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.
75
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
Ret 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).
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Stabilité des digues sous chargement sismique : vers une nouvelle génération de méthodes simplifiées
(Page 112-117)