Article de recherche / Research Article

Démarche de qualification de l’utilisation de la méthode MASW sur les digues par mesures en environnement contrôlé et simulations pour évaluer l’influence de la géométrie 3D des ouvrages

Qualification of the MASW technique for the characterization of dykes by measurements in controlled environment and simulations to assess the influence of the 3D topography

1 EDF R&D PRISME, Chatou, France
² EDF R&D ERMES, Palaiseau, France
³ EDF DI TEGG, Aix-en-Provence, France
⁴ Cerema Normandie-Centre, Le Grand-Quevilly, France

^* Auteur de correspondance : denis.vautrin@edf.fr

Accepté : 9 Février 2023

Résumé

Les digues de protection contre les inondations peuvent faire l’objet de campagnes de reconnaissance dans le but d’identifier d’éventuelles zones de faiblesse et de prévenir tout risque de défaillance. La méthode Multi-channel Analysis of Surface Waves (MASW), non invasive et à faible coût, offre un complément intéressant aux sondages géotechniques. Elle est notamment utile pour les ouvrages de grand linéaire car elle est employable en mode « grand rendement ». Cependant, la méthode MASW repose sur une hypothèse de milieu 1D stratifié, c’est-à-dire que la surface du sol ainsi que les interfaces entre les différentes couches de sol sont supposées horizontales. Cela n’est a priori pas compatible avec la topographie 3D de l’ouvrage. Nous avons réalisé une étude de sensibilité des résultats de MASW à la géométrie 3D d’une digue en nous appuyant à la fois sur des mesures expérimentales et sur des simulations. L’ouvrage considéré est une maquette de digue à l’échelle 1. Dans un premier temps, nous avons proposé une méthodologie de simulation permettant de reproduire numériquement la propagation d’une onde sismique en 3D pour la configuration de la maquette, et nous avons validé ce modèle par comparaison entre signaux numériques et acquisitions réelles. Dans un second temps, nous avons considéré différentes configurations de simulation dans le but d’évaluer l’influence de la géométrie 3D de l’ouvrage. D’après les résultats obtenus, la géométrie 3D de la digue entraîne une sous-estimation de la profondeur de l’interface entre la digue et le sol. En revanche, son influence sur l’estimation des caractéristiques des couches est négligeable. Ces résultats sont en accord avec le retour d’expérience terrain d’EDF. D’autres limites restent à approfondir par de nouvelles simulations, en considérant des ouvrages de plus grandes dimensions et à géométries plus complexes. De plus, l’exploitation de la maquette de digue se poursuivra avec la mise en œuvre de méthodes électriques, et avec des travaux sur les méthodes de fusion de données.

Abstract

The Multi-channel Analysis of Surface Waves (MASW) is a geophysical technique that can be applied to flood protection dikes in order to determine their underground characteristics, locate zones of weakness and thus to anticipate any risk of failure. This noninvasive and low-cost technique is complementary to geotechnical investigations. It is particularly useful for kilometers-long structures since it can be carried out in a “high-performance” way. However, the MASW technique assumes that the probed medium is 1D and stratified, i.e. that the ground surface as well as the interfaces between the underground layers is horizontal. This is a priori not compatible with the 3D topography of the structure. We performed a sensitivity study of the MASW results with respect to the 3D geometry of a dyke. It is based both on experimental and simulated data. The structure considered here is a full-scale mock-up of a dyke. First, we defined a simulation methodology to reproduce the 3D propagation of a seismic wave in the mock-up environment. It was validated by comparison between numerical results and real on-site measurements. Then, different simulation configurations were considered to assess the influence of the 3D geometry of the structure. Results show that due to the 3D geometry, the depth of the interface between the dyke and the underground is underestimated. On the other hand, the impact on the estimated mechanical characteristics values is negligeable. These results are consistent with the feedback of EDF. Other configurations including larger structure and more complex geometries will be considered in future works. Moreover, the dyke mock-up will be used to assess the relevance of electrical techniques, and to study data-mining techniques applied to the imaging of civil engineering structures.