CHAPITRE V :
METHODE D'ANALYSE
MULTICANAUX DES
ONDES DE SURFACE
(Multichannel Analysis of
Surface Waves Method
MASW)
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La nature dispersive des ondes de surface en milieu
stratifié fournit des informations essentielles sur les
propriétés des matériaux proches de la surface. La base de
la plupart des méthodes d'analyse des ondes de surface est une
détermination précise de la vitesse dépendant de la
fréquence du mode fondamental des ondes de Rayleigh (Park et al, 1997).
En plus d'être liée à la fréquence, la vitesse de
l'onde de Rayleigh est liée à plusieurs groupes de
propriétés de la Terre. La plus importante est la vitesse de
l'onde de cisaillement des différentes couches du sol. En inversant,
ainsi, la vitesse des ondes de Rayleigh, on obtient le profil de vitesse des
ondes de cisaillement pour le site d'essai (Xia, Miller & Park, 1999)
Ondes de surface
Dans un milieu élastique infini, il ne peut exister que
des ondes de volume (longitudinales et transversales). Quand le milieu
élastique infini est divisé en deux milieux aux
propriétés élastiques différentes, leur surface de
séparation donne naissance à des réflexions des ondes de
volume. Celles-ci vont se combiner pour générer un nouveau type
d'ondes appelées ondes de surface. Des travaux montrent que dans un
milieu semi-infini, près de 67 % de l'énergie engendrée
par une source sismique donnée se propage sous forme d'ondes de surface
et le reste sous forme d'ondes de volume (26% d'ondes de cisaillement et 7%
d'ondes de compression) (Miller et Pursey (1955)). La vitesse des ondes de
surface est plus faible que celle des ondes P et S. Ces ondes sont les
dernières à se manifester sur un enregistrement (sismogramme).
Leur énergie s'affaiblit exponentiellement en fonction de la profondeur.
A l'inverse des ondes de volume, généralement
indépendantes de la fréquence (très peu dispersives), les
ondes de surface ont la grande caractéristique d'être dispersives
c'est-à-dire que leur vitesse dépend de leur fréquence.
Cette dispersion produit une déformation de la forme de l'onde. Les
ondes de surfaces regroupent :
? Les ondes de Rayleigh ; ? Les ondes de Love ; ? L'onde de
Stoneley ; ? Les ondes de Scholte.
Les ondes de Rayleigh, de Stoneley et de Scholte ont des
mécanismes de propagation très semblables et différents de
ceux de l'onde de Love. Les ondes de surface les plus étudiées et
couramment utilisées, sont les ondes de Rayleigh et les ondes de Love.
En prospection sismique terrestre, ces dernières connues sous le nom de
« Ground-Roll » forment un bruit nuisible lors de l'enregistrement
des ondes de volume dont on ne peut jamais se débarrasser
complètement. Elles se propagent dans les couches superficielles du
sous-sol avec des vitesses relativement faibles comparables à celles des
ondes transversales.
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I.1) Onde de Rayleigh
Les ondes de Rayleigh résultent de l'interaction
(Interférences constructives) entre les ondes P et SV au voisinage de la
surface du sol. Dans un milieu élastique homogène et isotrope,
seules apparaissent des ondes de Rayleigh ; elles se propagent sur l'interface
libre. A la surface leurs amplitudes sont élevées. Ces amplitudes
se réduisent d'une manière exponentielle avec la profondeur et
s'annulent quand cette profondeur s'approche de la longueur d'onde.
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