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Annexe A : Méthodes

A.1 Positionnement Géographique par GPS

L'ensemble des données géographiques a été acquis à l'aide d'un système GPS (Global Positioning System). Ce système de positionnement et de navigation est basé sur l'utilisation de 24 satellites mis en oeuvre et entretenus par le gouvernement des Etats-Unis d'Amérique. Conçu initialement pour des applications militaires, il délivre également des signaux utilisables pour tout récepteur civil dans le monde entier. Ce système a l'avantage de peu dépendre des conditions météorologiques ou de la portée des appareils. Toutefois les erreurs dues aux effets ionosphériques et troposphériques, ainsi que celles ajoutées délibérément par le Département de la Défense des Etats-Unis ne permettaient qu'une précision de 20 à 100 mètres autour de la position réelle⁵⁸.

L'effet de cette détérioration peut être en partie éliminé en installant un récepteur GPS fixe sur un point géographiquement connu. Ce récepteur supplémentaire compare les distances aux satellites mesurées aux distances réelles calculées, et obtient ainsi des valeurs correctives diffusées sur les ondes radio (par exemple Radio Data System) aux utilisateurs mobiles. Cette méthode, appelée GPS différentiel (DGPS) permet une précision de 1 cm à 10 m selon le matériel utilisé et selon la distance entre le récepteur GPS mobile et celui qui sert de référence.

Pour notre étude, nous avons adopté le système RDS/DGPS, mis en oeuvre par l'Office fédéral de Topographie et PTT TELECOM avec un GPS Garmin 45 (8 canaux) et un récepteur DCI RDS-3000. Un montage électronique a été élaboré afin de permettre l'échange des données entre le récepteur radio RDS et le système de positionnement GPS, ainsi que l'enregistrement en continu (chaque 1.5 s) des valeurs de position corrigées dans un fichier digital, sur un ordinateur PC compatible ou directement sur l'échosondeur BATHY-1000. De nombreux problèmes de connexion entre appareils ont été résolus et le système a été définitivement opérationnel en avril 1996.

Nous avons procédé à plusieurs tests, afin de vérifier la précision de l'appareillage annoncée par les constructeurs, en enregistrant en continu les valeurs de position pendant environ 60 minutes sur un point cadastral fixe. L'erreur de 50 m autour du point en mode normal est réduit à une erreur de 10 m en mode DGPS. Par la suite l'Institut Forel a acquis un GPS Garmin Map 135 (12 canaux), ce qui a permis de réduire l'erreur à une valeur de 2-5 m avec le même système.

A.2. Méthodes sédimentaires

A.2.1 Echantillonnage des sédiments

Deux types de carottiers ont été utilisés depuis le navire « la Licorne » pour l'échantillonnage du sédiment: type Benthos et type Mackereth.

a. carottier Benthos

Ce carottier utilise la gravité pour pénétrer dans le sédiment. Il est pourvu d'ailettes de stabilisation et d'une valve à son sommet, dont la fonction est de conserver par succion le sédiment à l'intérieur du tube. Le diamètre intérieur du tube PVC est de 68 mm. La longueur de la carotte dépend du type de sédiment (granulométrie, teneur en eau et en gaz). Les carottes prélevées pour notre étude mesurent 21-126 cm de long. Les structures sédimentaires (lamines, etc.) internes à l'échantillon sont bien conservées, toutefois il arrive que la partie sommitale de la carotte soit absente en raison des turbulences crées par l'arrivée du carottier au-dessus du sédiment.

b. carottier Mackereth

Ce système est plus compliqué que le carottier Benthos du point du vue logistique, mais il nous a permis de prélever une carotte (sg1) de 5.75 m parfaitement continue. Il s'agit d'un système à air comprimé qui, par un système de valves, enfonce par dépression une cloche de 50 cm de diamètre dans le sédiment, puis grâce à cette assise, un tube métallique doublé d'un tube PVC de 55 mm de diamètre intérieur s'enfonce par pression dans le sédiment. Finalement le système est récupéré grâce à l'air insufflé sous la cloche qui fait remonter le système à la surface de l'eau (Mackereth, 1958). La surface du sédiment est mieux conservée qu'avec le carottier Benthos mais le diamètre du tube limite la quantité de sédiment à échantillonner.

c. échantillonnage et stockage

Avant ouverture, les carottes ont été stockées verticalement à 4 degrés C dans la chambre froide de l'Institut Forel. Après la mesure de la susceptibilité magnétique, elles ont été sciées longitudinalement en deux moitiés afin de permettre la description lithologique et le sous-échantillonnage du sédiment destiné aux analyses physiques et aux datations.

A.2.2 Analyses physiques et chimiques

a. susceptibilité magnétique volumique (SMV)

La susceptibilité magnétique volumique (SMV) est mesurée à l'aide de champs inducteurs faibles, qui induisent une aimantation non rémanente dans la matière mesurée. Nous avons utilisé un suceptibilimètre MS1 et une sonde type C de 80 mm d'ouverture construits par la firme 'Bartington Instruments'. La résolution spatiale de la sonde est, selon le constructeur, d'environ 2 cm et l'incertitude théorique de la mesure de 5%. Le calibrage de l'instrument peut-être vérifié à l'aide d'échantillons de référence préparés par J.-L. Loizeau. La mesure de la SMV est effectuée sur des carottes entières à travers le tube PVC et est corrigée à l'aide d'un facteur dépendant du diamètre (88 mm) de la bobine et celui de la carotte (Benthos 68 mm, Mackereth 55 mm) (Loizeau, 1991). Ceci permet de comparer les résultats entre des carottes de diamètres différents. Les valeurs sont exprimées en 'SI' (système international).

b. radiographie et résonance magnétique

En mars 1997 des essais de radiographies (rayons X) de sédiments ont été effectués dans les locaux de l'Hôpital de Genève sur la carotte sg1 par Loan Ngo à travers le tube PVC de carottage. Elles ont été analysées à une distance de 1 m, par tronçons de 25 cm. Les paramètres donnant les meilleurs résultats étaient 44 kV/400 mA avec un temps d'exposition de 1 ms (mode 'iode'). Les images ont été enregistrées en format digital '.tif'. En raison de la très grande homogénité du sédiment, seuls les niveaux creux (contenant du gaz non dissous) ont pu être détectés.

