Cette thèse est composée de huit chapitres ainsi que de deux annexes. Le deuxième chapitre présente une revue détaillée de l’état des connaissances jugées pertinentes dans le cadre de ce projet de recherche. Ce chapitre traite d’abord des différentes méthodes géophysiques disponibles pour la caractérisation des milieux souterrains. On y expliquera notamment pourquoi l’utilisation de méthodes géophysiques basées sur la propagation des ondes sismiques élastiques peut s’avérer préférable à d’autres méthodes pour l’application proposée. Par la suite, il est question de la mécanique des milieux continus dans divers types de milieux de complexités variables. Il sera expliqué pourquoi l’utilisation de solutions numériques est préférable à l’utilisation de méthode analytique ou semi-analytique pour résoudre l’équation du mouvement dans un milieu complexe. Il s’en suit une discussion sur le phénomène de guide d’onde qui affecte grandement la propagation des ondes enregistrées au-dessus des PA à cause de la présence du revêtement à la surface de sol ainsi du PA dans le sol. La section suivante porte sur la mesure des ondes élastiques in-situ. On y discute du type d’équipement requis lors des essais in-situ et on y présente leurs principales caractéristiques. La dernière section contient une discussion détaillée sur le traitement de signal. On y aborde premièrement comment les signaux doivent être préparés avant de procéder à leur analyse et on y explique certaines notions importantes du traitement de signal. On y présente ensuite différentes méthodes de traitement
de signal permettant le calcul de la distribution temps-fréquence de divers types de signaux. Il est aussi question de différentes techniques permettant le calcul de distribution temps-fréquence dite optimale.
Le troisième chapitre contient un article portant sur différentes techniques de traitement de signaux pouvant être utilisées pour l’analyse de signaux complexes comprenant divers groupes d’ondes pouvant se croiser dans le plan temps-fréquence. L’article du chapitre 3 montre notamment comment l’utilisation de fenêtres d’analyses et de noyaux de lissages adaptés aux signaux analysés permet le calcul de distributions linéaires et quadratiques optimales en termes d’étalement d’énergie dans le plan temps-fréquence. L’efficacité des méthodes de traitements de signal présentés dans l’article est illustrée à l’aide de différents exemples.
Le quatrième chapitre contient un article qui montre de quelle façon la présence et la condition d’une structure souterraine affectent la propagation des ondes élastiques émises depuis la surface du sol. La méthode de la matrice de propagation y est premièrement utilisée (en annexe de l’article) afin de montrer que les courbes de dispersions calculées à l’aide des signaux enregistrés au-dessus des PA possèdent les mêmes caractéristiques que celles calculées théoriquement pour un milieu élastique situé sur un milieu rigide (sol sur roc). Il est également montré à l’aide de simulations numériques en 2D que la taille et la forme des anomalies présentent à la surface d’une structure souterraine affecte l’énergie et la vitesse de propagation des ondes élastiques. Une procédure d’inspection basée sur l’énergie et la vitesse de propagation du mode R0 est finalement présentée à la fin de l’article.
Le cinquième chapitre présente un article qui est la suite des travaux décrits dans l’article du chapitre 4. Il permet notamment d’en arriver à une meilleure compréhension du phénomène de propagation des ondes dans un milieu souterrain complexe à l’aide de simulations numériques en 3D et de nouveaux essais expérimentaux. Une nouvelle configuration de capteurs est présentée et son efficacité est montrée à l’aide de simulations numériques en 3D et d’essais sur trois structures du site expérimental de l’IREQ. L’article montre également comment la nouvelle configuration utilisée permet l’analyse des résultats sous forme de tomographie en 2 et 3D. Le sixième chapitre présente un article qui fait suite à la discussion de la section 2.2 concernant l’effet de la présence d’un revêtement rigide à la surface du sol sur la propagation des ondes de Rayleigh. En utilisant la configuration qui consiste à placer la source à l’extérieure de la zone recouverte par le revêtement et à l’aide d’études numériques, expérimentales, et de cas pratique,
cet article montre quel est l’effet d’un revêtement de différentes épaisseurs et propriétés sur l’énergie et la vitesse de propagation des ondes de Rayleigh. Le tableau 1.1 montre le plan de publication des articles des troisième, quatrième, cinquième et sixième chapitres.
Le septième chapitre résume les résultats de l’inspection des six structures du site expérimental de l’IREQ à l’aide de la configuration et de la méthode d’analyse présentées aux chapitres 3, 4 et 5. Cette section présente ensuite la condition réelle des six structures ainsi que le protocole d’inspection suggéré pour l’inspection des PA.
Le huitième et dernier chapitre de cette thèse présente les conclusions des travaux de recherche effectués lors de cette thèse. II débute par un sommaire des principaux thèmes abordés durant la thèse ainsi que par les principales réalisations des travaux de recherches effectués. On y aborde également certains éléments souvent jugés problématiques lors de l’utilisation de méthode d’inspection basée sur la propagation des ondes élastiques. II est finalement question de différentes avenues de recherches possibles pour l’amélioration de la méthode d’inspection développée au cours de cette thèse.
Tableau 1.1 Plan de publication
Titre Journal Objectifs Méthodes
Chapitre 3
Time-frequency analysis for modal analysis in surface wave testing
Geophysics Montré l’efficacité de
différentes méthodes de traitements de signal pour l’analyse de signaux sismiques -Transformation en S généralisée - Transformation pseudo Wigner Ville lissée -Réallocation -Filtre à temps variable -Méthode d’intégration Chapitre 4
Inspection of the lids of shallowly buried concrete structures based on the propagation of surface waves Journal of Applied Geophysics Élaborer un protocole d’inspection basé sur l’énergie et la vitesse de propagation des ondes élastiques -Utiliser les algorithmes du chapitre 3 -Matrice de propagation -Simulations numériques 2D -Essais sur de vrai structures
Chapitre 5
Inspection of the lids of shallowly buried concrete structures based on the propagation of surface waves – PART II Journal of Applied Geophysics Amélioration du protocole d’inspection présenté au chapitre 4 -Utiliser les algorithmes du chapitre 3 -Simulations numériques 3D -Essais sur de vrai structures
Chapitre 6
Characterization of shallow soils and utility structures below pavements using Rayleigh waves
Geophysics Évaluation de l’effet de
la présence d’un revêtement rigide à la surface du sol sur la propagation des ondes de Rayleigh -Utiliser les algorithmes du chapitre 3 -Simulations en 3D -Essais sur modèle réduit -Études de cas