet de plateau ou topographique d l attraction du volume de terrain suppl mentaire Un gravim tre int gre donc la mesure des variations d altitude et permet de d tecter des mouvements verticaux de l ordre de quelques centim tres Rymer amp Brown 1986 Jousset et al 1998 Pal og od sie et g
210. ent de toute la partie du d me form e depuis mars 1994 volume total des d p ts estim 3 5 106 m 66 personnes ont trouv la mort Sukhyar 1995 17 janvier 1997 explosion verticale avec panache jusqu 4 km au dessus du sommet 3 jours plus t t 81 nu es ardentes taient mises jusqu des distances de 6 km Les v nements sismiques compt s et class s quotidiennement en 6 cat gories par le MVO refl tent les diff rents types de ph nom nes internes et externes au Merapi identifi s par Ratdomopurbo 1995 Figure 1 6 Les s ismes volcano tectoniques VTA source gt 2km et VTB lt 1 5 km sont de type cisaillants et traduisent un r ajustement des contraintes sur des failles pr existantes autour de la chambre magmatique augmentation de pression Les s ismes basse fr quence LF sont des sortes de tr mors 1 5 Hz de courte dur e de source tr s superficielle Les s ismes multiphase MP difficiles localiser car fortement att nu s sont de toute vidence li s la sortie de lave ils seraient engendr s par les variations de flux du magma visqueux dans le conduit friction sur les parois Les s ismes GG sont produits par les gugurans boulements de roches depuis le d me ils sont donc li s la stabilit du d me mais aussi en situation de r gime directement li s au flux de sortie du magma Enfin les nu es ardentes NA produisent des s ismes caract ristiques toujour
211. ent utilis es comme conditions aux limites d un mod le dynamique qui conduirait presque imm diatement selon l hypoth se d terministe une pr diction fiable et rationnelle des ruptions lieu de sortie de la lave volumes rupt s changements de r gime et dur e de 1 ruption N ayant acc s qu des mesures de surface comme pour la plupart des syst mes g ologiques on doit d terminer ces param tres indirectement avant m me d envisager l application d un mod le de fonctionnement pour la pr diction Les tudes structurales en volcanologie sont un champ dapplication particulier des m thodes g ophysiques de prospection du sous sol Elle se distinguent des autres domaines par deux caract ristiques dune part les structures sont h t rog nes et non stratiformes la mod lisation requiert donc une haute densit de donn es d autre part les contrastes entre les diverses formations volcaniques et encaissantes sont souvent tr s forts Les tudes de structures volcaniques sont r alis es principalement par la sismologie localisation de s ismes distribution spatiale des vitesses d ondes sismiques la g o lectricit distribution des r sistivit s lectriques et la gravim trie distribution des densit s de masse L tude des d formations nest pas proprement parler une m thode de prospection Cependant elle apporte des informations indirectes mais pr cieuses sur la structure interne des volcans En effet les vari
212. ent vertical quelconque pour l humidit relative n aurait aucun sens Le programme GPSWIN n cessitant lintroduction de la temp rature humide et non de l humidit relative celle ci a t calcul e par inversion de la formule empirique Magnus Tetens Murray donnant la pression de vapeur saturante en fonction de la temp rature humide f Kasser 1994 17 269 ty P 4 5812 exp 237 8 tj en mmHg 2 4 la pression partielle de vapeur d eau tant alors donn e par si th gt 0 C P P 4510 4 tn Pa 1 1 68 107 4 27315 en mmHg 2 5 o ts est la temp rature s che en C la temp rature humide en C et Pa la pression atmosph rique en mmHg Par d finition l humidit relative y est donn e par le rapport y avec y x 1 2 6 S Les mesures de terrain on t moyenn es pour chaque point et chaque session r duites au niveau de la mer puis moyenn es entre points Les formules inverses sont ensuite appliqu es en chaque point pour revenir l altitude d origine et injecter ces param tres dans le programme METEO VERTICAL GRADIENT MODEL 3000 3000 3000 2800 Fr 2800 2800 Fr 2600 Fr 2600 2600 Fr 2400 p 2400 2400 p c 2200 2200 2200 Fr io gt 2000 2000 2000 1800 F 1800 1800 F 1600 F 1600 1600 F 1400 F 1400 1400 F 1200 z 1200 5 1200 700 750 600 650 900 0 10 20 30 40 0 50 100 Pressure mb Dry
213. ente sur les flancs descendants La donn e enregistr e est le r sultat du comptage des flancs sur toute la p riode ce qui correspond l int grale d finie du signal modulant sur l intervalle ou encore sa moyenne une constante pr s Canal 1 2 m Na 16 DB 9 DB 15 Figure A 9 Sch ma du bo tier DAS ouvert disposition des 4 m moires SRAM des diviseurs de fr quence pour chaque canal jumpers et des 2 connecteurs DB 9 port s rie et DB 15 alimentation et entr es des signaux Tableau C blage du connecteur DB 15 du n DAS Main cable DAS DB 15 connector 1 pink channel 1 2 yellow channel 2 3 green channel 3 4 blue channel 4 5 8 red supply 8 to 35 V 9 15 grey amp brown ground Le dialogue avec le syst me se fait par un port s rie RS232 configur en 9600 bauds 7 bits de donn es 1 bit stop et sans parit A chaque donn e acquise le DAS envoie un caract re toile caract re 42 Si l on r pond par le m me caract re imm diatement la derni re acquisition est envoy e sous la forme d une ligne ASCII termin e par un Carriage Return caract re 13 et un Line Feed caract re 10 YYMMDDhhmmss 00000 00000 00000 00000 o les 00000 correspondent aux emplacements des valeurs de compteurs canaux 1 4 Il est alors possible d envoyer un caract re pour donner un ordre Les versions 3 et 4 de EPROM Mat riels et logiciels 193 reconnaissent seulement 4 instructions
214. ermique et son influence sur les inclinaisons du site quantifier les longueurs d onde et les fonctions de transfert Cependant il faudrait pour cela installer plus de capteurs de temp rature On regrette notamment de n avoir pas conserv le thermom tre du site 3 qui aurait peut tre permis une correction plus efficace des signaux clinom triques CH427 et CH429 Traitement et validation des donn es 109 3 2 2 Effets de mar e terrestre Soumis principalement l influence de l attraction de la Lune et du Soleil le globe terrestre se d forme lastiquement produisant ainsi une mar e du sol pouvant atteindre 50 cm par endroits deux fois par jour assez similaire celle de la mer En supposant une Terre immobile sym trique lastique et sans oc an le signal temporel de la mar e terrestre th orique en un point du globe peut tre calcul de mani re tr s pr cise Il comprend un grand nombre de composantes sinusoidales de p riodes d amplitudes et de phases diff rentes cr ant un signal complexe avec de nombreux battements Melchior 1983 Les principales ondes en amplitude sont semi diurnes M2 12 42 h S2 12 00 h et diurnes O1 25 82 h 23 94 h P1 24 06 hj mais il existe une multitude d autres ondes longues p riodes Sa 365 25 j Mm 27 55 j et ter diurnes M3 8 28 h L effet de la mar e terrestre sur l inclinaison du sol sans tenir compte des effets de site est de l ordre de 1077 rad am
215. es la vapeur d eau ou la perte de coh sion de celui ci entrainant leurs tours des nu es ardentes ou des avalanches gravitaires Il y a donc un effet de seuil qui expliquerait ce ph nom ne non syst matique Le volume d eau tomb e multipli par le temps pourrait alors servir de facteur d alarme comme pour la surveillance des lahars Sans pouvoir r ellement conclure sur l existence de signaux clinom triques li s aux missions de nu es au sommet on peut tout de m me affirmer que s il y en a ils ne semblent pas pr curseurs et dans tous les cas sont de tr s faible amplitude L ruption spectaculaire du 17 janvier 1997 n a pas t d tect e sur les inclinom tres de Deles alors qu elle a pulv ris au moins 1 million de m du d me voir Figure 1 6 Chapitre 1 et Figure 4 de l article JGR p 145 114 MERAPI DELES TILT STATION RAINFALL EFFECTS P VIAE um A 2 NN F Ve LR NS F ee 2 sr a 4 ao SSL r Tan CH379 7 Pd Rad CH376 3 4 4 24 Nov 25 Nov 26 Nov 27 Nov 28 Nov 29 Nov 10000 E T lt 5000 8 oO z 7 0 24 Nov 25 Nov 26 Nov 27 Nov 28 Nov 29 Nov Time 1995 MERAPI DELES TILT STATION RAINFALL EFFECTS 1 T T T T T T T T T 0 8 F Tan CH379 0 6 F Rad CH376 I 2 E o 2 E sit fi 02 00 04 00 06 00 08 00 10 00 12 00 14 00 16 00 18 00 2
216. es et moyenn es par un mod le local Session time GPS station 1 22 GPS station 2 116 Begin End Mean meteo meas Local meteo model Mean meteo meas Local meteo model Day h Day h Name ha P T RH P Td Tw Name ha P T RH P Td Tw m mb CC mb CC m mb CC mb 0 074 05 074 07 MAR2 1 429 720 29 2 721 27 0 14 8 PUNO 1 357 718 24 6 30 6 718 26 8 14 6 074 08 074 10 LULO 1 431 717 6 2 718 7 0 10 6 PUNO 1 447 718 7 7 50 8 717 7 0 10 5 074 09 074 11 LULO 1 407 717 4 2 718 5 5 7 7 LILO 1 299 719 6 9 39 4 718 5 5 7 7 074 10 074 12 NURO 1 529 720 2 7 720 2 9 5 3 LILO 1 332 719 3 0 36 3 719 2 8 5 2 075 00 075 02 NURO 1 529 722 20 1 722 7 2 112 NTRO 1 450 725 4 5 53 6 725 7 4 11 3 075 02 075 04 DOZO 1 622 727 22 9 727 21 1 18 3 NTRO 1 423 725 9 0 79 5 724 20 9 18 1 075 04 075 06 DOZO 1 622 726 20 8 727 24 0 16 4 NURO 1 401 723 26 8 50 5 722 23 6 16 0 075 05 075 07 DOZO 1 622 726 9 8 726 8 7 15 6 AYIO 1 363 724 7 4 75 8 723 8 5 15 4 075 08 075 10 IPUO 1 393 720 3 1 720 2 9 12 2 AYIO 1 363 723 2 9 93 2 722 3 12 3 075 10 075 12 IPUO 1 411 720 3 0 721 2 7 11 7 MAR2 1 059 722 2 5 90 0 721 2 7 11 7 076 01 076 03 LULO 1 100 720 21 6 721 20 9 17 6 MAR2 1 055 724 20 4 75 5 723 21 17 7 076 04 076 06 NTRO 1 381 723 24 2 724 21 1 17 4 AYIO 1 404 725 7 9 73 3 724 21 17 4 076 06 076 08 NURO 1 426 720 22 5 721
217. es ont toutes un objectif suppl mentaire de surveillance les chercheurs du MVO les ont int gr es avec leurs propres donn es et les interpr tent en se basant sur leur exp rience du volcan La Figure 1 16 page 38 pr sente les positions des points de mesure choisis l chelle de l difice et du sommet et la technique utilis e Tableau 1 2 Synth se des techniques localisations et objectifs associ s Technique Localisation Param tre mesur Objectifs GPS flancs r seau 5 points d placements 3D structure profonde sommet r seau 9 points d placements 3D structure superficielle Extensom trie sommet 4 fractures crat re distance 1D structure superficielle Inclinom trie sommet 2 stations inclinaison radiale structure superficielle flanc 1 station 5 composantes inclinaison radiale et structure et ph nom nes tangentielle profonds Au cours de ce travail le r seau GPS a fortement volu ajout de nouveaux points et abandon de certains et les stations de mesures continues n ont pas toutes fonctionn correctement Le chapitre suivant pr sente en d tail les mesures instrumentales r alis es et les donn es brutes acquises r seau GPS 1993 1997 2 1 extensom trie sommitale 1993 1996 82 2 et inclinom trie 1995 1997 82 3 au sommet et sur le flanc station Deles Dans la suite de ce manuscrit nous avons toujours not les noms des points de mesures en caract res gras rep res GPS inclinom tres exten
218. es ou ellipsoidiques coordonn es le point m est la projection du point M selon la normale Mm l ellipsoide de r volution centr en O est la longitude du point m est sa latitude et h mM l altitude ellipsoidique du point M Figure 2 4 Rep re g od sique coordonn es g ocentriques X Y Z et g ographiques A 0 h L ellipsoide de r f rence est d fini par deux param tres rayon de courbure au p le c et seconde excentricit e La grande normale N de l ellipse m ridienne en un point M de coordonn es g ographiques 1 0 est d finie comme c N Jite cos La transformation des coordonn es ellipsoidiques en coordonn es g ocentriques est alors donn e par X N h cos cosA Y N h cosb sin et Z N 1 e h sino Il existe un calcul analytique direct pour effectuer la transformation inverse Wells et al 1986 L ellipsoide utilis habituellement en g od sie est celui r f renc au syst me WGS 84 2 1 3 Pr sentation du r seau Merapi Il est constitu voir Figure 1 16 Chapitre 1 de 9 points au sommet du volcan vers 2900 m d altitude r partis autour du crat re principal Cinq points suppl mentaires se trouvent respectivement sur la colline de Punsunglondon 2600 m sur l ar te rocheuse de Selokopo Atas Mesures instrumentales 43 2200 m au poste de Jrakah flanc nord ouest 1300 m et depuis 1996 au poste de Babadan flanc ouest 1300 m et
219. est non zero value between two consecutive data Mean Value average of displayed data Linear Coefficient linear regression rate of displayed data Valid Data percent of data calculated from time interval and period For DAS shot data only Over scale number of overscale corrected see m option Over range number of excluded data for overscale correction Mouse functions In graphic area moving show time and data value in real time left right button click time zoom in out by 2 same as left button double click magnify same as F5 right button double click return to plain view same as Esc left button drag open a time interval zoom in right button drag open a rectangular area zoom in In upper time lift right or left part 204 Annexe click shift in time same as left and right arrows double click begin or end same as Home and End Se left button switch the Info window same as F2 tton click on channel change line type tton double click on channel select one channel only tton click on channel change graph number tton double click select all none channel tton click on ENTER area accept selections and redraw About formula on data You can access to this menu by F8 only if multiple data files are appended 1 file or a option used The result will be created as a new channel or replace previous result then you will be able to include it in a
220. eunes d p ts pyroclastique Structures principales Fractures Postes d observation A rep res GPS Inclinom tres Extensom tres B Ce travail Bl Autres collaborations Figure B 6 R seau de mesure des d formations au Merapi En rouge les rep res et stations utilis s dans cette th se en bleu les tudes men es par diverses collaborations avec le VSI USA Japon Allemagne ANNEXE C C Missions de terrain Cette annexe r sume les objectifs en rapport avec cette th se des diverses missions de terrain effectu es en Indon sie Au total 35 ascensions au sommet du Merapi dont 24 nuits et 22 la station de Deles Poste de CSN d cembre 1992 mai 1994 Installation et maintenance d un extensom tre TAD transmission satellite Argos sur la fracture sommitale Lava 56 sous la direction de Georges POUPINET LGIT Installation et test d un inclinom tre bi composante TAD transmission satellite Argos sur le bord du crat re Lava 57 sous la direction de Georges POUPINET Essai dinstallation d un extensom tre Kevlar longue base en travers du crat re sous la direction de Georges POUPINET Mise en place et premi re campagne de mesure dun r seau GPS sous la direction de Michel KASSER CNAM et Thierry DUQUESNOY IGN avec laide de SURONO VSD et de deux techniciens du GRDC Les mesures ont t effectu es en parall le avec les mesures EDM VSI USGS et gravim triques IPGP
221. formation GPS radar distancem trie inclinom trie Si le ph nom ne est bien compris les 180 Conclusion g n rale traitements de donn es pour corriger ces effets ne sont pas toujours automatiques voire souvent ignor s pour les signaux clinom triques par exemple Il faut donc dune part sorienter syst matiquement vers des mesures de type multi param tres incluant temp rature ensoleillement et pluviom trie et dautre part poursuivre le d veloppement logiciel de 1 automatisation des traitements de signaux dans les observatoires de fa on obtenir une base de donn es calibr e homog ne et donc exploitable long terme Un travail dans ce sens a t entrepris dans cette th se et les premiers r sultats sont actuellement appliqu s la Montagne Pel e Viod 1997 ou 1 IPGP pour l exploitation des donn es de d formation de la Soufri re de Guadeloupe et du Piton de la Fournaise Esnoult comm pers 1997 Validation int gration des donn es Nous avons syst matiquement install sur un m me site plusieurs composantes redondantes mais ind pendantes du point de vue instrumental Ceci nous a permis de valider nos observations en estimant une erreur globale sur la mesure et parfois d tablir de mani re sure le dysfonctionnement d un capteur Ces m mes donn es pourraient tre exploit es pour tudier les effets de site propagation de londe thermom canique mar e terrestre Sur les mesures pr cises
222. fr quences Li 1 57542 GHz et Le 1 22760 GHz qui sont contr l es par une horloge atomique embarqu e stable 10 13 s sur un jour Le satellite envoie plusieurs messages cod s des informations sur les orbites et l tat du satellite ph m rides et des codes pseudo al atoires code C A sur la porteuse Li et P sur Li et La contenant les donn es Ces signaux sont volontairement d grad s pour limiter la pr cision obtenue par les utilisateurs civils Un r cepteur effectue deux types de mesures pseudo distance sur les codes C A et ou P et phase sur les porteuses Li et ou La La technique de double diff rence Le positionnement statique est le mode traditionnel du GPS diff rentiel pour l tablissement de canevas ou r seaux de g od sie Il s agit d observer sur chaque station les phases sur au moins 4 satellites communs afin de calculer une position relative des bases Le traitement que nous avons utilis est la double diff rence qui permet de calculer les d phasages crois s des signaux entre deux satellites et deux r cepteurs en liminant les d calages d horloge Goad amp Mueller 1988 Dixon 1991 40 Chapitre 2 SVs Azimuth Elevation 7 32 30 0000 S 110 26 50 0000 2900 000 sep 27 1995 Min Elev 15 0 Time 12 1 24 3h45m 0 0s GDop 3D T 24 SV Elev Azim LL ec ve SS t Eis d 2 PS gt are e v ras Je KES Ko
223. fractures majeures qui sont activ es au moins en mode I ouverture serrage Les mesures d inclinaison montrent qu il existe des p riodes de d flation la suite des nu es ardentes Cela pourrait signifier que la roche a bien par endroit un comportement lastique court terme N anmoins il est n cessaire de prendre en compte les fractures qui semblent d coupler des zones en blocs La position la taille et la profondeur de celles ci joueraient un r le d terminant sur les d formations du sommet et donc sur sa stabilit L histoire du Merapi nous r v le que l difice est sans cesse remani par des explosions et la formation de nouveaux crat res il faut donc avoir conscience que la g om trie du sommet volue La source des d formations sommitales est mal connue Si l on est s r qu il existe un conduit magmatique on n en connait pas exactement le diam tre et la longueur On ne sait pas non plus si une zone de stockage superficielle est effectivement pr sente Les mod lisations effectu es n ont jamais tenu compte des fractures on connait pourtant leur influence sur le champ de d formation De Natale amp Pingue 1993 ou de la topographie v ritablement tridimensionnelle et hautement asym trique du sommet Champ lointain difice Le champ lointain des d formations est quant lui pratiquement inconnu alors que les mesures sismologiques et gravim triques semblent indiquer l existence d un r servoir magma
224. g od siques de 1986 1995 Sadjiman 1986 1995 Ces cartes n ont pas de r f rentiel et nous n en poss dons que des photocopies chelle douteuse Apr s les avoir num ris es nous les avons donc ajust es par rotation et homoth tie gr ce aux rep res GPS communs avec les rep re g od siques l ensemble des points identifi s sur le terrain et sur ces cartes ont t recal s moins de 2 m puis nous les avons interpol es 5 m Ceci a t r alis pour la carte de 1986 1991 que nous avons ensuite compl t e par la topographie des d mes de lave de 1993 et 1994 pour former 2 autres MNT Les traces en surface des fractures principales ont t num ris es partir d une carte de 1992 Sadjiman comm pers 1997 La num risation de cartes topographiques prend du temps mais elle permet d obtenir de bien meilleurs r sultats que les MNT calcul s partir d images satellitaires qui sont de plus relativement on reux l avenir la num risation compl te de la carte r gionale quelques semaines de travail int gr e aux cartes sommitales permettra de produire un MNT complet du Merapi Mod lisation 129 4 2 Mod lisation du champ de d formation lointain 4 2 1 Introduction Pour tenter de d terminer la source de d formation l chelle de l difice nous avons limit notre tude la p riode novembre 1996 mars 1997 pour laquelle nous disposons de deux types de donn es compl tes et i
225. g System Le syst me de navigation par satellite GPS fournit en temps r el la position absolue d un r cepteur la surface de la terre et ce quelques dizaines de m tres pr s En g od sie pour plus de pr cision on utilise plut t les mesures diff rentielles qui mettent en jeu au moins deux r cepteurs en enregistrement simultan pendant plusieurs heures et utilisent la mesure de phase Les satellites voir Figure 1 11 mettent des signaux sur deux bandes de fr quences enregistr s par les r cepteurs mono ou bifr quence install s sur des rep res au sol Par traitement post mission on calcule les d phasages crois s des signaux entre deux satellites et deux r cepteurs puis par trilat ration le vecteur tridimensionnel entre les deux r cepteurs en coordonn es g ocentriques ligne de base La pr cision d pend de la g om trie de la constellation de satellites au dessus du point de mesure mais aussi de la connaissance des orbites des perturbations ionosph riques pour les bases D 15 km fortement att nu es par les r cepteurs bifr quences et troposph riques m t o locale et des calculs effectu s On estime l erreur globale sur les composantes horizontales environ 2 mm 10 6 10 8 D Botton et al 1997 et environ le triple pour la composante verticale Les lignes de base sont ensuite compens es sur tout le r seau comme en g od sie classique pour d terminer la position des rep res dans l espace
226. galement appara tre dans le signal clinom trique corrig L intervalle de temps tudi ici a t choisi parce que repr sentant visiblement une p riode calme pendant laquelle il n y a pratiquement pas eu d effets clinom triques autres que ceux de la temp rature Sur le reste de nos donn es le signal r siduel apr s correction est g n ralement assez fort en amplitude montrant des variations d inclinaison qui masquent compl tement les effets de la mar e La correction de ce signal n est donc pas n cessaire pour interpr ter nos r sultats Cependant la pr sence des effets de la mar e terrestre dans les signaux de Deles nous permet de conclure sur deux points importants le couplage des inclinom tres avec le sol est correct les instruments subissent bien les petites d formations lastiques de la Terre la m thode de correction des effets de temp rature est valid e les traitements n ont ni att nu ni d phas l onde complexe de la mar e pourtant d amplitude 10 fois inf rieure aux variations thermiques du signal brut 110 Chapitre 3 MERAPI DELES TILT TIDES EFFECTS 3 T T T T T T 25 Tilt CH379 Original 2F Tilt CH379 Corrected 15 Theoretical Earth Tide 1 H S 0 5 F 7 OR sise 3 APE 0 5 F P al 1 U y g all a AA 2 L L 14 May 16 May 18 May 20 May 22 May 24 May 26 May 18 6 T T T T g TAN PX x 7 P 9 184L NA ma
227. gides disjoints lastique homog ne quelconque AG l ments fronti res Cayol 1996 Cayol amp Cornet discontinu mixtes 3D 1997 1998a b P pression o vecteur contrainte u vecteur d placement g pesanteur T temp rature 4 1 2 La m thode mixte d l ments fronti res MBEM Les l ments fronti res sont parfaitement adapt s pour mod liser des perturbations dans un milieu 3D Par rapport aux l ments finis 3D num riquement lourds g rer en raison du grand nombre d l ments et d un maillage complexe les l ments fronti res permettent de ne discr tiser que les discontinuit s surfaces et fractures libres sur lesquelles on veut calculer les d placements r servoir ou dike sur lesquels on appliquera une contrainte conditions aux fronti res du probl me Le reste du milieu n a pas besoin d tre discr tis Ainsi une modification de la structure propagation d une fracture par exemple ne n cessite qu un remaillage des fronti res concern es alors qu en l ments finis une nouvelle matrice compl te doit tre construite La m thode mixte des l ments fronti res a t d velopp e par Cayol amp Cornet 1997 Nous n en d crivons ici que les principes Elle se base sur la combinaison de deux m thodes d l ments fronti res la m thode Directe Rizzo 1967 et la m thode des Discontinuit s de D placements DD Crouch 1976 126 Chapitre 4 M thode Directe La m thode direct
228. gnal de temp rature LIP site 1 att nuation totale 402 jours et sur l onde 24 h en pourcentage du rapport des carts types Inclinom tre D phasage avec la Att nuation totale Att nuation diurne temp rature site 1 402 jours 24 h Tangentiel CH379 site 1 1h00 30 8 57 0 Tangentiel CH427 site 3 4h 20 1 196 42 496 Radial CH376 site 2 7h 30 11 7 27 0 Radial CHA29 site 3 6h50 0 596 37 3 Traitement et validation des donn es 107 MERAPI DELES TILT TEMPERATURE CORRECTION No OF 40 Delay 6 samples Attenuation Total 30 8 24h 57 0 Tan CH379 urad Tan CH427 eu Delay 26 samples Attenuation Total 7 1 24h 42 4 do 85 Rad CH376 urad 100 Delay 45 samples Attenuation Total 11 7 24h 27 0 220 T TT T T T 225 Rad CH429 urad ho QW Delay 41 samples Attenuation Total 0 5 24h 37 3 Jan 97 Mar 97 May 97 Jul 97 Sep 97 Nov 97 Figure 3 7 Correction des effets de temp rature sur les 4 composantes clinom triques de Deles de novembre 1996 d cembre 1997 En fonc le signal brut et en clair le signal corrig Pour chaque calcul sont donn s le d phasage en nombre d chantillon 10 minutes l att nuation totale et l att nuation sur l onde 24 h en du rapport des carts types Les signaux du CH379 et CH429
229. gnal pseudo p riodique d angle a t modul par le signal physique mesur s t avec un facteur de calibration constant amp exprim en Hertz par unit physique Ona f t sin a t o 9a t ot 2nas t a t 2na s t dt 188 Annexe On peut montrer simplement Rasson 1978 que le nombre entier n de passages par z ro avec d riv e positive par exemple flanc montant compt s pendant un intervalle de temps T v rifie l in galit n 1 o s t dt lt n 1 Le contenu du compteur est donc image parfaite au facteur de calibration pr s de l int grale d finie de s t sur l intervalle de mesure c est pourquoi l on parle d int gration continue En divisant ce r sultat par aT T est le temps d int gration on a la moyenne de s t sur l intervalle T Une caract ristique tr s int ressante est que l erreur sur cette moyenne est absolue et vaut une unit de compteur c est dire 1 lt aT L erreur relative sera donc d autant plus petite que n sera grand et donc que la fr quence du signal f t sera lev e et que l intervalle de mesure T sera grand On peut calculer cette erreur relative dans le cas d un signal s t so constant sur l intervalle T Le signal modul f sin 270507 est donc de fr quence constante n 08 fo 27 et l erreur relative vaut 1 1 lt gt So 057 HT avec fo en Hertz si T est en seconde La Figure A
230. gy Technical Research Center VTRC en d cembre 1997 Les diverses collaborations internationales France USA Japon Allemagne ont fait du Merapi lun des volcans les mieux surveill s au monde Si les publications scientifiques sont encore peu nombreuses lheure o j cris ces lignes un num ro sp cial Merapi du Journal of Volcanological and Geothermal Research JVGR est sous presse les observations en revanche sont faites par un large spectre de m thodes depuis plusieurs dizaines d ann es Le Merapi a t en France le sujet de 6 th ses universitaires qui traitent respectivement des aspects p trologiques g ochimiques g ologiques sismologiques gravim triques g ographiques Kerinec Le Merapi volcan actif d arc insulaire Java Orsay 1982 I Bahar Contribution la connaissance du volcanisme indon sien le Merapi Centre Java cadre structural p trologie g ochimie et implications volcanologiques Montpellier 1984 P C Berthommier tude volcanologique du Merapi Centre Java t phrostratigraphie et chronologie produits ruptifs Clermont Ferrand II 1990 A Ratdomopurbo tude sismologique du volcan Merapi et formation du d me de 1994 Grenoble I 1995 P Jousset Microgravim trie et gravim trie en volcanologie m thodologie et application au volcan Merapi Java Indon sie Paris VII 1996 Lavigne Les lahars
231. h rique la temp rature s che et l humidit relative ont t mesur es en chaque point au cours de toutes les sessions L un des capteurs d humidit est tomb en panne en d but de mission le seul capteur valide a donc t utilis pr f rentiellement aux points de r f rence poste d observation o les mesures prises sous abris sont plus fiables La Figure 2 17 pr sente l ensemble des mesures de la campagne 1997 r duites l altitude de 3000 m et superpos es sur une seule journ e en heure locale On remarque nettement londe semidiurne sur la pression et londe diurne sur la temp rature L humidit relative pr sente des variations anticorr l es avec la temp rature s che et la temp rature humide est ainsi stable et peu bruit e ce qui est garant d une bonne coh rence des mesures Les mesures de terrain ont donc t moyenn es pour chaque point et chaque session r duites au niveau de la mer puis moyenn es entre points Les formules inverses sont ensuite appliqu es en chaque point Mesures instrumentales 59 pour revenir l altitude d origine puis nous calculons la temp rature humide et injectons ces param tres dans le programme GPSWIN Les hauteurs d antenne et param tres m t os utilis s sont synth tis es au Tableau 2 8 Tableau 2 8 Synth se des sessions de mesure GPS 1997 jour heures de d but et fin approximatives pour moyennes m t o hauteurs d antenne r elles donn es m t o mesur
232. have been interpolated Jousset 1996 Also detailed analysis of this DEM has revealed locally errors in the order of a few hundred meters on the flank of some valleys because of oblique sun light when the images were taken This is particularly noticeable in the vicinity of the tilt station These errors may result in false computation for tilt direction and amplitude Consequently this area has been replaced by a more accurate digitized topography map US Army 1 50000 1964 Moreover this detailed map helped to locate the tilt station very precisely 10 meters i e within an error consistent with the spatial resolution on tilt data The surface is meshed by a series of imbricated square grids centered on the tilt station location The point density of the mesh decreases while going away from the center area Elements are constituted by triangles of the Delaunay type and the smallest are 20 m large see Figure 5a The validity of this mesh was controlled a posteriori by examining results obtained with the final source model see below Figure 5b shows the relative tilt variations along 500 meter long cross sections oriented both in radial and tangential directions It 1s seen that tilting is very dependant on topography but does not exceed 1 urad on adjacent elements at the tilt station Shallow Magma Chamber A first magma chamber model at Merapi has been proposed by Ratdomopurbo 1995 after the observation of an aseismic domain locate
233. her qu un bifr quence alors qu il apporte th oriquement la m me pr cision sur un petit r seau tudes pr liminaires choix des techniques et sites 35 En outre un projet de mesures gravim triques sur le Merapi a t entrepris en 1993 Philippe JOUSSET et Michel DIAMENT IPGP et nous avons d cid conjointement de r aliser nos mesure aux m mes emplacements et de toujours coupler les campagnes GPS avec la gravim trie et la g od sie AEMD offrant la coh rence indispensable des mesures Surveillance des fractures sommitales D apr s les mesures r alis es par le MVO sur certaines fractures on sait que les dislocations sont de l ordre de quelques centim tres en cas d extrusion de d me Les extensom tres c ble les plus simples pr cision d une fraction de mm sont donc tout fait adapt s et seront install s sur toutes les fractures majeures connues Mesures d inclinaison au sommet Le r seau MVO USGS tant d j assez fourni nous n avons pas cherch en implanter un nouveau mais le compl ter par une station unique proche d un point g od sique La dynamique de mesure devra tre assez grande plusieurs centaines de urad et une grande pr cision n est pas n cessaire Mesure d inclinaison sur le flanc Ne poss dant pas de mod le de d formation en champ lointain nous ne connaissons pas l ordre de grandeur des inclinaisons attendues sur les flancs du volcan mais on la suppose faible sur un volcan