Des mesures de résonance magnétique ont également été réalisées avec l'aide d' Emile Hiltbrand de l'Hôpital de Genève dans le but de détecter l'eau du sédiment avant l'ouverture de la carotte sg1. Les quatre tronçons (de 1.5 m chacun) de la carotte sg1 ont été attachés ensemble afin de faire la totalité des mesures en une seule manipulation. L'analyse a consisté en 12 tranches de 1 cm d'épaisseur avec une fenêtre de 30 cm. Les images résultant de l'analyse ont été enregistrées en format .'gif'. Ces essais de mesure de l'eau n'ont pas été très concluants car le système n'a permis de détecter que les parties sursaturées en eau de la carotte, à savoir l'eau contenue dans la mousse servant à boucher les extrémités des tubes.

c. description lithologique

A l'ouverture de la carotte, la lithologie a été décrite selon ses aspects macroscopiques en fonction de sa structure (lamines nettes, lamines floues, bulles de gaz), des éléments granulométriques marquants (niveaux sableux, niveau avec petits galets) ainsi que de la présence d'éventuels bioclastes (feuille, morceau de bois, coquille). La couleur du sédiment a été identifiée selon les codes de la 'Munsell Soil Color Chart for Gley and Soil' (1994). Chaque carotte a été photographiée sur film diapositif et son image digitalisée en format '.tif'.

d. teneur en eau (W%)

Les échantillons de sédiment humide sont pesés au moment du sous-échantillonnage, puis séchés dans une étuve à 60°C pendant 48 heures. Puis ils sont pesés à nouveau afin de calculer leur teneur en eau (W%) selon la formule ci-dessous. L'erreur relative de cette mesure est estimée à 1%.

e. granulométrie

La texture des sédiments a été analysée selon le principe de la diffraction d'une source laser à l'aide d'un Coulter LS-100. La distribution des différentes tailles est exprimée en unités de volume et calculée à l'aide du programme Coulter LS100/LS130 version 1.44.

Les échantillons secs de sédiments, préalablement dissous dans 10 ml d'eau déionisée, sont ultrasonisés pendant 10 minutes afin de disperser les agrégats. L'eau de rinçage de la machine est dégazée afin d'éviter la confusion entre la présence de bulles d'air (taille 150-500 mm) et la mesure des grains de sédiments (Loizeau et al., 1994). La mesure est effectuée lorsque l'atténuation du laser a atteint 10 %.

Les distributions granulométriques, calculées sur la base d'une distribution gaussienne, sont idéalement utilisées pour des populations unimodales, mais elles peuvent aussi mettre en évidence la plurimodalité des échantillons.

Loizeau et al. (1994) montrent que la variabilité moyenne pour une même suspension est de 9.2% sur l'asymétrie, alors que celles des autres éléments statistiques, moyenne et aplatissement, restent en dessous de 0.3 %. Pour un même échantillon mais une solution différente (influence de l'échantillonnage et de la mise en solution) ces valeurs s'élèvent à:

Dév. Stand. Moyenne (%)

Moyenne/ mean (ym) 0.96

Asymétrie/ skewness 17.71

Aplatissement/ kurtosis 2.36

Par ailleurs, l'analyse granulométrique à l'aide du Coulter LS-100 tend à sous-estimer le contenu réel en argiles (< 2 mm) de l'échantillon mais les résultats sont suffisamment exacts et précis pour des études comparatives (Loizeau et al., 1994).

f. méthodes radio-isotopiques

Le ¹³⁷Cs est un isotope radioactif introduit artificiellement dans l'environnement lors des essais atmosphériques dès les années 1950, mais qui ont culminé en 1963-1964 et lors de l'accident nucléaire de Tchernobyl en 1986.

Par l'analyse de l'activité de cet élément, il est possible de reconnaître ces deux maximums sur la courbe de mesure lorsque le sédiment n'est pas perturbé (ni bioturbation, ni érosion) et de calculer un taux de sédimentation moyen pour la deuxième moitié du 20^ème siècle.

Pour nos échantillons, nous avons utilisé la méthode standard de mesure et d'analyse sur sédiment sec utilisée à l'Institut Forel (Dominik et al., 1987; Dominik & Span, 1992).

g. méthodes palynologiques (recherche réalisée par Anne-Marie Rachoud-Schneider)

Les échantillons (1cm³), prélevés directement sur les carottes, ont été traités selon la méthode habituelle de Erdtmann (HCl, KOH, HF, acétolyse, KOH, glycérine), puis colorés à la fuchsine basique. Des tablettes de lycopodes ont été ajoutées au début des préparations afin de calculer les concentrations absolues ('CA'). Un microscope Olympus BX40 a permis de compter les pollens avec les objectifs 40-60-100, et un minimum de 500 grains de pollens par niveau a été atteint. Les plantes aquatiques et les spores de Filicineae ont été exclues de la somme pollinique de base (PA+PNA=100%). Les calculs et les dessins des diagrammes ont été réalisés à l'aide du programme pour PC 'Polprof' de l'Université d'Innsbruck. (voir 'Annexe B Palynologie')

A.3. Techniques sismiques

A.3.1. Données sparker

A.3.1.1 Acquisition :

La collaboration effectuée avec le Renard Center of Marine Geology (RCMG) de l'Université de Gand, le Laboratoire de Géodynamique des Chaînes Alpines (LGCA) de l'Université de Savoie et l'Institut Forel de l'Université de Genève ont eu pour fruit une campagne d'acquisition sismique en mars 1996 sur le lac Léman à l'aide de la source sparker mise au point par E. Van Heuverswyn au R.C.M.G. Il a été prévu que les profils couvrant la zone des Hauts-Monts soient exploités par l'Institut Forel afin d'étudier la structure des couches superficielles dans le cadre de notre projet. Les paramètres techniques de la campagne sismique sont listés ci-dessous.

