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ESSAIS CROSS-HOLE ET DOWN-HOLE
DTERMINATION DES PARAMTRES GODYNAMIQUES DU SOUS-SOL
L'essai Cross-Hole consiste mesurer les temps de propagation des
ondes sismiques de compression (ondes P) et de cisaillement (ondes
S) entre plusieurs forages afin de dterminer, en fonction de la
profondeur, leurs vitesses sismiques et les paramtres godynamiques
que sont le module d'Young, E, le module de cisaillement G et le
coefficient de Poisson . L'essai Down-Hole est une variante de
l'essai Cross-Hole dans laquelle l'onde sismique est gnre en
surface, proximit immdiate du forage dans lequel sont mesures les
arrives d'ondes de compression et de cisaillement. La source de
surface est spcialement adapte pour gnrer des ondes de cisaillement
en plus des ondes de compression. L'interprtation et la restitution
des rsultats sont similaires celles des essais Cross-Hole. En cas
d'anisotropie marque, les paramtres ainsi dtermins peuvent tre
notablement diffrents des paramtres dtermins par les essais
Cross-Hole.
Les essais sont en gnral raliss depuis la surface jusqu'au fond
des forages avec un pas variable suivant les objectifs de l'tude
mais typiquement de 1 , 2 ou 3 m. On ralise la mesure entre une
sonde sismique mettrice place dans un forage metteur et une ou
plusieurs sondes rceptrices places la mme profondeur dans les
forages rcepteurs . L'essai se fait idalement avec trois forages en
ligne afin de mesurer les vitesses des ondes de compression et de
cisaillement par diffrence entre les deux forages rcepteurs, en
s'affranchissant de la source qui peut gnrer des erreurs de mesure
des temps. De plus, si une anisotropie est suspecte sur le site, il
peut tre envisag de complter le dispositif de trois forages avec
deux forages disposs perpendiculairement et en ligne avec le forage
metteur. Dans beaucoup desituations, l'essai se pratique entre deux
forages. Dans ce cas, il faut particulirement soigner la mesure du
temps zro qui est l'instant d'mission de l'onde dans le forage
metteur .
La source sismique, dispose dans le forage metteur comporte une
masse sismique mobile et un dispositif de plaquage pneumatique. En
frappant alternativement vers le haut et vers le bas, la source
produit alternativement une onde S polarise vers le haut puis vers
le bas en mme temps que l'onde P, qui est elle non polarise. L'onde
S est ainsi mieux identifie dans le train d'ondes. La masse et la
sonde sont munies d'un capteur de dclenchement qui est reli
l'enregistreur et permet la synchronisation du choc et du
dclenchement de l'enregistrement.
Les ondes sismiques sont mesures dans les forages rcepteurs
l'aide d'une sonde sismique rceptrice galement plaque la paroi du
forage par un systme d'ancrage. Les sondes comportent un ensemble
de trois capteurs orients 90 les uns des autres (un vertical et
deux horizontaux disposs 90 l'un de l'autre).
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Cette disposition de capteurs permet, lors de l'essai
Cross-Hole, une bonne identification des trains d'ondes S, qui
sollicitent principalement le capteur vertical, et des trains
d'ondes P qui sollicitent principalement les capteurs horizontaux.
C'est l'inverse dans le cas de l'essai Down-Hole. Les sondes
rceptrices sont relies l'enregistreur sismique par un cble de
mesure.
Les mesures sont effectues diffrents niveaux de profondeur,
typiquement tous les mtres ou tous les deux ou trois mtres, afin
d'obtenir une coupe des vitesses des ondes P et S en fonction de la
profondeur. La figure ci-dessous fournit un exemple d'un
enregistrement une profondeur donne. Les paramtres godynamiques
sont ensuite calculs en utilisant les relations suivantes:
Module d'Young, exprim en MPa : E = 2 Vs (1 + )Module de
cisaillement, exprim en MPa : G = VsCoefficient de Poisson, nombre
sans unit : = (Vp-2Vs) / 2 (Vp Vs)
Vp et Vs sont respectivement les vitesses des ondes de
compression et de cisaillement et sont exprimes en mtre par seconde
(m/s). Le calcul de E et de G ncessite de connatre ou de faire une
hypothse sur la masse volumique des terrains traverss.
Hormis dans le cas o le forage est effectu en terrain rocheux et
ne prsente aucun risque d'boulement ou de coincement de la sonde,
la ralisation des essais Cross-hole et Down-Hole ncessite la mise
en place d'un tubage PVC de protection afin d'viter tout boulement
sur la sonde et son coincement. Le tubage, de diamtre intrieur 80
mm, et d'paisseur 4 5 mm, doit tre scell la paroi du forage au
coulis de ciment sur toute la hauteur. Il doit tre bouch en pied et
tanche, les tubes devant tre raccords visss et colls. De la qualit
du scellement dpend en partie la qualit des rsultats des essais.
Les essais doivent tre raliss au plus tt une semaine aprs la
ralisation des sondages afin que le coulis atteigne une rsistance
mcanique suffisante. Des mesures de dviation des forages sont
ralises en mme temps que les essais Cross-Hole pour connatre
prcisment la distance entre la source et les capteurs chaque niveau
d' essai.
Les premiers mtres de terrain, gnralement dconsolids, ne
permettent pas toujours d'obtenir des signaux de qualit. Il en est
de mme dans certains terrains hors nappe, comme les alluvions par
exemple. Dans ce cas, la dtermination des vitesses et des modules
dynamiques peut s'avrer impossible ou peu prcise.
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recommandations du Code de bonne pratique de la gophysique applique
et, en particulier, les spcifications de la fiche SISMIQUE
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