Ondes de surface

Les ondes de surface sont généralement très énergétiques et mettent en mouvement

les particules à la surface du sol sur une profondeur d'autant plus importante que leur

longueur d'ondeest élevée (fréquence basse). Pour un milieu hétérogène dont les caracté-

ristiquesvarientavec laprofondeur(vitessedes ondesS,...), lavitessedes ondesdesurface

varie en fonction de leur fréquence. Ces ondes sont alors dites dispersives. La courbe de

dispersion des vitesses de phase (ou de groupe) peut être calculée à partir des enregistre-

ments d'ondes émises par des sources actives (Hermann, 1987; Socco et Strobbia, 2004)

ou àpartir d'enregistrements du bruit sismique (voir chapitre 2).Cette courbe de disper-

sion est ensuite inversée pour obtenirlesprols de vitesses des ondesde cisaillementetde

compression en fonction de la profondeur. Il existe de nombreuses méthodes d'inversion

pour résoudrece problèmedontl'objectifest derechercher un modèlequioptimiselafonc-

tion coût (généralement RMS), estimée en comparant les courbes de dispersion calculées

pour les modèles générés et la courbe de dispersion mesurée. Plus la fonction coût est

faible, plus la courbe de dispersion calculée est proche de la courbe mesurée. La méthode

de grille systématique consiste à calculer le problème direct avec toutes les combinaisons

possibles de paramètres an de déterminer ceux qui satisfont lemieux les données. Cette

méthode est très coûteuse en temps. Il existe des méthodes itératives qui modient un

modèle initialan de tendre vers un coût minimum (Nolet, 1981; Tarantola, 1987; Press

et al., 1992; Herrmann, 1994). La faiblesse de ces méthodes d'inversion est qu'elles sont

dépendantesdumodèleinitial.Uneautretechnique,Réseauneuronaux consisteàentraîner

l'algorithme à résoudre le problème, comme pour un cerveau humain. Cet apprentissage

se fait avec des modèles synthétiques qui doivent être proches de la réalité (Michaels et

Smith,1997).Cettetechniquenepermetpas descannertouteslespossibilités.Laméthode

Monte Carlo consisteà investiguer un espace de paramètres de manière pseudo-aléatoire.

Cetteméthodeaétéamélioréeparlatechniquederecherche directe(Algorithmegénétique,

Stoa et Sen, 1991; Lomax et Snieder, 1995; Boschetti et al., 1996; Yamanaka et Ishida,

1996) ou combinée à d'autre (Chunduru et al., 1996; Devilee, 1999; Boschetti et Moresi,

2001).Enn,l'algorithmede voisinage (Sambridge,1999a)génèrede manièrepseudoaléa-

toire des échantillons dans l'espace des paramètres. La dépendance en z (la profondeur)

est calculéepour chacundes modèles générés. Al'itérationsuivantel'algorithmeutiliseles

meilleursparamètrespourguiderlarecherche vers de meilleursmodèles.L'avantagede cet

algorithme est qu'il fournit non pas une solution unique mais un panel de solutions qui

peuvent être très diérentes.

1.2.3 Application aux mouvements de terrain

De nombreuses étudesdes mouvementsde terrainpar méthodes sismiquesont été me-

nées : (1) en sismique réfraction classique (McCann et Forster, 1990; Caris et van Asch,

1991; Mauritschet al.,2000; Glade et al.,2005), (2)partomographie sismique(Jongmans

et al., 2000),et(3)par sismique réexion (Bruno et Marillier,2000; Ferrucci et al., 2000;

Bichler et al., 2004).

Fig. 1.5  Interprétation des prols de sismique réfraction eectués sur un mouvement

localisé dans le sud de l'Autriche, d'après Mauritsch et al. (2000).

Mauritsch et al. (2000) ont étudié des mouvements de terrain de grande ampleur se

développant dansle sudde l'Autriche en appliquant des méthodes géophysiques (sismique

réfraction, géoélectrique et électromagnétique). Ces mouvements aectent des versants

en évidence des contrastes de vitesse (de 400 à 3600-4000

m.s

−1

, gure 1.5) interprétées

comme des variationslithologiques.

Les travaux de Jongmans et al.(2000) ont présentéune applicationde la tomographie

sismique à l'étude d'un mouvement situé dans un contexte rocheux (mouvement de Bas-

Oha, Belgique). L'image obtenue a montré une diminution signicative de la vitesse des

ondes sismiques entre la masseinstable (900

m.s

−1

) etla zone saine (

>

m.s

−1

,gure

1.6).

Fig.1.6Tomographiesismiqueacquise surlemouvementde Bas-Oha,Belgique.Lespo-

sitionsdes sondages mécaniquesetdu RQD (Rock QualityDesign) sontindiquées,d'après

Jongmans et al. (2000).

Bruno et Marillier (2000) ont étudié par sismique réexion le mouvement de Boup

(Suisse)quisedéveloppedansdu gypse.Lagure1.7montredeuxprincipauxréecteursà

environ50met85m.Laréexionquiseproduitàenviron50mdeprofondeurest associée,

par les auteurs, à la surface de glissement au sein du gypse. Cependant, ce réecteur est

très basse fréquence et sesitue à la limitedu mute appliqué aux données.

Lesméthodes de sismiqueréfractionclassiquesontuneprofondeur d'investigationlimi-

tée car elles nécessitent des prols relativementlongs (3 à5fois laprofondeur d'investiga-

Fig. 1.7  Section poststack d'une sismique réexion menée sur le mouvement de Boup

(Suisse).Laréexionobservée entre 50et60mestinterprétéeparlesauteurscommeétant

lecontact entrelegypseen mouvementetlegypsesain,d'aprèsBruno etMarillier (2000).

ilest parfois nécessaire d'employerde l'explosifàlaplace de simplescoups de masse,pour

améliorerlerapportsignalsur bruit.Parailleurs,l'utilisationde cesméthodessuppose que

leréfracteurest continu tout lelong du prol.Or, la structure des mouvements de terrain

peut parfois être beaucoup plus complexe.

Latomographiesismiquenécessiteplusde données quelasismiqueréfractionclassique.

En contre partie, elle permet de détecter des variations latérales de vitesse. Elle tend

cependant à produire des images lissées de la subsurface (Jongmans et al., 2000). Il faut

alors multiplier les tirs an d'obtenir une résolution susante (Morey et Schuster, 1999;

Sheley et al., 2003).

La sismique réexion présente deux intérêts majeurs: (1)ellepermet d'imagerlagéo-

métriedelasurfacede glissementet(2)son traitementestrobuste. Detouteslesméthodes

géophysiques, cetteméthodeest cellequidemandeleplusd'eortpourledéploiementetle

traitement(Jongmans etGarambois, 2006).Ellenécessite un bonrapportsignalsur bruit

etun enregistrementdes hautesfréquencespour atteindrela résolutiondésirée.Ces condi-

tionssont dicilesàremplirsur des objetscommelesmouvementsde terrain.Eneetces

milieuxsont généralement fortement atténuants ethétérogènes. Par ailleurs, àcause d'un

faible pouvoir de résolution à faible profondeur, cette méthode peut être inadaptée à la

localisationd'une surface de rupture (Ferrucci et al., 2000).