Campagne :

Année : 1996

Navire : R/V La Licorne, Institut Forel

Positionnement : GPS KODEN 931

Précision position GPS : ± 20 -100 m

Type récepteur : flûte monotrace

Espacement / profondeur récepteur : Aucun / 20-50 cm

Source sismique : 'sparker' CENTIPEDE

Source d'énergie / déclenchement : génératrice 300 J

Intervalle de tir : 1.5 s

Distance (offset) / Prof. de la source : 8 m / approx. 50 cm

Bande de fréquence de la source : 300-3000 Hz

Enregistreur / digitaliseur : ELICS DELPH 2

Fréquence d'échantillonnage : 6000 Hz (0.17 ms)

Filtre passe-haut : 300 Hz

A.3.1.2 Traitement :

Les données sparker ont été transformées sur ordinateur PC à l'aide des programmes suivants : Eavesdropper du Kansas Geological Survey et Vista for Windows 2.0 de Seismic Image Software Ltd. Aucune opération de contrôle de gain automatique (Automatic Gain Control, AGC) n'a été effectuée afin de préserver les amplitudes relatives des données sismiques et de pouvoir évaluer les contrastes d'impédance (faciès sismique).

Les données (fournies en format SEGY par le R.C.M.G) ont été transformées afin d'observer la configuration interne des couches superficielles. De nombreux essais de traitement ont permis d'élaborer la séquence ci-dessous (Tabl. A.1) qui a été appliquée aux profils 10, 11, 12, 13, 14 et 15 de façon identique.

Tabl. A.1 : Séquence de traitement des données sismiques 'Sparker'.
Extraction des données de 0-200 ms

Filtre passe-bande 900/1100 - 2800/3100 Hz

Déconvolution zéro-phase 20ms 1%

Mélange de 3 traces (25% 50% 25%)⁶⁰

Compensation de la divergence sphérique

Transformation en format Eavesdropper (*.evd)

Impression du profil

Tabl. A.1 : Séquence de traitement des données sismiques 'Sparker'.
Extraction des données de 0-200 ms
Filtre passe-bande 900/1100 - 2800/3100 Hz
Déconvolution zéro-phase 20ms 1%
Mélange de 3 traces (25% 50% 25%)⁶⁰
Compensation de la divergence sphérique
Transformation en format Eavesdropper (*.evd)
Impression du profil

A.3.2. Données canon-à-air :

A.3.2.1 Acquisition :

Dans le cadre de ses projets de recherche à l'Institut Forel, A. Pugin a réalisé de nombreuses campagnes sismiques sur le Léman avec une source de type canon-à-air destinées originellement à l'étude des séquences glaciaires et post-glaciaires du Quaternaire. Les caractéristiques de la campagne apparaissent ci-dessous.

Campagne : Canon-à-air

Année : 1996

Navire : R/V La Licorne, Institut Forel

Positionnement : DGPS GARMIN 45

Précision position GPS : ± 5 -10 m

Type récepteur : flûte 12 hydrophones (1 canal/ hydroph.)

Espacement / profondeur récepteur : 7 m / 0.5 m

Source sismique : canon-à-air BOLT 660 B (5 in³, @ 1500 psi)

Source d'énergie / déclenchement : compresseur 60-70 bars

Intervalle de tir : 7 m

Distance (offset) / Prof. de la source : 7 m / 0.3-0.4 m

Sismographe : EG&G 2401 GEOMETRICS

Fréquence d'échantillonnage : 5000 Hz (0.2 ms)

Filtre analogique passe-haut : 70 Hz

A.3.2.2 Traitement :

Nous avons procédé au traitement sismique de 21 profils acquis entre le 22.08.1996 et le 27.09.1996 avec les logiciels Eavesdropper et Vista for Windows 2.0. Comme pour les données Sparker, aucun contrôle de gain automatique (AGC) n'a été effectué.

Les données formatées et traitées préalablement par A. Pugin (Tabl. A.2) ont nécessité une transformation supplémentaire afin d'améliorer la résolution des couches sédimentaires superficielles. Plusieurs séquences de traitement favorisant les hautes fréquences ont été testées, et la meilleure (Tabl. A.3) a été appliquée aux 21 profils utilisés pour cette étude : AA3, AA4, AB1, AD1 à AD10 et AG1 à AG8.

Tabl. A.2 : Séquence initiale de traitement des données sismiques canon-à-air.
Changement de format de données

Edition de la géométrie et tri des données en point milieu commun

Correction du temps du déclenchement précoce du tir (10 ms)

Effacement de l'onde directe de 0 à 19 ms

Détermination du temps de l'effet 'bulle' du canon-à-air

Filtre passe-bande 50/250 - 1500/1800 Hz

Déconvolution prédictive (entre 29.1 et 33.7 ms selon profils)

Tabl. A.2 : Séquence initiale de traitement des données sismiques canon-à-air.
Changement de format de données
Edition de la géométrie et tri des données en point milieu commun
Correction du temps du déclenchement précoce du tir (10 ms)
Effacement de l'onde directe de 0 à 19 ms
Détermination du temps de l'effet 'bulle' du canon-à-air
Filtre passe-bande 50/250 - 1500/1800 Hz
Déconvolution prédictive (entre 29.1 et 33.7 ms selon profils)

Tabl. A.3 : Traitement supplémentaire des données sismiques canon-à-air.
Déconvolution en zéro phase

Filtre passe-bande 300/500 - 1500/1800

Filtre de cohérence, mélange de 3 traces (25%, 50%, 25%)

Tabl. A.3 : Traitement supplémentaire des données sismiques canon-à-air.
Déconvolution en zéro phase
Filtre passe-bande 300/500 - 1500/1800
Filtre de cohérence, mélange de 3 traces (25%, 50%, 25%)

A.3.3. Données échosondeur

A.3.3.1. Développements et réglages préliminaires :

Le Bathy-1000 est un échosondeur construit par ODEC (Ocean Data Equipment Corporation). Il enregistre l'enveloppe de l'onde sismique pour différents types de fréquence d'onde en format 'pseudo'-SEGY sur disque amovible Syquest 327. Pour notre campagne de mesure, un transducteur 12 kHz avec un angle du faisceau d'onde de 18° a été utilisé. L'appareil applique un gain automatique interne (AGC) afin d'améliorer le signal quelles que soient les conditions d'acquisition.

