I.1.1) Caractère dispersif des ondes de Rayleigh
Dans un milieu stratifié, les ondes de Rayleigh sont
dispersives. La dispersion est la dépendance de la vitesse à la
fréquence. La prospection sismique par ondes de surface repose sur le
phénomène de dispersion. Celle-ci traduit la relation entre
profondeur de pénétration des ondes sismiques de surface et les
propriétés élastiques du milieu qui varient avec la
profondeur. En effet, si le milieu géologique, dans lequel se propagent
les ondes de surface, possède des propriétés
élastiques variables avec la profondeur, alors la vitesse des ondes de
surface varie avec la longueur d'onde. Les ondes de surfaces à haute
fréquence (faibles longueurs d'ondes) provoquent un mouvement des
particules localisées plus en surface alors que le mouvement des
particules du milieu plus profond est lié aux basses fréquences
(grandes longueurs d'ondes) figure 17. Il en résulte que la profondeur
d'investigation dépend donc des fréquences
enregistrées.
En milieu dispersif, des ondes de différentes
fréquences se propagent à des vitesses différentes : la
vitesse de groupe et la vitesse de phase.
? La vitesse de groupe correspond à la vitesse de
propagation de l'enveloppe du train d'ondes (vitesse du paquet
énergétique) ;
? La vitesse de phase correspond à la distance
parcourue par unité de temps, par un point de phase constante de la
surface d'onde. Cela peut être par exemple un pic (maximum) ou un creux
(minimum) ou encore un point nul du signal.
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Figure 17 : Les ondes de Rayleigh de basses
fréquences (a), pénètrent plus profondément que les
ondes de Rayleigh de hautes fréquences (b) et (c). (Evrett,
2013)
Principales étapes de la méthode
MASW
Plusieurs méthodes d'analyse des ondes de surface sont
utilisées pour extraire les courbes de dispersion des ondes de Rayleigh
et pour estimer le profil de vitesse des ondes de cisaillement des couches
supérieures du sol. Les méthodes les plus connues sont :
? Steady State Rayleigh Method (SSRM);
? Spectral Analysis of Surface Waves (SASW);
? Multichannel Analysis of Surface Wave (MASW).
Ces méthodes, par leur principe, sont très peu
différentes les unes des autres. Nous évoquerons seulement la
méthode Multichannel Analysis of Surface Waves (MASW). Celle-ci
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présente plusieurs avantages par rapport aux autres
méthodes. L'acquisition de données sur le terrain prend beaucoup
moins de temps et le traitement des données est plus rapide et plus
facile. En outre, les sources de bruit, (telles que l'inclusion des ondes de
volume et les ondes réfléchies et/ou diffusées), peuvent
être plus facilement identifiées et éliminées par
rapport aux autres méthodes. La réduction du bruit est d'une
grande importance, car elle conduit à un profil de vitesse des ondes de
cisaillement plus précis (Park, Miller & Xia, 1999 ; Xia et al,
2002). Aussi, les courbes de dispersions multimodales et la
génération d'images de dispersion en deux (ou trois) dimensions
deviennent-elles possibles et économiquement réalisables en
utilisant la méthode MASW (Park, Miller & Xia, 2001 ; Park, Miller,
Xia & Ivanov, 2007 ; Xia, Miller, Park & Tian, 2003).
La méthode MASW peut être divisée en trois
étapes principales (Park et al, 1999) :
? Acquisition des signaux temporels (x,t) ;
? Extraction de la courbe de dispersion ;
? Inversion de la courbe de dispersion pour obtenir Vs(z).
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