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Le choix des m´ethodes d’investigation utilis´ees sur les sites de digue est bas´e sur le

descriptif des m´ethodes pr´esent´e dans le chapitre pr´ec´edent, en particulier dans la partie

1.4, d´ebutant `a la page 44, et sur les propri´et´es recherch´ees.

M´ethode H/V L’int´erˆet de cette m´ethode pour l’estimation des effets de site a ´et´e

pr´esent´e dans la partie 1.4.2.2 de l’analyse de l’´etat de l’art. En particulier, dans un

contexte `a une dimension (typiquement la caract´erisation du terrain naturel), la m´

e-thode H/V permet d’obtenir ais´ement la fr´equence fondamentale de r´esonance du site,

sous r´eserve qu’il existe un contraste suffisamment marqu´e `a l’interface avec le rocher.

La proc´edure de mise en place de la m´ethode et d’interpr´etation des r´esultats dans ce

contexte `a une dimension est d´etaill´ee dans le rapport SESAME European Research

Project (2004).

1. Les sites ´etudi´es sont volontairement rendus anonymes.

Digue A (Digue non

´etudi´ee dans le cadre de

la th`ese, r´esultats fournis

par le maˆıtre d’ouvrage)

Digue de hauteur interm´ediaire (environ 12.5 m), en

terre corroy´ee compact´ee construite sur environ 12 m

de remplissage meuble (argiles) puis 4 m d’alluvions. A

16 m de profondeur sous la base de la digue se trouvent

des schistes alt´er´es.

Digue B

Petite digue (d’environ 5 m de hauteur) reposant sur un

remplissage tr`es ´epais (environ 800 m d’alluvions) dans

le bassin grenoblois. Le toit du rocher est estim´e `a 800

m de profondeur.

Digue C

Digue haute de 20 m constitu´ee de graves plus ou moins

limoneuses reposant sur environ 15 m de sol pr´esentant

des caract´eristiques globalement similaires `a celles de

l’ouvrage puis d’un poudingue.

Digue D

Petite digue de 5 m de hauteur environ, construites en

graviers compact´es et reposant sur environ 10 m de sol

tr`es meuble (limons et tourbe) puis sur des graviers.

Digue E

Digue de hauteur interm´ediaire (environ 10 m)

construite en sables denses (sur environ 5 m puis plus

lˆaches, reposant sur environ 15 m de graviers puis sur

des marnes.

Table 2.1 – Caract´eristiques g´en´erales des sites ´etudi´es.

Concernant l’utilisation de la m´ethode H/V pour l’estimation des effets de site

topogra-phiques, les r´esultats obtenus par Panzeraet al.(2011); Burj´aneket al.(2014) ainsi que

les travaux de Mikami (2014) laissent penser que cette approche peut potentiellement

donner acc`es `a la fr´equence de r´esonance de la digue voire `a une estimation de

l’ampli-fication du mouvement sismique par celle-ci. Comme indiqu´e dans la partie 1.4.2.2, des

effets de polarisation du champ d’ondes du bruit sont mis en ´evidence par ces ´etudes –

correspondant `a une amplification des courbes H/V selon certains azimuts privil´egi´ees

– `a certaines fr´equences identifi´ees comme les fr´equences de r´esonance li´ees aux effets

combin´es de la topographie et de la stratigraphie du sous-sol.

Cette d´emarche d’analyse des courbes H/V a par ailleurs fourni des r´esultats satisfaisants

sur la digue A (voir annexe A.1). Les mesures H/V r´ealis´ees en crˆete, le long du talus

aval

2

, en pied et `a distance de la digue permettent de distinguer la «signature» de la

digue.

Ces observations manquent toutefois d’une justification th´eorique et restent difficiles `a

interpr´eter. Par ailleurs, la mˆeme m´ethodologie a globalement ´et´e appliqu´ee sur la digue

2. par analogie aux barrages, le terme«aval»d´esigne le cˆot´e sec (ou celui du contre-canal), alors

que le terme«amont»d´esigne le cˆot´e du cours d’eau principal.

2.4 «Protocole» de mesures mis en place

de Arles dans une ´etude (non publi´ee) r´ealis´ee par le CEREMA, sans pour autant obtenir

les mˆemes r´esultats, et en particulier la mˆeme variation des courbes entre la crˆete de digue

et le terrain naturel.

L’applicabilit´e de la m´ethode H/V, potentiellement prometteuse pour l’´etude de la r´

e-ponse dynamique des digues, doit pouvoir ˆetre ´evalu´ee et argument´ee dans ce contexte.

