Amplification sismique

L'analyse de l'amplification sismique relative détermine l'ampleur de l'amplification des vibrations du sol à un site de mesure par rapport à une station de référence proche située sur un sol jugé stable (Site-to-Reference Spectral Ratio, SRSR). L'amplification sismique est proportionnelle au degré de fracturation de la roche, ce qui rend cette analyse utile pour l'évaluation de l'état des instabilités de terrain ainsi que pour la cartographie de leur extension spatiale.

• Enregistrement des vibrations ambiantes à l'aide de sismomètres portables durant au moins 20 minutes.
• Les facteurs d'amplification corrèlent avec l'état de la roche, les valeurs élevées indiquant une plus grande fragmentation de la roche et donc un plus grand risque d'instabilité.
• Utile pour la cartographie et la caractérisation rapide des instabilités de terrain.

Publications

• Häusler et al. (2022): Monitoring the changing seismic site response of a fast-moving rockslide (Brienz/Brinzauls, Switzerland)

Analyse modale

L'analyse modale est une technique largement utilisée dans le domaine du génie civil pour déterminer les fréquences de résonance, l'atténuation et les formes modales des ouvrages d'art. La décomposition du domaine fréquentiel (Frequency Domain Decomposition, FDD) permet de calculer ces caractéristiques à partir d'enregistrements des vibrations ambiantes. Lorsqu'elle est appliquée à des structures géologiques telles que des glissements de terrain, des parois ou des piliers rocheux, l'analyse modale fournit des informations précieuses sur les propriétés dynamiques. Comme chaque compartiment d'une instabilité présente des formes modales qui lui sont caractéristiques, les directions des oscillations propres peuvent être utilisées pour déterminer la structure interne d'une instabilité de terrain. De plus, la direction d'oscillation dominante se forme en général perpendiculairement aux fractures prédominantes, ce qui permet d'identifier les fractures invisbles à l'œil nu à l'aide des vibrations ambiantes.

• Enregistrement des vibrations ambiantes à l'aide de sismomètres portables durant au moins 20 minutes.
• Les instabilités présentent en général des propriétés dynamiques caractéristiques de leur taille et de l'orientation dominante des failles et donc des contraintes.
• Utile pour identifier les compartiments internes d'une instabilité et les failles invisibles à l'œil nu.

Publications

• Häusler et al. (2019): Fracture Network Imaging on Rock Slope Instabilities Using Resonance Mode Analysis

Analyse HVSR

La méthode HVSR (rapport spectral horizontal-vertical) est une technique sismique passive utilisée pour la caractérisation rapide et non destructive du sous-sol. L'analyse du rapport entre les composantes horizontales et verticales des vibrations ambiantes permet de déterminer la fréquence de résonance fondamentale d'un site. Cette fréquence de résonance est en corrélation avec l'épaisseur des couches et les propriétés des matériaux du sous-sol, ce qui fait de la méthode HVSR un outil précieux pour les études géotechniques.

• Enregistrement des vibrations ambiantes à l'aide de sismomètres portables durant au moins 20 minutes.
• En raison de la fréquence de résonance identifiée, il est possible d'estimer l'épaisseur d'une couche meubles (instable).
• Particulièrement utile pour obtenir des informations sur les fréquences de résonance, l'épaisseur des couches et les contrastes entre les matériaux (par exemple, les surfaces de glissement basales, la détermination de la profondeur du toit du rocher).

Publications

• SESAME (2004): Guidelines for the Implementation of the H/V Spectral Ratio Technique on Ambient Vibrations

Fréquence de résonance et polarisation

Les instabilités situées dans des parois rocheuses ou ayant une forme prononcée (p. ex. pilier rocheux) sont caractérisées par des fréquences de résonance claires et une forte polarisation des ondes sismiques. La variation temporelle de ces caractéristiques peut être surveillée à l'aide de techniques d'analyse modale, ce qui constitue un outil précieux pour surveiller les changements mécaniques au sein d'une instabilité. La fréquence de résonance variant en fonction de la rigidité, une diminution de la fréquence de résonance indique une réduction de la rigidité de la roche et donc une altération progressive. La surveillance de la polarisation du champ d'ondes peut fournir des informations sur la redistribution des contraintes au sein d'un versant.