L'exploitation de l'échosondeur BATHY-1000, tant pour l'acquisition des profils sismiques que pour le traitement des données digitales, a requis de nombreux développements techniques et logiciels de la part de l'Institut Forel. Un bras amovible en inox⁶¹, permettant de varier la profondeur d'immersion de la sonde 12 kHz, a été fixé à la coque du bateau. Des tests systématiques d'acquisition de données à l'aide de cette sonde ont permis de déterminer sa profondeur optimale pour nos campagnes à 1.4 m sous la surface de l'eau. Nous avons choisi les paramètres de réglages suivants : gain 3DB, puissance -24 DB, détection du sommet du pic et seuil de digitalisation automatique. Suite à la phase de test de la machine, des modifications du logiciel d'exploitation de la machine ont été exigées auprès du fabricant afin de respecter le format standard NMEA utilisé par les systèmes GPS.

A.3.3.2 Acquisition :

La phase d'acquisition s'est déroulée de juin à octobre 1997. 80 km de tracés (grille de 260 m) et 26 km de profils (grille de 65 m) ont permis de couvrir la zone d'étude préalablement définie à l'aide des profils sismiques acquis avec la source sparker et le canon à air. La structure de ce réseau de tracés présente de nombreux points de croisements (cf. Chap. 2) entre les profils ce qui a fourni des points de contrôle lors du pointage des réflecteurs.

Campagne : Echosondeur

Année : 1997

Navire : R/V La Licorne, Institut Forel

Positionnement : DGPS GARMIN 45 puis GARMIN MAP 135

Précision position DGPS : ± 5 -10 m puis ± 2- 5 m

Type récepteur : BATHY-1000 (ODEC)

Espacement / profondeur récepteur : source et récepteur confondus / 1.4 m

Source sismique : transducteur 12 kHz

Source d'énergie / déclenchement : BATHY-1000 (ODEC)

Intervalle de tir : 0.25 s

Distance (offset) / Prof. de la source : 0 m / 1.4 m

Bande de fréquence de la source : 350-8000 Hz

Enregistreur / digitaliseur : BATHY-1000 (ODEC)

Fréquence d'échantillonnage : 16'666 Hz, 0.06 ms

A.3.3.3 Traitement :

Nous avons procédé au traitement sismique des profils échosondeur avec le logiciel Eavesdropper et avec un programme en langage BASIC développé par A. Pugin permettant :

d'adapter le format de données 'pseudo-SEGY' du BATHY-100 au format SEGY standard
d'extraire du fichier original les points de positionnement géographiques en degrés latitude/longitude
de transformer les points de positionnement en coordonnées géographiques suisses.

Les profils échosondeur ont ensuite été intégrés avec le logiciel SeisVision v.4.0 de GeoGraphics Inc. dans un environnement permettant leur analyse et interprétation (cf. Chap. 2). La séquence complète de transformation est décrite à l'aide du Tableau A.4.

Tabl. A.4 : Séquence de traitement des données échosondeur.
Transformation de format des données (échosondeur -> ; Eavesdropper)

Echantillonnage 1 trace sur 8

Extraction des points de positionnement géographique

Transformation des point de positionnement de latitude/longitude en coordonnées suisses

Traitement de la trace sur 138 ms

Contrôle de gain automatique (AGC) 10 ms

Effacement de l'onde directe de 0 à 10 ms

Filtre de cohérence, mélange de 3 traces (25%, 50%, 25%)

Changement de format de données (Eavesdropper -> ; Seisvision) points de positionnement inclus

Tabl. A.4 : Séquence de traitement des données échosondeur.
Transformation de format des données (échosondeur -> ; Eavesdropper)
Echantillonnage 1 trace sur 8
Extraction des points de positionnement géographique
Transformation des point de positionnement de latitude/longitude en coordonnées suisses
Traitement de la trace sur 138 ms
Contrôle de gain automatique (AGC) 10 ms
Effacement de l'onde directe de 0 à 10 ms
Filtre de cohérence, mélange de 3 traces (25%, 50%, 25%)
Changement de format de données (Eavesdropper -> ; Seisvision) points de positionnement inclus

A.3.4 Données marteau

A.3.4.1 Acquisition :

Six lignes totalisant 8.2 km ont été acquises en automne 1998 à l'aide d'une nouvelle source développée par A. Pugin, celle-ci permettant une meilleure pénétration et résolution de l'onde. Les profils ont été placés sur le tracé de précédentes acquisitions sismiques dans le but de comparer les méthodes. Nous avons utilisé le matériel suivant :

Campagne : Marteau

Année : 1998

Navire : Lehmann (type boston), Institut Forel

Positionnement : DGPS Astech

Précision position GPS : ± 0.5 -1 m

Type récepteur : 2 hydrophones

Espacement / profondeur récepteur : 4 m / 0.5 m

Source sismique : impact

Intervalle de tir : 4 m

Distance (offset) / Prof. de la source : 4 m / 0.3

Bande de fréquence de la source : 1000-3000 Hz

Sismographe : EG&G 2401 GEOMETRICS

Fréquence d'échantillonnage : 10'000 Hz (0.1 ms)

Filtre passe-haut : 70 Hz

A.3.4.2 Traitement :

Les données ont été traitées par A. Pugin (intégration dans Seisvision exceptée) selon la séquence suivante :

Tabl. A.5 : Séquence de traitement des données marteau.
Edition de la géométrie

Filtre passe-bande 700/800 - 3000/3500 Hz

Déconvolution prédictive, 0.8 ms

Transformation des points de positionnement de latitude/longitude en coordonnées suisses