Par ailleurs, `a elle seule, cette m´ethode ne peut fournir l’ensemble des donn´ees

recher-ch´ees, et notamment les vitesses des ondes de cisaillement dans la digue et la couche de

sol.

Sismique r´efraction et crosshole/downhole Pour obtenir une estimation fiable de

la vitesse des ondes de cisaillement dans la digue, deux m´ethodes sont envisag´ees : la

sis-mique r´efraction et le r´ealisation de mesures par crosshole/downhole (voir parties 1.4.2.1

et 1.4.1 pour une description de ces m´ethodes). Il s’agit, surtout pour la seconde,

d’ap-proches relativement coˆuteuses, mais pr´esentant l’avantage de rester valides en pr´esence

d’une topographie.

M´ethode MASW Au niveau du terrain naturel, l’approche retenue de mani`ere

sys-t´ematique pour obtenir le profil de vitesse des ondes de cisaillement est l’analyse de la

propagation des ondes de surface par m´ethode active (MASW).

Les analyses de bruit de fond en r´eseau ont dans un premier temps ´et´e mises de cˆot´e,

principalement du fait de l’investissement plus important qu’elles n´ecessitent par rapport

`

a la m´ethode MASW. Elles peuvent n´eanmoins se r´ev´eler n´ecessaires pour atteindre des

profondeurs suffisamment importantes, et notamment le profil de vitesses des ondes de

cisaillement sur les trente premiers m`etres de sol.

2.4 « Protocole » de mesures mis en place

Programme de mesures Les mesures minimales pr´evues de mani`ere syst´ematique

au niveau de chaque site d’´etude comprennent :

• un profil de MASW au niveau du terrain naturel, dont l’axe est en principe parall`ele

`

a celui de la digue (en ondes de Love et Rayleigh) ;

• un profil de sismique r´efraction transversal `a la digue (tomographie en ondes P et

S) ;

• une mesure par crosshole/downhole depuis la crˆete de digue jusqu’au substratum

sismique (si possible, sinon jusqu’`a 30 m de profondeur) ;

• des mesures H/V (r´ealis´ees si possibles de mani`ere synchrones) r´eparties entre la

crˆete de digue et le terrain naturel comprenant quelques points le long du talus

aval ;

• des mesures H/V r´ealis´ees `a distance du pied de digue au niveau du terrain naturel.

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Un seul site (digue B) fait exception `a ce programme minimal de mesures, les essais

par crosshole/downhole n’ayant pu ˆetre envisag´es (pour des raisons financi`eres). Par

ailleurs quelques adaptations ont dˆu ˆetre effectu´ees suivant les sites et des reconnaissances

compl´ementaires ont pu ˆetre r´ealis´ees dans certains cas. Par ailleurs, les mesures par

essais crosshole et downhole sont confi´ees `a un bureau d’´etude sp´ecialis´e dans ce type de

mesures.

Mode op´eratoire pour l’acquisition des donn´ees Il s’agit de pr´esenter bri`

eve-ment les caract´eristiques des acquisitions propres `a chaque m´ethodes g´eophysiques, et

employ´ees sur tous les sites d’´etude.

Mesures par essais crosshole et downhole Ces mesures invasives sont confi´ees

`

a un bureau d’´etude sp´ecialis´e.

M´ethode H/V Les mesures ponctuelles de vibrations ambiantes sont effectu´ees en

suivant les recommandations du rapport SESAME European Research Project (2004).

Les mesures sont r´ealis´ees avec des v´elocim`etres trois composantes Lennartz-5s

R

et le

num´eriseur CitySharkII

R

. L’acquisition est syst´ematiquement effectu´ee sur une dur´ee

minimale de 30 minutes, `a une fr´equence d’´echantillonnage de 200 Hz. Le «Nord» des

stations est par ailleurs toujours orient´e transversalement `a l’axe de la digue.

