DETERMINATION DE PARAMETRES GEOTECHNIQUES PAR LA METHODE SISMIQUE
Une étude approfondie de la déformation du sol a été réalisée pour déterminer les modules élastiques par la méthode sismique. Deux types de levés sismiques ont été effectués, révélant des vitesses de propagation des ondes sismiques et permettant de calculer les modules géotechniques des différentes couches du sous-sol. Les résultats montrent des valeurs variées pour le module de Young et d’autres paramètres géotechniques, soulignant l’importance de cette méthode dans l’évaluation des propriétés du sol.
Institut Supérieur d’Application Des Géosciences
Logging Instrumentation Measurement
MASTER EN GEOSCIENCES
OPTION : GEOPHYSIQUE APPLIQUEE
DETERMINATION DE PARAMETRES GEOTECHNIQUES PAR LA METHODE SISMIQUE
Présenté et soutenu publiquement le 19/02/2021 par :
Abou Hanifatou SANA
Travaux dirigés par :
Dr Ted MAYALA-TOMBA
Geoscientifique
Jury d’évaluation du mémoire
NAKOLENDOUSSE Samuel
Président
Professeur, UJKZ, Ouagadougou
NIKIEMA Julien
Rapporteur
Docteur, UJKZ, Ouagadougou
Mayala-Tomba Ted
Directeur de mémoire
Docteur, ISAG, Ouagadougou
Année : 2016-2018
RESUME
L’étude de la déformation du sol en vue de déterminer les modules élastiques, est habituellement simulée en laboratoire ou sur terrain. Les différentes méthodes fréquemment employées sont l’œdométrique, le triaxiale
DEDICACES
Je dédie ce travail :
A mon père El hadji SANA Abdoulaye,
A ma Mère Adja SANA Azeta,
A mes frères et sœurs, en particulier SANA Sidi Mohamed, son épouse SAYAOGO Alizeta et à leurs enfants : Al Bachir, Moubarack, Bouchra, Ridwane,
A mon épouse SAWADOGO Safiatou,
A mes enfants Abdoul Wahid et Abdoul Madjid,
A mon neveu Issouf et ma nièce Adidjatou.
REMERCIEMENTS
Ce travail s’inscrit dans le cadre de mon mémoire de fin d’études pour l’obtention du diplôme de master en géosciences appliquées, option géophysique appliquée de l’Institut Supérieur d’Application des Géosciences (ISAG). II a été réalisé au sein de la société LIM Africa.
Je voudrais ici remercier les personnes qui ont contribué d’une manière ou d’une autre à sa réalisation
Je remercie tout d’abord, Docteur Ted Mayala Directeur Général de LIM Africa, à qui je dois ma connaissance de géophysique appliquée et qui a bien voulu m’accepter à LIM Africa pour le stage. II a été l’initiateur de ce travail en me proposant un sujet sur la détermination de paramètres géotechniques par la méthode sismique. Ses conseils et ses observations m’ont été d’un apport utile.
Je tiens à remercier tous mes professeurs d’ISAG pour la qualité de leurs enseignements, mais aussi pour leurs conseils durant le déroulement de mes études.
SANOU Serge, SAVADOGO Omar, pour leur entière collaboration.
Mes remerciements vont aussi à mes amis et collègues, Zakaria GUINKO, Adama SEBEGO, Mahamadi SORGHO, Souleymane KONKOBO, Souleymane OUEDRAOGO, Seydou DERRA, Moumouni KONE, Ousseini OUEDRAOGO pour leur soutien multiforme et leur disponibilité.
Je tiens également à remercier Mamadi BALBONE, Ibrahim OUEDRAOGO, Saidou KIENTEGA pour les questions d’ordre géologique.
Je n’oublie pas mes camarades de la 3emepromotion de l’Institut ISAG.
Je ne saurai terminer sans remercier KOETA Dieudonné et Da Christophe pour leur appui à la correction de ce document.