Changement de format de données (Eavesdropper -> ; Seisvision) points de positionnement inclus

Tabl. A.5 : Séquence de traitement des données marteau.
Edition de la géométrie
Filtre passe-bande 700/800 - 3000/3500 Hz
Déconvolution prédictive, 0.8 ms
Transformation des points de positionnement de latitude/longitude en coordonnées suisses
Changement de format de données (Eavesdropper -> ; Seisvision) points de positionnement inclus

A.4 Méthodes de calcul des profondeurs, des surfaces et des volumes sédimentaires

A.4.1 Estimation des vitesses de l'onde acoustique

Pour la transformation des données de temps double (s) en profondeurs (m), nous avons établi un modèle de vitesses utilisé subdivisé en trois niveaux :

Vitesse du son dans l'eau : 1430 m/s

Vitesse du son dans les sédiments superficiels (réflecteurs 0 à 14) : 1490 m/s

Vitesse du son dans les sédiments profonds (réflecteurs 15 à 23) : 1700 m/s

La vitesse de 1430 m/s correspond à la vitesse du son dans l'eau pour une température de 6 °C (Chen & Millero, 1976; Del Grosso & Mader, 1972). Nous n'avons pas cherché à corriger cette valeur en fonction de la salinité et/ou de la pression car l'erreur due à cette imprécision est très inférieure à celle générée par la limite de résolution de l'onde sismique et de l'imprécision du pointage de la trace sismique (cf. Chap. 1.5.1).

Les valeurs de vitesse du sédiment ont été choisies en référence à l'article de Heim et Finck (1984) sur les sédiments Quaternaire du lac de Zürich. Nous avons utilisé leur courbe de régression linéaire, établie à l'aide des mesures en laboratoire. Celle-ci a pour expression V = 9545 / (W+1314) , avec V la vitesse du son (m/s) et W la teneur en eau (%).

La vitesse du son des sédiments superficiels (1490 m/s) a été estimée à partir de la moyenne des vitesses calculées pour les sondages situés au centre du bassin (sg1, sg3 et sg4 ; cf. Chap. 3).

Carotte W moyenne (%) Vitesse calculée (m/s)

sg1 54.5 1489

sg3 57.9 1479

sg4 50.8 1502

Pour les sédiments plus profonds, seule la carotte sg5 (35-70 cm) a pu servir de référence. Sa teneur en eau moyenne étant de 24.3%, la vitesse du son a été estimée à 1707 m/s (arrondie à 1700 m/s).

A.4.2 Interpolation des coordonnées x, y, z

Les coordonnées x, y, z (position géographique et profondeur en temps double) exportées depuis le logiciel Seisvision en un fichier digital de format ASCII ('.txt'), ont été transformées en surfaces à l'aide du logiciel Surfer version 6.0 de Golden Software Inc. Nous avons procédé à de nombreux tests d'interpolation pour définir la transformation des points vers une grille haute résolution qui respecte les valeurs d'origine et ne génère pas d'artefacts. La grille obtenue à partir de ces critères représente un rectangle de 4.5 x 5.5 km de côté (91 lignes x 111 colonnes) avec un pixel d'env. 49.5 m de côté. Cette limite de résolution implique que seules les surfaces géographiques supérieures à cette unité (2'500 m²) peuvent être représentées correctement sur nos cartes. L'interpolation des données (création de la grille) a été réalisée avec les paramètres suivants (Tabl. A.6):

Tabl. A.6 : Paramètres d'interpolation des coordonnées x, y, z.
Paramètres de recherche : Paramètres d'interpolation :

Nombre de secteurs: 4 Méthode d'interpolation: «Radial Basis Function»

Nombre max. de données par secteur : 6 «Basis Kernel Type»: «Multiquadric»

Nombre min. de données: 5 Facteur de forme (R²): 469

Nombre max. de secteurs vides: 4 Rapport d'anisotropie: 1 1

Rayon de l'ellipse de recherche #1 : 300 m Angle d'anisotropie: 0 0

Rayon de l'ellipse de recherche #2: 300 m

Angle de l'ellipse de recherche: 0 degrés

Caractéristiques de la grille :

X Minimum: 501900 501900 Nombre de rangs: 91 91

X Maximum: 507400 507400 Nombre de colonnes: 111 111

Y Minimum: 124000 124000 Nombre total de noeuds: 10101 10101

Y Maximum: 128500 128500

Tabl. A.6 : Paramètres d'interpolation des coordonnées x, y, z.
Paramètres de recherche :		Paramètres d'interpolation :
Nombre de secteurs:	4	Méthode d'interpolation:	«Radial Basis Function»
Nombre max. de données par secteur :	6	«Basis Kernel Type»:	«Multiquadric»
Nombre min. de données:	5	Facteur de forme (R²):	469
Nombre max. de secteurs vides:	4	Rapport d'anisotropie: 1	1
Rayon de l'ellipse de recherche #1 :	300 m	Angle d'anisotropie: 0	0
Rayon de l'ellipse de recherche #2:	300 m
Angle de l'ellipse de recherche:	0 degrés
Caractéristiques de la grille :
X Minimum: 501900	501900	Nombre de rangs: 91	91
X Maximum: 507400	507400	Nombre de colonnes: 111	111
Y Minimum: 124000	124000	Nombre total de noeuds: 10101	10101
Y Maximum: 128500	128500

A.4.3 Création des grilles d'isohypses et d'isopaques

Le détail des séquences et des étapes de transformation des données sismiques en cartes isohypses et en cartes isopaques sont décrits à l'aide des figures A.1 et A.2.

Fig. A.1 : Séquence de transformation des grilles isohypses (m) en cartes d'isopaques (m).

Fig. A.2 : Séquence de transformation des coordonnées x, y, z en temps double (s) en cartes d'isohypses (m).

Annexe B : Palynologie

Recherche effectuée par A.-M. Rachoud-Schneider.