234. hoisi ici gal 20 conform ment aux conseils de Duquesnoy comm pers 1994 avant d tre introduits comme erreurs a priori 44 Chapitre 2 dans le programme d ajustement Nous verrons au Chapitre 3 que l amplitude des erreurs a posteriori sur les positions est en fait contrainte essentiellement par la compensation du r seau 2 1 4 Prise en compte des effets troposph riques m t o locale La troposph re est la couche basse de l atmosph re qui est en contact avec le sol et dont l paisseur varie de 8 km aux p les 17 km l quateur Le retard troposph rique sur les ondes GPS est de 2 30 m tres si le satellite est au z nith et peut atteindre 30 m tres pour une l vation angle z nithal de 5 Il d pend de la pression et donc indirectement de la temp rature et de l humidit ainsi que de l l vation du satellite Les programmes GPS peuvent approximer ce retard au moyen d un mod le tel que celui de Goad and Goodman 1972 En positionnement relatif cet effet est souvent n gligeable mais il devient important d s que les lignes de base sont longues ou que les d nivel es sont fortes Botton et al 1997 estiment qu une erreur de 1 mm sur les r sultats GPS pour une base de 5 km peut tre cr e par des erreurs de mesure de seulement 0 2 mb sur la pression de 0 1 C sur la temp rature s che ou de 0 05 C sur la temp rature humide soit suivant la relation temp rature pression environ 0 5 d humidit re
235. i hn a yn xxxmmdd xyy b or e time string begin and or end at a specific time If begin time is less than end time only data between the two times will be imported on the contrary data will be excluded The complete time string format is YYMMDDHHNNSSsss year month day hour minute second and millisecond or the data index if there is no time reference The end of the string can be stopped anywhere r center time reference minus acquisition period 2 nt exclude data with recovered time reference tt true time avoid automatic continuous time restore shot data will be exported as integer shots 0 to 99999 use this option to simulate original DAS data files for example after decimation About text header The text header contains order has no importance DATE date an time of creation PROG complete line command when calling mdasgr INFO copy of information from original file header use option xi to exclude it from exported files TITL copy of title from calibration file or original file header SHOT data are original DAS shots must correct over scale SAMP time sampling CHAN time and data format including channel names and units with this text header can be loaded by mdasgr without option i 4 DATA CALIBRATION c calib file name of the file which contains all calibration parameters and other data information TITLE text text line
236. ibration des deux inclinom tres CH379 tangentiel et CH380 radial de deux sondes de temp rature et du syst me d acquisition uDAS avec Michel DEJEAN et MISWANTO D gagement d un nouvel emplacement et mise en place d une dalle de ciment avec Frangois CORNET Changement d emplacement des deux inclinom tres et de la sonde de temp rature avec PURBO Nouvelle calibration Installation et calibration de l inclinom tre CH376 radial avec MADE Rep rage et pr paration du nouveau site avec Jocelyn GUILBERT d gagement de la coul e de lave et fixation des plaques de r glage Transfert des donn es de l ancienne station Installation de la nouvelle station B avec Jocelyn GUILBERT et MADE r glages et soudure de la silice des inclinom tres CH427 tangentiel et CH428 radial Connections au DAS MDB Probl me de masse Recentrage des inclinom tres radiaux CH380 site 1 et CH428 site 3 avec Jocelyn GUILBERT V rification et recentrage des inclinom tres CH379 et CH380 site 1 Probl me sur le signal du radial CH428 site 3 avec Jocelyn GUILBERT Claude COURTEILLE et Michel DEJEAN Remplacement du radial CH428 par CH429 sur le site soud Changement de l lectronique VtoF et recentrage du radial CH376 site 2 avec Jocelyn GUILBERT Claude COURTEILLE et Michel DEJEAN V rification des capteurs du site 1 Remise en tat des connexions des sites 1 et 3 avec T SELIGMANN Fiches techniques 225 B 4 St
237. ice hall Inc New Jersey 1972 McTigue D F and P Segall Displacements and tilts from faults and magma chambers beneath irregular surface topography Geophys Res Lett 15 601 604 1988 McTigue D F and R S Stein Topographic amplification of tectonic displacement implications for geodetic measurement of strain changes J Geophys Res 89 1123 1131 1984 McTigue D F Elastic stress and deformation near a finite spherical magma body resolution of the point source paradox J Geophys Res 92 12 931 12 940 1987 Minakami T T Miyazaki and I Surjo Topographical change in the area near the summit crater of Mt Merapi and its geothermal survey Bull Earthq Res Inst A7 951 967 1969 Mindlin R D and D H Cheng Nuclei of strain in the semi infinite solid J Appl Phys 21 926 930 1950 Mogi K Relations between the eruptions of various volcanoes and the deformations of the ground surfaces around them Bull Earthq Res Inst 36 99 134 1958 Mortensen C E and D G Hopkins Tiltmeter measurements in Long Valley Caldera California J Geophys Res 92 13767 13776 1987 Murray J B and A D Pullen Three dimensional model of the feeder conduit of the 1983 eruption of Mt Etna volcano from ground deformation measurement Bull PIRPSEV 103 1985 Neumann Van Padang M Catalogue of the active volcanoes of hte world including solfatara fields Part 1 Indonesia International Volcanological Asso
238. ides a means to measure the real tilting of a 30 by 10 meter area at the site and more importantly to estimate an error on the tilt measurement Short term variations with periods less than a week are not consistent within a range of 1 urad This suggests that site effects on tilts are less than this value No significant signal is observed at the date of eruption The observed tangential 11 1 0 7 urad and radial 0 9 0 4 urad averaged tilts and standard deviations indicate a global tilting on site of 11 1 0 4 urad in the N60E 2 direction The tilt varies continuously in time but not linearly as shown by the inset plot in Figure 4 134 Chapitre 4 3D Elastic Modelling The first objective of modelling is to locate the deflation or inflation source and to determine the associated magma volume variation that fits best the data Data consist of four relative displacements 4 times 3 components and one tilt variation 2 components i e only 14 data Given the values of observed tilts and displacements and given the anticipated geometry location and loading conditions of the source an elastic solution has been searched for As shown by Dvorak and Dzurisin 1997 elastic modelling on active volcanoes for describing surface displacements has been validated in many cases Forward Problem Topography Effects Importance of a 3D model Mt Merapi with its 2964 m altitude and its average slopes of 30 which re
239. ier les frottements et de les relier au champ de d placement Nous ne pouvons ce stade que d terminer la relation adimensionnelle entre les variations de cisaillement et le nombre de s ismes MP AG 10 8 Nue 1 4 104 b 5 ce qui ne pr sente pas grand int r t La loi rh ologique d un fluide Newtonien en coulement laminaire dans un conduit coulement de Poiseuille peut tre d crite d un point de vue th orique La contrainte de cisaillement vertical est gale au gradient radial de vitesse sur la paroi e 19 Lp 5 6 r a or 2 J oz Discussion 177 cest dire le gradient de pression vertical int gr sur le rayon du conduit notations vues au Chapitre 4 Pour un fluide incompressible la loi de conservation de la masse nous indique que ce gradient de pression est constant et est donc gal la diff rence de pression aux extr mit s du conduit divis e par sa longueur Les variations de cisaillement vertical calcul es partir de nos mesures de d formations nous permettent donc de d crire indirectement la vitesse d coulement du magma dans le conduit Normalized TU Wall Shear Stress 10 Number of Multiphase Seisms 10 w T L 2r 4 1995 1996 1997 x10 Normalized Wall Shear Stress N 5 L5 0 5 0 5 15 0 0 5 1 1 5 2 2 5 3 3 5 4 x 10 Number of Multiphase Seisms Figure 5 4 Relation entre la variation de
240. ignals Tables Figures 4 3 Mod lisation du champ de d formation proche 151 4 3 1 Introduction 151 Ph nom nologie Donn es disponibles 4 3 2 Effets du poids du d me 1993 1994 152 4 3 3 Pression et frottement vertical dans le conduit 1993 1997 154 Maillage de la topographie du conduit et des fractures Calcul avec une structure sans fracture Calcul avec fracture Gendol Calcul avec deux fractures Gendol et Lava 56 Calcul avec 2096 Gendol et Lava 56 Calcul avec trois fractures Gendol 30 Lava 56 et Dome 1 Inversion des param tres P et t partir des mesures GPS 4 3 4 Conclusions sur la mod lisation au sommet 170 5 DISCUSSION 171 5 1 Ph nom nes profonds 171 5 1 1 Vitesse et flux de masse du magma 171 5 1 2 Estimation du volume des avalanches 172 Volume des d p ts Relation d me avalanches 5 2 Ph nom nes superficiels 175 5 2 1 Variations de pression dans le conduit 175 5 2 2 Cisaillement vertical et s ismes multiphases 176 xi CONCLUSION G N RALE 179 Mesures instrumentales Traitement des donn es Validation int gration des donn es Mod lisation Structures et comportement m canique du Merapi et de quelques param tres magmatiques Perspectives ANNEXE A MATERIELS ET LO GICIELS 183 A 1 Inclinom tres type Compact Blum 183 A 1 1 Caract ristiques techniques 183 4 1 2 Calibration en laboratoire 184 2 Le syst me d acquisition uDAS 187 A 2 1 Principe 187 L
241. init de part et d autre des liens entre les disques La proc dure suivre est d crite au paragraphe 2 Remarques importantes 1 Toujours quitter les programmes en cours et teindre l ordinateur Fnt ON avant d installer ou de retirer la carte flash sous risque de provoquer la perte des donn es 2 Toujours quitter les programmes en cours et teindre l ordinateur avant d installer de nouvelles piles 3 En cas de blocage de l ordinateur et si la r initialisation chaud CTRL ALT SUP n est pas efficace retirer les piles principales puis la pile auxiliaire Les fichiers ventuellement pr sents sur le disque virtuel C sont perdus Replacer d abord les piles principales AA dans le bon sens puis la pile auxiliaire symbole orient vers le bas B 2 2 Proc dure d exploitation des stations Nomenclature Les DAS sont d nomm s par trois caract res Volcan Station Num ro Actuellement les 2 stations du Merapi ont les configurations suivantes d cembre 1997 Deles 2 microdas MDA et MDB 120 secondes heure locale 70 jours d autonomie Babadan 2 microdas MBA et MBB 60 secondes heure GMT 35 jours d autonomie Pr paratifs Mat riel emmener sur le terrain le HP son c ble s rie et 2 piles LR6 alcalines neuves de rechange le carnet de terrain le multim tre boite outil et la clef de la station Fiches techniques 219 Sur le HP v rifier la pr sence du programme mdas exe sur le disque
242. inom trie 1 jour extensom trie distancem trie GPS 1 heure 1 minute Sismologie Figure 1 13 Plages temporelles des d formations pouvant tre observ es par les diff rentes techniques actuelles Les intervalles donn s sont des ordres de grandeur mais montrent bien la n cessit d une tude interdisciplinaire pour couvrir tout le spectre des ph nom nes d apr s Briole comm pers 1998 La Figure 1 13 pr sente ces techniques en fonction des plages temporelles possibles et donc des types de d formations observables L objet d une tude tant de couvrir tout le spectre des d formations moins d avoir un mod le a priori tr s robuste il faut remarquer tout d abord qu il est impossible de se passer des mesures continues Cependant celles ci ne sont pas valid es long terme plus de 10 ans en raison des d rives instrumentales difficiles estimer Les g od sies terrestre et spatiale couvrent quand elles les m mes chelles de ph nom nes Tableau 1 1 Pr sentation des techniques g od siques applicables la volcanologie en fonction des param tres physiques mesur s de la pr cision et de la couverture spatiale et temporelle permises Ces valeurs correspondent aux caract ristiques habituellement observ es avec des appareils classiques Technique Instrument Param tre mesur Dynamique Distancem trie AEMD distance 1D 50 km Th odolite angle azimutal ou z nithal Nivellement dire
243. ion 5 V rouge cellule inclinom tre VtoF bleu alimentation 5 V sauf CH376 bleu cellule inclinom tre VtoF masse jaune boucle de courant 20 mA jaune LED inclinom tre VtoF noir boucle de courant 20 mA noir LED inclinom tre VtoF rose alimentation 12 V vert alimentation VtoF bleu clair masse gris masse VtoF gris 8 uDAS MDB canal 2 blanc signal modul VtoF MER 05 gris 10 entr e VtoF MER 01 blanc sonde temp rature LM35 blanc 8 5 MDB canal 3 blanc signal modul VtoF MER 06 blanc 10 entr e carte temp rature LIP noir sonde temp rature LIP cr me 10 entr e carte temp rature LIP bleu sonde temp rature LIP orange 10 uDAS MDB canal 1 blanc signal modul VtoF MER 07 Tableau B 7 Calibration des instruments connect s au uDAS station B La sonde de temp rature LIP est install e sur le site mais n est pas connect e au uDAS MDB Instrument P riode Sensibilit VtoF Calibrations lin aires par Hz 1 Pont de r sistances MER 05 4 1395 10 4 V Hz 9 0241 V 2 Tangentiel CH427 12 848s 27 288 urad V MER 06 4 3535 10 4 V Hz 9 0554 V 1 188 102 urad Hz 247 1 urad 3 Radial CH429 8 12 s 72 222 urad V MER 10 2 1330 10 4 V Hz 8 8759 V 1 5405 107 urad Hz 641 03 urad us on Pluvo metre ORD e a A CDE M 0 5 mm coup compteur __ _ 4 Temp rature LM35 100 C V MER 01 2 123 10 4 V Hz 8 96 V 0 2123 C Hz 896 C 4 Temp rature LIP2 10 C V
244. ion de l acquisition L ajout d un dernier argument lag permet de synchroniser l horloge du wDAS avec celle du PC lag 0 avec un ventuel d calage horaire lag est gale la diff rence d horloges hypas Arc en heure Pour des raisons de s curit il n existe pas de mode accessible en ligne de commande permettant la r initialisation de la m moire sans transfert pr alable des donn es dans un fichier Les modes 1 3 une fois les op rations achev es terminent tous par le mode 0 visualisation temps r el que l on quitte par F10 ou Alt X Le mode 0 permet en outre d acc der aux commandes de transfert de donn es et de r initalisation par les touches de fonction F1 transfert des derni res donn es F2 transfert de toutes les donn es et F3 reset de la m moire apr s confirmation mais sans transfert pr alable La touche F9 permet de basculer le mode sonore bip chaque donn e recue A chaque utilisation de mdas exe un fichier log est cr m me nom que filename mais avec l extension 1o qui contient une liste de toutes les informations recueillies tat du uDAS fonctions r alis es noms des fichiers de donn es etc Les fichiers de donn es ainsi cr s contiennent une en t te explicite par mots clef en 4 lettres commen ant pas le caract re pr cisant la date et l heure du transfert la version de l EPROM la p riode d acquisition le nombre de boucle de m moire en cas de saturation le nombr
245. ion de synchronisation calcul e sur les 5 composantes et niveau de pr cipitation la station a du 5 mai au 19 juin 1997 la pluie correspond toujours un petit chelon mais l inverse n est pas vrai Signalons qu au cours de cette p riode il y a eu 2 nu es ardentes le 6 mai et le 13 juin b Le 8 mai 1997 les deux pisodes de pluie ont provoqu un signal de m me amplitude alors que la quantit d eau est tr s diff rente dans les deux cas Traitement et validation des donn es 117 3 2 4 Validation des composantes effets de site La station de Deles situ e 3 km du sommet doit permettre la mesure de petites d formations dues des effets de source profonde Il faut s assurer que les instruments ont un couplage parfait avec le sol et qu ils mesurent l inclinaison int gr e de toute la surface du site Pour valider nos mesures nous avons install sur un m me site plusieurs composantes redondantes en direction mais d coupl es lectriquement et loign es les unes des autres d une dizaine de m tres La Figure 3 15 pr sente les signaux de 4 composantes corrig s des effets de temp rature nous avons exclu le radial CH380 de novembre 1996 d cembre 1997 Les deux composantes tangentielles sites 1 et 3 distance 10 m montrent un signal tr s semblable moyen et long terme p riodes sup rieures 1 mois l cart type sur la moyenne des 2 signaux est de l ordre de 0 5 urad Les 2 composantes r
246. ique des roches Coll Manuels et M thodes BRGM 16 1988 Berger J A note on thermoelastic strains and tilts J Geophys Res 80 274 277 1975 Berthommier P C Etude volcanologique du Merapi Centre Java t phrostratigraphie et chronologie produits ruptifs Th se de Doctorat Univ B Pascal Clermont Ferrand IT 223 p 1990 R f rences 235 Berthommier P C G Camus M Condomines and P Vincent Le Merapi Centre Java lements de chronologie d un strato volcan and sitique C R Acad Sci 311 213 218 1990 Berthommier P C I Bahar G Boudon G Camus A Gourgaud J Lajoie and P M Vincent Le Merapi et ses ruptions importance des m canismes phr atomagmatiques Bull Soc G ol France 163 635 644 1992 Blake S Volcanism and the dynamics of open magma chambers Nature 289 783 785 1981 Volatile oversaturation during the evolution of silicic magma chambers as an eruption trigger J Geophys Res 89 8237 8244 1984 Blum P A et R Gaulon D tection et traitement des ondes sismiques de tr s basses fr quences Ann G ophys 27 123 140 1971 Blum P A Contribution l tude des variations de la verticale en un lieu Ann G ophys 19 215 243 1963 Bonaccorso A Dynamic inversion of ground deformation data for modelling volcanic source Geophys Res Lett 23 451 454 1996 Bonafede M Axi symmetric deformation of a thermo poro elastic half space inflation of a m
247. is diteur P Delaney referee 1 et P Segall referee 2 sous la r f rence MS JB97 0654 et est en cours de correction 130 Chapitre 4 Constraints from GPS and tilt data on the magma chamber at Merapi Volcano Java Indonesia Fran ois Beauducel and Fran ois H Cornet Institut de Physique du Globe de Paris France Abstract We study here the deformations associated with the November 1996 March 1997 eruption period at Mt Merapi Central Java one of the most active volcanoes in Indonesia This activity period includes a vertical explosion on January the 17 and an increase of the lava dome volume by about 3 106 m Two GPS campaigns have been carried out on a 6 benchmark network at the beginning and at the end of the period Relative displacements with respect to the reference point show an average subsidence of 6 5 cm A multi component tilt station has been installed on the Southeast flank 3 km from the summit During this period the station recorded a continuous signal that expresses the real tilting for a surface with a 10 by 30 m area After correction of meteorological effects the relative tilt variation is 11 1 0 7 urad in the tangential direction and 0 9 0 4 urad in the radial direction These data are interpreted using a 3D elastic model based on the mixed boundary element method and a near neighbour Monte Carlo inversion Interpretation of tilt data requires an accurate mesh for discretizing the 3D t
248. is is a solution to compute your data and or change file format very simply at DOS prompt or include long file treatment in batch files 2 GENERAL OPTIONS filename list of files to import with a single format Generic names are allowed and and will be imported in alphabetic order no option import pDAS shot data files from mdas exe program or original data of any file with the pDAS Grapher header See option i page 3 to import other files a if multiple files append them in time default is append channels 1 import in format of pDAS capture files from lterm exe program das import in format of PC DAS files coml or com2 to connect pDAS on serial port and display data in real time after 2 data received No calibration or calculation option allowed tmp use local drive and directory for temporary file default is C Use tmp drive to specify another disk drive see limitations page 8 IMPORT EXPORT FILE FORMAT OPTIONS test gives information about file format you want to import i format string specify import file format not pDAS files t format string export file without viewing graphics t by itself uses import format as export format The format string allows to define each column meaning time and data for import or export One character stands for one column year after 1970 month 01 to 12 day in month 01 to 3
249. istingue de larges zones d incoh rence o le champ de d placement n est pas interpr table 30 Chapitre 1 Les erreurs proviennent essentiellement des corrections topographiques la qualit du MNT requis d pend du param tre orbital altitude d ambiguit des effets troposph riques et de la coh rence des interf rogrammes qui autorise ou non le comptage correct des franges On d termine donc un champ de d placements dans la direction sol satellite avec une pr cision centim trique ou sub centim trique La dynamique de mesure d pend enti rement du comptage des franges si l interf rogramme est parfaitement coh rent on peut d tecter des d placements sup rieurs au m tre Le probl me principal de cette m thode est que l on ne peut pas choisir exactement la p riode d tude Les couples d images interf rom trisables ne sont pas toujours disponibles et on est donc d pendant des bases de donn es existantes Dans le meilleur des cas on peut obtenir des couples d images un jour d intervalle tandem ERS 1 ERS 2 mais plus souvent seulement 35 jours En outre il est pratiquement impossible de pr voir l avance si un site donnera de bons interf rogrammes car la coh rence d pend de l tat de surface du site tudi et de son volution dans le temps v g tation roches sol humide ou non On citera les travaux r alis s sur le s isme de Landers Massonnet et al 1993 1994 et sur l Etna
250. ith the opening of a vertical 8 km deep 3 km sided square sheet see Table 5 Displacements are very poorly fitted and we observed in the various models that displacements and tilts cannot be fitted simultaneously by a single model Since tilt data are better constrained the solution fits the tilt first It is concluded that data are incompatible with a vertical fault source 1 e if the source has a preferential orientation it is not in the vertical direction Horizontal Sheet With the same parameters the best model yields a fault in deflation 2 3 km wide and 9 km deep with a better misfit value than any of the previous models see Table 5 This solution was used as a first trial model for the inverse problem with topography Final Solution For the ellipsoidal source 3 solutions with different volumes for the chamber were computed same volume as for the spherical source a b 1731 m for horizontal axis and c 577 m for vertical axis and then volumes 8 times and 27 times smaller than that of the sphere 203 forward problems were computed with a last current model weight of 72 The best model is a deflation source with a decrease in volume equal to 10 8 2 2 106 m3 located 5 8 0 4 km deep 2 0 4 km East from the summit The minimum misfit value equals 5 3 It is higher than that for the half space model but better than that for the spherical model with topography see Table 5 There is no significant difference source
251. izing the iterative process In order to fix the first current model not too far from the final solution we consider the elastic infinite half space analytical solution which allows a fast inversion computation time of the forward problem becomes sufficiently low to explore thousands models First Model Spherical Source Surface displacements associated with a point dilatation in an elastic semi infinite space have been described by Anderson 1936 This solution has been widely used in the literature for modelling magma chamber as spherical source approximation Mogi 1958 when the mean radius of the chamber is much smaller than the depth of it a lt lt d where a is the cavity radius and d the depth McTigue 1987 showed that first order correction for a finite spherical magma body varies like 6 where a d and reaches only 1096 for 0 5 This implies that a point source is a very satisfactory approximation and that the size of the sphere has not much significance on surface deformations Mogis model inversions from deformation data are usually conducted with two parameters only depth and volume Data are assumed to represent absolute displacement and the horizontal location of the source is fixed by the centroid of displacement vectors Massonnet et al 1995 Bonaccorso 1996 Dvorak and Dzurisin 1997 In our case we have to take into account relative displacement that is we must determine also the horizontal position
252. kohama 1971 mais ce sont en fait les discontinuit s telles que des fractures qui semblent jouer un r le fondamental dans le champ de d formation Pollard et al 1983 Sassi 1986 De Natale amp Pingue 1991 1993 Celles ci amplifient ou att nuent les d placements en surface au moins autant sinon plus que la g om trie de la source La prise en compte de nombreuses discontinuit s a permis de mod liser le glissement de terrain survenu lors de l ruption du Mont St Helens par une m thode de blocs disjoints Paul 1986 Paul et al 1987 124 Chapitre 4 Sources multiples Les sources de perturbation ne sont pas uniques Sur les volcans basaltiques par exemple le magma en se frayant un chemin vers la surface peut s introduire dans un r seau complexe de fractures exer ant des pressions diff rentes sur chacune d elles et cr ant de nouvelles g om tries par fracturation Sur les volcans lave plus visqueuse les frottements du magma sur les parois du conduit provoquent des d formations importantes reli es aux variations de flux de sortie du magma La fragmentation d pressurisation du magma entra nant son d gazage progressif lors de son ascension suscite galement de fortes pressions dans le conduit En outre la pr sence d un d me de lave induit une surpression dans le conduit magmatique reli e la densit et la hauteur de ce d me Tous ces ph nom nes viennent s ajouter aux variations de pression da
253. kurajima volcano in a 290 m deep borehole shihara 1990 On the Merapi Minakami et al 1969 showed that the temperature at a depth of 1 m is almost free from diurnal variations within a range 1 C Further the flanks of Merapi are covered on large area by a compact and massive rock identified as a 5000 years old pyroxene andesitic lava flow with a thickness that reaches 200 meters at some places Berthommier 1990 In a few locations a few meters of young pyroclastic flows cap this rock see Figure 1 This soil layer constitutes an isolator as compared with the higher thermo conductive massive rock On the interface horizontal temperature gradient is locally almost equal to zero and thermo mechanical effects are strongly reduced by the soil layer We chose an accessible location 3 km from the summit on the Southeast flank for installing the tilt station and the DEL1 GPS benchmark At this location the soil layer thickness is equal to about one meter and tiltmeters have been installed directly on the basement rock i e at 1 m depth Instrumentation 5 tiltmeters have been installed at 3 different sites distant from each other by about 10 meters three radial components oriented toward the summit in the N30W direction and two Mod lisation 133 tangential components 90 anti clockwise oriented N120W The tiltmeters are horizontal pendulums made of monolithic silica based on the Z llner pendulum principle Blum 1963 This
254. l depuis plusieurs dizaines d ann es ce qui nous permet de supposer la pr sence d un unique conduit plus ou moins centr dans le fond du crat re Le volume et la g om trie de ce d me varient dans le temps d une part cause d un flux de masse tr s variable et d autre part en raison des croulements gravitaires continuels des explosions et missions de nu es ardentes qui d placent une part importante de la masse vers les flancs du volcan Deux types de mat riaux sont donc mis en jeu 1 la lave chaude et visqueuse se comportant comme un fluide en mouvement densit et viscosit u et 2 l encaissant froid et fractur se comportant comme un solide lastique quasi statique densit et module d Young G La structure de l encaissant est constitu e d une topographie complexe fractures crat re profond et ouvert et d un conduit vertical approch par un cylindre de rayon a Suivant toutes ces hypoth ses les diff rentes sources de d formations consid rer sont voir Figure 4 2 une pression appliqu e sur le fond et les bords du crat re d pendant de la hauteur h de lave en chaque point P h pa g h une pression dans le conduit appliqu e sur ses parois d pendant de la surpression dans la chambre profonde du d gazage du magma et quilibr e par les variations de hauteur du d me au dessus du conduit Amas P pa g hmax une contrainte de cisaillement due aux frot
255. l frequency 3rd order polynome and sensor names cg calib file calibrates data in geophysical units uses only the general factor and sensor names 5 DATA CALCULATION OPTIONS nan or nan x unvalid data will be replaced by Not A Number value x which will be ignored in graphics and calculations and used to export x columns see format string If this option is not specified any unvalid data will exclude the entire line all channel vm N max and vn lt N gt lt min gt unvalid data of channel lt N gt outside max and or min values before calibration if any To apply on all channels use vm lt max gt and vn lt min gt x lt N gt lt noise gt unvalid data if difference between 2 data on channel lt N gt is more than lt noise gt value Ex xB 50 d lt n gt decimation extract a mean value computed on n data For DAS shot data it computes the sum and not the average ed n extract one data every n data under sampling do correct all channels from an offset dl correct all channels from a XY linear regression dd or dd n compute the approximate derivative of data or the difference between 2 data spaced by n all channels compute the cumulative sum for all channels df n apply a low pass filter by shifted average on n data f formula create a new channel which is an arithmetic formula of data se
256. l instrumentation de terrain et pour m avoir impliqu dans certains de leurs projets en g nie civil au risque de se voir transform s en gargouille de la Cath drale de Beauvais Le Laboratoire d lectronique m a permis de r aliser des stations de mesures robustes et fiables dans de tr s bonnes conditions Un grand merci Ren et Jean V rhille Daniel Br fort Bernard Bert et surtout Claude Courteille et Albert Omont pour leur aide indispensable lors de la pr paration de mes missions De pr cieux conseils techniques m ont t apport es galement par J r me Ammann et Christophe Dubegny et aussi Jean Marc Delinte et Andr Somerhausen de l ORB Je n oublierai pas les aides permanentes re ues du personnel admnistratif du D partement de Sismologie Alain Simonin Anne France Seyer Martine Grelot Lisette Philog ne Sophie Gozlan et Jos Romer et les indispensables magiciens de l informatique UNIX Jean R my Alex Nercessian Genevi ve Moguilny et Gwenola Guiveneux Merci aussi Patrice Dandrieux et Bernard Thiel qui ont num ris quelques une de mes diapos du Merapi pour le site WEB de l IPG et pour permettre d agr menter le pr sent document Val rie Cayol et J r me David ont relu attentivement tout ou partie de ce manuscrit Merci du temps qu ils ont consacr redonner un peu de rigueur ma plume qui a tendance quelques fois d raper Le th oricien g nial L Boltzmann conseillait juste titre de
257. la chambre d passe la pression exerc e par le poids le magma est extrud ou le d me explose Les variations de volume du d me nous permettent d estimer indirectement les variations de sa hauteur et donc sa contribution ce ph nom ne Nous avons repr sent la Figure 5 3 le r sultat de notre inversion des donn es GPS variations de pression normalis e et les variations observ es du volume du d me Il n y a pas de corr lation entre les variations de ces deux param tres m me au premier ordre En revanche les variations de pression calcul es sont compatibles avec les variations du nombre de s ismes VTA sur la m me p riode Rappelons que ces s ismes sont de type cisaillant et sont interpr t s par les sismologues comme tant reli s des variations de pression dans l difice qui entrainent des r ajustement de contraintes sur des failles pr existantes voir Chapitre 1 Normalized Pressure 4 4 10 1995 1996 1997 A _ Dome Volume J 109 m OL J 2 1 1 1995 1996 1997 6 T T T Number of VTA Seisms 1995 1996 1997 Figure 5 3 Relation entre la variation de pression calcul e sur les parois du conduit normalis e par le module d lasticit la variation de volume du d me en m et la variation du nombre de s ismes VTA entre 1993 et 1997 Le fait qu il n y ait pas de corr lation entre la pression calcul e et le volume du d me peut tre expliqu par