• Mesures avec des sismomètres portables (surveillance périodique) ou permanents (surveillance continue).
• Une fracturation croissante de la roche entraîne une diminution de la rigidité de la roche et, par conséquent, une diminution de la fréquence de résonance. Les changements de polarisation des ondes sismiques peuvent également être utilisés pour détecter des redistributions dans le champ de contraintes interne.
• Utile pour les évaluations de stabilité à long terme et les systèmes d'alerte précoce pour les instabilités présentant des fréquences de résonance prononcées (p. ex. parois rocheuses, piliers rocheux isolés).

Publications

• Lévy et al. (2010): Dynamic response of the Chamousset rock column (Western Alps, France)
• Häusler et al. (2021): Monitoring the Preonzo Rock Slope Instability Using Resonance Mode Analysis
• Häusler et al. (2022): Monitoring the changing seismic site response of a fast-moving rockslide (Brienz/Brinzauls, Switzerland)

Interférométrie sismique

En effectuant une corrélation croisée des signaux de vibration ambiante enregistrés par deux capteurs, il est possible de calculer la variation relative de la vitesse de propagation des ondes de cisaillement (dv/v) par rapport à une période de référence. Étant donné que la vitesse des ondes de cisaillement dépend des propriétés matérielles du sous-sol (p. ex. rigidité, pression de l'eau interstitielle), l'interférométrie sismique est une méthode appropriée pour surveiller les instabilités de terrain et pour identifier les signaux précurseurs d'une rupture de pente.

• Un ou plusieurs sismomètres permanents qui enregistrent en continu les vibrations ambiantes.
• Une diminution de la vitesse de propagation des ondes de cisaillement indique une dégradation du sous-sol, qui peu-être directement liée à une potentielle rupture.
• Utile pour les évaluations de stabilité à long terme et applicable comme système d'alerte précoce pour les instabilités dans les roches meubles et le pergélisol.

Publications

• Mainsant et al. (2012): Ambient seismic noise monitoring of a clay landslide: Toward failure prediction
• Le Breton et al. (2021): Landslide monitoring using seismic ambient noise correlation: challenges and applications

Tomographie sismique par réfraction (TSR)

La tomographie sismique par réfraction (TSR) utilise le temps de propagation des ondes sismiques pour cartographier les variations de vitesse dans le sous-sol. En analysant les ondes sismiques réfractées aux limites entre les matériaux, la TSR fournit des informations précieuses sur la distribution de la vitesse dans le sous-sol et sur les propriétés des matériaux. La TRS est une méthode courante dans les études géotechniques et dans l'évaluation des risques naturels.

• Les ondes sismiques sont générées p. ex. par des coups de marteau ou à l'aide d'explosifs et sont enregistrées par des géophones.
• La TSR fournit des informations détaillées sur le sous-sol comme les vitesses sismiques, la présence de failles et le niveau des eaux souterraines.
• Particulièrement utile pour obtenir des informations sur les contrastes de matériaux (p. ex. surface de glissement basale, profondeur de la roche).

Analyse de la dispersion des ondes de surface (MASW)

L'analyse de la dispersion des ondes de surface (MASW) est utilisée pour déterminer les profils de vitesse des ondes de cisaillement proches de la surface. En analysant la dispersion des ondes de surface générées par une source sismique (p. ex. un coup de marteau ou une explosion), cette méthode fournit des informations précieuses sur la rigidité du sous-sol et les propriétés des matériaux. La MASW est une méthode régulièrement utilisée dans des projets géotechniques et d'ingénierie.

• Les ondes sismiques sont générées p. ex. par des coups de marteau ou à l'aide d'explosifs et sont enregistrées par des géophones.
• La MASW fournit des profils de vitesse des ondes de cisaillement et donc des informations sur la rigidité du sous-sol et la stratigraphie.
• Particulièrement utile pour obtenir des informations sur les contrastes de matériaux (p. ex. surface de glissement basale, profondeur de la roche, présence de permafrost).