Tomographie en sismique r´efraction Les profils de sismique r´efraction (en

ondes P et S) sont effectu´es `a l’aide de 24 g´eophones (mesurant respectivement les

vi-tesses verticales et horizontales) espac´es de 2 m `a 2.5 m, en fonction des profils. La

longueur des dispositifs varie ainsi entre 46 m et 57.5 m. Des g´eophones de fr´equence de

coupure 4.5 Hz sont syst´ematiquement utilis´es. Les ondes sismiques sont g´en´er´ees

ma-nuellement `a l’aide de frappes `a la masse (frappe verticale sur une plaque pour les ondes

P, et frappe horizontale sur une poutre coupl´ee au sol pour les ondes S). Pour r´ealiser

une tomographie, les tirs sont effectu´es tous les trois g´eophones, ainsi qu’aux extr´emit´es

du profil. Afin d’am´eliorer le rapport signal sur bruit, plusieurs frappes sont effectu´ees

`

a chaque offset. La propagation des ondes est enregistr´ee sur une dur´ee de 2 s `a une

fr´equence de 4000 Hz.

M´ethode MASW L’acquisition de la propagation des ondes de surfaces (ondes de

Love et Rayleigh) est effectu´ee `a l’aide du mˆeme dispositif que pour la sismique r´efraction.

Des tirs d’offset sont effectu´es `a plusieurs distances, variant selon les sites et les profils

(comprises entre 2.5 m et 35 m) du premier et du dernier g´eophones.

2.4 «Protocole» de mesures mis en place

M´ethode H/V Le traitement des donn´ees est effectu´e `a l’aide de la suite logicielle

geopsy (http://www.geopsy.org/) en suivant les recommandation du rapport SESAME

European Research Project (2004). La m´ethodologie, d´etaill´ee dans le chapitre 1, et

pr´esent´ee sur la figure 1.19, est utilis´ee.

Tomographie en sismique r´efraction Les acquisitions sont trait´ees `a l’aide du

logicielSardine v1.0 d´evelopp´e `a l’Universt´e de Li`ege. Les premi`eres arriv´ees des ondes

(P ou S) sont point´ees sur l’ensemble des signaux. Les tirs aux extr´emit´es permettent

d’effectuer l’analyse de la propagation «aller-retour»selon la d´emarche pr´ec´edemment

illustr´ee par la figure 1.16. L’ensemble des temps de propagation obtenus sont invers´es

pour obtenir une image de la vitesse des ondes P et S dans le milieu.

M´ethode MASW L’analyse en MASW est effectu´ee `a l’aide de la suite logicielle

geopsy. Les diagrammes de dispersion des ondes de Love et Rayleigh sont obtenus pour

chaque offset par analyse fr´equence-nombre d’onde (FK) (Lacoss et Kelly, 1969). Les

courbes sont point´ees dans leur domaine de validit´e (voir section 1.4.2.1) en appliquant

notamment le crit`ere de O’Neill (2003) sur la longueur d’onde maximale. Les courbes

moyennes de dispersion des ondes de Love et Rayleigh sont d´eduites des diff´erentes

courbes point´ees `a chaque offset. L’inversion, consistant `a rechercher les profils de vitesses

des ondes S (principalement) et P compatibles avec les courbes de dispersion obtenues,

est effectu´ee `a l’aide de l’outil dinver de geopsy. Cet outil fait appel `a l’algorithme de

voisinage (Wathelet, 2008).

Le «protocole» de mesures ´elabor´e est mis en place sur les quatre digues (B `a E)

´evoqu´ees pr´ec´edemment (tableau 2.1). Les principaux ´el´ements concernant ces sites ainsi

que les r´esultats obtenus sont pr´esent´es dans les quatre prochaines parties. Les r´

esul-tats sont volontairement synth´etis´es, en d´ecrivant successivement : les caract´eristiques

g´en´erales des sites (`a partir des donn´ees g´eotechniques et g´eom´etriques disponibles), les

mesures effectu´ees, les profils de vitesse obtenus sous l’axe de la crˆete `a partir des

dif-f´erentes m´ethodes de g´eophysiques, les profils de vitesse obtenus au niveau du terrain

naturel et les courbes H/V mesur´ees en crˆete et au niveau du terrain naturel. Pour plus

de d´etails, le lecteur peut se r´ef´erer `a l’annexe A. Cette annexe pr´esente notamment, de

mani`ere syst´ematique pour chaque digue ´etudi´ee, les donn´ees g´eotechniques disponibles

(logs de sondages et essais p´en´etrom´etriques pour la majorit´e des sites), les courbes de

dispersion mesur´ees, les spectres de Fourier des vibrations ambiantes mesur´ees en crˆete

et au niveau du terrain naturel ainsi que les courbes H/V calcul´ees en crˆete et au

ni-veau du terrain naturel en utilisant soit uniquement la composante transversale `a l’axe

de la digue, soit uniquement la composante longitudinale (pour l’analyse des effets de

polarisation du champ d’onde).