258. lanter le tr pied au dessus du point les 3 pieds quidistants et pas trop cart s et r gler la hauteur des pieds proche de leur maximum de fa on ce que le fil plomb soit moins d un centim tre du rep re GPS et l embase peu pr s horizontal Veiller bien enfoncer les 3 pieds et bien serrer les vis de hauteur d faut d tre enfonc s dans la terre les pieds doivent tre pos s sur des rochers stables c R gler la bulle de l embase puis le translater pour que le plomb soit parfaitement au dessus du point Renouveler c jusqu ce que la bulle soit centr e et le plomb en bonne position Si le vent g ne cette op ration r gler la bulle de l embase et noter sur la fiche de terrain le d centrage orient pendant ou en fin de mesure lorsque le vent le permettra d Fixer le plateau sur l antenne puis le c ble coaxial vis serr e fond puis l embase et fixer le tout sur l embase en tournant la cl d un demi tour Orienter l antenne avec la fl che vers le nord 10 et serrer la vis 208 Annexe B e Mesurer la hauteur d antenne avec le r cepteur 116 un m tre sp cial se fixe l antenne et indique directement la bonne valeur laquelle il faut ajouter 45 cm il est pr f rable de noter sur la fiche de terrain valeur 45 plut t que le r sultat Avec le r cepteur 22 le m tre fourni ne correspond pas au mod le d antenne attention il est coup 46 6 cm il faut donc mesure
259. large enough to conclude that our reference point also moved Thus these observed displacements are not absolute but relative displacements High Precision Tilt Station Methodology The quality of a tilt station is defined by four characteristics which are in order of importance 1 coupling of the instrument with the ground 2 small or negligible non volcanic deformation on the site i e thermal and rainfall effects 3 high sensitivity and high precision of the instrument itself and 4 continuity and high resolution of numerical data recording Concerning the coupling characteristics the aim is to measure tilt variations which are representative of the motion of a large surface on the edifice But tiltmeters except water tubes measure tilt variations on a surface area which is usually less than 1 m2 In order to extend this surface to a few tens of m a solution is to install several tilt components at different locations see Figure 3 In order to be validated all components oriented in the same direction must give the same signal If this is true we know that no instrumental effects like drift has polluted the signals The second important quality of a tilt station 1s linked to the reduction of meteorological effects on the ground like temperature and rainfall This problem has been widely studied in the literature and the best but expensive solution 1s to bury the instruments as deep as possible as was done e g at Sa
260. lation n est pas toujours pr sente il y a par moment des chelons sans nu es et inversement Le 23 novembre 1995 environ 10 nu es ardentes ont t mises au sommet Les 2 inclinom tres montrent des variations importantes quelques heures auparavant que la fonction de synchronisation r v le par un signal caract ristique environ 2 heures avant les premi res nu es Ne disposant pas de donn es pluviom triques l poque nous avons cherch approfondir cette analyse partir de l ensemble des donn es sismiques du MVO en recherchant les occurrences 10 minutes pr s pas d chantillonnage des inclinom tres Nous avons trouv deux types de corr lation non syst matiques l une avec les nu es et l autre avec certaines avalanches de lave guguran En revanche nous n avons jamais trouv de corr lation avec les autres types de s ismes MP VT LF Deuxi me analyse corr lations avec la pluie et les nu es ardentes Les deux figures suivantes pr sentent les corr lations entre les inclinom tres la pluviom trie de la station allemande Kendil install e d but 1996 environ 1 km l ouest de Deles et les nu es ardentes r pertori es par le MVO Figure 3 12 il a plu environ 100 mm ce jour l et cela a commenc clairement avant l mission des nu es au sommet Le niveau de pluie Kendil est parfaitement corr l e avec le signal clinom trique Or le sismom tre install Deles n a signal de la
261. lative Pour corriger en partie les effets troposph riques ces auteurs proposent une strat gie d observation m t o on mesure ces param tres sur chaque point au cours de toutes les sessions de mesure toutes les 15 ou 30 minutes afin de d terminer un mod le local Les campagnes GPS 1993 1995 ont t r alis es sans mesure de param tres m t o sur le terrain Les traitements ont t difficiles voire impossibles pour les longues bases et en particulier pour le rattachement avec notre point de r f rence Ceci nous a conduit faire voluer le r seau et la strat gie de mesure pour les missions de 1996 et 1997 Nous avons conclu que l usage de r cepteurs monofr quence pour des bases pr sentant de fortes diff rences d altitudes exigeait deux pr cautions la mesure des param tres m t orologiques locaux pression temp rature et humidit en chaque point du r seau et de fa on suffisamment continue pour pouvoir d tecter les variations journali res afin de corriger en partie les effets troposph riques les r p titions et fermetures d un maximum de lignes de base en tenant compte des possibilit s logistiques notamment avec plusieurs points de r f rence lointains afin d estimer correctement l erreur sur les positions lors de l ajustement du r seau D s la campagne de 1996 nous avons donc fait l acquisition d appareils de mesure m t o adapt s au terrain portables r sistants la p
262. le characters Sensor name characters Sensor unit characters CrROHFOFOWEE To visualize or export data files your hard disk free space or drive specified by option tmp must be aproximatively equal to the total size of all input files in order to create a temporary binary file To compute formula on data you will need the double Only data filtering options dd and df Alt D and Alt T menu use dynamic memory allocation B 1 ANNEXE B B Fiches techniques B 1 1 Mat riel n cessaire la m moire RAM les EPROM et quelques accessoires Un set complet comprend 1 boitier r cepteur NR101 RAM 2 Mb pour le 116 et 0 5 Mb pour le 22 Strat gie de mesure du r seau GPS Merapi Les quipes indon siennes poss dent deux r cepteurs de type monofr quence SERCEL NRI01 l un appartient au VSI r f 116 accessoires A et l autre au GRDC r f 22 accessoires B Quelques diff rences existent entre ces 2 r cepteurs et seront signal es ci apr s 2 batteries portables autonomie env 6 heures charger pendant 16 heures 0 4 A 1 chargeur secteur diff rent pour les 2 r cepteurs 1 antenne plateau embase vis 1 syst me de mesure de hauteur d antenne diff rent pour les 2 r cepteurs 2 c bles d antenne TNC 20 m tres et 5 m tres 1 c ble d alimentation externe pour batterie 12 V 1 c ble de liaison RS232 1 fil plomb 1 thermohygrom tre HANNA HI9364 pile 9V de remplacement 1 altim
263. le calcul h Les trois composantes du vecteur de base sont affich es en coordonn es g ocentriques et toutes les tapes du calcul sont reprises dans un fichier nomm x 1 txt pour la base 1 dans lequel on trouvera galement la matrice de corr lation des r sultats Programme d ajustement AG3D Ce programme ag3d exe a t d velopp par Ruegg amp Bougault 1992 et permet l ajustement de tous les vecteur 3D r sultats du calcul GPS par la m thode des moindres carr s afin de d terminer les positions les plus probables de chaque point du r seau Il est r dig en Fran ais Les fichiers suivants doivent tre pr sents dans le r pertoire de travail prj Fichier PROJET param tres de l ellipsoide de r f rence WGS84 les r sultats seront en coordonn es UTM merapi94 sta Fichier STATION coordonn es des points du r seau rep re g ocentrique et erreurs a priori issues des r sultats de 1994 on propose de prendre 0 0001 m d erreur pour le point de r f rence JRAO et 0 1000 m pour les autres points dont on cherche les coordonn es merapi96 dat Fichier DATA cr er partir des r sultats de GPSWin contenant la liste des composantes vectorielles des bases mesur es et erreurs au format suivant nn cpl cp2 dd err 0 0 avec nn 12 pour dX 13 pour dY et 14 pour dZ cpl et codes des points 1 et 2 constituants la base dd composante dX dY ou dZ et err l erreur suresti
264. le horizontal semble tre d Perrot C R A S de 1862 et sa premi re r alisation Z llner en 1869 Le pendule suspendu par 2 fils pour viter les frottements solides est mobile autour de son axe de rotation et a une position d quilibre dans le plan vertical de son axe voir Figure 2 24 Si la verticale se d place par rapport au sol donc par rapport l axe li au sol ce plan vertical tourne sous l effet de la gravit entrainant dans son mouvement le pendule La rotation de ce dernier est d autant plus grande que l inclinaison 0 de l axe sur la verticale est petite L tude compl te des mouvements propres du pendule de Z llner est assez complexe car le pendule a de nombreux degr s de libert Jobert 1959 En premi re approximation on peut consid rer que si le sol s incline d un angle dans la direction perpendiculaire au plan d quilibre la partie pendulaire subit une rotation d un angle D avec une amplification donn e par la relation n 8 T KT 2 8 Qa Ar ou g est l acc l ration de la pesanteur la longueur r duite de la partie pendulaire et T est la Mesures instrumentales 71 p riode propre d oscillation du pendule Si la d tection se fait par une mesure de d placement d une distance D de l axe de rotation l amplification m canique est alors donn e par d L DKT 2 9 a L amplification des inclinaisons est donc consid rable et surtout elle peut tre choisie dans une tr s
265. ll affect imported data Then following calculations can be applied temporarly returning to imported data will be possible after graphics correction from offset do or linear regression dl filter by moving average df differences dd or cumulative sum Only for DAS data files specific computations are applied automatically overscale corrections see m and several parameters will be used in calibration e cf C Visualize Graphics First graphic display will have default configuration which is each channel Mat riels et logiciels 199 on a different axis versus time This can be defined by several options axis and line type g lw full scale fs full screen pe grid gd screen colors se and VGA mode vga Title channel names and units can be defined in the calibration file c cn and will be copied in file header at export Channel colors axis tick position and labels are automatic After the first graphic displayed a set of functions are available with keyboard and mouse see Menu page 7 D Export Data While visualize graphics displayed data can be exported at any time in a new file with any time format Filename will be automatic or defined o A special option t allows to export imported data and eventually results of calculations in a given format without display graphics Because all options file format time and data treatment can be defined in the command line th
266. luie et aux chocs l gers affichages digitaux un altim tre ALPIN EL utilis en barom tre 0 1 mb et un thermohygrom tre HANNA H193640 donnant la temp rature 0 4 C et l humidit relative 42 entre 20 et 80 et 5 aux extr mes Le r seau du Merapi ne s tendant pas sur plus de 8 km on consid re la troposph re uniforme horizontalement Les gradients verticaux moyens de pression P Triplet amp Roche 1983 et de temp rature Saastamoinen 1972 sont d finis par les formules de r duction suivantes P 1 22 557 10 6 5225 mbar 2 2 T To 0 00606 h C 2 3 o est l altitude de la station en m tres Po et To sont les m mes param tres r duits au niveau de la mer 0 Le gradient vertical moyen de temp rature dans la troposph re est de 6 5 km la valeur de 6 06 km utilis e ici semble plus r aliste pour les zones quatoriales Saastamoinen 1972 L humidit relative tant tr s variable avec l altitude cause des nuages notamment il est Mesures instrumentales 45 pr f rable de la supposer constante plut t que d introduire un gradient irr aliste Baby et al 1988 Delacourt et al 1998 La Figure 2 5 confirme bien les gradients verticaux th oriques de pression et de temp rature s che pour les donn es du Merapi environ un mois de donn es en tout apparait aussi clairement au vu de la dispersion des donn es que l application d un gradi
267. m J Bev mn record EE LESE o ton mem J Bev mn record _ a a EE LESE o ton mem j ev mn record Pe Qr SS Fiches techniques 217 B 2 Exploitation des stations u DAS Les stations instrumentales du Merapi utilisant le syst me d acquisition uDAS ne sont pas radio t l transmises l observatoire de Yogyakarta Les deux sites actuellement quip s Babadan flanc ouest station gravim trique et Deles flanc sud est station clinom trique depuis 1993 et 1995 respectivement ont avant tout une finalit recherche qui n cessite des enregistrements continus et de grande pr cision Ceci nous a incit au moins pendant une certaine p riode de test ne pas alourdir les quipements par un syst me de t l transmission en temps r el source de maintenance plus intense Les donn es sont donc stock es sur place dans un data logger et il faut r guli rement les transf rer au moyen d un ordinateur portable tous les mois environ Les portables classiques ne sont pas adapt s aux conditions de terrain transport intemp ries autonomie d nergie et nous avons l exp rience de nombreux probl mes pannes de disque dur de lecteur de disquette de port s rie d alimentation de clavier L apparition r cente sur le march de nouveaux ordina
268. m e prendre 10 fois celle indiqu e par le logiciel GPSWin i e la diagonale de la 214 Annexe B matrice de corr lation Ce fichier est cr automatiquement au moyen de l utilitaire DOS ag3dres exe lanc depuis le r pertoire GPSWIN JOBS Le programme fonctionne par it rations et indique chaque passage l erreur entre les positions a priori et les positions calcul es Voici un exemple d utilisation les entr es au clavier sont not es en gras italique et sont rep r es par des fl ches gt et le signe indique que la totalit de l affichage n a pas t reprise gt age6 exe Programme AG3D AGE Ajustement Geodesique sur Ellipsoide version 12 92 Nom du fichier EDITION merapi96 ed1 SORTIE simplifiee resultats seuls 0 simple donnees et resultats 1 complete residus ch iteration 2 1 Nom fichier projection PRJ prj Ellipsoide WGS84 6399593 625758500000000 8 209443794984000E 002 6 739496742300130E 003 Nom du fichier stations STA merapi94 sta MERAPI geocentric coordinates results 1994 Type de coordonnees a priori geocentriques 0 grades 1 degres dec 2 U T M 3 coord locales 4 nota cas coord locales la ligne apres le titre comporte les coord geocentrique du ler point point principal 9 nsta Xgeo Ygeo Zgeo 00 0 0 COORDONNEES INITIALES NO XI YI 2 2 100 2207052 325 5927754 797 826864 362 0001 0001 0001 105
269. m trie et extensom trie Installation d un nouvel extensom tre au sommet station Woro Remise en route de la station gravim trique de Babadan Pr sentation des pr c dents r sultats aux quipes indon siennes Mission 18 octobre 12 novembre 1996 Mesure et extension de 2 points suppl mentaires du r seau GPS Formation d une quipe du VSI l organisation d une campagne GPS et au traitement des donn es Maintenance de la station clinom trique de Deles Mission 10 mars 1 avril 1997 Mesure du r seau GPS imm diatement apr s l ruption du 17 janvier 1997 Maintenance des stations du sommet Mission 2 26 d cembre 1997 Participation au colloque Merapi Decade International Workshop II pr sentation orale Revue des stations de mesure de d formation install es sur le Merapi avec Michel DIAMENT nouveau coordinateur scientifique de la coop ration et le nouveau CSN Mise au point dun nouveau syst me d exploitation des stations uDAS Deles et Babadan utilisant le PC de poche HP200LX Maintenance des stations de Deles et de r ception LEAS au poste Babadan Annexe C 231 Photo C 1 Arriv e au sommet du Merapi 2964 m de la mission GPS IPGP MVO 1996 s jour pour 6 personnes de 5 nuit es air conditionn naturel sans eau ni electricit mais gaz chaud volont SO Photo C 2 Route menant la station Deles 232 Annexe C R f rences Cartographie et MNT CINCUSAPARAC J
270. m et des r cepteurs monofr quence 210 9 D et les diff rences entre chaque composante dues la m thode de trilat ration et aux sp cifit s orbitales des satellites GPS erreur maximale sur Y verticale puis sur X ouest et enfin sur Z nord On note des valeurs d un ordre de grandeur plus faibles pour l ann e 1994 probablement gr ce aux r cepteurs bifr quence Pour 1996 et 1997 on remarque que l on a r ussi diminuer l erreur sur la composante Y de fa on significative par rapport 1993 et 1995 en utilisant les corrections troposph riques En revanche le param tre b refl te le bruit de fond sur la mesure GPS Le graphe montre une augmentation quasi constante avec les ann es et aucune am lioration ni en 1994 ni en 1996 et 1997 Cette erreur est donc ind pendante du type de r cepteur ou de traitement des donn es Il est probable que cela soit d l extension progressive du r seau et par cons quent au nombre de ligne de base Sur la Figure 2 19 les erreurs sur les 3 composantes g ocentriques des 5 campagnes confondues sont repr sent es en fonction de la longueur des lignes de base La grande majorit des points de mesures du sommet se trouvent pr s de l origine moins de 500 m x 10 1 X Xcomponent Y component a Z component 0 S 1993 1994 1995 1996 1997 o a D b mm 1993 1994 1995 1996 1997 Figure 2 18 volution de 1993 1997 des param tres de
271. manque dramatiquement de mod le de fonctionnement pour la quasi totalit des volcans dangereux Jaupart 1994 La pr vision des ruptions est pour cela difficile mais leur d tection ne pose actuellement plus de probl me majeur Le magma lorsqu il se fraye un chemin vers la surface engendre un grand nombre de ph nom nes d tectables Ainsi une auscultation des variations des diff rents param tres physiques et chimiques sismicit d formations g ochimie des laves et des gaz volcanomagn tisme microgravim trie thermographie permet l observation de son activit en temps r el C est le r le de la surveillance qui interpr te ces mesures au travers des mod les les plus fiables ou les plus simples permettant d appr hender tat et 1 volution du volcan et finalement tenter de pr dire son comportement futur La surveillance est souvent r duite la simple d tection des ruptions sans chercher tre int gr s dans un mod le physique complexe les param tres mesur s sont analys s directement en terme de variation d activit volcanique au sens statistique Pendant chaque p riode de repos du volcan une ligne de base est d finie lorsqu une majorit de param tres en d vie on parle de signaux pr curseurs qui permettent de conclure une situation inhabituelle ou alarmante Dans ce cas tous les types de mesures peuvent tre exploit s et notamment ceux issus des tudes fondamentales
272. min et Amplitude des P riod Facteur de Blum fixation max chelons e calibration X Vmin Vmax V enurad en mV ens en mV par urad s CH376 grand tr pied 4 00 4 20 4 651 0 196 CH379 grand tr pied 4 06 3 88 4 651 0 224 CH380 grand tr pied 3 93 4 20 4 651 42 1 6 823 0 194 CH374 petit tr pied 4 20 3 10 4 651 0 198 CH383 petit tr pied 4 81 t 3 92 4 651 71 83 8 633 0 206 CH384 petit tr pied 8 58 3 53 4 651 104 8 10 316 0 212 CH427 cone 4 20 4 18 4 108 155 5 13 064 0 222 CH428 cone 3 94 4 39 4 108 117 5 12 073 0 196 CH429 c ne 3 77 3 88 4 108 113 11 432 0 210 Mat riels et logiciels 187 A 2 Le syst me d acquisition DAS A 2 1 Principe Le projet EDAS European Data Acquisition System a t entrepris l Observatoire Royal de Belgique ORB pour une application bien sp cifique l enregistrement des mar es terrestres pour une p riode de six mois dans les sites les plus divers la surface du globe Ces stations gravim triques doivent tre multi param tres elles comprennent en g n rale des inclinom tres des mar graphes des capteurs de pression de temp rature d humidit Tous ces ph nom nes ont en commun leur variation lente et la pr sence de bruit basse fr quence quelques dixi mes de Hertz seulement Une ancienne technique de mesure parfois oubli e au profit des techniques num riques plus modernes r pond parfaitement ces deux caract
273. missions en Indon sie La qualit et la continuit des donn es pr sent es ici sont le fruit d un travail d quipe sur le terrain et de maintenance soutenue des stations J ai pour cela pleinement profit de la pr sence et de l efficacit des successifs Coop rants du Service National en poste au Merapi Volcano Observatory Mes plus vifs remerciements Jacques Tondeur Michel Dejean Jocelyn Guilbert et Thomas Seligmann pour leur accueil et leur disponibilit dont j ai parfois peut tre abus Les quipes indon siennes du VSI et du GRDC de Bandung ont aussi grandement particip la r alisation de ces missions Je pense notamment Bapak Yth Sukhyar Mas Atje Dwipa Surono Muliadi et Irwan Bahar pour leurs soutiens logistiques Edi Suhanto Herry Januar Deden et Saleh qui ont r sist aux intemp ries soufr es du Merapi pendant les longues campagnes GPS Suharno iU Subandriyo Made Iman Nurudin Miswanto Sadjiman Paijo pour les compatriotes de terrain du MVO Sans oublier les infatigables chauffeurs Entis Dedy Dalijo et Yono les tr s accueillants permanents des postes d observation de Babadan Sugiyono et Yulianto et de Jrakah Badrijas et Ismail et les sympathiques porteurs de Jrakah et Selo en particulier Pak Wiro sans qui les inclinom tres n auraient jamais atteint le sommet du Merapi indemnes Banyak terima kasih untuk semuanya Et pour terminer cette litanie je pense tout sp cialement Pak Ratdomo
274. mmet Merapi m lange de petits cailloux et de cendres Photo 2 5 Station LEAS n 3 extensom tre install sur une fracture de Lava 57 clich M Dejean Station LEAS n 3 L installation est identique celle de la station n 2 sauf pour le mode de fixation qui s est fait l aide de barres m talliques enfonc es dans le sol sur plus d un m tre de profondeur voir Photo 2 5 Cette station n a fonctionn qu entre novembre 1994 et juin 1995 La batterie a connu un probl me de charge fin 1994 puis la partie lectronique est d finitivement tomb e en panne La station a alors t d mantel e pour remplacer certains composants de la LEAS n 2 en difficult ce moment Les donn es brutes calibr es sont peu nombreuses Figure 2 23 mais tout de m me int ressantes une ouverture de 2 mm en 15 jours puis une tr s l g re augmentation d environ 1 mm au cours des 6 mois qui ont suivi Mesures instrumentales 69 Tableau 2 12 Caract ristiques des capteurs de la station LEAS n 3 sensibilit de l instrument r solution num rique et bruits moyens 1 heure et 1 jour cart type Capteur Unit Dynamique R solution 6 10 minutes 6 1 jour Extensom tre LGIT mm 110 0 22 0 4429 0 5251 Temp rature LEAS interne C 500 1 1 1998 2 7034 Tension batterie V 50 0 1 0 2447 0 4658 MERAPI PUNCAK DEFORMATION STATION 3 Extensometer Cmm 3 52 50 T T T T T MUTET 4 T MUN v
275. mois importante 100 mV Cette d rive compte tenu des sensibilit s annonc es doit donner respectivement 2 7 urad sur le signal du CH427 et 9 5 urad sur le CH428 valeurs bien inf rieures aux signaux observ s Les signaux clinom triques du site 3 sont corrig s de cet effet par simple soustraction des signaux lors d une calibration interm diaire en tension Tableau 2 16 Caract ristiques des capteurs de la station Deles sensibilit de l instrument r solution num rique et bruits moyens 2 minutes et 1 jour cart type Capteur Unit Dynamique R solution 2 minutes 6 1 jour Inclinom tre tan CH379 site 1 urad 155 1 15 10 5 0 0121 0 4106 Inclinom tre rad CH380 site 1 urad 195 5 40 10 5 0 0099 0 3888 Inclinom tre rad CH376 site 2 urad 248 2 14 10 5 0 0136 0 3163 Inclinom tre tan CH427 site 3 urad 218 2 00 1075 0 0117 0 7835 Inclinom tre rad CH429 site 3 urad 578 1 00 1075 0 0302 0 2693 Temp rature LIP site 1 C 100 1 75 10 0 0050 0 0837 Temp rature LM35 site 3 C 150 3 54 10 4 0 0136 0 1929 Pluviom tre station mm 100 000 1 Pont r sistif site 3 mV 10 000 1 09 10 3 0 0968 0 4471 Dans l ensemble les variations journali res sur les capteurs clinom triques sont exceptionnellement faibles pour une installation en surface flanc de volcan 0 4 urad jour en moyenne Les variations thermiques de la roche sont en effet tr s petites m me long terme 4 degr s sur 2 ans et induisent ai
276. mple peuvent d passer le m tre ce qui conduit des valeurs irr alistes de variation de pression dans des r servoirs tr s superficiels Un interpr tation globale de la dynamique de tels syst mes volcaniques doit se faire au travers d un mod le coupl thermo hydro m canique La prise en compte de la temp rature et des mouvements de fluide mod le thermo poro lastique devrait permettre de mieux comprendre les liens entre les activit s magmatiques phr atiques et le champ de d formation lors de crises volcaniques La compr hension des processus magmatiques et des ruptions volcaniques doit bien entendu tenir compte des r sultats issus d tudes de gravim trie de sismologie de g ochimie et de dynamique des fluides Une premi re tape consisterait int grer dans nos mod les les effets gravitaires et donc le poids des terrain Avec l volution des programmes de calcul num rique et la puissance des ordinateurs on peut esp rer converger sensiblement vers des mod les globaux pouvant int grer la plupart des observations acquises ou venir 182 Conclusion g n rale a priori CHOIX DES MESURES TECHNIQUES ET INsTRUMENTALES SITES Mod le TRAITEMENT ET ph nom no VALIDATION DES logique DONNEES MO D LISATIO N INTERPR TATIO N Veo THESES a posteriori A Mat riels et logiciels 1 Inclinom tres type Compact Blum A 1 1 Caract ristiques techniques Axe de rota
277. mple c ble en INVAR reli un potentiom tre 50 500 Q La dynamique est donn e 10 pouces 25 4 cm Le syst me d acquisition Monoa et une batterie 70 Ah sont prot g s dans un bo tier ROSE tanche Le potentiom tre lui m me est fix ce bo tier lequel a t viss en 3 points la roche sub verticale cet endroit L autre extr mit du c ble est fix e dans la roche de l autre cot de la fracture et est prot g dans un syst me de tubes PVC coulissants et graiss s de facon limiter l introduction des gaz corrosifs et des poussi res voir Figure 2 20 La TAD Monoa est un syst me de tr s faible consommation qui enregistre un unique signal par int gration sur une p riode d termin e 1 seconde 1 heure La tension aux bornes du potentiom tre aliment en courant constant est mesur e puis stock e sur 1000 points et la capacit m moire est de 50 000 mesures La programmation et la r cup ration des donn es doivent se faire au moyen d un bo tier modem TAD 8011 et d un PC Une liaison satellite Argos est possible transmission d un message 32 bits contenant les 12 derni res mesures et a tr s bien fonctionn jusqu au mois de mai 1996 la station fonctionne depuis uniquement en data logger enregistrement autonome avec stockage en m moire interne sans transmission La p riode d acquisition avait t fix e 60 minutes depuis l installation d but 1993 en raison du recouvrement des donn es Argo
278. n System EDAS developed at the Royal Observatory of Belgium Cahiers du CEGS Luxembourg 14 163 174 1997 Van Wyk de Vries B and O Merle The effect of volcanic contructs on rift fault patterns Geology 24 643 646 1996 Viod J P Bulletin mensuel d activit Observatoire Volcanologique de la Montagne Pel e IPGP INSU Juin 1997 Voight B A method for prediction of volcanic eruptions Nature 322 125 130 1988 Voight B K D Young and A Ratdomopurbo A classification of Earthquakes at Merapi Volcano Java with comments on causative processes Merapi Decade Volcano International Workshop Yogyakarta Oct 1995 1995 Voight B K D Young A Ratdomopurbo Subandrio Sajiman Miswanto Paijo Suharno and S Bronto Summit deformation at an island arc stratovolcano correlation to lava dome growth and seismicity Merapi Volcano Java Indonesia Geological Soc America Abstracts with Programs 26 A 483 1994 Walsh J B and R W Decker Surface deformation associated with volcanism J Geophys Res 76 3291 3202 1971 R f rences 248 Webb F H M Bursik T Dixon F Farina G Marshall and R S Stein Inflation of Long Valley caldera from one year of continuous GPS observations Geophys Res Lett 22 195 198 1995 Wells D E N Berck D Delikaraoglou A Kleusberg E Krakiwsky G Lachapelle R B Langley M Nakiboglou K P Schartz J M Tranquilla P Vanicek Guide to GPS positionning C
279. n des d placements des 2 points MAR et IPU m me si ceux ci sont faibles Tableau 3 7 Vecteurs d placements entre septembre 1993 et septembre 1994 dans le rep re local UTM r f rence SELO Point D placements UTM m Erreur totale m dE dN dU Module OdE OdN SELO 0 0000 0 0000 0 0000 0 0000 PUSO 0 0089 0 0079 0 0080 0 0143 0 0167 0 0080 0 0292 PUNO 0 0005 0 0351 0 0195 0 0402 0 0172 0 0082 0 0298 LULO 0 0006 0 0180 0 0222 0 0286 0 0166 0 0082 0 0292 MAR2 0 0104 0 0123 0 0154 0 0223 0 0209 0 0100 0 0380 DOZO 0 0017 0 0264 0 0509 0 0574 0 0175 0 0087 0 0304 LILO 0 0119 0 0047 0 0392 0 0412 0 0204 0 0091 0 0357 NURO 0 0033 0 0057 0 0394 0 0399 0 0202 0 0095 0 0353 NTRO 0 0128 0 0175 0 0501 0 0546 0 0195 0 0097 0 0338 IPUO 0 0139 0 0187 0 0220 0 0320 0 0260 0 0119 0 0462 Moyenne 0 0057 0 0112 0 0165 0 0331 0 0176 0 0084 0 0308 98 Chapitre 3 D placements septembre 1994 septembre 1995 Les d placements sur cette p riode sont assez comparables aux pr c dents La plupart des points n ont pas boug au del des ellipses d erreur sauf les 2 points NTR et DOZ qui suivent le m me sch ma qu en 1993 1994 avec des amplitudes toutefois plus lev es de l ordre de 5 cm en horizontal Les d placements verticaux sont tous n gligeables sauf NTR qui montre nouveau un soul vement de 5 1 2 8 cm Tableau 3 8 Vecteurs d placements entre septembr
280. n its own scale unknown scale pe plain screen mode just axis 1w lines and points will be 3 pixels width gd no griding sc mode Screen color modes Values of mode can be 16 colours on black background default 2 colours grays on black background 2 colours grays on white background 16 colours on white background vga lt mode gt specify the 16 colours VGA graphic resolution mode Values of mode can be depending on your video card memory 0 320x 200 640x 200 CGA 640x 350 EGA 640 x 480 VGA default 800 x 600 SVGA 1024 x 768 SVGA 1280 x 1024 SVGA Note with SVGA modes a very basic mouse cursor will appear because most of mouse drivers are not compatible bk lt book_file gt name of a file containing a list of specific time events related with data each line is in time string format begin time end time lt level gt lt text info gt Those events will appear as dashed areas in background of graphics depending on level value 0 light default bold bold light XXX XXX heavy spaced dots dots N MAIN MENU FUNCTIONS Mat riels et logiciels 203 1 to Z and Select channels to draw see g option the coma by itself redraws displayed channels on separated axis Draw all channels as a function of time or data index on a same axis Zoom in or out in time by a factor of 2 arrow
281. n avait t mise en place au VSI Bandung En ao t 1993 nous avons tent d installer un extensom tre longue base qui aurait mesur l extension des bords du crat re principal entre le sommet et le crat re Gendol sur une distance diagonale d environ 200 m tres Celui ci tait compos d un c ble en Kevlar et d un syst me de mesure potentiom tre L installation outre le fait qu elle a t extr mement p rilleuse a t d truite par vandalisme et n a donn aucun r sultat Beauducel 1992 1994 partir de 1994 cinq autres extensom tres LGIT ont t install s au sommet voir Figure 1 16 Chapitre 1 par les successifs coop rants en poste Dejean 1994 1995 Guilbert 1996 1997 avec un syst me d acquisition LEAS et une radio transmission Chaque station peut tre quip e de 6 capteurs externes enregistr s sur 512 points 9 bits et le syst me fonctionne en r seau interrogeable depuis la station centrale install e initialement au MVO puis l observatoire de Babadan La station fournit galement une mesure de temp rature interne et la tension batterie La mesure de temp rature permet de contr ler des effets de dilatation sur le c ble ou sur la roche La tension de la batterie nous permet d anticiper la fin de vie de la batterie et nous renseigne galement sur l ensoleillement charge par les panneaux solaires Le syst me de transmission a demand un travail de maintenance consid rable et les donn es p