SIGLES ET ABREVIATIONS
∆d : contraction relative des arêtes perpendiculaires à la direction de la force ;
∆l : allongement ;
∆V : variation de volume ;
A : tir en bout de dispositif (tirs en bout) ;
BEGE : Bureau d’Etudes des Géosciences et Environnement ; B : tir en bout de dispositif (tirs en bout) ;
C : tir au centre du dispositif ; d : arête ;
d : indice indiquant des constantes dynamiques obtenues par les méthodes de prospection sismique ;
D : tir intermédiaire entre les capteurs 6 et 7 ; d: La densité ;
di : densité d’un constituant individuel i de la roche ; dm : densité moyenne de la matrice solide de la roche ; dp : densité moyenne des fluides des pores ;
E : Module d’allongement ou module d’élasticité (longitudinale) de Young ; E : tir intermédiaire entre les capteurs 18 et 19 ;
E-W : direction Est-Ouest ; F : force ;
K : module d’incompressibilité ; m : masse;
MASW : Multichannel Analysis of Surface Waves ;
O : tirs offset ou tirs lointains (tirs extérieurs au dispositif) ; P : onde primaire ;
P : pression ;
P : tirs offset ou tirs lointains (tirs extérieurs au dispositif) ; PAB : Projet aurifère de Bomboré ;
S : surface ;
SH : le mouvement des particules est contenu dans le plan horizontal, perpendiculairement au sens de propagation de vitesse VSh ;
S-N : direction sud-nord ;
SV : Le mouvement des particules est contenu dans le plan vertical, perpendiculairement au sens de propagation de vitesse VSv;
SPAC : Spatial Autocorrelation TB : Time Break ou temps zéro ; v ou V : volume;
VP : vitesse de propagation des ondes longitudinales ; VS : vitesse de propagation des ondes de cisaillement ; Z : impédance acoustique ;
α : angle entre les faces latérales et sa déformation ; β : module de compressibilité avec β = 1/K ;
: contrainte ;
μ : (ou Ԍ) Le module de Coulomb module de rigidité, module de glissement ou encore module de cisaillement ;
: coefficient de Poisson ; Ө : porosité.
LISTE DES FIGURES
Figure 1: Localisation du site du projet de Bomboré (Source : BEGE, 2015) 5
Figure 2 : Carte géologique régionale incluant la zone du projet (Orezone 2015) 8
Figure 3: Carte géologique de la zone du projet aurifère de Bomboré (Orezone, BEGE) 9 Figure 4: Relation de la contraction latéraleà la dilatation longitudinale 12
Figure 5: Déformation de cisaillement 13
Figure 6 : Essai de compression simple 19
Figure 7: Distorsion lors d’un cisaillement simple 22
Figure 8 : Courbepressiométrique 24
Figure 9 : Représentation du rayon sismique 30
Figure 10: Loi de Snell-Descartes 30
Figure 11: Dispositif de 24 capteurs et 7 tirs 31
Figure 12: Position des fronts d’ondes (onde longitudinale), cas de deux terrains séparés par un plan horizontal. 35
Figure 13:Dromochroniques dérivées du schéma de la figure 12 35
Figure 14:Représentation schématique des rayons sismiques, pour le cas de la figure 13.
