Utilisation des ondes sismiques pour la caractérisation d`objets

Utilisation des ondes sismiques pour la caractérisation d’objets enfouis. Contribution à la mise au
point d’une méthode d’imagerie sismique de très haute résolution
Application à l’imagerie des fondations de pylônes du
Réseau de Transport d'Electricité
Résumé :
Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont contribué à tester et à valider un certain nombre d’outils indispensables à la
mise au point d’un nouveau procédé d’imagerie sismique tridimensionnelle des objets enfouis dans la proche surface. On citera
en particulier la mise en place d’une procédure de caractérisation fine du champ de vitesses des terrains superficiels, le
développement d’une nouvelle source sismique vibratoire légère haute fréquence, et le développement d’un code de
modélisation numérique tridimensionnel permettant de calculer directement la réponse sismique approchée d’un objet enfoui.
La mise en œuvre combinée des méthodes d’inversion tomographique des données de sismique réfraction, et d’inversion de
la courbe de dispersion des ondes de Rayleigh permet de caractériser avec une grande précision le champ de vitesses en ondes P
et en ondes S du terrain naturel.
Notre prototype de source, élaboré à partir d’un pot vibrant, nous a permis de valider un concept innovant de source
sismique vibratoire légère et haute fréquence. Le transfert de technologie vers un équipement de type système inertiel plus fiable
et plus robuste s’est effectué dans d’excellentes conditions, nous permettant ainsi de disposer d’une source parfaitement adaptée
à nos objectifs. Son poids est de 20 kg, avec une surface de couplage au sol n’excédant pas 15 cm par 15 cm. Il est possible de
générer différents types de signaux dont les caractéristiques sont entièrement définies par l’utilisateur, sur une plage de fréquence
allant de 60 à 2000 Hz. Le signal est parfaitement répétitif avec un contrôle très précis du temps zéro.
Le développement d’un nouveau code de modélisation numérique en milieu tridimensionnel, permettant de calculer
directement la réponse sismique approchée d’un objet enfoui de forme complexe a été mené à son terme. Ce programme s’appuie
sur une hypothèse simplificatrice qui consiste à « remplacer » l’objet par un ensemble de points diffractants répartis suivant une
grille tridimensionnelle suffisamment dense. On considère que chacun de ces points est excité par le champ d’onde sismique
incident. La réponse sismique approchée de l’objet est obtenue en sommant les radiations individuelles de l’ensemble des points.
Le calcul de la perturbation du champ d’onde sismique pour chaque point diffractant s’appuie sur le calcul des dérivées de
Fréchet dont la formulation analytique fait intervenir une combinaison des fonctions de Green et de leurs dérivées spatiales et
temporelles. Cette approche, qui repose sur le concept de diffraction simple de l’approximation de Born d’ordre 1, a été
appliquée à une structure 3D de forme complexe, représentant une fondation de pylône du Réseau de Transport et d’Electricité.
Ces travaux nous ont permis d’étudier la limite de validité de la théorie des points diffractants pour la reconstruction de la
réponse sismique d’une structure tridimensionnelle.
Les mécanismes qui engendrent la réponse sismique de deux fondations de pylônes de type 5i et 4n ont été étudiés, et la
géométrie du dispositif d’acquisition a pu être optimisée afin de se placer dans la meilleure configuration possible pour
l’imagerie sismique de ces fondations.
MOTS-CLEFS : propagation des ondes élastiques, imagerie sismique tridimensionnelle, approximation de Born, dérivées de
Fréchet, ondes de surface, inversion tomographique, source sismique vibratoire.
Chapitre 7 :
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