L'inversion de formes d'ondes : application à la géotechnique

 

Gabriel Fabien-Ouellet

École Polytechnique de Montréal

 

Domaine : techniques, mesures et systèmes

Programme : établissement de nouveaux chercheurs universitaires

Concours 2018-2019

Le Code national du bâtiment requiert l'étude des effets sismiques locaux de tout nouveau bâtiment d'envergure. L'utilisation de méthodes d'auscultation sismique est une partie essentielle de ces travaux : elles permettent d'estimer la vitesse des ondes de cisaillement des sols, une propriété physique directement reliée à l'amplification locale des secousses sismiques. La fiabilité et la précision de ces méthodes d'auscultation restent toutefois discutables, et ce, malgré le potentiel théorique des ondes sismiques de reconstruire une image de haute résolution des propriétés mécaniques de la sous-surface. L'inversion de formes d'ondes, une technologie de traitement des données sismiques actuellement en développement pour l'exploration pétrolière, permet d'atteindre pleinement ce potentiel. 
 
L'inversion de formes d'ondes reste toutefois mal adaptée aux problématiques de la géotechnique, ce qui freine son adoption. Deux facteurs principaux en sont la cause. Premièrement, les premiers mètres de la sous-surface présentent des phénomènes ondulatoires fort différents des horizons plus profonds, cibles de l'exploration pétrolière. Ceci est critique, car l'inversion de formes d'ondes se base sur l'analyse de la propagation des ondes pour mesurer les propriétés mécaniques des sols. Deuxièmement, son application nécessite des données de grande qualité dont le prétraitement est l'apanage d'un personnel hautement qualifié. Ce projet s'attaquera directement à ces deux enjeux en développant une formulation théorique de l'inversion de formes d'ondes mieux adaptée aux études géotechniques et à la mesure de la vitesse des ondes de cisaillement. Pour faciliter l'application de la méthode, nous appliquerons l'apprentissage profond au traitement des données sismiques, automatisant partiellement l'usage de cette technologie. Nous démontrerons la fiabilité et l'applicabilité de l'inversion de formes d'ondes à l'aide d'une série d'études de cas dans le cadre d'études géotechniques. 
Au terme de ce projet, nous aurons développé une technologie de mesure des propriétés mécaniques des sols plus précise et robuste, d'une utilisation simplifiée. Ceci donnera un outil supplémentaire en géotechnique lors de l'analyse des sols, particulièrement lors des études des effets sismiques locaux des sites, ce qui favorisera le maintien et la mise en place d'infrastructures sécuritaires. Ces travaux sont aussi directement pertinents à plusieurs branches des géosciences, de l'environnement à l'exploration des ressources naturelles, pour lesquelles l'imagerie des sols et des roches est un enjeu de taille, aux répercussions humaines et économiques directes.