Méthodes : voir Annexe A.2.2 g)

Emplacement des carottes : voir Chap. 3.1

B.1 Résultats -- Description des zones polliniques locales ou LPZ («Local Pollen Zone»)

B.1.1 Le sondage sg1 (Fig. B.1, B.2, B.3, B.4 et B.5)

- Ver-1a LPZ de 555.5 à 321.5 cm :

Les AP («Arboreal Pollen») passent de 80% à 90% environ. Quercus domine nettement Alnus, Betula et Corylus, ainsi que Pinus. Abies, Picea et particulièrement Fagus restent effacés. Juglans évolue directement en courbe continue, alors que les apparitions de Castanea, de Carpinus et de Buxus sont plus éparses. Parmi les NAP («Non Arboreal Pollen»), les Poaceae et les Cyperaceae sont les taxons les plus abondants. Les Cerealia T., de même que Secale et Humulus/Cannabis T. apparaissent sporadiquement ; Plantago lanceolata, Urtica, Rumex, les Chenopodiaceae également. Les valeurs de Pteridium et de Pediastrum sont basses.

- Ver- 1b LPZ de 291.5 à 170.5 cm :

Les AP diminuent et se stabilisent autour des 80%. Quercus régresse, alors que Ulmus et Tilia augmentent légèrement, de même que Carpinus. Alnus et Betula diminuent, de même que Pinus. Corylus se maintient. Abies s'accroît. Juglans, Juniperus et Buxus se développent. Castanea entame une courbe continue. L'avancée des PNA est principalement due à l'essor des Poaceae. Les Cerealia T., Secale et Humulus/Cannabis T. évoluent en courbe continue. Centaurea cyanus et Polygonum aviculare apparaissent. Les Brassicaceae, Plantago major/media, Rumex, Urtica, Plantago lanceolata, Trifolium T., Anthemis T. s'ajoutent plus régulièrement au cortège des herbacées. Pteridium passe par des pics plus importants. Pediastrum se maintient en de faibles valeurs. Anthoceros punctatus apparaît en grain isolé.

- Ver- 1c LPZ de 140.5 à 49.5 cm :

Les AP chutent à nouveau, ils n'atteignent plus que 68% à la base de cette LPZ. Quercus poursuit sa lente régression, accompagné cette fois-ci par Abies et Fagus. Pinus, Juglans et cette fois-ci Castanea aussi s'étendent notablement. Corylus se maintient. Alnus et Betula sont relégués à l'arrière-plan. Juniperus est toujours bien représenté. Le foisonnement des herbacées se généralise. Les Poaceae sont toujours abondantes. Les valeurs des Cyperaceae se gonflent ; celles des Cerealia T. et de Secale acquièrent de l'importance. Humulus/Cannabis T. passe par deux pics substantiels de plus de 5%. Polygonum convolvulus et Succisa pratensis apparaissent aux côtés de Polygonum aviculare et de Centaurea jacea T. Pteridium s'efface. Pediastrum augmente un petit peu.

- Ver- 1d LPZ de 19.5 à 5.5 cm : (Fig. B.3 et B.4)

Les AP oscillent entre 68% et 78%. Les valeurs de Quercus et d'Abies se réduisent, comme celles de Castanea et de Juniperus. Pinus, Picea et Juglans après une forte avancée dans les niveaux inférieurs s'amenuisent eux aussi. Par contre, il convient de noter les extensions de Fagus, de Carpinus, de Fraxinus, ainsi que de Tilia, Ulmus et Taxus dans les niveaux supérieurs. Betula et Alnus font de même. Cedrus et Aesculus se manifestent dès 16.5 cm ; Platanus dès 13.5 cm. La croissance des NAP principalement sous la poussée des Poaceae est flagrante. Plantago lanceolata, Rumex, Urtica et les Chenopodiaceae étendent leur influence. Les Cerealia T., Secale et Humulus/cannabis T. se raréfient puis refont surface dans les derniers niveaux. La régression des Cyperaceae est définitive. Ambrosia apparaît dès 13.5 cm. Un grain de Fagopyrum, mais en mauvais état de conservation a été identifié dans ce même niveau. Pteridium disparaît dans les niveaux supérieurs. Sparganium et Potamogeton indet. apparaissent dans les niveaux supérieurs. Pediastrum boryanum (Turp.) Menegh. et Pediastrum boryanum var. longicorne Reinsch., s'accroissent et atteignent des valeurs records à 5.5 cm. Ce taxon est un genre planctonique plutôt estival très répandu dans les lacs ou retenues, très fréquent dans les sédiments fossiles lacustres. Dans ce dernier niveau, il est accompagné par Tetraedron minimum (A. Br.) Hansg. et Scenedesmus opoliensis P. Richt. (J.-C. Druart, déterminations et communication personnelle).

B.1.2 Les sondages sg2, sg3, sg4, sg7 et sg8 (Fig. B.6 et B.7)

Cinq échantillons isolés, prélevés dans cinq sondages différents, mais qui renferment des spectres polliniques similaires ont été regroupés dans ce diagramme pour faciliter les comparaisons.

- Sondage sg2, échantillon à 82 cm :

Les AP n'obtiennent que 59% ; ils sont dominés par Pinus et Alnus. Corylus, Picea, Betula et Juglans sont bien représentés. Fagus est au plus bas. Populus, Castanea, Carpinus, Buxus et les Oleaceae indet. se manifestent aussi. Parmi les NAP les Poaceae sont largement majoritaires. Elles sont principalement accompagnées par les Cerealia T. et les Cyperaceae. Plantago lanceolata, Humulus/Cannabis T. et les Apiaceae, entre autres, arrivent à des valeurs non négligeables. Secale, Rumex, Urtica sont plus effacés. Sparganium et Potamogeton indet sont aussi présents. Les valeurs de Pteridium sont basses. Pediastrum atteint un taux record de 14%.