282. n ont pas pu tre trait s sur la p riode compl te en raison du manque de donn es sur les derniers mois Il est clair que cette absence de signal dans une p riode de forte variation thermique est un s rieux probl me pour la correction que nous appliquons Pour le tangentiel CH379 la corr lation est suffisamment lin aire pour que le calcul ne soit pas perturb sur les grandes longueurs d onde par ce trou En revanche la corr lation du radial CH429 n est pas du tout lin aire sur les grandes longueurs d onde l att nuation totale est nulle et m me l g rement n gative On peut cependant envisager que les 2 derniers mois de 108 Chapitre 3 donn es aient tout de m me montr une baisse du signal d j amorc e en octobre 1997 qui aurait entra n une l g re correction de la tendance long terme L att nuation de l onde diurne est assez forte dans l ensemble et maximale pour le signal du CH379 L amplitude de cette att nuation refl te plusieurs caract ristiques la lin arit d une part la proximit du capteur de temp rature et de l inclinom tre consid r semble jouer un r le important et l amplitude des effets thermiques d autre part Le d phasage est fonction de la longueur d onde de temp rature sur le site mais aussi de l orientation de l inclinom tre par rapport celle ci 6 heures correspondent la quadrature de phase Il serait int ressant d tudier plus en d tail la propagation de l onde th
283. n period was available 2 Realistic uncertainties have been determined for each type of data 3 A digital elevation model with a spatial precision consistent with the data was available This limited data set helps only to improve slightly the comprehension of Merapi behaviour However this methodology should reveal efficient for determining precisely the shape and the depth of the magma chamber when more data are available Appendix Temperature Correction of Tilt Signals Sensitive surface deformation measurements are challenged with a major problem even if the instrument is exempt from temperature effects it measures real ground deformation due to meteorological parameters like temperature and rainfall Attempts to model these effects have shown that relation between temperature and tilt is usually linear to the first order but variable in time and different for each frequency Berger 1975 Goulty et al 1979 Mortensen and Hopkins 1987 Desroches 1990 Beauducel 1992 With rainfall the relation is strongly non linear if the water table level is at shallow depth Wolfe et al 1981 Evans and Wyatt 1984 On Merapi the water table is about 1000 m below the Deles tilt station Shibano et al 1994 thus the ground is almost always unsaturated even a few hours after a hard rainfall If Sovs t is the observed signal measured tilt and M t the disturbing signal measured temperature then the problem of identifying tilt associated
284. nalons que de r centes recherches ont permis d atteindre 1 2 mm d erreur sur la composante verticale et une fraction de millim tres sur les composantes horizontales 11 jours de mesure sur une ligne de base de 43 km Alber et al 1997 l utilisation de larges antennes sp ciales minimisent les effets de trajets multiples et l enregistrement continu de la pression au cours d une session permet une correction tr s fine des d effets troposph riques 42 Chapitre 2 Apr s ajustement des bases par rapport un point de r f rence compensation voir Chapitre 3 l erreur finale sur ces positions est estim e par la fermeture comme en g od sie classique et des diff rents recoupements entre les points L utilisation de plus de deux r cepteurs simultan s permet de multiplier les combinaisons et ainsi de diminuer consid rablement les erreurs sans pour autant augmenter la dur e de la campagne de mesure 2 1 2 Syst me de coordonn es g ocentriques Un point M la surface de la Terre peut tre rep r par deux types de coordonn es voir Figure 2 4 cart siennes g ocentriques coordonn es X Y Z dans un tri dre de r f rence dont l origine est proche du centre de masse de la Terre dont l axe Z est proche de son axe de rotation et dont le plan OXZ est proche du plan m ridien d origine On s affranchit ainsi du probl me de r f rentiel local d pendant d un ellipsoide et d un type de projection g ographiqu
285. nce Les donn es sont acquises et m moris es sur place au moyen du syst me d acquisition DAS Micro Data Acquisition System s agit d un petit data logger 4 canaux faible consommation qui enregistre des fr quences modul es par comptage sur 100 000 points sans remise z ro du compteur pendant l acquisition le comptage des flancs descendants se fait modulo 100 000 La p riode d acquisition peut tre choisie de 1 3600 secondes et la capacit d enregistrement pour 4 canaux est de 55 000 chantillons Les avantages du uDAS peuvent tre r sum s en points le signal modulant est int gr en continu fonction porte temporelle ce qui sert de filtre anti aliasing acceptable sinus cardinal en fr quence quelle que soit la p riode d acquisition a dynamique num rique est tr s lev e e bruit sur les longs c bles entre les capteurs et la station sont pratiquement limin s Comme les capteurs utilis s inclinom tres Blum et thermom tres d livrent des tensions il faut convertir ces signaux au moyen de convertisseurs tension fr quence CTF Pour pr server la dynamique et la lin arit des instruments nous avons utilis des syst mes lectroniques de pr cision que nous avons calibr s au laboratoire voir Annexe B 3 La conversion est de l ordre de 5000 Hz V ce qui donne aux inclinom tres une dynamique de 40 000 Hz Pour une p riode de comptage de 10 minutes les variations sont de 1
286. nd pendantes d placements relatifs 3D sur 4 points GPS SEL PUS BAB et DEL par rapport au point de r f rence JRA 3 x 4 donn es avec leurs incertitudes signal continu clinom trique de la station Deles 2 donn es composantes du vecteur inclinaison avec leurs incertitudes Au total 14 donn es permettant th oriquement de contraindre un mod le comprenant au plus 14 param tres Cependant il semble plus r aliste d une mani re g n rale en Sciences de la Terre de nous contenter d un nombre plus limit de param tres D une part parce que nos donn es ne sont pas exactes mais contiennent une incertitude et d autre part afin de d terminer convenablement la probabilit du mod le utilis et d estimer indirectement la validit des hypoth ses milieu lastique homog ne forme simple de la chambre 4 2 2 Article soumis au J G R d cembre 1997 Cette tude est pr sent e ici sous forme d un article soumis au Journal of Geophysical Research Solid Earth Nous pr sentons nos excuses pour les redites avec les chapitres pr c dents dans l introduction du sujet et la pr sentation des donn es Les r f rences bibliographiques ont t int gr es avec celles de la th se p 234 En revanche les num rotations des figures tableaux et quations ne sont pas li es au reste du document l heure o cette th se est imprim e le manuscrit a t revu et accept pour publication par P M Dav
287. nd 1995 on the summit and the flank of the volcano Signals are corrected for meteorological effects then combined to reduce the uncertainties Comparison of the results allows an analysis of the mechanical behaviour of the instrumented sites The data are interpreted using a 3D elastic model based on the Mixed Boundary Elements Method MBEM Topography and the main discontinuities of the edifice are taken into account The data are then used in an inversion process which allows the model probability and uncertainties of the computed parameters to be estimated The far field deformation 1996 1997 is modelled with an horizontal elliptic magma source for which we determine the location 8 5 0 4 km below the summit and the volume change 10 8 2 2 x 106 m This value is about three times larger than the observed variation of the lava dome volume This suggests that avalanche volume cannot be neglected when considering mass balance The near field deformation 1993 to 1997 is modelled assuming a magma conduit under pressure and viscous wall shear stresses We analyse the effect of fractures on the displacement field and finally three main fractures are included a priori in the medium The pressure evolution in the conduit suggests that the lava dome weight has a negligible effect on deformations The variations of wall shear stress are consistent with the number of multiphase seismic events this gives further evidence for the origin
288. ne correction a d tre appliqu e suite un mauvais positionnement d antenne En ce qui concerne la session JRAO LULO une forte pluie a d plac l antenne au cours de l enregistrement la session a donc t divis e en deux fichiers trait s ind pendamment Tableau 2 6 Synth se des sessions de mesure GPS 1996 jour heures de d but et fin approximatives pour moyennes m t o hauteurs d antenne r elles donn es m t o mesur es et moyenn es par un mod le local Session time GPS station 1 GPS station 2 Begin End Mean meteo meas Local meteo model Mean meteo meas Local meteo model Day h Day h Name ha P T RH P Td Tw Name ha P T RH P Td Tw m mb CC mb CO m mb CC mb CC CO 299 18 300 01 JRAO 2 216 872 9 8 81 8 871 20 2 17 9 BABO 1 541 872 20 6 81 7 872 20 3 18 0 300 05 300 11 RAO 2 217 870 20 6 85 3 870 20 8 18 9 DELO 1 593 848 9 7 84 7 848 9 5 17 7 301 04 301 11 1 644 871 24 6 68 5 871 24 19 7 DELI 1 537 851 23 7 61 2 851 23 6 18 7 304 06 304 10 ELO 1 816 850 20 1 88 4 849 20 0 186 1 511 851 20 1 87 9 852 20 2 18 8 307 09 307 16 RAO 2 215 869 8 6 89 2 870 7 8 17 0 BABO 1 629 872 PT 96 8 872 7 9 17 1 309 21 310 01 1 614 871 7 9 92 3 875 8 3 17 4 SELO 0 422 753 1 1 91 7 750 0 7 9 9 310 01 310 05 1 614 872 24 5 74 6 877 22 6 20 8 PUSO 0 415 740 2 1 97 1 736 4 0 12 4 310 05 310 09 JRAO 2 224 868 24 9 74 0 873 23 7 21 6 PUSO 0 415 738 3 9 94 7 734 5 2 13 4 310 09 310 11
289. next formula Syntax of formula string is 1 to Z or channel number or all channels x constant number real addition substraction product division right and left modes All following channels will be added substracted multiplied with or divided by previous result until an other mode encountered Addition mode is default Some examples 1 243 4 lt gt chl ch2 ch3 ch4 123 lt 3 gt 4 lt gt chl ch2 ch3 3 ch4 123 4 lt gt ch4 chl ch2 ch3 2 or lt 1 gt 2 or 2 lt 1 gt lt gt 1 ch2 t and synchronized time events mode Example t123 produces a function with steps where there is events on all channels 1 2 and 3 ata same time and flat no where else t123w4 excludes events present also on channel 4 8 LIMITATIONS Imported files have to be in a raw ASCII format with any kind of separator signs or letters excepted point minus and e power of 10 If the file uses minus as separator or coma as decimal point see options im and ic Here is limitations of the program independant of the memory in your computer Minimum value Maximum value Number of columns Number of imported channels Number of valid lines Line width characters Number of files Time reference Time period 2 147 483 648 512 200 if appended 1 Jan 1970 00 00 00 19 Jan 2038 millisecond 1 307 1 308 78 16 7 Data values Tit
290. nregistr s Le principe est pr sent la Figure 3 10 partir de signaux simul s 112 Chapitre 3 10 T T SYNCHRO NIZED FUNCTION EXAMPLE T T T 1 T pette 5L t ee e estes 4 ag Signals of EE EEE ne et RE tte tenet n 5r Pe set T Control Synchro 1000 4 2000 1 1 1 1 1 1 0 Figure 3 10 Principe de la fonction de d tection des v nements synchronis s les 2 signaux de mesure simul s le signal de contr le et le r sultat du calcul en fonction de l abscisse les unit s sont toutes arbitraires Les v nements individuels 5 et 6 ou existant aussi sur le signal de contr le t 2 5 ne produisent pratiquement aucun effet Seul l v nement en 7 5 se trouvant sur les 2 signaux en m me temps est significatif et produit un chelon dans la fonction S t Synchro Nous verrons dans les graphes suivants que cette fonction permet la d tection tr s fine des v nements qui auraient t pratiquement invisibles l ceil Premi re analyse corr lations avec les nu es ardentes Sur la Figure 3 11 nous avons repr sent deux signaux clinom triques sites 1 et 2 la fonction de synchronisation correspondante et les nu es ardentes nergie sismique pour la p riode du 23 au 30 novembre 1995 On constate une corr lation entre la plupart des nu es et les chelons mis en vidence par la fonction Cependant la corr
291. ns la chambre M me dans un calcul lasto statique le mod le utilis doit donc prendre en compte l ensemble des g om tries impliqu es chambre conduit et fractures de fa on ne pas n gliger leur interaction mutuelle Pour mod liser l volution des structures fracturation par exemple Cayol amp Cornet 1998a ont montr que la prise en compte du champ de contrainte initial du massif poids des terrain histoire de la formation du volcan tait indispensable Enfin Bonafede 1990 a montr que la migration d eau chaude dans un milieu poro lastique continu entrainait des d formations par dilatation thermique du m me ordre de grandeur que celles induites par des variations de pression dans la chambre Ceci soul ve donc une question fondamentale la mod lisation des d formations ne semble pas permettre de r soudre l origine magmatique ou phr atique de la source Topographie tridimensionnelle Les difices volcaniques sont g n ralement assez pro minents 3000 m d altitude en moyenne pour les volcans de Java et seuls les volcans tr s jeunes ou n ayant jamais connu d ruptions catastrophiques ont une sym trie axiale permettant une approche deux dimensions Les erreurs faites par l approximation plane espace lors de l interpr tation des d placements de surface ont t tudi es par McTigue amp Segall 1988 pour les ridges puis Cayol 1996 et Cayol amp Cornet 1998b pour les volcans Ces auteurs
292. nsi des d formations peine plus lev es que celles dues aux mar es terrestres 0 1 urad Par comparaison les variations journali res mesur es par les stations clinom triques au Mont St Helens ont une amplitude entre 50 et 200 urad pour les installations de surface et plusieurs urad pour les instruments plac s dans une cave environ 1 m tre de profondeur Dzurizin 1992 Des variations du m me ordre sont observ es sur les stations du Piton de la Fournaise Beauducel 1992 Delorme 1994 Mesures instrumentales 0 T 60 h 40 E 20 b i z o E 3 of a F i a 20 M e 40 h 1 4 60 pe i 5 80 F i 4 a x pt i A m 100 i Jan 96 Jan 97 Jul 97 1 L 12 Oct 95 15 10 01 Time Tilt Tan CH379 prad gt 1 200 p ry 150 B 4 ia N 100 gt N x x s 4 z x 6 50 h E 3 2 8 n d x amp ok E E 1 50 FT 1 d vhs 100 E 150 int 4 H Jan 96 Jul 96 Jan 97 Jul 97 1 L 12 Oct 95 15 10 01 Time Tilt_Rad_CH380 prad 2 Tilt Rad CH376 4 Tilt_Rad_CH428 7 A o 2 e 2 E D 0 1 7 a 3 P 5 b gt 2 ind of 4 a Af 0 05 1 1 Jan 96 Jul 96 Jan 97 Jul 9
293. ntes et tr s l che sur les autres points 0 1000 m Chaque calcul aboutira un tableau des coordonn es des points avec les carts types sur les 3 composantes erreur a posteriori Nous indiquons galement le degr de libert n m 3 x n le nombre de donn es 3 composantes par ligne de base m le nombre de param tres 3 coordonn es par point et x le nombre de points fix s dans notre cas x 1 le point de r f rence erreur moyenne quadratique entre les donn es observ es et calcul es apr s ajustement emq qui permet une estimation globale de la qualit de la compensation la date de mesure moyenne ann e et jour de l ann e au milieu de la campagne et son intervalle d erreur plus ou moins la moiti de sa dur e p Nous avons indiqu par une toile les points qui ne sont pas contr l s par fermeture ou par redondance c est dire pour lesquels il n y a aucune compensation Ces positions sont donc consid rer avec prudence La d termination de la r f rence et de l incertitude temporelles du positionnement est un point important souvent oubli pour l introduction des mesures dans une mod lisation La mesure d un r seau GPS n est pas instantan e alors que c est justement une hypoth se implicite du calcul d ajustement Si certains rep res bougent au cours d une m me campagne ce qui est tout fait probable sur un volcan actif la compensation va int g
294. ntes g ocentriques m Erreur de mesure m X Y Z dX dY dZ MAR2 PUNO 83 173 73 698 22 037 0 0027 0 0070 0 0027 IPUO MAR2 20 369 2 603 33 538 0 0039 0 0055 0 0038 LULO MAR2 62 806 65 001 89 929 0 0054 0 0073 0 0035 NTRO AYIO 250 940 119 831 188 901 0 0105 0 0216 0 0071 NURO AYIO 146 488 113 648 224 782 0 0080 0 0265 0 0115 LILO AYIO 93 944 107 792 182 541 0 0086 0 0096 0 0078 LILO IPUO 113 009 19 266 95 979 0 0085 0 0119 0 0064 LULO PUNO 20 377 8 692 67 894 0 0031 0 0039 0 0027 LULO LILO 70 623 16 741 27 478 0 0054 0 0077 0 0031 NURO LILO 52 529 5 873 42 227 0 0028 0 0036 0 0026 NURO NTRO 104 465 6 184 35 870 0 0061 0 0069 0 0029 DOZO NTRO 124 188 122 649 282 711 0 0056 0 0107 0 0055 DOZO NURO 19 723 116 472 318 586 0 0072 0 0097 0 0063 DOZO AYIO 126 768 2 829 93 803 0 0075 0 0209 0 0081 IPUO AYIO 19 085 28 607 86 565 0 0066 0 0105 0 0048 PUSO LULO 468 540 389 459 329 952 0 0035 0 0049 0 0028 SELO LULO 436 473 454 042 1085 585 0 0046 0 0125 0 0042 SELO PUSO 32 063 64 580 105 640 0 0072 0 0096 0 0043 JRAO LULO 2971 027 27 372 4879 141 0 0105 0 0165 0 0069 correction 0 006 0 002 0 004 BABO LULO 4255 056 44 497 1718 999 0 0128 0 0192 0 0115 DELI LULO 978 517 2275 698 2353 702 0 0080 0 0141 0 0038 JRAO PUSO 3439 546 416 887 4549 164 0 0140 0 0198 0 0095 BABO PUSO 4723 595 433 900 1384 033 0 0118 0 0185 0 0111 BABO SELO 469
295. ntillonnant en surface et en profondeur Sur la plupart des installations clinom triques de surface et c est peut tre un tort on ne poss de que quelques points de mesures de temp rature aux cot s de l inclinom tre On suppose donc que les longueurs d onde sont grandes et que la temp rature est relativement homog ne sur tout le site Pour notre site de Deles nous ne disposons que d un seul point de mesure de la temp rature site 1 valide sur toute la p riode tudi e Nous sommes en pr sence d un probl me typique de traitement du signal o partir de deux signaux observ Sos t et perturbateur N f il faut estimer une fonction G telle que Sobs t S t GINO 3 5 pour reconstituer le signal S t corrig Les m thodes habituellement utilis es filtre de Wiener Max amp Lacoume 1996 filtre autor gressif ARMA Steiglitz amp McBride 1965 corr lo filtre Koffman 1982 supposent que est une fonction lin aire et stationnaire et que S t et N t sont parfaitement d corr l s al atoires pas de dominante spectrale et de moyennes nulles Ce type de traitement fonctionne assez bien pour corriger les courtes p riodes sur de courts intervalles de 1 Pour les installations en puits on sait que le gradient thermique vertical dans le sol est assez fort on prend donc en g n ral le soin de mesurer la temp rature plusieurs profondeurs 106 Chapitre 3 temps En effet l hypoth se de
296. o l on a AV amplitude des chelons en mV pour une alimentation de 10 V T p riode propre du pendule en s JOY AH amplitude des chelons cr s en rad 0 684 10 6 constante de la crapaudine 170 cm d placement vertical du godet de mercure en cm AL 25 cm base de la plate forme Les facteurs de calibration des neuf inclinom tres install s au Merapi sont donn s au Tableau A 1 On peut estimer l erreur relative environ 5 96 Mat riels et logiciels 185 Le syst me d acquisition DAS a t utilis pendant toute la calibration une donn e par seconde et un convertisseur tension fr quence 1 06 mV Hz Quelques routines crite sous MATLAB permettent de mesurer d une part la p riode du pendule en comptant le nombre de passages par z ro sur l intervalle d oscillation voir Figure A 3 et d autre part l amplitude moyenne des chelons apr s correction d une d rive lin aire voir Figure A 4 CH383 small tripod 06 07 95 SELECT THE OSCILLATION ZONE then ENTER Voltage in Volts 0 100 200 300 400 500 600 Time in seconds Figure A 2 Calibration de l inclinom tre CH383 donn es brutes On retrouve les diff rentes tapes de la calibration chelons de 4 6 urad tensions maximale et minimale puis oscillations libres du pendule pour en d terminer la p riode CH383 small trip
297. od 06 07 95 Period 8 633 seconds Voltage in V 4 323 V to 43 906 V 4 440 460 480 500 520 540 560 Time in seconds Figure A 3 D termination de la p riode propre du pendule de l inclinom tre CH383 Le signal est tout d abord sur chantillonn et corrig de sa d rive lin aire puis on en d termine le nombre n de passages par z ro n 1 tant le nombre de cycles Ici 12 cycles pour 103 596 secondes donc 8 633 s 186 Annexe CH383 small tripod 06 07 95 Calibration factor 0 2058 mV urad s Voltage in V 4 323 V 43 906 V T 8 633 s 100 150 200 250 300 350 Time in seconds Figure A 4 D termination de l amplitude moyenne des chelons mesur s par r gression lin aire sur les alternances sup rieures et inf rieures du signal On trouve ici AV 71 3 mV pour 4 651 urad et 8 633 s donc X 0 206 mV prad s Tableau A 1 Convention des c bles sur les inclinom tres compacts Blum C bles inclinom tres Blum rouge alimentation cellule 5 V bleu alimentation cellule 5 V jaune LED boucle 20 mA noir LED boucle 20 mA blanc signal de sortie en tension cellule masse sur la carte d alimentation Tableau A 2 Calibration des neuf inclinom tres Blum install s sur le Merapi Les valeurs sont donn es pour une tension d alimentation de 10 V R f rence Type de Tensions
298. oduit des d riv es temporelles de chaque composante sur le signal chantillonn cela correspond la somme cumul e du produit des diff rences At pas d chantillonnage S t DE 3 6 QUE At Lorsque les variations de signaux sont normales niveau de bruit moyen le produit des d riv es a une valeur proche de z ro en moyenne et l int grale donne un signal peu pr s constant Lorsqu un v nement apparait sur toutes les composantes le produit des d riv es augmente fortement et le signal int gr donne un chelon significatif de plusieurs ordres de grandeur sup rieur au bruit pendant les p riodes calmes L unit de S f n a pas de sens physique urad s pour composantes et ne sera jamais repr sent e sur les graphes nous ne nous int ressons ici qu la d tection temporelle de ces v nements Notons galement que la fonction tant bas e sur la d riv e un instant t elle ne fait pas de distinction entre une impulsion et un chelon La fonction a t implant e en routine pour la visualisation des donn es brutes voir Annexe A 3 Nous y avons ajout la possibilit de prendre en compte un signal de contr le qui limine les chelons si l v nement est pr sent sur lensemble des signaux celui de contr le inclus Ceci permet d viter que la fonction r agisse de simples effets lectroniques intervention sur l alimentation de la station par exemple qui affecte tous les canaux e
299. of Disaster Prevention Research Institute Kyoto University en Japonais 8 71 81 1965 Volcanic crustal deformation II On the anomalous tilting movements accompanied with the explosions of volcano Sakurajima Annuals of Disaster Prevention Research Institute Kyoto University en Japonais 9 83 97 1966 Evans K and F Wyatt Water table effects on the measurements of Earth strain Tectonophysics 108 323 337 1984 Fisk R S and J B Shepherd Twelve years of ground tilt measurements on the Soufri re of St Vincent 1977 1989 Bull Volcanol 52 227 241 1990 Fontaine L Cin tique des d formations en temps r el lors d une ruption volcanique m moire d ing nieur ENSAIS 1990 238 F Beauducel Fikao Y E Fujita S Hori and K Kanjo Response of a volcanic conduit to step like change in magma pressure Geophys Res Lett 25 105 108 1998 Goad C C and A Mueller An automated procedure for generating an optimum set of independent double difference observables using Global Positioning System carrier phase measurements Man Geod 13 365 369 1988 Goulty N R P M Davis R Gilman and N Motta Meteorological noise in wire strainmeter data from Parkfield California Bul of Seism Soc of Am 69 1983 1988 1979 Guilbert J Rapports d activit CSN DRM VSI 1996 1997 Gurtner W G Beutler S Botton M Rothacher A Geiger H G Kahle and D Schneider The use of the Global Positionning Syst
300. ogiques en cours de session tous ces param tres tant diff rents pour chaque session de mesure Le manque de pr cision sur le positionnement des 2 rep res lointains ajout s en 1996 BAB et DEL tient au fait que ces points n ont t mesur s que dans le but d am liorer la r f rence du r seau sans tre contraints eux m mes par d autres points Ils ont donc particip un meilleur positionnement absolu du r seau sommital Si l on voulait les inclure r ellement dans les points de surveillance il faudrait ajouter de nouveaux points plus lointains et dans ce cas utiliser des r cepteurs bifr quence puisque les longueurs de base d passeraient 10 km 96 Chapitre 3 3 1 4 D placements relatifs Nous pr sentons ici les vecteurs d placements calcul s entre 2 ann es cons cutives i et j les erreurs sur ces d placements pour chaque composante tant donn s par oi 0 0 2 Les tableaux suivants Tableau 3 7 Tableau 3 10 indiquent toutes les valeurs num riques mais galement les modules des vecteurs pour chaque point et les moyennes de tous ces param tres pour l ensemble du r seau DISPLACEMENTS SEP 1993 to SEP 1994 DISPLACEMENTS SEP 1994 to SEP 1995 NOR LUL y 422 hi jid LUE 3 4 NIRS 50 HES 43 9 NTR 52 Lit 3 0 PUN Pea PUN 5 1 MAR 1 5 MARZ 40 8 22 IRU 40 7 Ay 13 N N e a 7 1 2 100 z 20 cm gt 100m E 20 cm gt DISPLACEMENTS SEP 1995 to NOV 1996 DISPLACEMENTS NOV 1996
301. om trique de Lilik 225 Caract ristiques et connexions Proc dure d exploitation LEAS Babadan Agenda des interventions principales B 5 R seau complet de mesure des d formations au Merapi 228 ANNEXE C MISSIONS DE TERRAIN 229 Poste de CSN d cembre 1992 mai 1994 Mission 2 29 septembre Mission 28 ao t 4 novembre 1995 Mission 25 juin 30 juillet 1996 Mission 18 octobre 12 novembre 1996 Mission 10 mars ler avril 1997 Mission 2 26 d cembre 1997 R F RENCES 233 Cartographie et MNT Logiciels et utilitaires Bibliographie Introduction g n rale Introduction g n rale Surveillance et recherche en volcanologie Les volcans sont une des expressions formidable de la dynamique du Globe une des rares dont on puisse parfois observer l volution l chelle humaine Notre plan te compte lexclusion des nombreux volcans sous marins encore tr s mal connus environ 600 volcans en activit pour la plupart situ s dans des r gions inhabit es et donc sans danger direct pour 1 homme Il existe cependant une centaine de volcans hauts risques dans le monde identifi s par IUNESCO dont une majorit est localis e sur la Ceinture de Feu du Pacifique principalement dans des pays surpeupl s Depuis l ann e 1700 on a recens 27 ruptions qui ont fait plus de 1000 victimes chacune au total environ 260 000 morts Pour ne citer que les plus importantes le Tambora en 1815 Indon sie 92 000 mort
302. on Time UT Figure 2 13 carts d altitudes sur les bases SELO PUSO et PUSO LULO en fonction des temp ratures utilis es pour le mod le m t o et pendant chaque session de mesure On remarque l influence de la d nivel e Tableau 2 5 Lignes de base GPS septembre 1995 composantes vectorielles en coordonn es g ocentriques et erreurs a priori Calculs pr liminaires sans correction d orbite logiciel SERCEL GPSWin Les bases marqu es ont t calcul es avec un mod le m t o sp cifique Ligne de base Composantes vectorielles en m tre Erreur en m tre X Y Z dX dY dZ PUNO DOZO 83 032 102 4270 235 8930 0 004 0 006 0 004 PUNO MAR2 83 176 73 708 22 062 0 003 0 005 0 003 PUNO IPUO 62 800 11 119 55 605 0 003 0 004 0 002 PUNO NTRO 207 126 20 034 46 540 0 005 0 008 0 003 PUNO NURO 102 804 13 907 82 583 0 005 0 011 0 005 PUNO LILO 50 260 8 041 40 359 0 004 0 003 0 002 PUNO AYIO 43 729 99 730 142 141 0 002 0 004 0 002 DOZO AYIO 126 773 2 715 93 747 0 003 0 007 0 002 IPUO AYIO 19 068 28 612 86 551 0 003 0 003 0 002 IPUO MAR2 20 381 2 590 33 534 0 002 0 003 0 002 LULO MAR2 62 807 65 003 89 931 0 003 0 002 0 002 LULO PUNO 20 364 8 715 67 876 0 006 0 011 0 004 LILO LULO 10 617 16 760 27 517 0 002 0 004 0 002 LILO NURO 52 548 5 859 42 228 0 003 0 005 0 003 NTRO NURO 104 330 6 136 36 033 0 005 0 010 0 006 PUSO LULO 468 563 389 398 329 939 0 011 0 012 0
303. on externe 12 V continu 750 mA minimum Une pile auxiliaire ronde au lithium CR2032 3 V permet de conserver les informations contenues dans la RAM en cas de coupure d alimentation mais ne permet pas d utiliser le PC Le clavier est de type AZERTY avec pav num rique et touches de fonctions sp ciales La seule diff rence avec un clavier classique est l utilisation des touches SHIFT et Fnt celles ci ne n cessitent pas d tre maintenues enfonc es pendant l appui des autres touches En mode texte et quelque soit l application en cours les touches Fnt ZOOM permettent de passer successivement aux 3 modes d affichages 80 x 25 64 x 18 et 40 x 16 caract res Nous avons muni le PC d une carte flash 12 Mo configur en disque dur Ce type de carte contrairement aux cartes SRAM ne n cessite pas de pile interne et conserve l nformation ind finiment sans alimentation Les lecteurs DOS sont d clar s comme suit A disquette flash 12 Mo programmes et donn es C disque dur virtuel RAM 290 Ko 218 Annexe B D ROM syst me DOS et utilitaires prot g en criture Le HP200LX contient de nombreuses applications dans un environnement appel Gestionnaire Syst me dans le style MS Windows 3 x tr s simplifi agenda r pertoire t l phonique m mo calculateur base de donn es tableur 1 2 3 mulateur de terminal commandes MS DOS Nous n utiliserons ici que le syst me d exploitation DOS Pour acc der celui ci 2 m tho
304. on of eruptive vents Rev of Geophys 35 848 384 1997 Dzurisin D Electronic tiltmeters for volcano monitoring lessons from Mount St Helens in Monitoring volcanoes Techniques and strategies used by the staff of the Cascades Volcano Observatory 1980 90 U S Geol Survey Bull 1966 69 83 1992 Dzurisin D R Y Koyanagi and T T English Magma supply and storage at Kilauea volcano Hawan 1956 1983 J Volcnol Geotherm Res 21 177 206 1984 Dzurisin D L A Anderson G Eaton R Y Konyanagi P W Lipman J P Lockwood R T Okamura G S Puniwai M K Sako and K M Yamashita Geophysical observations of Kilauea volcano Hawaii 2 Constraints on the magma supply during Nov 1975 Sept 1977 J Volcanol Geotherm Res 7 241 269 1980 Edge R J T F Baker and G Jeffries Borehole tilt measurements aperiodic crustal tilt in an aseismic area Tectonophysics 71 97 109 1981 Escher B G On a classification of central eruptions according to gas pressure of the magma and viscosity of the lava on the character of the Merapi eruption in Central Java Overdruk uit Leidsche Geologische Mededeelingen VI 1 45 48 1933 Elsworth D and B Voight Dike intrusion as a trigger for large earthquakes and the failure of volcano flanks J Geophys Res 100 6005 6024 1995 Eto T Volcanic crustal deformation I Relation between the recent vertical deformations and volcanic activity at voleano Sakurajima Annuals
305. on retrouve un signal semblable la composante tangentielle auquel se superposent de petites variations semi diurnes d environ 1 urad Ces premiers r sultats valident la m thode de protection thermique que nous avons mise en uvre En revanche les effets de site tassement de la terre et s chage du b ton sont toujours importants et nous incitent installer d autres composantes Afin de diminuer la probabilit d effets similaires sur ces composantes le site sera diff rent une dizaine de m tre et nous allons viter la dalle de b ton en posant l inclinom tre directement sur la coul e MERAPI DELES BLUM TILT STATION Tilt Tan CH378 Cyrad 1 Tilt Rad CH380 Cyrad 2 4 0 5 13 Oct 14 Oct 15 Oct 16 Oct 17 Oct 18 Oct 18 Oct 1 0 L 12 Oct 95 17 11 26 Time 19 Oct 95 10 15 01 NT Tilt Tan CH379 Cyrad 1 Tilt Rad CH380 prad 2 Temp Tilt LM35 9C 4 Figure 2 33 Donn es brutes des instruments du site 1 du 12 au 19 octobre 1995 inclinom tres tangentiel et radial et temp rature ext rieure 82 Chapitre 2 Le 19 octobre 1995 un troisi me inclinom tre CH376 15 94 s a t plac environ 10 m au sud de la station sismique en position radiale site 2 Cette fois la roche a t creus e au burin afin de pouvoir y poser directement l inclinom tre Un syst me de protection similaire au site 1 est utilis et le tout est galement recouvert de terre Le signal est enregistr sur la voie
