II.1) Acquisition des signaux temporels (x,t)
La méthode d'analyse multicanaux des ondes de surface
(MASW) a été introduite par Park et al. (1999). Les
méthodes MASW sont divisées en méthodes actives et
passives en fonction de la manière dont les ondes de surface
nécessaire à l'analyse sont acquises. Dans la méthode MASW
active, les ondes de surface sont générées activement par
des sources sismiques impulsives ou vibrantes, tandis que la méthode
MASW passive utilise des ondes de surface générées par des
sources naturelles, c'est l'exemple de la circulation (Park et al., 2007).
Les signaux sont enregistrés par une centrale sismique
classique. Les récepteurs sont alignés avec un espacement
égal (Park et al, 1997). Une onde est générée avec
une charge d'impact et les géophones enregistrent le mouvement de l'onde
résultante en fonction du temps. Un seul tir suffit (Park et al. 1999).
Le choix des capteurs dépend également de la problématique
étudiée et de la méthode employée (active ou
passive).
Dans la prospection sismique courante (dispositifs
linéaires), les géophones sont généralement de
fréquence de coupure basse 4,5 Hz (10 Hz pour la sismique
réfraction). Ces types de capteurs n'enregistrent que le mouvement
vertical des particules perpendiculaires à la surface de mesure.
En général, en augmentant le nombre de
géophones, on peut obtenir une plus grande résolution de l'image
de dispersion (Park et al., 2001 ; Ryden, Park, Ulriksen & Miller, 2004).
La figure 18 présente un profil général de mesure de la
méthode MASW active avec 24 géophones.
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Figure 18 : Exemple d'un profil de mesure avec la
méthode MASW. (Bodet,2005)
Une source sismique plus lourde entraîne une
augmentation de la profondeur d'investigation. Le choix le plus courant est
l'utilisation d'un marteau lourd (10 kg) qui peut entraîner une
profondeur d'investigation de 10 à 30 m.
Une source capable de fournir plus de puissance d'impact dans
le sol (une grue et une lourde charge en chute), a le potentiel de créer
des ondes de surface de fréquences plus basses. Elle augmente ainsi la
profondeur d'investigation en dessous de 30 m. L'utilisation d'une plaque
métallique ou non métallique peut aussi aider à
générer des ondes de surface à basse fréquence. Une
plaque métallique est un choix plus conventionnel. Cependant, il a
été rapporté qu'il est possible de générer
des ondes de surface à basse fréquence notable en utilisant une
plaque de caoutchouc ferme.
Dans la pratique, il convient d'éviter un très
long profil sismique. Les ondes de surface générées par
les sources sismiques les plus courantes sont atténuées en
dessous du niveau de bruit, à la fin d'un étalement excessif du
profil sismique. Ceci rend le signal du récepteur le plus
éloigné trop bruyant pour être utilisable. (Park et al,
1999).
II.2) Notions générales sur le
traitement de signal et courbe de dispersion des ondes de surface
Le terme « traitement » dans l'analyse des ondes de
surface consiste en l'extraction des caractéristiques dispersives d'un
milieu, tels que la vitesse de phase et la fréquence, à partir
des données acquises sur le terrain.
Les techniques de traitement, les plus utilisées,
reposent sur la transformation du champ d'onde dans un autre domaine, où
l'énergie de la propagation de l'onde est exprimée en fonction de
la vitesse de phase et de la fréquence (Foti, 2000 ; Bodet, 2005). La
relation existante entre la vitesse de phase et la fréquence est
appelée courbe de dispersion (illustrée sur la figure 19).
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Figure 19 : Courbe de dispersion des ondes de
surface
Lors du « traitement », les différents
événements sont identifiés, filtrés et les
caractéristiques dispersives sont extraites. Une des méthodes de
traitement de signaux obtenus par des enregistrements multicanaux est la
méthode fk qui utilise la transformée de Fourier à deux
dimensions (2D) proposée par Nolet et Panza (1976), mais élargie
dans son champ d'application par Gabriels et al. (1987). Cette transformation
décompose le champ d'ondes en ses composantes à des
fréquences constantes et de nombres d'ondes. Cette méthode est
utilisée dans le traitement des données sismiques parce qu'elle
permet de séparer et de filtrer des événements qui ont
différentes fréquences, nombres d'ondes et vitesses apparentes.
D'autres méthodes, telles que la méthode tp (Sheriff et
Geldart, 1995), la méthode pw (Rusell, 1987 ; Mokhtar, 1988) ou
le SPAC (Aki, 1957) sont également utilisées dans le traitement
des ondes de surface pour aboutir à la courbe de dispersion.
Les résultats sont généralement
présentés par une image de dispersion bidimensionnelle obtenue en
traçant la courbe des valeurs de As (Amplitude des sommes des courbes
sinusoïdales) dans le repère défini par les axes
(fréquence, vitesse de phase, d'amplitude résultante
normalisée). Les bandes de haute amplitude observées afficheront
les caractéristiques de dispersion des ondes de surface
enregistrées (voir figure 20). Alternativement, la dispersion de l'image
peut être présentée en trois dimensions où les
caractéristiques de dispersion sont à la fois indiquées
par la hauteur des pics observés (voir figure 21).
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Figure 20 : Image de dispersion en deux dimensions
obtenues par la méthode de déphasage.
Figure 21 : Image de dispersion en trois dimensions
obtenues par la méthode de
déphasage.
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