- Sondage sg3, échantillon à 119 cm :

Les AP s'élèvent à 72%. Quercus et Corylus dominent essentiellement Pinus et Alnus, accompagnés par Betula, Fagus, Abies, Picea, Ulmus et Juniperus. Juglans, Carpinus, Buxus, Castanea et Vitis apparaissent également. Du côté des NAP, les Poaceae sont majoritaires. Elles sont principalement escortées par Humulus/Cannabis T., les Cyperaceae et Plantago lanceolata. Pteridium est présent. Pediastrum n'apparaît qu'en traces.

- Sondage sg4, échantillon à 118 cm :

Les valeurs des AP arrivent à 85%. Quercus et Pinus dominent largement Corylus et Betula, ainsi que Abies, Picea et Alnus. Fagus, Juglans, Castanea, Buxus et Carpinus apparaissent plus modestement. Au sein des PNA les Poaceae et les Cyperaceae sont les taxons les plus abondants. Les Cerealia T. et Plantago lanceolata n'apparaissent qu'en traces. Pteridium est fort bien représenté. Pediastrum est absent.

- Sondage sg7, échantillon à 100 cm :

Les AP atteignent 77%. Quercus domine amplement Pinus, Corylus, Betula, Alnus, Abies et Picea. Les valeurs de Juglans et de Castanea, comme celles de Fagus sont plus faibles. Parmi les PNA, les Poaceae, les Cyperaceae et les Cichoriaceae sont les taxons herbacés les plus courants. Les Cerealia T. et Secale sont plus rares. Pteridium est bien représenté. Pediastrum apparaît en traces. Les Indeterminata (=pollens corrodés) obtiennent 27%.

- Sondage sg8, échantillon à 107cm :

Les AP s'élèvent à 77%. Quercus et Pinus dominent Corylus, Betula et Alnus, Abies et Picea. Les valeurs de Fagus sont basses. Juglans et Castanea obtiennent des valeurs conséquentes. Du côté des PNA les Cyperaceae, les Poaceae et les Cichoriaceae sont les taxons les plus abondants. Les Cerealia T., Humulus/Cannabis T., Artemisia, Plantago lanceolata et Plantago major/media, entre autres, ont des valeurs non négligeables. Pteridium est bien représenté. Pediastrum apparaît en traces.

B.1.3 Le sondage sg5 (Fig. B.8, B.9, B.10 et B.11)

- de 69 à 45 cm :

Les AP sont peu élevés, ils oscillent entre 49 et 33%. Juniperus et Pinus sont accompagnés par Betula et dominent Hippophae, Salix, Ephedra fragilis et Ephedra distachya. Au sein des PNA les Cyperaceae sont extrêmement bien développées. Artemisia, les Chenopodiaceae, Helianthemum et Thalictrum sont les taxons herbacés les plus courants. Il faut encore signaler l'occurrence régulière de Selaginella selaginoides. Les Indeterminata (=pollens corrodés) sont trop nombreux. Les spectres polliniques se modifient complètement entre 45 cm et 35 cm ; ce qui signale la présence d'un hiatus.

- de 25 à 5 cm :

Les AP passent de 50 à 77%. Pinus et Corylus dominent dans un premier temps, puis Quercus s'étend massivement. Fagus, Abies et Picea restent en retrait ; Ulmus est mieux représenté. Castanea et Juglans, ainsi que Juniperus oscillent entre 1 et 2%. Carpinus, Buxus et Vitis apparaissent en traces. Le déploiement des PNA est remarquable. Les Poaceae, les Cyperaceae et les Cichoriaceae sont les taxons herbacés les plus abondants. Les Cerealia T., Humulus/Cannabis T., Plantago lanceolata, les Apiaceae, Rumex et les Chenopodiaceae sont bien représentés ; Secale plus faiblement. Pteridium recule fortement. Pediastrum est régulièrement enregistré.

Remarque : l'analyse palynologique des échantillons prélevés à 40 et à 35 cm a dû être abandonnée, car les pollens étaient trop corrodés. L'échantillon de 35 cm, malgré la somme pollinique insuffisante, est tout de même représenté dans les diagrammes parce qu'il s'insère relativement bien avec les spectres polliniques supérieurs.

B.1.4 Le sondage sg6, échantillon à 113 cm : (Fig. B.12)

Avec 93% les AP sont élevés. Quercus et Corylus dominent légèrement Alnus, Betula, Fagus et Abies. Ulmus atteint 4%. Picea et Taxus sont présents. Hedera apparaît en grain isolé. Les NAP sont essentiellement constitués par les Poaceae. Les Cerealia T., les Apiaceae, les Chenopodiaceae et Rumex apparaissent tout de même. Pteridium atteint 5%.

B.1.5 Le sondage sg9, échantillon à 113 cm : (Fig. B.13)

Avec 97% les AP sont très élevés. Pinus domine Corylus et Betula. Quercus et Ulmus sont relégués à l'arrière. Les NAP se composent en majeure partie de Poaceae.

B.1.6 Le sondage sg10 : (Fig. B.14 et B.15)

- À 125 cm, les AP sont très élevés. Quercus et Alnus dominent, mais de peu, Corylus, Betula et Fagus. Ulmus n'atteint pas le seuil des 2% ; Abies, Picea et Pinus sont relégués à l'arrière-plan. Parmi les NAP, les Poaceae sont prépondérantes. Les Cerealia T., Artemisia et Rumex apparaissent tout de même ; Pteridium et Pediastrum également.

- À 59.5 cm, les AP restent élevés. Alnus, Betula, Quercus, Corylus et Fagus sont à l'avant-scène. Carpinus et Juglans atteignent des valeurs conséquentes. Du côté des NAP, les Cerealia T., Plantago lanceolata, Plantago maior et Urtica apparaissent en traces.