306. opography Taking into account both tilt and displacements helps to constrain strongly the model The final result supports an horizontal elliptic magma source located 8 5 0 4 km below the summit and 2 0 4 km to the East of it This location differs significantly from that proposed from seismic activity analysis The computed deflation of 11 2106 m is about three times larger than the observed increase in the lava dome volume This difference is attributed to rock avalanches and pyroclastic flows on the flanks of the volcano Introduction Some understanding of magma conduits in volcanoes can be achieved from seismic tomography gravity or magnetic fields analysis The study of ground deformations displacements tilt and strain also contributes to this understanding but it requires observations before and after eruption periods of interest Recent synthesis of volcano geodesy has been conducted by Dvorak and Dzurisin 1997 One of their main conclusion is that geodesy yields estimates of magma supply rates location of sources and in some cases size and shape of complex magma reservoirs This has been done only at a few dozens of the world s 600 active volcanoes In this paper we address Mt Merapi an andesitic strato volcano located on Central Java Indonesia see Figure 1 Since 1992 Merapi experienced of quasi continuous extrusion of lava at its summit which forms a dome in a horse shoe shaped crater The dome is continuo
307. ous avons d finies pr c demment Fracture Lava 56 Cette fracture est orient e N80 E et la mesure sur les deux extensom tres a t faite dans le sens radial c est dire N10 W Les rep res GPS les plus proches encadrant cette fracture sont LIL au nord et PUN au sud Nous avons repr sent Figure 3 17 les deux signaux 120 Chapitre 3 extensom triques filtr s moyennes journali res ainsi que les d placements relatifs GPS projet s dans la direction radiale sur la p riode 1993 1997 Les deux extensom tres montrent des signaux compatibles long terme mais avec d importantes diff rences l chelle de quelques mois On estime ainsi l erreur moyenne sur la mesure environ 5 mm Les variations LIL PUN d passent largement celles des extensom tres Pour tenter de comprendre ces carts nous avons calcul les ouvertures entre deux autres points un peu plus loign s LUL et MAR ainsi que les ouvertures crois es LIL MAR et LUL PUN L cartement LUL MAR l est de la fracture est pratiquement insignifiant alors que LIL MAR montre une variation environ moiti e de celle de LIL PUN Le signal le plus compatible avec les extensom tres est l cartement LUL PUN Ces r sultats nous permettent de discuter certaines caract ristiques de la fracture la dislocation en bordure du crat re est importante Il y a donc bien une fracture cette endroit mais nos extensom tres n en mesurent qu une faible pa
308. ows the model probability and uncertainties of the computed parameters to be estimated The far field deformation 1996 1997 is modelled with an horizontal elliptic magma source for which we determine the location 8 5 0 4 km below the summit and the volume change 10 8 2 2 106 m3 This value is about three times larger than the observed variation of the lava dome volume This suggests that avalanche volume cannot be neglected when considering mass balance The near field deformation 1993 to 1997 is modelled assuming a magma conduit under pressure and viscous wall shear stresses We analyse the effect of fractures on the displacement field and finally three main fractures are included a priori in the medium The pressure evolution in the conduit suggests that the lava dome weight has a negligible effect on deformations The variations of wall shear stress are consistent with the number of multiphase seismic events this gives further evidence for the origin of these events Key Words Volcano Merapi Deformations Tiltmetry GPS Dome 3D VIL Abstrak Struktur dan mekanika Gunung Merapi Jawa suatu pendekatan metodologis medan deformasi Studi deformasi bertujuan untuk mengetahui struktur dalam dan dangkal tubuh gunungapi kantong magma pipa kepundan dan struktur rekahan Bentuk geometri dari struktur yang tidak diketahui tersebut adalah suatu faktor utama yang berperan dari setiap fenomena magmatik se
309. p des informations a priori sur ces param tres positions approximatives des points sous la forme d un vecteur po et la matrice de variance associ e Cp variations tol r es pour chaque param tre n donn es mesures g od siques sous forme d un vecteur do et leurs incertitudes exp rimentales erreurs a priori oia permettant de d finir une matrice de variance Ca une information th orique sur le syst me physique probl me direct reliant entre elles toutes les variables du probl me dca g p 88 Chapitre 3 En faisant l hypoth se que les erreurs suivent une loi gaussienne on recherche une solution stable au sens des moindres carr s c est dire qui minimise les carts entre les donn es observ es et calcul es Les auteurs montrent que le probl me peut tre r solu par un algorithme it ratif bas sur l approximation lin aire du probl me direct en un point et permettant de trouver les valeurs des param tres qui maximisent la densit de probabilit 1 Pra Ppt GpCa G C 6763 do g p C Ps Po 3 1 o Gx est la matrice des d riv es partielles des donn es calcul es par rapport aux param tres Git 3 2 Bey L estimation des erreurs a posteriori sur les coordonn es la k me it ration s obtient par la matrice de variance covariance i 1 C G102G 0 3 3 qui permet de calculer les valeurs principales et les orienta
310. part des mod les utilis s pour rendre compte des d placements observ s sur les voleans supposent un milieu semi infini lastique et homog ne Le volcan est alors consid r dans un tat statique modifi par une perturbation Ceci permet pour une structure donn e de n gliger le poids des terrains et l tat initial de contraintes du massif La source de perturbation est souvent mod lis e par une surpression dans un r servoir magmatique de g om trie simple point sph re ellipsoide plan ou par la dislocation d une fracture plane simulant une ruption fissurale Mogi 1958 McTigue 1987 Dieterich amp Decker 1975 Pollard et al 1983 Okada 1985 Ce type de mod le est compatible avec de forts d placements de l ordre du m tre et une source suffisamment profonde pour que les effets de formes puissent tre n glig s Les sources de perturbation ont ainsi t localis es et d termin es sur une douzaine de volcans actifs Dvorak amp Dzurisin 1997 essentiellement avec les mod les de Mogi 1958 point source et d Okada 1985 fracture En revanche ces approximations sur la source et le milieu en n gligeant leurs complexit s limitent consid rablement notre interpr tation des ph nom nes volcaniques Milieu discontinu Les surpressions calcul es avec un milieu parfaitement continu sont en g n ral irr alistes Des mod les de source non uniforme ont t tent s pour r soudre ce probl me Yo
311. plitude maximale La mesure de ce ph nom ne n cessite donc un site extr mement calme et d nu de toute influence externes notamment de la temp rature La Figure 3 8 pr sente le signal de l inclinom tre CH379 sur une p riode de 15 jours en mai 1997 Les variations thermiques diurnes y sont bien visibles avec une amplitude maximale de 1 urad environ Le signal corrig pr sente quant lui des ondulations r guli res de 12 h d une fraction de urad d amplitude typiques de la mar e onde M2 Des variations de longue p riode et du bruit courte p riode viennent d ajouter ce signal Nous avons galement repr sent la mar e clinom trique th orique calcul e pour le site de Deles dans la direction tangentielle programme 80 ORB 1985 On remarque la tr s bonne corr lation du premier ordre La Figure 3 9 montre les m mes signaux dans le domaine fr quentiel spectre de puissance o l on retrouve signal brut corrig temp rature et mar e th orique Le signal brut comprend une composante diurne tr s forte qui a t att nu e par la correction de temp rature pour atteindre l amplitude de celle de la mar e ondes S1 et La composante semi diurne d j visible dans le signal brut n a pratiquement pas t modifi e par la correction si ce n est un l ger d calage en fr quence qui ram ne ce pic 12 3 h la p riode de M2 On distingue sur le spectre de la mar e th orique l onde M3 qui semble
312. pluie qu apr s les 2 Cette p riode correspond malheureusement un probl me sur les syst mes d acquisition de donn es Nous n avons qu une seule composante valide et il n a donc pas t possible de calculer la fonction de synchronisation Traitement et validation des donn es 113 premi res nu es vers 16 h local Ceci peut tre expliqu par le fait que la charge de la pluie induirait des d formations l chelle du kilom tre Figure 3 13 la corr lation entre la pluie et le signal clinom trique est vidente sur les 6 jours qui ont pr c d les nu es Chaque pluie est accompagn e d un petit d crochement toujours vers le bas et plus ou moins proportionnel la hauteur d eau environ 0 5 urad pour 25 mm On remarque que pour les 28 29 et 30 octobre 1995 le signal clinom trique revient bien son niveau initial en quelques heures mais pas pour le 31 o il y a clairement une d formation r siduelle d environ 0 5 urad Les premi res nu es sont sorties bien avant la pluie du 31 octobre 1996 Troisi me analyse corr lations avec la pluie Suite ces r sultats nous avons install un pluviom tre Deles en mai 1997 La Figure 3 14a pr sente les 5 inclinom tres de la station entre le 5 mai et le 19 juin 1997 la fonction de synchronisation correspondante et la pluviom trie La corr lation des chelons avec la pluie est syst matique dans le sens pr cipitation chelon mais les amplitudes ne semblen
313. plus de 100 m tres recouverte de quelques m tres seulement de d p ts pyroclastiques r cents La coul e est donc accessible facilement en creusant la terre la main La station sismique install e en 1987 se trouve au fond d une vall e assez encaiss e Photo 2 7a quelques dizaines de m tres d un ravin form dans la coul e Photo 2 7b Elle comporte une petite b tisse dont les fondations reposent sur la coul e de lave et l ensemble est prot g par une enceinte de barbel s Le sismom tre n est pas enterr mais simplement pos sur la dalle de b ton Les signaux de cette station sont les meilleurs du MVO du point de vue du bruit sismique Un ma on nous a aid construire une annexe d environ 60 x 70 cm de dimensions ext rieures dont les murs de parpaing s appuient sur la roche Une chape de b ton a t mise en place pour former un sol horizontal et les murs ont t recouverts de 3 cm de polystyr ne expans afin d assurer l isolation voir Figure 2 29 Photo 2 7 a Site de Deles et indication fl che de la station sismique clich D Rebscher b Affleurement de la coul e de lave d and site massive Merapi Moyen en direction du nord ravin en contrebas de la station Mesures instrumentales 77 Syst me d acquisition Destin e principalement acqu rir de longues s ries de donn es continues la station ne comprend pas de t l transmission radio ce qui en all ge la maintena
314. plus d gag que nous avons mesur avec BABO puis nous avons r alis le rattachement indispensable DELO DEL1 Ce triangle form par les trois sites JRA BAB DEL avec JRAO comme point de r f rence forme d sormais la base du r seau GPS Merapi La totalit des lignes de base mesur es au cours de cette campagne est repr sent e la Figure 2 14 Les 4 points JRAO BABO SELO et PUSO ont t mesur s 2 2 par toutes les combinaisons possibles ce qui permet de bien contraindre les positions des points interm diaires SELO et PUSO lesquels serviront de r f rence aux points du sommet Le facteur de redondance est en effet correct f 2 1 MERAPI GPS BASELINES 1996 JRAO Figure 2 14 Lignes de base mesur es pour la campagne 1996 f 2 1 Les bases ont toutes t calcul es au moyen du logiciel de GPSWIN Les hauteurs d antenne et param tres m t os utilis s sont ceux du Tableau 2 6 Pour les bases longues il a souvent t n cessaire d exclure une partie des enregistrements sur certains satellites en raison des masques Mesures instrumentales 55 propres aux sites ou bien lorsque les perturbations atmosph riques taient trop fortes pluie sur les antennes par exemple Nous avons galement fait varier les l vations minimales autour de 15 de fa on toujours minimiser les r sidus Les r sultats sont pr sent s au Tableau 2 7 Au cours de trois sessions diff rentes u
315. poids du d me de lave pour freiner la mont e du magma Ces calculs d pendent essentiellement du rayon du conduit et de la viscosit du magma Avec un conduit plus petit on obtient des variations de pression tr s diff rentes et m me positives 9 5 MPa pour a 10 m par exemple La viscosit est quant elle difficile estimer mieux qu un ordre de grandeur pr s 5 1 2 Estimation du volume des avalanches Une autre cons quence de notre r sultat d inversion est la comparaison du volume disparu dans la chambre avec celui observ en surface par les estimations de volume du d me En effet d apr s notre mod le lastique et en supposant que le conduit est toujours rempli de magma incompressible les deux valeurs devraient tre gales aux incertitudes pr s Or nous constatons un d ficit de 7 6 2 2 106 m c est dire environ 70 du volume total Nous avons donc avanc l hypoth se que le volume du d me en place au sommet n est pas repr sentatif du volume de lave extrud Une part importante disparaitrait dans les avalanches gravitaires 1 Toutes les incertitudes donn es dans les calculs qui suivent ne correspondent qu l cart type sur la variation de volume de notre mod le les erreurs sur les autres param tres tant inconnues densit viscosit Discussion 173 Volume des d p ts Pour estimer le volume des d p ts nous avons calcul le volume d un prisme quadrangulaire de 300 m de la
316. position and volume variation between the solutions obtained with the 3 chamber volumes It is concluded that this modelling cannot resolve the initial source volume Figure 8 shows the model space samples for the sphere and for the ellipsoid sources as a function of volume variation versus depth It reveals the linear dependency between these two parameters the shallower the depth the lower the volume variation and the independency of the volume variation with respect to source shape and size Figure 7 shows the computed displacements and tilt vectors as compared to the data As for previous models vertical displacement of BABO horizontal direction and vertical displacement of DEL are not reproduced satisfactorily Discussion 138 Chapitre 4 Methodology Tilt Modelling All the tested models adjust exactly the two tilt data because of the relatively small uncertainty associated with their measurement as compared to that on displacements These tilt data have an important part on the inversion because they fix the horizontal position of the source thus they eliminate a set of models which would have been selected had only displacements data been considered But we know that tilting is dependent of local surface topography This entails three conditions if tilts are to be introduced efficiently in modelling 1 Tilt data have to be correctly measured and validated in order to represent the real tilting of the sites with large enough area
317. pour applications g ophysiques Th se en cours Toulouse 1998 Le Guern F and A Bernard A new method for sampling and analysing volcanic sublimates Application to Merapi Volcano Java J Volcano Geotherm Res 12 133 146 1982 Lee T Y and L A Lawver Cenozoic plate reconstruction of southeast Asia Tectonophys 251 85 138 1995 Lesage P D veloppement de m thodes en vue de l tude des d formations sismotectoniques du sous sol Th se de Doctorat Univ P et M Curie Paris VI 157 p 1981 Li L tude exp rimentale du comportement hydrom canique d une fracture Th se de Doctorat Univ D Diderot Paris VII 150 p 1997 Lliboutry L Mod les et r volution en sciences de la Terre La Recherche 163 272 278 1985 240 F Beauducel Massonnet D M Rossi C Carmona F Adragna G Peltzer K Feigl and T Rabaute The displacement field of the Landers earthquake mapped by radar interferometry Nature 364 138 142 1998 Massonnet D K Feigl M Rossi and F Adragna Radar interferometry mapping of deformation in the year after the Landers earthquake Nature 369 227 230 1994 Massonnet D P Briole and A Arnaud Deflation of Mount Etna monitored by spaceborne radar interferometry Nature 375 567 570 1995 Max J et J L Lacoume M thodes et techniques du traitement du signal et applications aux mesures physiques Vol 1 Masson 5 me d 1996 McDonald G A Volcanoes Prent
318. principle provides a means to vary the instrument sensitivity over several orders of magnitude through the adjustment of the oscillation period of the pendulum Jobert 1959 Each tiltmeter has its own period from 8 to 15 seconds defined during installation This implies slightly different values of sensitivity for each tilt component see Table 4 Thus instrumental effects if they exist can be identified by comparing the response of the different sensors A temperature sensor has been placed within the rock and a resistor bridge simulates the response of a stationary tiltmeter It reflects all forms of electronic noise acquisition amplifiers battery voltage Figure 3 shows the location of each sensor At the three sites sensors are protected by a steel box covered by a 5 cm thick isolator These boxes are then buried under a 1 m cover of natural soil For a perfect recording continuity two data loggers are used 20 bit DAS 4 channel continuous integrators Van Ruymbeke et al 1997 instead of radio transmitter systems On each sensor voltages are converted to frequency modulated signals in order to suppress long cable effects The DAS directly records frequency of the signal by a simple counter Thus the recording system constitutes a perfectly linear integrator with very high range digital conversion Beauducel 1991 Each data logger has its own power supply system solar panel and batteries and there is no possibility of el
319. purbo alias Purbo qui a entre autre assur la maintenance des stations pendant les p riodes de non recouvrement entre les coop rants et supervis l organisation de la mission GPS au sommet en 1996 Maturnuwun inggih mas J ai eu galement le plaisir de collaborer avec des laboratoires francais Je pense en premier lieu Michel Kasser CNAM IGN qui a initi et soutenu le projet GPS sur le Merapi en 1993 et 1994 et Thierry Duquesnoy IGN pour la direction et le calcul des r sultats de ces deux premi res campagnes et pour avoir consacr plusieurs jours de son temps me former aux fastidieux traitements GPS Merci aussi Fr d ric Ego Orsay qui a donn un coup de main pour la campagne 1994 et Serge Botton IGN pour ses pr cieux renseignements bibliographiques sur les effets troposph riques Les extensom tres du sommet ont t con us et parfaitement conditionn s pour le terrain par Robert Guiguet LGIT L Institut de Physique du Globe de Paris est un cadre privil gi pour effectuer une th se Parmi ceux qui ont contribu mes r flexions je remercie tout sp cialement Philippe Jousset Val rie Cayol J r me David Patrick Pinettes Pierre Briole et Michel Diament Pierre Antoine Blum et Marie France Esnoult m ont initi l art de la silice au travers de l installation de magnifiques objets soud s pouvant servir galement d inclinom tres de pr cision Merci pour leur nombreux conseils sur
320. quatre types de donn es ind pendantes les mesures de d formation AEMD de 1988 1992 pr sent es ci dessus mod lis es par une source ponctuelle 1 6 km sous le sommet Mogi 1958 Suganda et al 1995 Les auteurs 24 Chapitre 1 signalent toutefois qu ils ont utilis un mod le lastique continu alors que les donn es indiquent clairement la pr sence de fractures actives dans la zone tudi e les mesures microgravim triques de 1993 1994 mod lis es par une sph re de 100 m de rayon situ e environ 600 m sous le sommet ou par un cylindre vertical 1000 m sous le sommet Jousset 1996 Jousset et al 1998 la pr sence de m taux rares dans les d p ts fumerolliens de Gendol et l augmentation du flux de SO et de la temp rature en 1991 r v lent une mont e de nouveau magma qui aurait d gaz environ 2 km de profondeur Kavalieris 1994 l volution du d me de lave 1993 1994 volumes g om tries et flux de masse qui fixe le rayon de la chambre 850 m si l on suppose une longueur de conduit de 1000 m avec un diam tre de 20 m Ratdomopurbo 1995 mGal 9190 T30 9180 E 9170 D 0 9160 5 5 9150 9140 80 410 420 430 440 450 460 Longitude UTM km Figure 1 10 Carte d anomalies gravim triques r siduelles interpol es de la r gion du Merapi d apr s Jousset 1996 Les points noirs marquent l emplacement des donn es On y distingue essentiellement une
321. qui ont accept de juger ce travail Claude Jaupart Jean Louis Le Mou l et en particulier Wimpy S Tjetjep directeur du Volcanological Survey of Indonesia En contrepartie de tout ce que j ai pu apprendre sur les volcans gr ce lui j esp re que les id es pr sent es ici pourront aider d une mani re ou d une autre la surveillance des 129 volcans actifs dont il a la lourde charge Pour reprendre un ordre plus chronologique je voudrais remercier deux amis qui ont jou un r le fondamental dans ma formation Tout d abord Michel Van Ruymbeke qui a su veiller en moi d s 1989 une v ritable passion pour l instrumentation g ophysique Gr ce lui je garderai de mon long passage l Observatoire Royal de Belgique et d un tr s agr able s jour Lanzarote une intuitive mais solide formation la m trologie de haute voltige Puis Philippe Jousset volcanologue pluridisciplinaire et passionn et impardonnable responsable de ma d couverte de l Indon sie Il m a sans aucun doute apport au travers des centaines d heures pass es ensemble une vision plus r aliste de la complexit des volcans Je tiens remercier Rose Marie Chevrier et Jean No l Tonnon chercheurs de cr dits au Minist re de l Environnement et Georges Poupinet coordinateur scientifique de la coop ration avec l Indon sie pour m avoir tr s fortement soutenu et impliqu dans leurs projets depuis 1992 me permettant de r aliser au total six
322. r gression lin aire entre l erreur sur la mesure GPS 3 composantes et la longueur de la ligne de base On remarque sur le param tre a la qualit des mesures en 1994 r cepteurs bifr quence et l am lioration tr s nette en 1996 et 1997 gr ce l introduction d un mod le de m t o locale Le param tre b semble d pendant du nombre de mesures 62 M ERAPI GPS BASELINE ERRO RS 1993 1997 Component errors mm X Xcomponent c 1 31 10 D 43 8 mm Y component c 22 71 10 D 46 3 mm Zcomponent 0 98 10 D 3 1 mm 0o uem 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Baseline length m Chapitre 2 Figure 2 19 Erreurs a priori un cart type sur les 3 composantes g ocentriques des lignes de base mesur es par GPS au Merapi de 1993 1997 en fonction de la longueur Les interpolations lin aires par moindres carr s sont repr sent es par une droite pour chaque composante On trouve une erreur moyenne d environ 4 mm 2 10 8 D Cette analyse nous permet de conclure usage de r cepteurs bifr quence am liore nettement les mesures et aurait t tr s b n fique pour la mesure des longues bases l introduction d un mod le m t orologique local bas sur des mesures de terrain a permis de diminuer les erreurs sur les bases pr sentant une forte d nivel e les erreurs sont finalement assez fortes et sup rieures la pr cision que nous recherchons Elle
323. r s de la station voir Figure B 4 partir du 7 juillet 1996 les 2 uDAS ont t programm s une acquisition 2 minutes de facon mieux r soudre les signaux courte p riode l autonomie est alors r duite 70 jours Les connexions sont divis es en deux groupes ind pendants 8 inclinom tres et un thermom tre site 1 et 2 sur le DAS MDA Merapi Deles A aliment par une batterie 70 Ah reli e deux panneaux solaires de 64 W 2 inclinom tres le pont r sistif et le pluviom tre site 3 sur le DAS MDB Merapi Deles aliment par une batterie 70 Ah reli e un panneau solaire de 64 W DELES TILT STATION Lat 7 32 36 6 S Lon 110 27 44 0 E Alt 1550 m Summit SITE 3 Ne CH427 CH429 wm LIP 1 35 Res SITE 1 Eom v Rain MDA MDB SITE 2 Figure B 4 Vue horizontale de la disposition des instruments la station clinom trique de Deles 5 inclinom tres sont r partis sur 3 sites CH379 et CH427 en direction tangentielle et CH380 CH376 et CH429 en direction radiale au sommet Un pont r sistif Res un capteur de temp rature LIP et un pluviom tre Rain permettent de contr ler quelques param tres externes Au site 3 deux thermom tres LIP et LM35 sont install s mais ne sont pas enregistr s 222 Station MDA Annexe B La sonde de temp rature LIP thermor sistance install e sur le site b tonn site 1 est connect e par un c ble deux fils
324. r sentent de nombreuses lacunes L un de ces extensom tres a t plac sur la m me fracture Lava 56 le 11 ao t 1994 de facon contr ler les mesures par redondance LEAS n 2 Une autre du m me mod le a t install le 22 novembre 1994 sur une fracture active de Lava 57 LEAS n 3 Les trois autres ne sont pas pr sent s ici car ils n ont donn aucun r sultat pour diverses raisons fracture du plateau de Gendol deux extensom tres install s en parall le le 15 ao t 1994 LEAS n 1 et d truits par une petite nu e ardente le 10 septembre suivant fracture mineure dans le crat re Woro un extensom tre install le 3 juillet 1996 LEAS n 4 et d truit par des avalanches de roches lors de l ruption du 17 janvier 1997 avant d avoir fourni la moindre donn e 2 2 2 Fracture Lava 56 La fracture est de direction N80 et coupe le bord du crat re au niveau de la coul e de 1956 en contrebas du point g od sique LILO Elle est parfaitement visible sur une vingtaine de m tres environ 20 cm de large en surface et d gage en permanence de la vapeur d eau sur pratiquement toute sa longueur Cette fracture a l avantage de pr senter des l vres en roche assez compacte et d tre situ e sur un site facilement accessible dans la zone nord du sommet labris des avalanches du d me Mesures instrumentales 65 Station TAD Monoa La station comprend un seul capteur un extensom tre TAD constitu d un si
325. r la distance entre le point et le bord sup rieur du plateau voir Figure B 1 Comme celui ci peut tre voil on effectue la mesure trois fois sur le pourtour de l antenne avec 120 d cart et l on moyenne les valeurs f Pendant toute la dur e de l enregistrement v rifier si la bulle de l embase est toujours centr e elle confirme que le tr pied n a pas boug sinon le noter comme observation sur la fiche de terrain Il faut viter tout masque des signaux vers l antenne il est donc pr f rable de ne pas tre debout proche du tr pied Une fois la session d enregistrement termin e renouveler e et noter Caract ristiques de l antenne GPS SERCEL Antenna phase center 5 e rayon du plateau rantenna 157 5 mm 83 mm e hauteur du centre de phase Aphase 88 mm Calcul de la hauteur d antenne r elle ha F di uet Tarena R phase Figure B 1 Mesure et calcul de la hauteur d antenne avec le r cepteur 22 Ces calculs ne seront effectu s qu en fin de mission au moment du traitement des donn es voir B 1 8 sur le terrain on se contente de noter sur la fiche de terrain les valeurs brutes mesur es avec leur azimut et ventuellement un sch ma explicatif au dos de cette fiche Cas particulier des points PUSO et SELO Ces rep res sont constitu s de bornes de b ton surmont es de tubes de PVC Le tr pied doit alors tre r gl sa hauteur quasi maximale ce qui ne laisse encor
326. r la hauteur du tr pied de quelques centim tres refaire le centrage et la bulle de l embase et remesurer la hauteur d antenne Le r cepteur ses accessoires et tous les c bles restent donc en place Le r cepteur 116 VSI gr ce sa m moire et son syst me de mesure de hauteur d antenne est plus appropri aux mesures sur un grand nombre de points dans une journ e Le r cepteur 22 GRDO sera plus adapt aux longues sessions sur un seul point avec ses cot s le PC portable Il est pr f rable de constituer deux quipes de 2 ou 3 personnes qui s occuperont d un r cepteur et de tous ses accessoires Ne pas oublier d emmener un PC portable sur alimentation externe 12 V avec au moins le programme de transfert et suffisamment de place sur le disque dur Pr voir aussi une vingtaine de disquettes pr formatt es DOS pour la copie des donn es sur le terrain B 1 3 Installation de l antenne sur le point L antenne GPS doit tre positionn e la verticale parfaite du point de mesure horizontalement et orient e vers le nord La hauteur entre le centre de phase ou d faut le plateau et le point doit tre mesur e avec la plus grande attention Les vis es optiques des embase tant souvent fauss es 1l est n cessaire d ajuster la verticale au moyen d un fil plomb Voici un mode d installation possible a Fixer l embase sur le tr pied en position centrale et toutes vis serr es y accrocher le fil plomb b P
327. r la mesure faite dans la station LEAS appel e temp rature ext rieure l un cot de l inclinom tre CH383 et l autre enterr environ 50 cm de profondeur Tableau 2 13 Caract ristiques des capteurs de la station LEAS n 2 sensibilit de l instrument r solution num rique et bruits moyens 1 heure et 1 jour cart type Capteur Unit Dynamique R solution 6 1 heure o 1 jour Inclinom tre radial CH374 urad 403 0 805 4 548 9 794 Inclinom tre radial CH383 urad 1377 2 754 2 839 5 421 Temp rature tilt LM35 C 150 1 Temp rature sol LM35 C 150 1 1 91 1 740 74 Chapitre 2 Les donn es brutes calibr es sont pr sent es la Figure 2 27 Le capteur de temp rature install pr s de linclinom tre n a jamais fonctionn malgr de nombreuses interventions L ensemble des signaux est d ailleurs tr s bruit cause de probl mes d alimentation Le capteur de temp rature du sol ne montre quasiment aucune variation diurne en revanche sa valeur moyenne est assez lev e environ 40 C au d but de l installation puis 26 C apr s une intervention mi 96 le capteur a sans doute t replac moins profond Les deux inclinom tres montrent des signaux tr s diff rents sur les 6 premiers mois de donn es apr s l installation Cela confirme une fois de plus l importance de la redondance des mesures partir du mois d ao t 1996 les signaux sont moins bruit s et montrent des variations assez importantes 2
328. r les discontinuit s limite l utilisation du programme MBEM lorsque les fractures ne se comportent pas en ouverture Pour palier ce probl me nous avons d cid de limiter l tendue de la fracture Lava 56 au tiers Est de sa longueur au niveau de son intersection avec la fracture Dome 1 Calcul avec 20 fracture Gendol et Lava 56 Avant d introduire une troisi me discontinuit nous avons r alis un calcul avec une fraction de la fracture Gendol 2096 partir du conduit Cette fracture jouant un grand r le dans notre mod le ce calcul permet de d terminer s il para t r aliste de la prendre en compte sur toute sa longueur Les r sultats sont pr sent s Figure 4 9 champ de d placement et Figure 4 11 contrainte de cisaillement Les deux types de source induisent bien une contrainte de cisaillement importante qui tend faire progresser la fracture vers l ext rieur Le calcul ne prenant pas en compte le poids des terrains ces r sultats sont consid rer avec pr caution notamment en ce qui concerne le cisaillement en profondeur Il est probable qu en ajoutant une pression lithostatique la fracture ne se propage qu en surface Calcul avec trois fractures Gendol 30 Lava 56 et Dome 1 Notre dernier calcul a t r alis avec trois fractures simultan es Gendol Dome 1 et les 3096 Est de la fracture Lava 56 Le champ de d placement est pr sent la Figure 4 12 Les d placements des points situ s l est d
329. r tous les couples de points et si le temps le permet d ajouter de nouvelles combinaisons afin de r duire les erreurs Ici au sommet on a cherch bien contraindre un cartement possible du crat re quadrilat re NTR NUR DOZ AYI mais aussi viter les allers et venues au dangereux point DOZ Le temps de mesure est assez empirique mais est optimis par exp rience en fonction de la distance et de l altitude entre les points Afin de gagner du temps on doit composer des quipes d au moins deux personnes par r cepteur et organiser des tournantes pour les pauses et les mesures de nuit Au sommet il est pr vu une heure de d placement entre chaque point ce qui est largement surestim afin de parer les probl mes d intemp ries Tableau B 1 Planning des mesures pour une campagne compl te GPS au Merapi avec 2 r cepteurs 10 jours de terrain Local time Baseline Measure Day Local time Baseline Measure time time 08 00 14 00 JRA DEL 11 00 12 00 LUL LIL 08 00 14 00 13 00 14 00 NUR LIL 08 00 14 00 BAB JRA 7 15 00 16 00 NUR NTR 07 00 08 00 NTR DOZ 15 00 16 00 LUL MAR 09 00 10 00 NUR DOZ 07 00 09 00 LUL PUS 2 hours 11 00 12 00 10 00 12 00 LUL SEL 2 hours 13 00 14 00 13 00 15 00 PUS SEL 2 hours 15 00 16 00 MAR 06 00 10 00 JRA SEL 4 hours 07 00 08 00 MAR PUN 1 hour 12 00 18 00 BAB LUL 6 hours 09 00 10 00 LUL PUN 1 hour