……………………………………………………………………………………………………………………………….. 36
Figure 15 : Cas de plusieurs couches planes horizontales 37
Figure 16 : Cas d’un seul marqueur plan incliné (tirée du Dictionnaire de Géophysique Appliquée – P. Chapel – 1980) 39
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) 44
Figure 18 : Exemple d’un profil de mesure avec la méthode MASW. (Bodet,2005) 46
Figure 19 : Courbe de dispersion des ondes de surface 47
Figure 20 : Image de dispersion en deux dimensions obtenue par la méthode de déphasage 48
Figure 21 : Image de dispersion en trois dimensions obtenue par la méthode de déphasage 48
Figure 22 : Caractéristiques de dispersion du mode fondamental 49
Figure 23 : Courbe de dispersion en mode fondamental obtenue à partir de l’image de dispersion illustré à la figure 22. 50
Figure 24 : Profil vertical de la vitesse des ondes de cisaillement, Vs 50
Figure 25 : Géophone enfoncé dans le sol 53
Figure 26 :Sismographe et accessoires 54
Figure 27 : « Trigger » ou déclencheur relié au marteau sur une plaque 54
Figure 28 : Dispositif de 24 capteurs et 7 tirs 55
Figure 29 : Pointage des premières arrivées des tirs avec l’application PickWin 57
Figure30 : courbes distance-temps obtenues des pointés des premières arrivées 57
Figure 31 : modèle de vitesses des couches du sous-sol 58
Figure 32 : image de dispersion en deux dimensions et la courbe de dispersion obtenues grâce à l’application PickWin 60
Figure 33 : Profil de vitesses des ondes de cisaillement VS 61
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 1: Paramètres élastiques pour différents matériaux présents dans la subsurface (Schön 2011) 14
Tableau 2: Différentes densités des matériaux terrestres 17
Tableau 3 : Vitesses des ondes de compression 59
Tableau 4 : Vitesses des ondes de cisaillement 61
Tableau 5 : Synthèse des résultats 62
Tableau 6 : Tableau récapitulatif des modules élastiques 66
ANNEXES
Annexes 1 : Positions des tirs pour les différents profils de la sismique réfraction i
Annexes 2: modèle de vitesses de compression (Vp) de différentes couches du profil E-W
………………………………………………………………………………………………………………………………….. i
Annexes 3: les courbes distance-temps obtenues des pointés des premières arrivées du profil E-W i
Annexes 4 : modèle de vitesses de compression (Vp) de différentes couches du profil S-N
…………………………………………………………………………………………………………………………………. ii
Annexes 5 : les courbes distance-temps obtenues des pointés des premières arrivées du profil S-N ii
Annexes 6: Extrait de données de forage iii
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Rapport d’étude sur son projet Bomboré, La Conduite de la partie EIES a été confiée au Bureau d’Etudes des Géosciences et Environnement (BEGE), la partie PAR est réalisée par la SOCREGE ; ces deux bureaux sont supervisés par le bureau canadien WSP ;
Compte-rendu d’expertise du groupement IMSRN/CREOCEAN : Apport des données de sondages de 2011, Reconnaissances Géophysiques Préalables aux Travaux de Réaménagement du Port, Port Autonome de Guadeloupe ;
Wikigeotech: Sismique en ondes de surfaces, http://wikhydro.developpement- durable.gouv.fr/index.php/Wikigeotech:Sismique_en_ondes_de_surfaces;
Agrément AGAP Qualité : MASW www.soldata-geophysic.fr
ANNEXES
Annexes 1 : Positions des tirs pour les différents profils de la sismique réfraction
[img_33]
Annexes 2: modèle de vitesses de compression (Vp) de différentes couches du profil E-W
0
500
1000
1700
2500
4000
-5
-10
-15
-20
Elevation (m)
-25
-30
-35
-40
-45
-50
-55
-60
-65
-70
0
10 20 30 40 50 60
70 80
90 100
110 120
130
140 150
160
170
3999
3611
3222
2833
2444
2056
1667
1278
889
500
(m/s)
Distance (m)
Scale = 1 / 1000
Annexes 3: les courbes distance-temps obtenues des pointés des premières arrivées du profil E-W
110
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100
90
80
70
Traveltime (ms)
60
50
40
30
20
10
0
-30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
Distance (m)
Scale = 1 / 1000
Annexes 4 : modèle de vitesses de compression (Vp) de différentes couches du profil S-N
0
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500
1000
1700
2500
4000
-5
-10
-15
-20
Elevation (m)
-25
-30
-35
-40
-45
-50
-55
-60
-65
-70
0
10 20 30 40
50 60 70
80 90 100 110 120
130 140 150 160
170
3999
3611
3222
2833
2444
2056
1667
1278
889
500
(m/s)
Distance (m)
Scale = 1 / 1000
Annexes 5 : les courbes distance-temps obtenues des pointés des premières arrivées du profil S-N
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80
75
70
65
60
Traveltime (ms)
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
130 140 150 160
170
Distance (m)
Scale = 1 / 1000
Annexes 6: Extrait de données de forage
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