- À 9.5 cm, les AP ont chuté. La baisse des taxons arboréens est importante et concerne en premier chef Alnus, Corylus, Betula et Fagus. Par contre Juglans, Quercus, Pinus, Ulmus et plus légèrement Picea augmentent. Castanea et Buxus apparaissent. La hausse des PNA concerne avant tout Humulus/Cannabis T. et les Poaceae. Les Cerealia T., Secale, Artemisia et les Cyperaceae progressent eux aussi. Plantago lanceolata, Plantago media, les Chenopodiaceae, Rumex, Urtica et Polygonum aviculare, entre autres, sont aussi visibles. Pteridium, ainsi que Pediastrum sont présents.

B.1.7 Le sondage sg11, échantillon à 54 cm : (Fig. B.16)

Les AP sont très élevés. Pinus domine largement Betula. Juniperus, Hippophae et Ephedra distachya apparaissent en traces. Parmi les PNA Artemisia atteint juste le seuil des 2%.

B.2 Interprétation -- Insertion chronologique des zones polliniques locales

Voir Chap. 4.3.3.

B.3 Les datations

Les résultats de l'analyse pollinique sont en accord avec les datations radiométriques ¹³²Cs et ¹⁴C.

Voir Chap. 4.4.et 4.5.

Fig. B.1 : Diagramme palynologique de la carotte Sg1 : partie a.

Fig. B.2 : Diagramme palynologique de la carotte Sg1 : partie b.

Fig. B.3 : Taxons isolés de la carotte Sg1 (5.5 - 19.5 cm).

Fig. B.4 : Diagramme palynologique de la carotte Sg1 : détail (5.5 - 49.5 cm).

Fig. B.5 : Taxons isolés de la carotte Sg1 (79.5 - 555.5 cm).

Fig. B.6 : Diagrammes palynologiques des carottes Sg2, Sg3, Sg4, Sg7 et Sg8 : partie a.

Fig. B.7 : Diagrammes palynologiques des carottes Sg2, Sg3, Sg4, Sg7 et Sg8 : partie b.

Fig. B.8 : Diagramme palynologique de la carotte Sg5 : partie a.

Fig. B.9 : Diagramme palynologique de la carotte Sg5 : partie b.

Fig. B.10 : Diagramme palynologique de la carotte Sg5 : partie c.

Fig. B.11 : Taxons isolés de la carotte Sg5.

Fig. B.12 : Diagramme palynologique de la carotte Sg6 (échantillon à 113 cm).

Fig. B.13 : Diagramme palynologique de la carotte Sg9 (échantillon à 113 cm). Pour la description sédimentaire voir Fig. 3.8.

Fig. B.14 : Diagramme palynologique de la carotte Sg10. Pour la description sédimentaire voir Fig. 3.13.

Fig. B.15 : Taxons isolés de la carotte Sg10.

Fig. B.16 : Diagramme palynologique de la carotte Sg11 (échantillon à 54 cm).

	Dév. Stand. Moyenne (%)
Moyenne/ mean (ym)	0.96
Asymétrie/ skewness	17.71
Aplatissement/ kurtosis	2.36

Campagne :
Année :	1996
Navire :	R/V La Licorne, Institut Forel
Positionnement :	GPS KODEN 931
Précision position GPS :	± 20 -100 m
Type récepteur :	flûte monotrace
Espacement / profondeur récepteur :	Aucun / 20-50 cm
Source sismique :	'sparker' CENTIPEDE
Source d'énergie / déclenchement :	génératrice 300 J
Intervalle de tir :	1.5 s
Distance (offset) / Prof. de la source :	8 m / approx. 50 cm
Bande de fréquence de la source :	300-3000 Hz
Enregistreur / digitaliseur :	ELICS DELPH 2
Fréquence d'échantillonnage :	6000 Hz (0.17 ms)
Filtre passe-haut :	300 Hz

Campagne :	Canon-à-air
Année :	1996
Navire :	R/V La Licorne, Institut Forel
Positionnement :	DGPS GARMIN 45
Précision position GPS :	± 5 -10 m
Type récepteur :	flûte 12 hydrophones (1 canal/ hydroph.)
Espacement / profondeur récepteur :	7 m / 0.5 m
Source sismique :	canon-à-air BOLT 660 B (5 in³, @ 1500 psi)
Source d'énergie / déclenchement :	compresseur 60-70 bars
Intervalle de tir :	7 m
Distance (offset) / Prof. de la source :	7 m / 0.3-0.4 m
Sismographe :	EG&G 2401 GEOMETRICS
Fréquence d'échantillonnage :	5000 Hz (0.2 ms)
Filtre analogique passe-haut :	70 Hz

Campagne :	Echosondeur
Année :	1997
Navire :	R/V La Licorne, Institut Forel
Positionnement :	DGPS GARMIN 45 puis GARMIN MAP 135
Précision position DGPS :	± 5 -10 m puis ± 2- 5 m
Type récepteur :	BATHY-1000 (ODEC)
Espacement / profondeur récepteur :	source et récepteur confondus / 1.4 m
Source sismique :	transducteur 12 kHz
Source d'énergie / déclenchement :	BATHY-1000 (ODEC)
Intervalle de tir :	0.25 s
Distance (offset) / Prof. de la source :	0 m / 1.4 m
Bande de fréquence de la source :	350-8000 Hz
Enregistreur / digitaliseur :	BATHY-1000 (ODEC)
Fréquence d'échantillonnage :	16'666 Hz, 0.06 ms

Campagne :	Marteau
Année :	1998
Navire :	Lehmann (type boston), Institut Forel
Positionnement :	DGPS Astech
Précision position GPS :	± 0.5 -1 m
Type récepteur :	2 hydrophones
Espacement / profondeur récepteur :	4 m / 0.5 m
Source sismique :	impact
Intervalle de tir :	4 m
Distance (offset) / Prof. de la source :	4 m / 0.3
Bande de fréquence de la source :	1000-3000 Hz
Sismographe :	EG&G 2401 GEOMETRICS
Fréquence d'échantillonnage :	10'000 Hz (0.1 ms)
Filtre passe-haut :	70 Hz

Carotte	W moyenne (%)	Vitesse calculée (m/s)
sg1	54.5	1489
sg3	57.9	1479
sg4	50.8	1502