330. raissent les plus appropri es pour compl ter le r seau GPS Comme pour l inclinom trie elles ont une pr cision bien plus grande et l aspect continu permettra de relier les mesures GPS souvent trop espac es dans le temps Nous ajouterons galement une mesure d inclinaison pour les m mes raisons Mise en place d un r seau GPS Le r seau g od sique utilis pour les mesures AEMD a t install en 1988 par les quipes indon siennes et am ricaines Barry VOIGHT et Kirby YOUNG USGS et r it r r guli rement pour la surveillance des d formations sommitales Les rep res de ce r seau ont t choisis pour avoir une vue directe entre chaque couple de points contrainte inh rente la technique AEMD ce qui a entrain une disposition du r seau assez l che En d pit de ces inconv nients il nous a sembl judicieux de ne pas cr er un nouveau r seau de points sp cial GPS afin de pouvoir comparer et valider nos mesures avec celles du MVO Le GRDC Geological Research and Development Center de Bandung galement partenaire de l accord de coop ration avec la France poss dait d j un r cepteur GPS monofr quence de type Sercel NR101 En 1993 la D l gation aux Risques Majeurs a fourni au VSI un r cepteur du m me type et les campagnes de mesure ont ainsi commenc avec un quipement indon sien sous la direction de Michel KASSER CNAM Signalons ici qu un r cepteur monofr quence co te environ 2 fois moins c
331. ration des lignes de base d une fa on g n rale et donc le degr de confiance associ au positionnement ind pendamment de la qualit des mesures on peut calculer un facteur de redondance pour chaque mission comme tant gale Botton et al 1997 r 1 xs 0 9 f n 1 2 7 o r est le nombre de r cepteur s le nombre de sessions lignes de base et n le nombre de points stationner Le facteur 0 9 prend en compte les 10 de possibilit de perte des observations pour une raison quelconque valeur totalement empirique Pour un petit r seau standard mesur en mode statique avec des r cepteurs monofr quence il est conseill de programmer une mission caract ris e par un facteur f sup rieur 2 Pour un petit r seau d tude tr s pr cise sur une faille par exemple un facteur f gt 4 est souhaitable On remarque que la redondance sur un r seau donn d pend donc de 2 param tres nombre de r cepteurs et nombre de sessions de mesure Ce dernier est contraint par un aspect logistique important accessibilit entre points dur e totale restreinte de la mission qui sera souvent d terminant Le temps de mesure d une session est assez empirique mais est optimis par exp rience en fonction de la distance et de l altitude entre les points Au sommet il est pr vu une heure de d placement entre chaque point afin de prendre en compte les probl mes d intemp ries ce qui est largement surestim 2 1 6
332. rature LM35 C 150 1 0 10 0 0388 0 6737 Mesures instrumentales 79 MERAPI DELES BLUM TILT STATION 12 yrad i 20 34 15 17 Sep 22 Sep 27 Sep 02 Oct 07 Oct 12 Oct 1 L 16 Sep 95 14 25 00 Time 12 Oct 95 10 39 00 NT Tilt_Tan_CH379 yrad 1 Tilt Rad CH380 2 Temp Soil LIP C 3 Temp_Tilt_LM35 9C 4 Figure 2 30 Donn es brutes de la station Deles lors de la p riode de test du 16 septembre au 12 octobre 1995 2 inclinom tres tangentiel en haut radial en bas et 2 thermom tres Les variations les plus fortes 1 2 C d amplitude correspondent la temp rature mesur e l int rieur de la b tisse LM35 l autre signal plus stable est mesur e environ 1 m de profondeur LIP MERAPI DELES BLUM TILT STATION N m M e e e eo 1 a m a 1 40 35 30 25 20 15 10 1 L 16 Sep 5 14 25 00 Tilt_Tan_CH379 prad 1 12 Oct 95 10 39 00 NT Figure 2 31 Trajectoire horizontale du vecteur clinom trique la station Deles lors de la p riode de test du 16 septembre au 12 octobre 1995 composante radiale N30W en fonction de tangentielle N120W En revanche la temp rature de la coul e de lave est extr mement stable et n exc de pas 1 C sur la p riode tudi e avec un cart type de seulement 0 13 C par jour Ceci confirme les mesures au Merapi de Minakami et al 1969 qui ont montr qu seulement 1 m tre de
333. re 2 31 pr sente la trajectoire horizontale du vecteur clinom trique composante radiale en fonction de la composante tangentielle au cours de cette p riode On distingue un large mouvement radial s chage du b ton auquel se superposent des trajectoires diurnes plus ou moins elliptiques sens horaire Les parties denses et donc lentes en arc de cercle correspondent la baisse de temp rature nocturne et les parties plus rapides et chaotiques correspondent la tranche horaire 6 18 local les amplitudes d pendent alors de l ensoleillement du site Le Tableau 2 14 reprend les caract ristiques des capteurs et des signaux enregistr s l cart type des signaux filtr s des p riodes sup rieures 1 jour permet d estimer le bruit d aux effets de site variations journali res de temp rature essentiellement On en d duit que dans cette configuration les inclinaisons diurnes sont de 4 3 urad C dans la direction tangentielle sens de la longueur de la b tisse et de 2 7 prad C dans la direction radiale Tableau 2 14 Caract ristiques des capteurs de la p riode de test Deles sensibilit de l instrument r solution num rique et bruits moyens 10 minutes et 1 jour cart type Capteur Unit Dynamique R solution 10 minutes 6 1 jour Inclinom tre tangentiel CH379 urad 159 4 226 105 0 2023 2 8772 Inclinom tre radial CH380 urad 157 1 375 10 5 0 1129 1 7884 Temp rature LIP C 100 1 0 10 4 0 0393 0 1302 Temp
334. re B 3 Exemple de sch ma synth tique rappelant les principaux param tres d une session de mesure avec les deux r cepteurs hauteur d antenne et m t o moyenn e GPSWin v2 0 Ce logiciel permet le calcul des vecteurs tridimensionnels entre deux points partir des donn es transf r es des r cepteurs Il fonctionne sous Microsoft Windows 8 x et est fourni avec un manuel d utilisation en Anglais Si ce n est d j fait dans le gestionnaire de programme cr er un dossier GPSWin Fichier Nouveau Groupe de programmes puis cr er autant d ic nes de programme que de fichiers Fichier Nouveau Programme Parcourir Voici la liste des 5 programmes situ s dans le r pertoire GPSWIN BIN manager exe gestionnaire g n ral pr paration des donn es pour le calcul process exe calcul des bases affichage graphique et texte des r sultats transfo exe utilitaire de conversion de syst mes de coordonn es pred exe utilitaire de pr diction de trajectoires satellitaires alm exe affichage de l almanach des satellites La logique suivre pour traiter les donn es est la suivante se r f rer au manuel d utilisation pour de plus amples pr cisions Fiches techniques 213 a Lancer le programme Manager b Cr er des nouvelles sessions partir des fichiers de donn es Session New puis entrer v rifier la hauteur d antenne r elle Session View Antenna les p
335. rectes sur linterpr tation des mesures de d formations venir et donc sur la surveillance de ce volcan La zone nord ouest du sommet devra tre instrument e rapidement pour pr venir dun glissement de terrain qui semble in vitable moyen terme En se basant sur notre mod le a posteriori en champ lointain nous savons maintenant o et comment compl ter les sites de mesure pour mieux contraindre les calculs dinversions De nouvelles stations dinclinaison vont tre install es cet effet sur les flancs du volcan Nous manquons en revanche dun mod le global permettant dune part de prendre en consid ration toutes les sources de d formation et d autre part de rendre compte du champ de d formation toutes les chelles spatiales Conclusion g n rale 181 et quelques param tres magmatiques Les r sultats de nos mod les ont permis de soulever un probl me important l estimation du flux de magma par simple observation du d me sommital ne semble pas suffisante Il faut donc mener une tude approfondie des avalanches gravitaires partir de leur signature sismique par exemple afin d en d terminer correctement le volume Linversion du champ de d formation sommital a permis une description des variations de pression interne dans le conduit magmatique La corr lation parfaite entre les variations de frottement calcul es partir de nos mesures GPS et les variations du nombre de s ismes multiphase enregistr s nous permet
336. rentes par leur traitement qui d pend de nombreux param tres difficilement estimables elles permettront d obtenir des erreurs plus r alistes sur les positions Ruegg comm pers 1998 Cet artifice ne vise donc pas am liorer le positionnement et encore moins r duire les erreurs mais respecter les hypoth ses de la statistique dans le calcul de compensation Un autre calcul d ajustement non pr sent a t effectu en retirant les donn es AEMD Les positions trouv es sont strictement identiques celles issues du calcul avec toutes les donn es une fraction de mm pr s mais les erreurs a posteriori sont cependant l g rement plus fortes Ceci nous a incit abandonner l utilisation des mesures AEMD dans les calculs ult rieurs et donc les missions tandem AEMD et GPS assez lourdes g rer finalement Le point SELO sert de r f rence l ajustement nous avons utilis la position en 1994 de facon pouvoir calculer directement des d placements entre les deux ann es Tableau 3 2 Tableau 3 2 Position des points du r seau 1993 en coordonn es UTM et erreurs a posteriori SELO est le point de r f rence position 1994 Coordonn es UTM 49 WGS84 m Erreurs a posteriori m Point Est Nord Altitude OE ON OU SELO 439543 9644 9167528 3135 2570 4127 PUSO 439552 3159 9166838 7151 2734 0062 0 0137 0 0063 0 0231 PUNO 438956 0607 9166470 4427 2986 7342 0 0126 0 0055 0 0210 LULO 43897
337. rer le d placement et fournir une position moyenne du point Le mouvement pourtant bien r el est alors consid r comme une incertitude suppl mentaire de mesure L erreur globale sur les positions a posteriori du r seau sera donc augment e Choix d un point de r f rence pour la compensation Les lignes de base avec le point JRAO n tant pas exploitables pour les campagnes 1993 et 1995 il nous a fallu choisir le point SELO comme r f rence pour compenser les mesures de ces ann es Cependant afin de pouvoir calculer les d placements 1993 1994 et 1994 1995 nous avons utilis pour ces 2 ann es la position de SELO calcul e en 1994 par rapport JRAO Traitement et validation des donn es 91 Positions septembre 1993 Pour cette premi re ann e les bases GPS m mes une fois compl t es par les mesures AEMD sont en nombre insuffisant pour une estimation statistique correcte des erreurs tr s faible redondance Sur certains points les erreurs a posteriori seront gales aux erreurs a priori et risquent donc d tre sous estim es Afin d augmenter le nombre de donn es nous avons us d un artifice de calcul les bases calcul es par le logiciel BERNESE avec orbites pr cises ont t compl t es par les bases calcul es avec le logiciel GPSWIN orbites radiodiffus es Ces donn es ne sont donc pas totalement ind pendantes puisqu elles sont bas es sur les m mes mesures GPS brutes Mais tant tout de m me diff
338. rge base du d me de 2 km de long et 2 km de large l extr mit o l paisseur est nulle flanc du volcan Cette g om trie simule la r partition progressive des d p ts des avalanches sur les distances habituellement observ es voir Figure 5 1 et Photo 1 3 au Chapitre 1 Pour contenir le volume d ficitaire calcul la hauteur n cessaire la base du d me est de 5 3 1 5 m Cette valeur est raisonnable pour un d me dont la hauteur d passe 100 m Nous en concluons qu il est tout fait probable que le volume manquant soit pr sent sous forme de d p ts 300m V 7 6 2 2 106 m b 2a a 1 6 b 5 3 1 5m Figure 5 1 Estimation de la hauteur n cessaire la base du d me b 5 2 1 5 m pour un volume de d p ts de lave donn V 7 6 2 2 106 m La forme de prisme quadrangulaire avec paisseur nulle la distance 2 km du sommet simule la r partition volumique des d p ts d avalanches gravitaires sur le flanc sud ouest du volcan Cependant il faut noter que le mod le propos d flation de la chambre profonde ne tient pas compte de cette nouvelle source de d formations Si les calculs d effet du poids du d me au sommet ont montr que celui ci n influengait pas de fa on significative le champ de d formations il est probable que la pr sence d une masse importante r partie sur le flanc du volcan provoque quant elle des d placements mesurables en surface Un mod le complet devr
339. riation 10 m Ro o 25 6000 7000 6000 5000 4000 3000 Depth m Figure 8 Model spaces for ellipsoidal and spherical source as a function of volume variation versus depth Dot size stands for probability of each model A positive correlation appears for both models The source geometry affects only the depth not the volume variation 150 18 T TILT TEMPERATURE CORRECTION 24 h Phase 1 samples Attenuation total 13 4 24h 63 4 Tilt urad 36 Dec 96 Jan 97 Feb 97 Mar 97 Time 20 5 T T T T 2F 185 F 4 18 1 1 Dec 96 97 Feb 97 Mar 97 Time NON STATIONARY LINEAR MODEL 3 T T T T 9 3 mm 64days 2 L NEED 32 days E 16 days d 83L Bdas U sers 4 days 4 2 days a Jan 97 Feb 97 Mar 97 Time Chapitre 4 Figure A1 Example of temperature correction on tilt signal CH379 tangential a Original tilt dotted and final corrected tilt solid following temperature and b linear evolutive functions Cp t for each p values Mod lisation 151 4 3 Mod lisation du champ de d formation proche 4 3 1 Introduction Ph nom nologie Les observations visuelles r alis es au sommet du Merapi nous permettent de dresser une bauche de la ph nom nologie impliqu e Il y a production d un d me de lave visqueuse localis e dans le crat re principa
340. rive que la premi re condition ne soit pas respect e Dans ce cas le fait de poss der un fichier 2 secondes en d but et fin de fichier permet de retrouver les fr quences originales et de lever la plupart des ambiguit s de sauts d chelles En effet nous avons conditionn tous les VtoF pour osciller des fr quences d environ 50 kHz quelque soit la tension d entr e ce qui permet d une part une dynamique importante lorsque l acquisition est r gl e 10 minutes 50 kHz x 600 s 2 15 000 000 24 bits avec perte des trois premiers chiffres et d autre part une absence de d passement d chelle avec une acquisition rapide 2 secondes 50 kHz x 2 s 2 50 000 Exemple si un canal affiche des valeurs autour de 65 392 pendant l acquisition 600 secondes mais 03 942 lors de l acquisition 1 seconde la valeur r elle du compteur est en fait 3 942 x 600 23 652 x 100 000 23 d passements d chelle et la fr quence int gr e exacte est donc 2 365 392 x 2 600 7 884 640 Hz Ceci est assez critique pour les inclinom tres car pour savoir s ils sont en but e il faut connaitre la tension de sortie et donc la fr quence exacte la sortie du VtoF Mat riels et logiciels 191 La Figure A 8 montre un exemple de traitement de compteur sur un signal inclinom trique r el La dynamique de ce syst me est donc infinie ma s la pr cision est bien s r limit e physiquement par celle du quartz qui d termine la p
341. rmant une langue r guli re droite le pic de Gegerbuaya Photo 1 4 Nu e ardente du 22 novembre 1994 14h local photographi e depuis Kaliadem 3 km au sud du sommet clich Mongin Les nu es se sont propag es sur 6 5 km dans la vall e de Boyong et ont d truit en partie les villages de Turgo et Kaliurang 66 personnes tu es et 94 gravement bless es 20 Chapitre 1 Activit actuelle de 1991 1997 Au d but de ce travail le Merapi venait d entrer dans un nouveau cycle ruptif Apr s une p riode d inactivit d environ 5 ans marqu e uniquement par une forte crise sismique en 1990 1991 un nouveau d me s est mis en place partir du 20 janvier 1992 et a recouvert compl tement celui de 1984 voir Photo 1 2a la mi juillet 1992 son volume tait estim 10 5 106 m plus 3 106 m expuls s lors des avalanches Zlotnicki amp Bof 1998 Zlotnicki et al 1998 Ce d me n a pratiquement cess de cro tre depuis avec des taux d extrusion entre 5 000 et 200 000 m jour et des points de sortie variables mais toujours l int rieur du crat re principal voir Figure 1 6 Il y a eu principalement trois v nements explosifs 2 f vrier 1992 60 nu es ardentes s tendant jusqu 4 5 km avec panache s levant 2 6 km au dessus du sommet 18 avril 1993 cycle de 60 nu es ardentes 22 novembre 1994 60 nu es ayant une port e jusqu 6 5 km voir Photo 1 4 lors de l croulem
342. rmation proche 1993 1997 est mod lis par un conduit magmatique soumis des contraintes de pression et de cisaillement axial et la pr sence de 3 fractures dans l encaissant L volution de la pression semble sugg rer que le poids du d me de lave a un effet n gligeable sur les d formations Les variations de cisaillement sont parfaitement compatibles avec le nombre de s ismes de type multiphases ce qui confirme l origine de ces v nements Title Structures and mechanical behaviour of Merapi Volcano Java a methodological approach of the deformation field Abstract Surface deformation studies allow investigation of deep and shallow structures of volcanic edifices reservoir conduit fractures The geometry of this hidden plumbing system constitutes one of the boundary conditions of magmatic phenomena and are essential parameters for understanding volcanic eruptions In this work we apply a methodology from measurement to modelling of the deformation field on Merapi Volcano Java This young island arc strato volcano summit 2964 m above sea level shows almost continuous activity with growth of an andesitic lava dome which collapses in glowing avalanches explosions and nu es ardentes these are sometimes deadly Five GPS Global Positionning System campaigns were carried out between 1993 and 1997 on a 14 point network Four continuous multi parameter stations tiltmeters extensometers were installed between 1993 a
343. ronto Tilt monitoring lava dome growth and pyroclastic flow generation at Merapi volcano Java Indonesia Geological Soc America Abstracts with Programs 26 A 483 1994 Young S R et al MVO team The ongoing eruption in Monserrat Science 276 371 372 1997 Zlotnicki J and M Bof Voleanomagnetic signals associated with the quasi continuous activity of the andesitic Merapi volcano 1990 1995 Phys Earth and Planet Int 105 119 130 1998 Zlotnicki J J C Ruegg P Bachelery and P A Blum Eruptive mechanism on Piton de la Fournaise volcano associated with the December 4 1983 and January 18 1984 eruptions from ground deformation monitoring and photogrammetric surveys J Volcanol Geotherm Res 40 197 217 1990 Zlotnicki J M Bof L Perdereau P Yvetot W Tjetjep R Sukhyar M A Purbawinata and Suharno Magnetic monitoring at Merapi volcano Indonesia J Volcanol Geotherm Res 1998 in press 244 F Beauducel R sum L tude des d formations nous renseigne sur les structures profondes et superficielles des volcans r servoir conduit fracture La g om trie de cette plomberie cach e constitue l une des conditions aux fronti res de tous les ph nom nes magmatiques param tres indispensables la compr hension des ruptions Dans ce travail nous appliquons une m thodologie allant de la mesure la mod lisation du champ de d formations sur le Merapi Java Ce jeune strato volcan d
344. rrespond au num ro de port s rie utilis pour la connexion 1 ou 2 Ensuite quatre valeurs de mode sont possibles 0 tat du DAS et visualisation temps r el des donn es tableau d information 1 transfert des derni res donn es dans un fichier non utilis 2 transfert de toutes les donn es de la m moire dans un fichier 3 transfert de toutes les donn es mode 2 puis r initialisation de la m moire reset Les donn es transf r es sont sauvegard es dans un fichier par d faut en mode ASCII Un mode binaire existe qui permet de r duire la taille du fichier environ d un facteur 3 Celui ci est accessible dans tous les modes en donnant une valeur de mode n gative 1 2 ou 3 filename permet de d finir le nom de fichier qui contiendra les donn es transf r es Il est possible et pr f rable de laisser le programme d terminer le nom automatiquement de fa on ne jamais craser un fichier existant la place d un nom de fichier complet il suffit d utiliser pour filename nom de fichier sera dasYYJJJ xxx o YY est l ann e JJJ le jour de l ann e et xxx un codage de l heure de transfert nombre de secondes dans la journ e en base 36 nnn le nom de fichier sera nnnYYJJJ xxx o nnn peuvent tre 3 caract res quelconques par exemple le nom de la station Avec le mode 3 uniquement les arguments periode en seconde et channels nombre de canaux doivent tre d finis pour la programmat
345. rticales Vis de centrage RADIAL Soudures p riode fixe Vis de p riode INFLATION SIGNAL Figure 2 26 Polarit des inclinom tres compacts Blum vis et c ne La fl che RADIAL indique la direction du sommet du Merapi pour un signal positif lors d une inflation du volcan Sur le Merapi les composantes tangentielles sont orient es par rapport aux composantes radiales 90 dans le sens trigonom trique Mesures instrumentales 73 2 3 2 Stations sommitales Il est tr s difficile de trouver un site correct au sommet du Merapi pour installer un inclinom tre Le sol est constitu d amas de roches de toutes tailles reciment es naturellement par les d p ts de cendre et la pluie abondante Il n y a pratiquement aucun gros bloc non fractur ou peu pr s stable Station TAD sur Lava 57 En 1994 un inclinom tre biaxial Geomechanics 700 a t install sur un gros bloc de Lava 57 avec une station d acquisition TAD608 transmission Argos Le syst me a demand de nombreuses interventions jusque d but 1995 mais n a jamais r ellement fonctionn essentiellement cause de probl mes de corrosion sur les circuits lectroniques qui n taient pas pr par s au terrain protection thermique et imperm abilit insuffisantes En outre le syst me de r ception de donn es Argos a t abandonn par le VSI un peu plus tard en raison de son co t lev Station LEAS sur Lava 56 Lilik Le 10 sep
346. rtie Il est donc probable que l mergence de cette fracture en surface soit diffuse et ne se localise pas uniquement sur la l vre de 20 cm que nous avons rep r e et instrument e la fracture a bien une extr mit l est les points loign s ne montrant aucun cartement Cette limite est compatible avec celle estim e par le MVO En conclusion nous pouvons dire que les extensom tres et inclinom tres du sommet ont permis en tant coupl s avec les mesures GPS de pr ciser les comportements de la roche sur une surface d environ 100 m x 100 m Cependant les mesures extensom triques sont beaucoup trop locales et n cessiteraient des bases plus longues pour d crire convenablement les dislocations Traitement et validation des donn es 600 500 400 300 100 Relative Tilt ura d 100 300 MERAPI FRACTURE LAVA 1956 GPS amp Tiltmeters Radial Tilt 1 Radial Tilt 2 1994 1995 1996 Time 1997 Figure 3 16 Comparaison des signaux clinom triques 2 composantes radiales LEAS et des inclinaisons calcul es partir des variations d l vation GPS entre les rep res LIL et LUL sur la p riode 1993 1997 Les barres d erreur correspondent un cart type 200 180 120 Fracture extension mm 80 60 MERAPI FRACTURE LAVA 1956 GPS amp Extensometers LEAS Extensometer MONOA Extensometer LILO P UNO
347. rtie ouest du plan de fracture est pratiquement nulle et m me l g rement en traction Cette zone correspond en effet la partie libre du bord du crat re Avec la source de cisaillement le r sultat est un peu plus inattendu les 2 3 inf rieurs du plan de fracture sont en traction jusqu 25 de la source et le tiers sup rieur jusqu la surface est en compression 156 Chapitre 4 Calcul avec deux fractures Gendol et Lava 56 Les calculs effectu s avec les deux fractures Gendol et Lava 56 sont pr sent s la Figure 4 9 Avec la source de pression le r sultat est tr s significatif sur la zone au nord de la nouvelle fracture introduite le point situ le plus l ouest montre maintenant un faible d placement vers lest traduisant un mouvement dextre de la fracture Les deux autres points au nord sont galement affect s dans une moindre mesure de la m me mani re d placements att nu s et l g re rotation des vecteurs dans le sens horaire Avec la source de cisaillement axial l effet de cette fracture n est pas significatif sur le champ de d placement Ceci nous permet de discuter deux points importants 1 les d placements observ s dans la zone 1 sont totalement incompatibles avec ce mod le Soit la fracture a t mal localis e cet endroit elle passerait plut t au nord du point GPS soit celle ci est moins tendue vers l ouest 2 Le fait de ne pas pouvoir prendre en compte les frottements su
348. rtz environ 2 10 7 En dessous de 10 5 le syst me perd les digits les plus significatifs lors de la num risation La zone hachur e d limite les fr quences typiquement utilis es TRANSFER FUNCTION H f OF THE pDAS FILTER Gain in dB gain aliasing Frequency in 1 T Figure A 7 Diagramme de Bode de la fonction de transfert du filtre quivalent DAS Les fr quences sont exprim es sans dimension en 1 7 T tant le temps d int gration La courbe aliasing repr sente le repliement de spectre lors de 1 acquisition toutes les secondes Pour rappel un d cibel dB est d fini par 20 logi0G Le gain de ce filtre est repr sent Figure A 7 celui ci a trois avantages il filtre correctement les hautes fr quences 20 dB par d cade au dessus de la fr quence d acquisition ce qui est infaisable avec un filtre analogique quivalent aux basses fr quences 190 Annexe il limine litt ralement les fr quences multiples de T att nuation infinie le d phasage est nul sur tout le spectre impossible avec un filtre analogique Mais un inconv nient dont il faudra se souvenir le repliement de spectre lors de l acquisition ph nom ne d aliasing n est pas n gligeable et il faudra donc s assurer de ne pas avoir de bruits dans une certaine plage de fr quence la seule condition de disposer d un signal modul en fr quence on r alise donc avec un syst me comptage comme le
349. ruded lava has not been estimated correctly The missing 7 6 2 2 106 m corresponds very likely to the volume of continuous rock avalanches which occurred during this period A simple calculation shows that the missing volume can be included in a Mod lisation 139 quadrangular prism 2 km long 2 km wide at the bottom 300 m wide at its top crater and 5 3 1 5 m thick near the crater with no thickness at the bottom 2 The explosion did not involve large magma volumes and was only superficial Conclusion Deformation measurements obtained for the period November 96 March 1997 provide some constraints on the magma chamber at the Merapi volcano Taking into account a 3D topography and including both displacements and tilt observations in an inversion process modifies the conclusions of the classical half space modelling approach and hopefully yields results closer to reality We determined that for the period of concern and despite a strong explosion the deformations were almost continuous in time and are due to a deflation of a deep magma source located some 6 km below sea level The corresponding magma production can be related only partly to the surface dome growth and suggests that the volume of rock avalanches is equal to about three times the volume of the dome growth as detected at the crater level This type of study has been possible because 1 a non interrupted data set for the complete duration of the selected eruptio
350. s Cette transmission n tant plus active la station a t reprogramm e 10 minutes le 19 juin 1996 afin de rester compatible avec la station LEAS du m me site inclinom tres et extensom tre Le Tableau 2 10 reprend les valeurs de sensibilit du capteur la r solution num rique valeur d un digit en unit physique et une estimation du bruit court terme cart type des diff rences entre 2 donn es cons cutives et 1 jour cart type du signal r siduel apr s soustraction du signal filtr 1 jour non d phasant Tableau 2 10 Caract ristiques de la station Monoa sensibilit de l instrument r solution num rique et bruits moyens 10 minutes et 1 jour cart type Capteur Unit Dynamique R solution o 10 minutes 6 1 jour Extensom tre TAD mm 245 0 286 0 0121 0 8897 Panneau solaire Potentiom tre cable INVAR tube PVC Lava 1956 Figure 2 20 Sch ma en coupe de l extensom tre TAD Monoa fracture Lava 1956 66 Chapitre 2 La Figure 2 21 montre la totalit des donn es non filtr es d avril 1993 juillet 1996 calibr es en mm Les sauts dus des interventions sur le c ble ont t corrig s afin d obtenir l extension r elle long terme Ce type de correction n est valide que si les points d ancrage de l extensom tre n ont pas t modifi s ce qui est le cas ici Le bruit important les 6 premiers mois est d plusieurs facteurs purement instrumentaux faux contacts s
351. s le Krakatau en 1883 Indon sie 36 000 morts et la Montagne Pel e en 1902 Martinique 29 000 morts Plus r cemment en 1985 le Nevado del Ruiz Colombie a tu 22 000 personnes Attir s par la richesse des sols ou du fait de lattachement leur terre de leurs convictions culturelles ou religieuses ou plus simplement en raison de leur ignorance les habitants vivant sous la menace des volcans doivent actuellement se compter en millions d mes d faut d vacuer d finitivement toutes ces zones les volcanologues se doivent d valuer les risques et d informer la population afin de contribuer la pr vention des dangers On peut r pertorier sept types de risques volcaniques qui pr sentent un danger direct primaire ou indirect secondaire pour la population les coul es de lave les retomb es de cendres et de blocs les coulements pyroclastiques ou nu es ardentes les gaz les lahars coul es de boue les glissements de terrain ou avalanches et les tsunamis raz de mar e Chacune de ces manifestations externes peut faire objet d tudes sp cifiques qui la lumi re de lactivit pass e de chaque volcan permettront d valuer les menaces par des zonages cartographiques pr cis Puis en tenant compte des populations expos es et de la vuln rabilit du patrimoine socio conomique et culturel des cartes de risques sont aussi tablies Dans le cas particulier des coul es de boue provoqu es par l explosion
352. s apercoit d un probl me connexion plantage que si l attente de la premi re donn e est plus longue que pr vue plus d une fois la p riode d acquisition Dans ce cas il est conseill de couper bri vement l alimentation du wDAS en d branchant le connecteur ce qui lance le startup instantan ment et ainsi donne la main Lors de la communication s rie entre un PC et le uDAS visualisation temps r el ou transfert de donn es l mission des donn es provoque une l g re augmentation de consommation Ceci peut faire chuter la tension de la batterie si elle est trop faible et perturber les donn es Plus l acquisition est rapide plus la perturbation sera forte en pourcentage est donc pr f rable de quitter le programme d exploitation ou de d brancher le c ble s rie d s que la visualisation des donn es n est pas n cessaire pendant par exemple une p riode de test des appareils Le Tableau reprend les connexions du c ble principal du DAS comprenant alimentation et entr es des signaux Mat riels et logiciels 195 A 2 3 Le programme d exploitation MDAS v2 0 Cet utilitaire DOS mdas exe a t crit pour simplifier au maximum l exploitation du LA DAS Toutes les fonctions sont accessibles par une seule ligne de commande DOS ce qui vite la manipulation de menus La syntaxe est la suivante mdas com mode filename periode channels lag Le premier argument com est obligatoire et co
353. s confirm s dans la mesure du possible par une observation visuelle tudes pr liminaires choix des techniques et sites 21 T T T S ismes Volcano Tectoniques gt 2 5 km VTA 0 100 T T T T T T VTB 50 S ismes Volcano Tectoniques lt 1 5 km 0 40 T T 3 T T T S ismes Basse Fr quence LF 20 0 4000 MP S ismes Multi Phase 2000 zl 2000 T GG Avalanches de Lave 1000 4 0 100 T T 1 T T T Nu es Ardentes NA 50r 0 D me ome x 4b Volume D me 10 m 3 2 1 0 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 Figure 1 6 Activit sismique nu es ardentes et volume du d me de lave entre 1991 et 1997 en nombre d v nements par jour et en m VTA s ismes volcano tectoniques profonds gt 2 km VTB s ismes volcano tectoniques superficiels lt 1 5 km LF s ismes basse fr quence 1 5 Hz MP s ismes multiphase GG s ismes associ s aux avalanches NA nu es ardentes Source MVO Apport des mesures de d formation ant rieures ce travail Depuis 1988 le VSI en collaboration avec l USGS a progressivement mis en place plusieurs inclinom tres dans la zone sommitale autour du crat re Un r seau g od sique a galement t implant et mesur par trilat ration distancem trie plusieurs fois par an voir 1 2 2 pour une description des techniques de g od sie Ces mesures destin es principalement la
