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Wikigeotech:Sismique en ondes de surfaces

De Wikigeotech
Version du 10 janvier 2014 à 17:05 par Yasmina Boussafir (discuter | contributions)

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Sommaire

Préambule

L'auscultation sismique par inversion des ondes de surface demande le déploiement d'un dispositif sismique multi-traces similaire à la sismique réfraction.
A ce titre, la mise en oeuvre est simple et rapide. Par contre, l'interprétation est une étape sensible de la méthode car elle fait appel à des prétraitements pour l'extraction des données et à des méthodes d'inversion sophistiquées la rendant délicate d'utilisation.
Pour cette raison, il est nécessaire de pouvoir contrôler l'ensemble de phases de traitement et d'inversion.

Principes

La technique MASW permet d'identifier le profil de vitesse des ondes S du terrain en fonction de la profondeur. Elle est fondée sur l'analyse et l'inversion de la vitesse de phase des ondes de Surface (Ondes de Rayleigh).

Les mesures sont réalisées à l'aide d'un alignement de géophones (24 ou 48) de la même façon qu'en sismique réfraction. La longueur du dispositif doit être au moins égale à 4 fois la profondeur d'auscultation recherchée. il est recommandé de réaliser des tirs symétriques de part et d'autre du dispositif de géophones.
L'offset nécessaire entre la source et le premier géophone est court (5 à 10 fois la distance entre géophones) et l'énergie de la source peut être faible : une source marteau convient généralement d'ausculter les 10 à 20 premiers mètres, en fonction du milieu. Le spectre des signaux sismiques enregistrés aux géophones doivent contenir des fréquences suffisamment basses telles que la longueur d'onde minimale soit au moins 2 fois la profondeur d'auscultation recherchée.

Les signaux sont enregistrés par une centrale sismique classique. Les signaux sismiques du tir sont transformés pour obtenir un diagramme de dispersion sur lequel sont pointées les courbes de dispersion (vitesses de phases en fonction de la fréquence). Les courbes de dispersion sont ensuite inversées en profil de vitesse d'ondes S en fonction de la profondeur.

Variante « mesures multi-sources pour la détection d'anomalies »

À partir d'un dispositif de géophones et de mesures d'ondes de surface pour des positions de source le long du dispositif d'acquisition, il est possible de réaliser un profil sismique d'ondes de surface pour mettre en valeur des anomalies liées à la présence d'objets ponctuels du type cavité ou fondations rigides.

Applications

Géologie

Détermination des couches de terrain de vitesse variable : détermination des vitesses VS et des profondeurs d'intrefaces.

Géotechnique

Caractérisation du module de cisaillement en fonction de la profondeur pour interpolation entre les sondages.

Localisation d’anomalies

  • détection de vides
  • détection d'objets rigides (vestiges, anciennes fondations..etc)
  • détection de zones décompactées, mécaniquement faibles.

Avantages

Méthode particulièrement adaptée pour la définition du module de cisaillement en fonction de la profondeur. Peut être utilisée en présence d'une zone de fortes vitesses en surface (alternative à la sismique réfraction).
Ne nécessite pas de sources de forte énergie : utile en milieu urbain.

Limitations

Le milieu ausculté doit être tabulaire (stratification horizontale).

Précautions d’interprétation

  • La phase la plus délicate consiste à la détermination des courbes de dispersion en fonction de la fréquence (détermination des différents modes)
  • L'inversion peut conduire à différentes solutions. Toute information a priori permettra de lever des indéterminations : nombre de couches, ordre de grandeur de la profondeur des couches, vitesse des ondes P..etc.

Pénétration

De l'ordre de 1/4 de la longueur de ligne si la fréquence minimale de la source permet d'enregistrer des longueurs d'ondes de la moitie de la longueur du dispositif : dépend de la fréquence de la source et des vitesses de propagation des ondes S dans le milieu

Mise en Oeuvre

Personnel

La mise en oeuvre sur le terrain nécessite un manœuvre et un opérateur qualifié ayant reçu une formation adéquate et disposant d’une expérience significative (validation in situ de la qualité des signaux).

Matériel

Il comprends 24 ou 48 géophones, des flûtes, un enregistreur sismique 24 ou 48 voies et une source sismique.
La source peut être une masse, un vibrateur, un « fusil », un dispositif de chute de poids ou de l’explosif.
Le dispositif classique comprends 24 géophones régulièrement espacés.

Traitement

Logiciels spécifiques pour le calcul du diagramme de dispersion, le pointé de la courbe de dispersion sur le diagramme et l'inversion des vitesses de phases.

Précautions de mise en oeuvre sur le terrain

  • Assurer un alignement et un positionnement précis des géophones.
  • Assurer un bon couplage terrain / capteurs.
  • Éviter les variations topographiques trop importantes le long du profil.
  • Éviter de réaliser les mesures en bordure de falaise (les ondes de surfaces peuvent être guidées par la paroi verticale).
  • Préparer la mission (plans adaptés, orthophotos,..) pour faciliter le repérage sur site

Sources sismiques

masse

  • Utiliser une plaque d'appuis synthétique (résine) pour un meilleur couplage

« fusil sismique »

  • forte énergie sans contraintes de l'explosif
  • règles de sécurité de mise en oeuvre

Chute de poids

  • Accès de la machine

A l'explosif (forte énergie)

Autorisations administratives, créneaux horaires etc... précautions contre les projections (> 80 m pour 100g de dynamite à 1 m de profondeur)

Rendement terrain

dispositif de 48 m 24 traces 4 tirs à la masse 2 agents

  • En conditions « normales d'accès » =>

Interprétation géophysique

Contexte simple (couches horizontales, sans anomalies...) => Contexte complexe =>

Commande

Bien spécifier :

  • la profondeur d'investigation recherchée : conditionne la longueur du dispositif et le pas entre capteur.
  • la résolution en profondeur recherchée : conditionne le pas entre capteur .
  • les conditions de terrain et particulièrement les accès et le débroussaillage si besoin
  • en cas de conditions très dures faire visiter
  • les contraintes sur les environnants si emploi d'explosif (réseaux, voies ferrées, circulation routières, etc ...)
  • le rendu final  : tirs sismiques, diagrammes de dispersion, courbes pointées et profils inversés et les informations sur les paramètres d'entrée des traitements ainsi que le logiciel utilisé.

Contrôles des prestations

Terrain

  • S'assurer qu'un contrôle qualité des traces est effectué sur site
  • S'assurer du respect des règles de sécurité si explosif (mineur titulaire du CPT, permis de tir, autorisation administrative de tir sur le chantier)
  • Qualification des intervenants
  • S'assurer de la longueur du dispositif vis-à-vis de la plus grande longueur d'onde traitée (elle doit être deux fois

Expertise

  • modélisation numérique à partir des résultat et comparaison aux données (diagramme de dispersion).

Référentiel techniques

inexistant à ce jour

Exemples

Outils personnels