354. s dont les param tres sont soit identiques soit reli s par une loi physique vidente La comparaison des mesures obtenues par des techniques ou des capteurs diff rents permet d une part de d finir une erreur globale valable ind pendante de toute la chaine de mesure sur la valeur du Introduction g n rale 7 param tre physique recherch et d autre part de tirer des conclusions sur le comportement dun site ou sur le couplage d un capteur avec l difice volcanique d Mod lisation Une mod lisation proc de toujours en deux tapes 1 choix dun mod le physique simple comprenant un nombre limit de param tres probl me direct et 2 ajustement des param tres du mod le pour rendre compte au mieux des observations de terrain probl me inverse Les hypoth ses qui sous tendent le choix du mod le simplifi expriment elles seules la justesse et les limites du mod le tout entier Linversion des donn es observ es parfois lourde num riquement permet uniquement destimer la probabilit dexistence du mod le et donc en un certain sens de le valider mais sans jamais pouvoir lextrapoler hors de ses hypoth ses La r alit tant infiniment riche et complexe un mod le ne sera jamais totalement v rifi Compl t par de nouvelles observations et confront d autres mod les il ne sera que de plus en plus probable ou improbable Interpr tation L interpr tation consiste int grer les r sultats du
355. s en contrainte uniquement les conditions en d placements n ont pas encore t programm es De m me le frottement sur les fractures n est pas pris en compte Les bords de fractures peuvent donc s interp n trer DD n gative Ce mod le est compatible soit avec des fractures en ouverture soit celles ci sont initialement ouvertes c est le cas en surface en tout cas et subissent alors une fermeture relative Le programme requiert un important volume de m moire pour r soudre le syst me d fini par l quation 4 5 Pour un probl me donn la taille de la matrice m moriser est donn e par N2 x 4 octets o N 3 Nz Nr est le nombre de points de calcul Ceci permet de d finir le nombre maximum d l ments permis par une taille m moire donn e sur un ordinateur titre d exemple une station avec 500 Mo de RAM permet de r soudre un probl me comprenant 3726 points de calcul Les effets de maillage triangulaire ont t discut s dans la th se de Cayol 1996 Pour viter les effets de bords de la surface les l ments doivent s tendre environ jusqu 3 fois la taille de la zone perturb e ou sur laquelle on veut calculer les d placements tant limit par la m moire on est rapidement oblig de r aliser un maillage progressif avec de petits l ments aux zones tudi es et de larges l ments en bordure Ceci est fait de facon automatique partir d un Mod le Num rique de Terrain par le programme MNTEXS Cayol
356. s les positions sont globalement sous estim es En pratique elles correspondent aux erreurs a posteriori d une compensation par rapport PUSO et non SELO On esp re donc que la longueur mod r e de la base PUSO LULO environ 700 m et l utilisation d un mod le m t o lors du calcul GPS cf Chapitre 2 a donn lieu un r sultat correct Tableau 3 4 Position des points du r seau 1995 en coordonn es UTM et erreurs a posteriori Le point SELO sert toujours de r f rence position 1994 l unique base avec JRAO n tant pas valide Coordonn es UTM 49 WGS84 m Erreurs a posteriori m Point Est Nord Altitude OE ON OU SELO 439543 9646 9167528 3132 2570 4130 PUSO 439552 3051 9166838 6991 2734 0597 0 0034 0 0017 0 0027 PUNO 438956 0426 9166470 3987 2986 7024 0 0099 0 0037 0 0101 LULO 438978 0643 9166537 5190 2976 7581 0 0097 0 0034 0 0099 MAR2 439059 6782 9166443 4308 2949 9331 0 0099 0 0036 0 0100 DOZO 438914 3702 9166220 2941 2893 7541 0 0102 0 0042 0 0108 AYIO 439031 9866 9166319 4442 2927 8636 0 0099 0 0039 0 0103 LILO 438906 1370 9166508 9966 2971 4756 0 0098 0 0036 0 0102 NURO 438854 8438 9166549 0714 2953 1797 0 0100 0 0042 0 0107 NTRO 438755 0782 9166509 2200 2927 4777 0 0105 0 0044 0 0114 IPUO 439039 7367 9166409 5711 2949 6841 0 0099 0 0038 0 0102 date 1995 271 2 days ndl 21 emq 0 00402 m 94 Chapitre 3 Positions novembre 1996 Le r seau a t tendu par 2 points lointains BABO et
357. s ne sont pas corr l es avec le facteur de redondance dont nous avons parl et ne tiennent pas compte de la g om trie du r seau et des fermetures Il est donc indispensable de valider ces mesures par compensation ce qui sera l objet du Chapitre 3 Mesures instrumentales 63 Photo 2 1 Mesure GPS au point SELO Selokopo Atas sur la cr te menant au sommet du Merapi gauche la colline de Pusunglondon point PUSO et en haut droite le dernier c ne sommital Gg Anyar avec le panache fumerolien SO et vapeur d eau Photo 2 2 Mesure GPS au point DOZO en septembre 1993 En arri re plan le d me de lave Photo 2 3 Mesure AEMD au point MAR2 par les quipes am ricaines en septembre 1993 64 Chapitre 2 2 2 Mesures extensom triques des fractures sommitales 2 2 1 Strat gie d installation D s 1993 nous avons entrepris une tude de mesure de l extension des fractures majeures susceptibles d tre activ es au sommet Il fallait aussi consid rer l accessibilit du site et la possibilit d y implanter un extensom tre points d ancrage Sur les conseils du MVO nous avons tout d abord instrument la fracture situ e sur la coul e de lave 1956 dont nous avons parl au Chapitre 1 Un premier extensom tre d velopp par TAD Traitements Analogiques et Digitaux Paris a t install en f vrier 1993 Les donn es taient transmises par satellite Argos et parall lement une station de r ceptio
358. s sur le bord nord du crat re ont un d placement identique en module d environ 7 8 2 1 cm Tous les autres points ont des d placements assez faibles Tableau 3 9 Vecteurs d placements entre septembre 1995 et novembre 1996 dans le rep re local UTM r f rence JRAO 1994 Point D placements UTM m Erreur totale m dE dN dU Module OdE JRAO 0 0000 0 0000 0 0000 0 0000 SELO 0 0027 0 0024 0 0275 0 0277 0 0068 0 0045 0 0088 PUSO 0 0046 0 0143 0 0398 0 0425 0 0092 0 0064 0 0117 PUNO 0 0033 0 0074 0 0208 0 0223 0 0130 0 0075 0 0152 LULO 0 0073 0 0149 0 0352 0 0389 0 0122 0 0063 0 0144 MAR2 0 0085 0 0173 0 0152 0 0245 0 0133 0 0076 0 0154 DOZO 0 0212 0 1115 0 0553 0 1263 0 0145 0 0088 0 0182 AYIO 0 0019 0 0019 0 0123 0 0126 0 0141 0 0085 0 0176 LILO 0 0003 0 0635 0 0450 0 0778 0 0136 0 0076 0 0170 NURO 0 0048 0 0705 0 0328 0 0779 0 0144 0 0088 0 0182 NTRO 0 1120 0 1655 0 0214 0 2010 0 0141 0 0084 0 0175 IPUO 0 0079 0 0126 0 0125 0 0194 0 0132 0 0075 0 0155 Moyenne 0 0059 0 0227 0 0116 0 0610 0 0126 0 0074 0 0154 100 D placements novembre 1996 mars 1997 Chapitre 3 Les d placements moyens sont assez forts moyenne de 5 cm en module et sortent encore une fois des ellipses d erreur On constate un mouvement d ensemble de d flation de 4 0 1 6 cm en moyenne Les deux points lointains BAB et DEL introduits en 1996 montrent de forts mouvement
359. s verticaux respectivement de 4 7 4 2 6 cm et 12 5 d horizontaux sont cependant n gligeables devant les incertitudes Au sommet le point NTR poursuit sa migration vers le nord ouest de 7 0 4 5 2 cm Leurs d placements 1 4 cm Les points situ s au nord du crat re NUR LIL et LUL ont de faibles d placements horizontaux inf rieurs au centim tre tandis que les points situ s l est PUN MAR IPU et AYD ont tous un mouvement de fermeture vers lint rieur du crat re de plusieurs centim tres Le plus important tant pour le point DOZ qui subit pour la premi re fois depuis 1994 un d placement vers le nord de 5 14 0 9 cm Tableau 3 10 Vecteurs d placements entre novembre 1996 et mars 1997 dans le rep re local D placements UTM m UTM r f rence JRAO Point dE dN JRAO 0 0000 0 0000 SELO 0 0039 0 0126 PUSO 0 0016 0 0107 PUNO 0 0106 0 0109 LULO 0 0109 0 0051 MAR2 0 0208 0 0057 DOZO 0 0033 0 0506 AYIO 0 0280 0 0125 LILO 0 0022 0 0027 NURO 0 0050 0 0065 NTRO 0 0240 0 0661 IPUO 0 0145 10 0130 DELI 0 0266 0 0181 BABO 0 0074 0 0176 Moyenne 0 0054 0 0148 dU 0 0000 0 0636 0 0256 0 0394 0 0333 0 0327 0 0422 0 0230 0 0351 0 0050 0 0191 0 0308 0 1252 0 0472 0 0402 Module 0 0000 0 0650 0 0278 0 0422 0 0354 0 0392 0 0660 0 0383 0 0353 0 0096 0 0729 0 0364 0 1293 0 0509 0 0499
360. sance et d atteindre un volume maximum cette p riode En revanche si la pression calcul e n est pas li e au volume du d me il nous est impossible de contraindre le module d lasticit toujours inconnu dans nos r sultats 5 2 2 Variations de cisaillement vertical Le second param tre calcul par notre inversion des mesures GPS est la contrainte de cisaillement vertical sur les parois du conduit Nous avons d j pr sent au Chapitre 1 les tudes sismologiques effectu es au Merapi Ratdomopurbo 1995 en tudiant un type particulier de s ismes dits multiphases MP et leurs corr lations avec l activit magmatique a propos une origine de ces signaux ils seraient engendr s par les variations de flux de magma dans le conduit provoquant une friction sur les parois Nous pr sentons la Figure 5 4 la relation entre les variations de cisaillement vertical calcul es normalis es par le module d lasticit et les variations du nombre de s ismes Nwr La corr lation est parfaite sur toute la p riode 1993 1997 ce qui implique que nos mesures de d placements sont compatibles avec ce ph nom ne Nous en concluons qu il est tr s probable que le ph nom ne propos par Ratdomopurbo soit r el et que nous ayions mis en vidence par deux types d observations totalement ind pendantes d formations et sismicit les effets d un m me ph nom ne Une tude des signaux de ces s ismes devrait permettre de quantif
361. seau dans un rep re local en projection plane UTM ce qui facilitera le calcul et l interpr tation des vecteurs d placements simple diff rence de coordonn es 3 1 2 Rep re local projection Universal Transverse Mercator Le syst me de projection UTM est mondialement utilis pour la repr sentation cartographique et galement pour exprimer des coordonn es g od siques C est un syst me de projection conforme plane et cylindrique Il se d compose en un assemblage de fuseaux occupant chacun 6 degr s de longitude par rapport un m ridien origine choisi sur une zone d termin e Chaque fuseau couvre l ensemble des latitudes d un p le l autre L image du m ridien d origine est une droite parall le laxe des ordonn es et l image de l quateur est une droite perpendiculaire Meridian Origin pu Figure 3 1 Rep re local et rep re g n ral g od sique d apr s Ruegg amp Bougault 1992 Tableau 3 1 Param tres et conventions du syst me de projection UTM Zones 6 longitude Longitude Origine M ridien Central de la Zone Latitude Origine 0 quateur Unit s m tres Faux Nord 0 pour l h misph re Nord 10 000 000 pour le Sud Faux Est 500 000 chelle M ridien Central 0 9996 Num rotation des Zones Zone 1 centr e sur 177 W augmentant vers l Est jusqu la Zone 60 centr e sur 177 E Limites de la Projection de 80 S 80 N Des formules g om triques simples permettent la tr
362. sique dynamique des fluides sismologie g omagn tisme gravim trie g o lectricit g od sie Grace ces diverses approches la volcanologie moderne a connu un essor consid rable ces vingt derni res ann es et les principes physiques de la ph nom nologie sont maintenant bien tablis On sait qu une ruption peut se d clencher sous 1 effet de quatre types de ph nom nes Jaupart 1997 r alimentation du r servoir par du magma issu d une source profonde changements d tat de contrainte du r servoir sous 1 effet de la cristallisation du magma interaction du magma avec leau contenue dans les fissures et pores des roches autour du r servoir ruption dite phr atique instabilit m canique de l difice volcanique soumis des changements du champ de contraintes l effet de son propre poids ou l alt ration de ses roches La recherche fondamentale vise ainsi am liorer notre connaissance de la structure et du fonctionnement de chaque difice volcanique Elle doit avoir pour but ultime la d finition de mod les physiques au sens large du terme qui devront tre de pr f rence quantifiables et toujours contraints in fine par des observations de terrain Les volcans sont cependant des objets g ologiques complexes et les mod les physiques des ph nom nes ruptifs nen sont qu leurs d buts La ph nom nologie rev t des formes tr s diverses pour chaque difice volcanique et on
363. som tres 38 2 Jrakah J Q49 A 47 E 8 Selokopo Atas S rap Pusunglondon 2 Babadan v 4 PA ESA M Fa sf NS vA 74 East A 7800 2900 A Lava57 A s pr Lava 56 A s TA He lt lt Kawah i A Mati E A 4 17V Kawah Woro 2900 Kaw h 4 Gendol ty Geger Xs 3 Buaya d 209 100 m Los A GPSbenchmark Tilt station Extensometer M ain Fractures Chapitre 1 Figure 1 16 Localisation des sites de mesure sur le Merapi r seau GPS triangles l chelle de l difice et sous r seau au sommet Puncak stations clinom triques toiles sur le flanc Deles et au bord du crat re Lava 56 et 57 et extensom tres traits noirs sur 4 fractures sommitales Lava 56 et 57 K Woro et K Gendol et en travers du crat re principal Les traits tiret s repr sentent les voies d acc s aux sites route ou chemin 2 Mesures instrumentales a priori CHOIX DES MESURES TECH ae ES ET INSTRU MENTALES Modele TRAITEMENT ET ph nom no VALIDATION DES logique DONNEES MOD LISATION IN TERPR TATIO N HYPO THESES SURVEILLANCE PREVISIO N a posteriori temps r el CHAPITRE 2 2 Mesures instrumentales R sum Sur le Merapi nous avons men cinq campagnes de mesure GPS diff rentiel Global Positionning System de 1993 1997 sur un r seau de 14
364. ssion de temp rature et dans une moindre mesure d humidit On obtient alors une pr cision relative de l ordre de 10 9 La trilat ration consiste composer les mesures de distance entre tous les points du r seau pour en d terminer les positions dans l espace Cette technique est utilis e au Merapi depuis 1988 sous forme de campagnes de mesures annuelles Avec un investissement mat riel une peu plus lourd les mesures de distance peuvent tre rendues automatiques Au Piton de la Fournaise trois cibles du flanc du volcan sont vis es toutes les heures depuis le bord de la caldeira et les donn es sont radio t l transmises Briole comm pers 1997 Les mesures de distance par radar au sol permettent avec des r flecteurs implant s d obtenir des distances quelques ppm de pr cision mm km Plus la distance est grande plus la puissance de l metteur doit tre forte Les mesures radar par opposition aux mesures optiques ne sont pas g n es par les nuages mais sont tout de m me perturb es par l humidit relative de l air ambiant faut donc proc der des corrections partir de mesures m t o ou des compensations gr ce des vis es sur des points fixes d j bien rep r s L interpr tation de mesures radar sans r flecteurs au sol par analyse des signaux r fl chis sur le terrain nu sont actuellement l tude Laffourcade 1998 Mesures angulaires Les th odolites sont des appareils qui permet
365. stationnarit et de centrage des signaux est alors convenablement respect e Les longues p riodes en revanche ne peuvent tre trait es correctement en raison de la fen tre temporelle limit e probl me d apodisation Pour les signaux clinom triques cela pose quatre probl mes 1 les signaux contiennent souvent de tr s basses fr quences tendances long terme et effets saisonniers qui ne seront pas corrig es 2 Les cycles saisonniers et la pluie modifient les caract ristiques du terrain rendant G non stationnaire 3 Le calcul ajoute toujours du bruit num rique qui masque alors totalement les informations rapides contenues dans le signal original impulsions et chelons 4 Le degr de libert choisi pour d terminer G devient tout fait critique sur le r sultat trop de param tres risquent d inclure des caract ristiques de S t et on obtient alors tr s facilement S t ce qui n est pas le but recherch Nous avons donc d velopp une nouvelle m thode de correction bas e sur un fort a priori sur G mais qui permet un traitement du premier ordre efficace sur toutes les p riodes consid r es Le principe de cette m thode est d crit en appendice de l article soumis au J G R voir Chapitre 4 Pour r sumer elle pr sente trois caract ristiques le mod le de relation inclinaison temp rature est lin aire pour une bande passante donn e et volutif dans le temps a prise en compte du
366. sultat de la mesure 45 cm exprim en m tre l aide des fl ches et du pav num rique Sur le r cepteur 22 entrer 0 000 de facon clairement indiquer que la hauteur r elle est inconnue pour le moment et qu il faudra se r f rer plus tard la fiche de terrain b Sur le r cepteur 22 uniquement la position approximative du point est demand e ce moment la rentrer voir Tableau B 3 et valider par la touche pour passer l cran suivant c Entrer le num ro de la session Se qui permet de distinguer plusieurs sessions sur un m me point commenc e dans une m me journ e UTC d Entrer le code du point en trois chiffres Si suivi du nom du point en 4 lettres voir Tableau B 3 au moyen des fl ches gauche et droite pour se d placer d un caract re l autre et haut et bas pour modifier le caract re les lettres de l alphabet d filent et sont suivies de chiffres et signes de ponctuation Par d faut le r cepteur remplit ce champ avec l heure de d but de session e Valider par la touche J l enregistrement commence et la LED clignote Noter l heure de d but sur la fiche de terrain MOD 6 La session commence r ellement lorsqu il y a au moins 4 satellites re us correctement 2 bips ou moins la dur e d enregistrement doit tre compt e partir de ce moment B 1 5 Pendant la session mesures m t o et param tres GPS Le grand tableau de la fiche de terrain doit tre rempli en d
367. sures qui permettraient une am lioration de la surveillance Enfin les annexes d crivent les mat riels et logiciels d velopp s sp cifiquement pour cette tude Annexe A les diff rents manuels d utilisation crits pour lexploitation sur le terrain fiches techniques et modes demploi Annexe B et un calendrier des missions effectu es Annexe C Ces annexes sont extraites de mes rapports de mission que j ai diffus s en langue indon sienne aux quipes concern es du VSI 10 Dessins de BARBE dans La Recherche n 163 1985 Introduction g n rale 1 tudes pr liminaires choix des techniques et sites a priori Mod le ph nom no logique CHOIX DES MESURES TECHNIQUES ET INSTRUM ENTALES SITES TRAITEM ENT ET VALIDATION DES DONN ES MOD LISATION IN TERPR TATIO N HYPO THESES SURVEILLANCE PR VISIO N a posteriori temps r el CHAPITRE 1 1 tudes pr liminaires choix des techniques et sites R sum Le Merapi est un jeune strato volcan 60 000 ans l histoire complexe Son activit r cente est marqu e par des cycles de construction destruction de d me de lave and sitique fr quemment accompagn s d avalanches gravitaires et de nu es ardentes Ces ph nom nes s accompagnent de s ismes caract ristiques et de d formations importantes au sommet mais le champ de d formation lointain est inconnu Nous pr sentons une synth s
368. t Structures and mechanical behaviour of Merapi Volcano Java a methodological approach of the deformation field Surface deformation studies allow investigation of deep and shallow structures of volcanic edifices reservoir conduit fractures The geometry of this hidden plumbing system constitutes one of the boundary conditions of magmatic phenomena and are essential parameters for understanding volcanic eruptions In this work we apply a methodology from measurement to modelling of the deformation field on Merapi Volcano Java This young island arc strato volcano summit 2964 m above sea level shows almost continuous activity with growth of an andesitic lava dome which collapses in glowing avalanches explosions and nu es ardentes these are sometimes deadly Five GPS Global Positionning System campaigns were carried out between 1993 and 1997 on a 14 point network Four continuous multi parameter stations tiltmeters extensometers were installed between 1993 and 1995 on the summit and the flank of the volcano Signals are corrected for meteorological effects then combined to reduce the uncertainties Comparison of the results allows an analysis of the mechanical behaviour of the instrumented sites The data are interpreted using a 3D elastic model based on the Mixed Boundary Elements Method MBEM Topography and the main discontinuities of the edifice are taken into account The data are then used in an inversion process which all
369. t ristique au moins gale 70 m 3 3 2 Validation des mesures extensom triques et GPS Fracture Lava 57 Les rep res GPS les plus proches encadrant cette fracture sont NTR l ouest NUR et LIL l est La fracture est orient e N130 E et la mesure a t faite dans le sens radial c est dire N40 E En calculant la projection des d placements GPS dans cette direction sur la p riode septembre 1994 septembre 1995 on trouve NTR NUR 21 18 mm et NTR LIL 25 d 18 mm L extensom tre a mesur un cartement de 2 5 0 5 mm sur la moiti de la p riode consid r e Les deux types de mesure sont donc assez coh rents si l on en croit les incertitudes Cependant les erreurs GPS provenant de la compensation de l ensemble du r seau par rapport un point de r f rence lointain on peut les consid rer l g rement surrestim es lorsqu on ne s int resse qu aux d placements relatifs sur une distance aussi courte environ 100 m La discordance pourrait alors tre expliqu e par plusieurs hypoth ses la fracture s est ouverte au cours du mois qui a pr c d la mise en route de l instrument C est dire juste avant l ruption du 22 novembre 1994 cette fracture est une discontinuit mineure du sommet Elle serait peu profonde et la d formation observ e par le GPS serait concentr e plut t sur la fracture quasi parall le qui traverse le crat re principal et s pare les zones 1 et 2 que n
370. t de quatre volcans Ungaran Telemojo Merbabu et Merapi qui est une direction de fracture r gionale N165 E Du nord au sud ces volcans sont de plus en plus jeunes et le Merapi est le plus actif d entre eux D autre part depuis plusieurs si cles les centres ruptifs du Merapi s alignent sur une direction N100 E qui correspondrait l expression en surface d un dyke d alimentation normal la direction de subduction Neumann Van Padang 1951 1 1 2 La reconstitution chronologique de l activit du Merapi a t tablie partir d un Histoire et formation du Merapi remarquable travail de synth se s appuyant sur une t phrostratigraphie d taill e et la datation des produits ruptifs Berthommier 1990 Berthommier et al 1990 1992 Comme la plupart des 14 Chapitre 1 volcans and sitiques l histoire du Merapi a t marqu e par une alternance d pisodes effusifs et explosifs voir Figure 1 3 Pr Merapi plus de 400 000 ans La colline Bibi 2025 m au nord est du sommet actuel correspondrait un ancien volcan dont un chantillon a t dat 0 67 0 25 Ma par la m thode K Ar Merapi Ancien entre 60 000 et 8 000 ans BP Cette p riode est caract ris e par de larges effusions basaltiques et par des br ches de nu es ardentes de type Saint Vincent Les principaux d p ts coul es basaltiques et pyroclastiques ont t trouv s sur les deux collines de Plawangan 1275 m et Turgo 1250 m
371. t en sortir en pressant simultan ment les 2 touches et Appuyer ensuite une fois sur la touche ou 5 fois sur la touche pour acc der au mode pression indiqu par une barre en dessous du signe en haut droite de l cran LCD Noter la valeur affich e en bas rep r e par QFE pression r elle en hPa lautre valeur est normalement plus lev e QFH et repr sente la pression ramen e au niveau de la mer estim e partir de l altitude Utilisation du thermohygrom tre HANNA HI93640 L appareil doit tre tenu l ombre id alement sous abri environ 1 m tre du sol dans un endroit ventil S il a s journ dans un sac ou dans une valise expos e au soleil il faudra attendre quelques minutes avant de noter les valeurs l ext rieur le capuchon en m tal ne doit jamais tre retir La mise en marche se fait en pressant le bouton ON OFF L humidit relative de l air est affich e en appuyant sur le bouton RH pr cision 2 96 la temp rature s che en appuyant sur C pr cision 0 4 degr s Attendre le temps qu il faut pour que les valeurs soient stables avant de les noter Pour acc l rer le temps de r ponse du capteur on peut agiter la sonde par de larges mouvements circulaires teindre en pressant nouveau le bouton ON OFF Un indicateur V s affiche l cran lorsqu il est n cessaire de remplacer la pile type Alcaline 9V au dos de l appareil B 1 6 Fin de session Effectuer
372. t pas li es Il reste en outre des chelons non corr l s qui r v lent d autres ph nom nes inexpliqu s Cette p riode inclue l mission de deux nu es ardentes le 6 mai jour sans pluie Deles et le 13 juin jour de forte pluie Un dernier zoom sur la journ e du 8 mai 1997 Figure 3 14b nous permet de conclure d finitivement au lien entre la fonction de synchronisation et les pr cipitations Discussion et conclusions La pluie a bien un effet mesurable sur les inclinom tres de Deles qui doit correspondre en grande partie aux multiples v nements synchronis s que nous avons d tect s Un ph nom ne semblable avait t not la Soufri re de Guadeloupe Julien amp Bonneton 1984 Cette analyse succincte nous permet d estimer l amplitude des inclinaisons du sol dues aux chutes de pluie environ 0 02 mm d eau Elle nous permet galement de supposer que le site a un comportement lastique que la charge est brutale et que la d charge se fait plus ou moins lentement probablement suivant l ensoleillement Il semble y avoir un lien entre les fortes pluies sur le flanc et l mission de nu es ardentes au sommet mais la corr lation temporelle n est pas toujours v rifi e L explication la plus probable est donc un lien entre les nu es et la pluie au sommet qu il faudrait le cas ch ant mesurer L infiltration d eau dans les fissures du d me de lave haute temp rature peut entrainer des surpressions du
373. t significatif de la topographie asym trique du sommet les d placements ne sont pas exactement radiaux au conduit notamment sur les deux points extr mes aux bords ouverts du crat re nord et sud est Contrairement l effet du poids du d me les deux sources dans le conduit produisent un cartement des bords du crat re principal comme les observations le montrent depuis 1992 Calcul avec fracture Gendol La fracture Gendol nous a sembl la plus importante introduire dans la structure du sommet car tant radiale au conduit elle va intuitivement s ouvrir et donc produire un d placement important de la partie sud est zone 4 vers le sud Les r sultats sont pr sent s Figure 4 7 Pour les deux types de sources les d placements sont amplifi s et modifi s en direction par cette discontinuit la partie au sud de la fracture montre un champ de d placement significatif m me avec la source de pression visible jusqu environ 100 m de celle ci Avant d introduire la seconde fracture Lava 56 nous avons calcul les contraintes dans le milieu continu localis es dans le plan de la fracture Nous pr sentons la Figure 4 8 la contrainte normale convention contrainte positive compression Avec la source de pression on retrouve une zone de compression plus ou moins rectangulaire trace du conduit avec une compression maximale de 0 1 MPa 10 de la source En revanche la contrainte normale pr s de la surface et sur la pa
374. tembre 1995 nous avons choisi un nouveau site pour installer une station clinom trique et compl ter la surveillance du sommet Un des objectifs tait aussi de tester les inclinom tres Compact Blum dans l environnement agressif du Merapi En plus de la stabilit locale pas de d formations dues au site lui m me il fallait respecter deux contraintes dans le choix de ce site proximit d un point de mesure GPS afin de v rifier la coh rence des signaux proximit d une balise LEAS centrales d acquisition et de transmission d j install es au sommet pour y connecter notre station environ un m tre du point GPS LILO l ouest du sommet et au bord du crat re principal deux inclinom tres Blum vis CH374 et CH383 ont t pos s sur de petits blocs de lave compacte que nous avons nous m mes apport sur le site et ciment dans le sol Les instruments sont prot g s thermiquement par une petite glaci re retourn e dont les bords sont l g rement pris dans le ciment L ensemble est recouvert de cendres alt r es pr sentes sur tout le sommet voir Figure 2 28 et Photo 2 6 Afin de valider cette installation les deux inclinom tres sont install s en position radiale mais en sens oppos On pourra ainsi v rifier que l on mesure bel et bien une d formation d ensemble et non des mouvements de blocs isol s ou des probl mes lectroniques Deux capteurs de temp rature ont t plac s afin de compl te
375. tements visqueux du magma sur les parois du conduit fluide Newtonien en coulement laminaire de vitesse u dwl or Fracture Encaissant p G Figure 4 2 Sch ma des structures et comportements mis en jeu au sommet encaissant avec fractures sub verticales et conduit magmatique et d me g om trie variable Trois sources de d formation sont envisag es 1 pression sur le fond du crat re due au poids du d me P h 2 pression dans le conduit P et 3 contrainte de cisaillement due aux frottements visqueux du magma w la vitesse verticale du magma 152 Chapitre 4 Donn es disponibles L tude du comportement m canique du d me n est pas l objet de cette tude Nous avons cependant besoin de sa g om trie tridimensionnelle pour d terminer pr cis ment les pressions appliqu es sur le fond et les bords du crat re Cette g om trie existe sous forme de deux MNT de 1993 et 1994 utilis s lors des mod les gravim triques Jousset 1996 Jousset et al 1998 mais aucune description quantitative n a pu tre compil e pour les ann es 1995 1997 Les mesures GPS en revanche sont compl tes et pr cises pour la p riode 1993 1997 La g om trie de l encaissant est d termin e par la topographie de 1986 1991 MNT galement avant le d but de l ruption 1992 Enfin nous poss dons une description de la trace des fractures principales en surface Sadjiman comm pers 1997 La chronologie de l a
376. tent la mesure de l angle azimutal ou z nithal entre 2 rep res La pr cision peut atteindre 10 4 degr s soit 1 6 urad La technique de triangulation permet d obtenir la g om trie compl te d un r seau de points en les compl tant par quelques mesures de distance pour une mise l chelle Le nivellement trigonom trique ou g od sique ou indirect associe 2 th odolites avec un distancem tre et permet de d terminer les variations d l vation sur des distances tr s grandes trajectoire d crite par un arc de cercle avec une pr cision de 2 10 mm km Mesures altim triques Le nivellement direct ou nivellement g om trique de pr cision permet de d terminer la diff rence d altitude entre 2 rep res Lorsque les points sont loign s plus de 40 m ou que la diff rence de d nivel e d passe 3 m on doit proc der par cheminement en port es successives On r alise ainsi des profils L cart type peut tre au mieux de 0 5 mm par km de base Le nivellement diff rentiel mesure les diff rences d altitude sur un ensemble de points tr s locaux entre 3 et 8 rep res formant une surface de moins de 1000 m appel station d inclinaison Il permet ainsi de d terminer les variations d inclinaison avec une pr cision atteignant 5 urad Aucune de ces deux m thodes n a jamais t mise en uvre au Merapi 28 Chapitre 1 Photogramm trie La photogramm trie a rienne est bas e sur l in
377. terpr tation de vues st r oscopiques une chelle r gionale Elle permet de calculer un mod le num rique de terrain de toute la surface vis e C est donc une m thode sans contact mais pour am liorer la pr cision et permettre la localisation correcte des images un certain nombre de cibles peuvent tre install es au sol et mesur es conjointement par g od sie classique ou GPS Les coordonn es tridimensionnelles de chaque rep re sont d termin es avec une pr cision qui d pend des param tres de prise de vue de l ordre de 3 10 cm Avec 2 couples d images on obtient un champ de d placements Au Piton de la Fournaise deux campagnes photogramm triques sur 125 cibles associ es des mesures g od siques sur une centaine de rep res ont permis plusieurs tudes du champ de d formation au cours du cycle ruptif 1983 1984 Zlotnicki et al 1990 Cayol amp Cornet 19982 La limitation de cette technique est principalement son co t location d avion Une variante consiste effectuer des vues depuis le sol Ratdomopurbo 1995 mais les images sont alors incompl tes cause des surfaces cach es par la topographie Au Merapi une cam ra vid o avait t install e au sommet du volcan par le CEA LETI et a fonctionn pendant plusieurs ann es Les images du d me retransmises en temps r el auraient d permettre des estimations de topographie et de volume et donc des calculs de stabilit de pente Global Positionnin
378. teurs dits de poche ou palmtop compatibles PC et disposant de m moire importante nous a permis de palier la majorit de ces inconv nients Notre choix s est port sur le PC Hewlett Packard HP200LX dont les avantages vis vis de nos pr occupations sont les suivants Format r duit environ 16 x 8 5 x 2 5 cm tr s faible poids Alimentation par piles standard AA 1 5 V ou 12 V externe faible consommation Pas de disque dur stockage des donn es en m moire ou carte flash PCMCIA Parfaitement compatible MS DOS version 5 processeur INTEL 80186 cran LCD niveaux de gris CGA 640 x 200 pixels port s rie RS232 int gr Noter que c est surtout l absence de disque dur et de toute autre syst me m canique ainsi que lencombrement r duit de l ordinateur qui en am liorent la r sistance Les chutes ventuelles sur le sol ne sont pas fatales comme avec un portable classique et un simple sac plastique permet une protection efficace contre les poussi res et la pluie B 2 1 Le PC Palmtop HP200LX Le HP200LX est un compatible PC de poche muni d un pprocesseur INTEL 80186 1 Mo de RAM et du syst me d exploitation MS DOS version 5 0 L cran permet un mode texte 80 x 25 caract res ou graphique CGA 640 x 200 pixels 4 niveaux de gris L ordinateur poss de un port s rie RS232 standard accessible par COMI et un port PCMCIA type II L alimentation se fait par 2 piles AA de type LR6 1 5 V ou par alimentati
379. tion du pendule Enceinte Pyrex tanche LED rouge Cache aluminium Cellule photo lectrique Tige soud e p riode Tige libre centrage C ne de silice enfonc dans la roche Figure A 1 Sch ma de l inclinom tre Compact Blum version mont e sur c ne bas sur le pendule horizontal de Z llner et r alis en silice monolithique diam tre de l enceinte en Pyrex 8 cm La r alisation de Blum est compos e principalement voir Figure A 1 a dun b ti constitu d un cadre rectangulaire en silice soud une tige centrale qui traversant une plaque de Pyrex et qui sera coupl e avec le sol 184 Annexe b d un syst me de protection constitu d une enceinte cylindrique en Pyrex 7 cm de haut 8 cm de diam tre ferm e d un cot et coll e de l autre sur la plaque de Pyrex de m me diam tre qui est perc e de deux trous l un pour le passage de la tige centrale et l autre pour les cinq fils conducteurs d crits ci apr s Le tout est parfaitement tanche et quelques grains de Silicagel permettent d ass cher l air contenu l int rieur c d une partie pendulaire comprenant a masse du pendule constitu e d un montage l ger r alis en fines baguettes de silice sur lequel est coll e une plaque en aluminium arrondie 36 x 20 mm poss dant en son centre une fen tre rectangulaire Cette plaque permet l amortissement du pendule par courant de Foucault gr ce
380. tions des ellipso des d erreur de chaque point Ce type de calcul est typiquement utilis pour une mod lisation qui met en jeu soit un tr s grand nombre de param tres soit un probl me direct complexe ou fortement non lin aire voir Chapitre 4 Dans le cas de l ajustement g od sique la particularit provient de la diversit des types de donn es mais aussi de la simplicit du probl me direct ce sont les formules g om triques qui permettent de calculer les coordonn es des points dans le rep re final partir des diverses mesures d angle de distance ou les composantes des bases GPS Les d riv es partielles peuvent donc tre d finies analytiquement suivant le type de donn es et il n y a pas besoin d avoir recours une approximation num rique par diff rences finies par exemple Pour que le calcul d inversion soit valide il faut d une part que le nombre de donn es soit largement sup rieur au nombre de param tres pour que la solution ait un sens statistique D autre part il faut que chaque point soit inclus dans au moins 2 bases qui le relient d autres points galement bien contraints Si ce n est pas le cas le point est alors flottant pas de fermeture le r sidu entre la donn e observ e et la donn e calcul e est gal z ro et l erreur a posteriori ne d pend que de l erreur a priori Cette m thode d ajustement a t implant e dans le programme AG3D Ajustement G od sique Tridimensionnel
381. tique profond entre 5 et 10 km sous le sommet Objectifs Nous allons dans cette tude s parer les probl mes du sommet d me fractures et syst me magmatique et de l difice plus grande chelle chambre profonde Dans un premier temps nous n allons pas nous int resser aux ph nom nes de stabilit du d me ni aux aspects dynamiques d coulement de fluides magmatiques et nous concentrer vers l tude de structure Nous verrons pourtant lors de l interpr tation de nos mod les Chapitre 4 et 5 que nos donn es permettent de contraindre certains param tres li s la ph nom nologie du volcan Pour l tude de l difice champ de d formation lointain il y a encore beaucoup d couvrir Nous chercherons donc d abord contraindre l existence d un r servoir profond et s il existe en estimer la position la taille la forme et le volume Pour l tude du sommet champ de d formation proche nous allons chercher d terminer la g om trie 3D des fractures et leurs r les dans le comportement du volcan Cela devrait nous permettre de localiser plus pr cis ment les zones fragiles et peut tre d estimer les volumes de roche mis en jeu lors d une d stabilisation Pour la surveillance la compr hension des ph nom nes observ s n cessite une bonne connaissance de la g om trie du sommet 26 Chapitre 1 1 2 Techniques des mesures de d formations 1 2 1 Introduction Pour la recherche et la surveillance
382. to MAR 1997 E d NUR X 30 5 i LUL 243 5 Q LU S 3 3 NTR 21 HL 45 NTR 1 9 LC x5 3 5 PUN 424 PUNZ 3 9 MAR 41 5 MAR 3 3 Pu 11 3 POX 31 AYIGO44 2 AT 23 T DOZ 42 DOZ X 5 5 100 m i 20 cm Im 100 m 20 gt Figure 3 2 D placements relatifs des points du r seau Merapi entre 1993 et 1997 et structures principales du sommet crat re et fractures Les d placements horizontaux sont repr sent s sous forme de vecteur avec l ellipso de d erreur et les d placements verticaux sont indiqu s par les valeurs num riques en cm positif vers le haut Traitement et validation des donn es 97 On trouvera la Figure 3 2 les 4 graphes correspondants aux d placements horizontaux des points du sommet sur lesquels les principales structures crat re et fractures sont repr sent es D placements septembre 1993 septembre 1994 Les amplitudes de tous les d placements sont tr s faibles de l ordre du centim tre et ne sortent qu peine des ellipses d erreur En revanche sur les quelques d placements significatifs on retrouve un comportement tr s similaire celui montr par les mesures AEMD 1988 1992 voir Figure 1 7 cartement des bords extr mes du crat re avec un d placement vers le nord ouest de NTR accompagn d un soul vement de 5 0 3 3 cm et vers le sud pour DOZ affaissement de 5 3 4 cm En outre on remarque la similitude amplitude et directio
383. tre barom tre ALPIN 1 carnet de terrain crayons 1 embase avec vis e optique 1 tr pied v rifier la compatibilit de la vis avec l embase ajouter 1 batterie 12 V 70 Ah panneau solaire 1 m tre d roulant suppl mentaire 1 boussole 1 metteur r cepteur radio sur la fr quence r serv e MVO 1 parapluie ou cape de pluie Pour la mission au sommet il est n cessaire d emporter au moins 3 batteries 70 Ah et si possible un panneau solaire qui permettra de les recharger en cours de mission Les petites batteries portables sont peu encombrantes et pourront servir d appoint mais elles ne pourront pas tre recharg es au sommet B 1 2 Planning Avec seulement 2 r cepteurs la mesure d un r seau est assez lourde en heures d enregistrement et en logistique d placement entre les points Le but est de contraindre au 206 Annexe B mieux la position des points dans l espace trilat ration multiple et de r duire les erreurs de positionnement en multipliant les mesures sur un m me point Les bases sont choisies pour une r partition optimale dans l espace et l ordre des mesures en fonction des contraintes de terrain accessibilit et danger de certains points tomb e de la nuit pluie change d quipes et la minimisation des d placements Le Tableau B 1 propose un planning possible mais les contraintes de terrain obligent souvent le modifier pendant la campagne Le seul imp ratif est de r alise
384. tre 1 minute et 1 heure Les instruments utilis s sont des inclinom tres extensom tres distancem tres que l on compl te par des capteurs de param tres m t orologiques tels que la temp rature la pression l humidit la pluviom trie ou encore des signaux de contr le lectroniques tension batterie bruit sur 32 Chapitre 1 court circuit Les probl mes principaux sont la protection des instruments contre les intemp ries l autonomie de l alimentation lectrique dimensionnement des panneaux solaires et des batteries et la radio transmission des donn es vers l observatoire Une fois install es les stations demandent une maintenance continue Les donn es doivent tre analys es en temps quasi r el et les interventions doivent tre imm diates pour ne pas interrompre les mesures en cas de panne Imagerie spatiale Les techniques satellitaires r volutionnent la g od sie classique de deux facons d une part on obtient pour la premi re fois un champ de d placement tr s dense sur une large surface et d autre part il n est pas n cessaire de se d placer sur le terrain pour obtenir des donn es Il y a l un avantage certain pour les zones difficiles d acc s et en cas de crise volcanique G omorphologie pal og od sie 100 ans G od sie terrestre nivellement 10 ans th odolites distancem trie lan G od sie spatiale GPS interf rom trie radar DORIS 1 mois Mesures continues incl
385. tress Normalized Pressure 300 200 100 0 E 5 Z 100 200 300 400 100 0 100 200 300 400 Eastern m Figure 4 16 Inversion pour la p riode 1996 1997 a fonction de probabilit dans l espace des mod les b d placements observ s et calcul s avec leurs ellipses d incertitudes Mod lisation 169 Les r sultats de l inversion sont pr sent s au Tableau 4 3 et la Figure 4 17 on obtient l volution temporelle des deux param tres pression et cisaillement axial La derni re inconnue de notre probl me est le module d lasticit G Si celui ci vaut 10 GPa les variations de pression atteignent 50 MPa en 1996 et le cisaillement vertical 2 MPa Ces valeurs sont irr alistes Nous essayerons au chapitre suivant de d terminer un module d lasticit quivalent pour le mat riau qui constitue le sommet partir d observations ind pendantes qui permettent d estimer la pression et le cisaillement dans le conduit Tableau 4 3 R sultat de linversion valeurs des param tres normalis s par le module d lasticit pression et cisaillement et incertitudes P riode Pression P G Cisaillement axial 1 G Fonction cart 1993 1994 6 2 4 5 10 4 5 4 7 4 105 12 2 1994 1995 22 4 1 10 4 8 8 6 6 10 5 13 4 1995 1996 51 4 2 10 4 24 5 2 105 79 0 1996 1997 1 7 6 4 10 4 11 7 8 105 16 2 MERAPI SUMMIT ELASTIC MODELLING
386. types associ s Site 1 la composante tangentielle CH379 s est stabilis e partir de juillet 1996 apr s 6 mois de d rive Le signal a t d branch par erreur en ao t 1997 et n a t r tabli qu en 84 Chapitre 2 d cembre La composante radiale CH380 a d riv un an de plus et ne s est stabilis e que vers juillet 1997 Les bruits 2 minutes et diurnes sont quivalents sur les 2 composantes et correspondent donc probablement la signature du site avec la dalle de b ton Site 2 la composante radiale CH376 est rest e stable sur les 2 ans d enregistrement Le bruit 2 minutes est l g rement plus lev que celui du site 1 alors que le bruit diurne est plus faible de 25 L encore cela pourrait r v ler une caract ristique du type de couplage utilis pour ce site Le b ton du site 1 aurait donc un effet de filtre pour les bruits court terme mais une amplification des variations thermiques pour les longues p riodes Site 3 la composante tangentielle CH427 a d riv seulement 5 jours puis s est stabilis e La composante radiale CH428 a tr s fortement d riv pendant 4 mois jusqu en novembre 1996 date laquelle elle a t remplac e par le CH429 qui a fonctionn imm diatement Les bruits sont assez diff rents entre les composantes et r v lent sans doute galement de petits effets de couplage Le signal de contr le sur le pont r sistif montre un bruit court terme assez faible mais une d rive de 4
387. uis novembre 1995 site 2 d une autre radiale depuis novembre 1996 site 3 et d une troisi me depuis ao t 1997 site 1 Le signal de temp rature de la roche site 1 est valide sur toute la p riode Au Chapitre 3 nous aborderons l analyse des effets de site partir de ces donn es effets de la pluie correction des effets thermiques et validation entre les composantes et nous en d duiront une mesure d inclinaison compl te amplitude et direction unique pour toute la station sur la p riode compl te 4 composantes simultan es novembre 1996 d cembre 1997 Photo 2 8 a Transport d une bouteille de 80 litres d ac tyl ne Deles b Installation de l inclinom tre CH427 Deles site 3 soudure de la silice au chalumeau 3 Traitement et validation des donn es a priori CHOIX DES MESURES TECHNIQUES ET INSTRUMENTALES SITES Mod le TRAITEMENT ET ph nom no VALIDATION DES logique DONN ES MOD LISATION IN TERPR TATIO N HYPO THESES SURVEILLANCE PREVISIO N a posteriori temps r el CHAPITRE 3 3 Traitement et validation des donn es R sum Les diff rentes mesures acquises sont trait es et valid es compensation des mesures GPS sur tout le r seau correction des effets de la temp rature et analyse de la mar e terrestre et de la pluie sur les signaux clinom triques de Deles et comparaison des diff rentes mesures sommitales extensom tres inclinom tres et
388. ule d Young G 30 GPa module dynamique estim par la vitesse des ondes sismiques Cette valeur un peu lev e est assez arbitraire mais nous n avons pour le moment pas les moyens de la contraindre D apr s Cayol amp Cornet 1998a le module statique peut tre un ordre de grandeur en dessous du module dynamique Les d placements calcul s tant inversement proportionnels G ils pourront tre ajust s en amplitude a posteriori Les r sultats du calcul effectu avec le code MBEM sont pr sent s en vue horizontale la Figure 4 4 Le champ de d placement est essentiellement vertical vers le bas avec une amplitude moyenne sur les points GPS de 0 3 cm Les d placements horizontaux sont pratiquement uniformes en direction orient s vers le nord est et d amplitude moyenne 0 15 cm Ceci est d l inclinaison importante du fond du crat re du Merapi environ 30 Displacements due to 1993 1994 Dome 400 7 ss sn sponsor 200 wae e e a s ee EE a EE PD Qo EEE 100 DD CP ELA ly xc 5 0 EE J Aa VP t Lf gt Pb o 179 OV SU J FA ff gt DE da PF gt Pas SFA E mu 100 E 7 sa AME ae o LEES 2 7 ZU AAP PP fe A AA RAPP A II o5 PO n 200 mv ER LI eti s NT LIP P P P ATAA aa a 300 FA c EMEN am r HE ere CEP 2 7 ore 7 4
389. ur le potentiom tre et il est difficile d en extraire les d formations r elles Les p riodes sans donn es sont dues par des probl mes de communication entre le PC de terrain et le boitier d acquisition TAD qui produisaient des erreurs de programmation Suite une panne de la Monoa et sans r paration sur place nous n avons aucune donn e depuis juillet 1996 Entre fin 1993 et mi 1996 on constate une extension d environ 12 mm Les variations journali res sont importantes et atteignent plusieurs millim tres par endroits Un filtrage simple pourra cependant le diminuer fortement Extensometre Fracture Lava 1956 Merapi 120 110 100 Extenso MONOA Cmm 1 70 60 Jan 94 Jan 95 Jan 96 1 L 14 Apr 09 00 00 Time 03 Jul 96 05 45 00 NT Figure 2 21 Donn es brutes calibr es de l extensom tre Monoa plac sur la fracture Lava 56 entre avril 1993 et juillet 1996 Station LGIT LEAS n 2 L extensom tre LGIT connect la station LEAS n 2 a t install en parall le de l extensom tre Monoa environ 1 m tre l ouest Le principe de fonctionnement et d installation est pratiquement le m me la roche tant compacte cet endroit le boitier a t fix par vis d un cot et pour le c ble de l autre voir Photo 2 4 Tableau 2 11 Caract ristiques des capteurs de la station LEAS n 2 sensibilit de l instrument r solution num rique et bruits moyens 1 heure et 1 jour cart type
390. ur r duire les incertitudes La comparaison des diff rents r sultats nous permet une analyse des effets m caniques des sites instrument s Pour mod liser nos observations nous utilisons le code MBEM Mixed Boundary Elements Method qui prend en compte la topographie et les principales discontinuit s de l difice dans un milieu lastique 3D Les donn es sont introduites dans un processus d inversion qui permet d estimer la probabilit du mod le et lincertitude sur les param tres calcul s Le champ de d formation lointain 1996 1997 est mod lis par une chambre magmatique ellipsoidale dont nous d terminons la position 8 5 0 4 km sous le sommet et la variation de volume 10 8 2 2 106 m Cette valeur correspond environ 3 fois celle du d me au sommet ce qui montre que les avalanches gravitaires ne peuvent tre n glig es dans un bilan de masse Le champ de d formation proche 1993 1997 est mod lis par un conduit magmatique soumis des contraintes de pression et de cisaillement axial et la pr sence de 3 fractures dans l encaissant L volution de la pression semble sugg rer que le poids du d me de lave a un effet n gligeable sur les d formations Les variations de cisaillement sont parfaitement compatibles avec le nombre de s ismes de type multiphases ce qui confirme l origine de ces v nements Mots cl s Volcan Merapi D formations Inclinom trie GPS D me 3D vi Abstrac
391. ur une disquette Un utilitaire b n2asc exe a t crit pour convertir ces fichiers en mode ASCII afin de retrouver la compatibilit des traitements Mat riels et logiciels 197 A 3 Logiciel uDAS Grapher v1 7 Objectifs Ce petit logiciel a t crit au cours de mes missions entre 1995 et 1996 dans un but bien pr cis pouvoir traiter et visualiser rapidement les donn es brutes sur le terrain afin d am liorer le diagnostic de l tat d une station et donc optimiser la dur e et la qualit des interventions Cet objectif parfaitement louable nous am ne une contrainte assez substantielle le programme doit tre utilisable sur un ordinateur portable PC bas de gamme g n ralement sans m moire vive importante voire aucune m moire tendue ventuellement sans souris ou environnement graphique comme Windows donc sous DOS et avec une autonomie de batterie incontestablement limit e En outre que ceux qui n ont jamais fait de terrain avec un ordinateur sous une pluie tropicale se taisent le temps pass aupr s des stations est pr cieux et souvent limit le logiciel devra donc tre d utilisation rapide et programmable Finalement le r sultat a t plus loin que pr vu Les options de format d entr e n ont cess d tre tendues de telle sorte que maintenant un nombre pratiquement illimit de types de formats ASCII sont accept s Le principe de visualisation rapide et intuitive est devenu s
392. urbo 1995 Indeed the periods of study are not the same and it may be supposed that the two magma reservoirs exist Our data reveal that the deeper chamber had a prominent activity during this eruption period and that if it exists the upper chamber did not sustain any variation in pressure The volume variation found by our model 10 8 2 2 106 m3 can be compared with the estimated volume of produced lava at the summit If we suppose that all the deflation volume has been extruded at the summit only 30 3 2 106 m3 of it corresponds to the dome formation The remainder 7 6 106 m cannot have been ejected instantaneously from the deep reservoir during the explosion because the continuous tilt records show that the deflation of the source was regular see inset in Figure 4 during the 5 month period Also the magma cannot have accumulated in a temporary shallow location during the period preceding the explosion Indeed a volume variation of this magnitude would have induced a tilt amplitude equal to about 80 urad at the Deles station see Shalow Magma Chamber and Figure 6 Given the tilt signals the volume variation in the deep magma chamber must correspond exactly to the volume of lava produced at the summit This difference between calculated and observed volumes a factor 3 leads to two consequences 1 On the base of our model and because the model uncertainty has been well determined we conclude that the volume of ext
393. used for graphics VALID begin time end time define the validity time domain of the following calibration parameters in time string format LAG hour same as s option DIV FREQ FACT CST X X 2 X 3 UNIT NAME description list for each channels Mat riels et logiciels 201 frequency divisor 2 16 or 128 set in box initial frequency in Hz to produce absolute values if necessary general factor of calibration applied after the polynome physical unit per Volt for pDAS 3rd order polynomial factors in Volt per Hz for DAS in order a constant x x 2 and x 3 physical unit name 7 char max use underscore sensor name 16 char max for space BOOK begin time end time lt level gt see bk option NB to create a new calibration file and edit it enter a new filename For DAS shots data initial frequency will fix the number of over scales at the begining of the file 0 value also means no change from previous data and 1 value means the sensor is a real counter not F M signal thus time sampling will not be applied and decimation will compute the sum and not the average of the data lt 1 file retrieve only names units and book for graphics cf calib file calibrates data in Hertz uses frequency divisor initial frequency and sensor names cv calib file calibrates data in Volt uses frequency divisor initia
394. usieurs ann es Jousset 1996 L ORB en association avec la soci t AE BELGIUM a ensuite r alis une version limit e 4 canaux avec microcontr leur et m moires statiques le DAS La programmation et la r cup ration des donn es se fait par port s rie mais le syst me est totalement autonome en enregistrement La p riode d acquisition peut tre d finie de 1 3600 secondes Les donn es sont stock es dans des m moires SRAM 4 x 128 Ko aliment es par pile interne dur e de vie approximative 5 ans La capacit est d environ 55 000 chantillonnages pour 4 canaux soit 35 jours d autonomie pour une acquisition toutes les 60 secondes L alimentation se fait entre 8 et 35 V continu consommation 20 mA sous 12 V et tous les signaux d entr e doivent tre r f renc s la masse de l alimentation 192 Annexe A chaque mise sous tension le uDAS commence l enregistrement automatiquement apr s un court laps de temps appel startup centrage des donn es autour de la mi p riode ronde La premi re ligne de donn es est toujours nulle et marque le d but de l enregistrement Lorsque la m moire est pleine l acquisition continue mais les donn es les plus anciennes sont cras es Chaque signal modul en fr quence passe par un diviseur par 2 pouvant tre d fini 16 ou 128 par des jumpers l int rieur du boitier voir Figure A 9 puis est envoy dans un compteur 100 000 points 5 digits qui s incr m
395. usly and partially destroyed by avalanches and pyroclastic flows Tjetjep and Wittiri 1996 During the period November 1996 March 1997 about 150 days the lava dome grew by about 3 2 106 m3 while 126 pyroclastic flows and 16200 rock avalanches have been recorded see Figure 4b On January 17 1997 at 1034 LT GMT 7 a vertical explosion occurred forming an eruption Mod lisation 131 column more than 4 km high The explosion destroyed at least 1 3 106 m of the existing dome Merapi Volcano Observatory pers comm The growth rate of the dome corresponds exactly to the long term average of lava production at Merapi which is equal to 20 000 m3 day Allard et al 1995 We present here an analysis of this 5 months eruption period based on two types of observations 1 GPS Global Position System data measured at the beginning and at the end of the period 2 continuous tilt variation signals recorded during the period Looking for large scale effects we do not consider summit deformation data Indeed summit data are rather complex in behaviour Ratdomopurbo 1995 and sometimes associated with non elastic local block effects Observations come mainly from the lower flanks of the edifice GPS Measurements The GPS network is based on existing benchmarks installed by the Volcanological Survey of Indonesia for EDM Electronic Distance Measurement monitoring Suganda et al 1992 Figure 1 shows the positions of the 6 chosen points
396. uve galement des techniques qui ne font pas partie proprement parler de la g od sie car leur objectif n est pas le positionnement Ce sont toutes les mesures clinom triques inclinaison du sol et extensom triques dislocation de fracture qui se limitent g n ralement des stations ponctuelles D un point de vue m canique ces techniques mesurent un param tre du champ de d formation de l difice volcanique nous les inclurons donc sans distinction dans ce chapitre semble difficile d avoir une vue d ensemble de toutes les m thodes existantes sans les d tailler une une Nous allons cependant tenter de pr senter bri vement les plus importantes utilis es en volcanologie en faisant ressortir les avantages et inconv nients qui nous permettront de faire un choix ad quat pour notre tude tudes pr liminaires choix des techniques et sites 27 1 2 2 Pr sentation des diff rentes techniques Mesures de distance Les instruments de mesure dits AEMD Appareils lectroniques de Mesure de Distances sont des distancem tres lectro optiques laser grande port e jusqu 50 km ou diode infrarouge jusqu 10 km La distance entre 2 points est d termin e par la mesure du d calage de phase aller retour du signal lumineux modul en amplitude et parfois en polarisation D pendant de la vitesse de propagation de la lumi re dans l air ambiant la mesure brute doit tre corrig e des effets de pre
397. volume 10 8 2 2 106 m3 Nilai ini kurang lebih 3 kali lebih besar dari volume kubah lava yang teramati Hal ini menunjukkan bahwa volume guguran tidak dapat diabaikan dalam perhitungan massa Medan deformasi dekat 1993 s d 1997 dimodelisasikan berdasarkan sebuah pipa magma yang tertekan dengan stres geser dan tiga rekahan utama dalam tubuh gunung kemudian kami menganalisa implikasi pada pergerakan medan Evolusi tekanan pada pipa kepundan mengilhami bahwa berat kubah lava mempunyai efek yang dapat diabaikan Variasi stres geser sangat sesuai dengan jumlah getaran fase banyak multiphases seismic events hal ini mengkonfirmasikan sumber dari kejadian kejadian tersebut Kata kunci Gunungapi Merapi Deformasi Tiltmeter GPS Kubah 3D viii Table des mati res INTRO DUCTIO N G N RALE 3 Surveillance et recherche en volcanologie Apport des mesures de d formations M thodologie du champ de d formation Le Merapi volcan laboratoire Plan de la th se 1 TUDES PR LIM INAIRES CHOIX DES TECHNIQUES ET SITES 11 1 1 Pr sentation du Merapi 11 1 1 1 Contexte tectonique 11 1 1 2 Histoire et formation du Merapi 13 Pr Merapi Merapi Moyen Merapi R cent Merapi Contemporain 1 1 3 Activit et structure du volcan 17 Construction continue de d mes destruction et nu es ardentes Activit actuelle 1991 1997 Apport des mesures de d formation ant rieures Informations sur la chambre magmatique
398. with other sources than temperature can be expressed by Soos t S t GING 7 where S t is the tilt free of temperature effects and G is an unknown function This problem comes down to estimating from Sos t and M t This cannot be resolved without some a priori information on unknown parameters of equation 7 and the danger is to include characteristics of S t into the function Classical auto regressive methods like the Wiener filter suppose that S t is a random or a white signal Kofman et al 1982 but we know that this is not the case with tilt on volcanoes 140 Chapitre 4 A simple method is proposed here for removing most temperature effects from a tilt signal This method does not imply strong hypothesis on S t but relies strongly on the hypothesis that G is a linear function of N Furthermore every step of the signal processing is performed in the time domain in order to avoid introducing numerical noise by the time frequency domain transform For instance high pass filtering with cut off period p is based on Zero phase Moving Average ZMA Oppenheim and Schafer 1989 defined as F is t s ZMAp s 0 8 We first determine the phase lag t between the two signals determined by cross correlation on Faay Sobs t and Fas N t Let us consider a time interval T defined between p 2 and t p 2 For each value of t we compute the linear correlation coefficients from covariance matrix betwe
399. y rocks SOB Tertiary granitic basement OO rocks of Java ESA Tectonic complex on Continental crust Oceanic crust Figure 1 1 Section sch matique de la zone de subduction au niveau de l le de Java d apr s Katili 1975 12 Chapitre 1 5 N f2 0 N 5 N 10 N 95 E 105 E 115 E 125 E 135 E sts c 106 E 108 E 110 E 112 E 114 E 50 km g FK 7 ST Dieng Plateau G Lawu 8 S Oc an Indien 110 E 111 E tudes pr liminaires choix des techniques et sites 13 Nord tete es NE Re ses ee E OR a RSR RS Rs SR RO Te OR TII RTS RE 323R RRR e iiiiiiiiiiiii i Kaliurang 5 km Est Jeunes d p ts pyroclastique Roches du volcan Merbabu ge inconnu Pr Merapi gt 400 000 yr and site basique 777 Structures principales Merapi Ancien 60 000 yr basaltes O Postes d observation Merapi Moyen 5000 yr and site pyrox ne Figure 1 2 Page pr c dente Cartes topographiques en relief de l arc insulaire d Indon sie de lile de Java et de la r gion Java Centre bas es sur les donn es num riques globales GTOPO30 USGS Ci dessus Carte g ologique simplifi e du Merapi et emplacement des postes d observation Le Merapi appartient un alignemen
400. ysicien IPGP Pr sident Georges POUPINET Directeur de recherche LGIT Rapporteur Wimpy S TJETJEP Directeur de recherche VSI Examinateur Th se pr par e au Laboratoire de M canique des Roches D partement de Sismologie UMR CNRS 7580 Institut de Physique du Globe de Paris A mon pouse AN NAA UP A mes parents Volcans Merapi et Merbabu Pak est un vieux Javanais calme et discret qui vit Yogyakarta au pied du volcan Merapi De tradition animiste il fait des offrandes au dieu qui habite le volcan et communique r guli rement avec ses anc tres d funts Pak Sadjiman travaille depuis plus de 30 ans au Merapi Volcano Observatory o il dirige le service de cartographie Jl trace la plume et l encre de Chine des cartes morphologiques toutes les chelles ajuste des courbes de niveau fait des coupes verticales du crat re et quelques fois pr dit l volution du d me de lave mais ses coll gues scientifiques pr tent gu re attention Lors d une mission g od sique de plusieurs jours au sommet du volcan alors que nous contemplions le ciel s enflammer des couleurs du cr puscule il est soudainement confi moi H m a d crit la structure superficielle du volcan J ai dress une carte en 1992 avec l emplacement du conduit magmatique et de toutes les fractures au sommet m a t il dit Elle est dans mon armoire Personne ne me jamais demand e Je veux bien te la
401. yte RAM pre empts an exhaustive search method for finding the parameter values The gradient method cannot be applied here because of the non linearity of the misfit function Thus we opted for a slightly modified Monte Carlo near neighbour sampling method Tarantola 1987 Starting with a current model meurrent a new trial model is chosen pseudorandomly within a neighbourhood of parameters N c M If the condition S Mirial lt S mcurrent 6 136 Chapitre 4 is satisfied the trial model becomes the new current model If not current model is kept but its weight is increased The parameter intervals that characterize the space N are arbitrarily chosen These interval values influence the speed of convergence but not the final solution The collection of current models mi mz and their associated misfit values are a representative sample of M The process can be stopped by a condition on the current model weight for instance reaching a chosen value The last current model is the best one Because in an elastic volcanic structure displacements are proportional to the magma chamber volume variation the inversion process can be accelerated in the following manner Instead of choosing a random value at each trial model for the volume variation this parameter is fixed to unity and adjusted a posteriori with a coefficient that minimises the misfit function This inversion method needs a priori values for the parameters for initial

Structures et comportement mécanique du volcan Merapi : une

Contents

Download Pdf Manuals

Related Search

Related Contents

Structures et comportement m&eacute;canique du volcan Merapi : une

Contents

Download Pdf Manuals

Related Search

Related Contents

Structures et comportement mécanique du volcan Merapi : une