Reconnaissance et surveillance géophysiques d ouvrages en terre : exemples de recherche

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1 Journée e technique du CFMS Érosion et ouvrages géotechniques g CNAM, Paris, 9 décembre 2009 Reconnaissance et surveillance géophysiques g d ouvrages en terre : exemples de recherche Sérgio Palma Lopes, LCPC

2 Plan 1. Auscultation géophysique 2. Recherches thématiques 3. Essais de monitorage 4. Conclusion

3 Préambule aperçu de quelques recherches au LCPC (et partenaires) en lien avec l auscultation des ouvrages en terre passées, présentes, futures. et dont certaines pour/avec ERINOH ERINOH

4 1. Auscultation géophysique Acquisition non intrusives, indirectes, intégrantes modélisation réponses : sensibilité, biais mesures M i SOL

5 1. Auscultation géophysique Acquisition Imagerie d= g(m) δd = d i mes g( m i ) δm = ( m m ) i pq d p G = i m q i ( i i d i i 0 m 0 t 2 t δd Gδm ) W( δd Gδm ) + λ ( m m ) W( m m ) t 2 1 t mes pre [ GWG + λw ] GW[ ( d d G( m m) ] est δm = ( m mi ) + i d i i m i d i i 0 0 i modélisation réponses : sensibilité, biais algorithmes + critères d évaluation mesures M i modèle R(x,y,z) SOL

6 1. Auscultation géophysique Acquisition Imagerie Lois «sols» d= g(m) δd = d g( m i ) ( i i d i i 0 m 0 t 2 t δd Gδm ) W( δd Gδm ) + λ ( m m ) W( m m ) t 2 1 t mes pre [ GWG + λw ] GW[ ( d d G( m m) ] est δm = ( m mi ) + i d i i m i d i i 0 0 i i mes δm = ( m m ) i pq d p G = i m q i Résistivité (Ohm.m) w=7.7% w=8.6% w=9.7% w=10.7% w=11.6% w=12.6% w=13.7% w=13.7% w=15.5% 1,6 1,65 1,7 1,75 1,8 1,85 1,9 1,95 Masse volumique sèche (g/cm 3 ) modélisation réponses : sensibilité, biais mesures M i algorithmes + critères d évaluation étalonnages empiriques / théoriques SOL modèle R(x,y,z) lois R(état)

7 1. Auscultation géophysique Acquisition Imagerie Lois «sols» d= g(m) δd = d g( m i ) ( i i d i i 0 m 0 t 2 t δd Gδm ) W( δd Gδm ) + λ ( m m ) W( m m ) t 2 1 t mes pre [ GWG + λw ] GW[ ( d d G( m m) ] est δm = ( m mi ) + i d i i m i d i i 0 0 i i mes δm = ( m m ) i pq d p G = i m q i Résistivité (Ohm.m) w=7.7% w=8.6% w=9.7% w=10.7% w=11.6% w=12.6% w=13.7% w=13.7% w=15.5% 1,6 1,65 1,7 1,75 1,8 1,85 1,9 1,95 Masse volumique sèche (g/cm 3 ) modélisation réponses : sensibilité, biais mesures M i algorithmes + critères d évaluation étalonnages empiriques / théoriques SOL modèle R(x,y,z) lois R(état)

8 2. Recherches thématiques Imagerie 3D de résistivité - L.Marescot (2004), IG-Lausanne et LCPC algorithme d imagerie 3D de résistivité sous CESAR-LCPC géométrie et configuration d acquisition quelconques beaucoup de données «objets» du génie civil INVS : éléments finis gradients conjugués état adjoint

9 2. Recherches thématiques Imagerie 3D de résistivité - L.Marescot (2004), IG-Lausanne et LCPC Simulation d une tomographie de pilier : modèle 3D reconstruction

10 2. Recherches thématiques Imagerie 3D de résistivité - L.Marescot (2004), IG-Lausanne et LCPC Caractérisation d échantillons au laboratoire : tomographie d échantillon reconstruction

11 2. Recherches thématiques Imagerie 3D de résistivité - L.Marescot (2004), IG-Lausanne et LCPC Perspectives : reconnaissance et surveillance d ouvrages hydrauliques en terre géométrie plus «ouverte» moins de mesures focalisation sur certaines zones aspect temporel

12 2. Recherches thématiques Caractérisation EM de l état hydrique d un sol - YL.Beck, 2008, LCPC sol limoneux compacté à différents état de densité et teneur en eau Masse volumique sèche ( g/cm 3 ) 2 1,95 1,9 1,85 1,8 1,75 1,7 Sr 100% 1,65 Courbe Protor std 1,6 7% 9% 11% 13% 15% 17% Teneur en eau massique H=70mm D=75mm cellule électrique cellule électromagnétique

13 2. Recherches thématiques Caractérisation EM de l état hydrique d un sol - YL.Beck, 2008, LCPC modèle microstructural d un sol argileux (Ferber 2005) Résistivité (Ohm.m) ρ e (ρ d, w) w=7.7% w=8.6% w=9.7% w=10.7% w=11.6% w=12.6% w=13.7% w=13.7% w=15.5% 1,6 1,65 1,7 1,75 1,8 1,85 1,9 1,95 Masse volumique sèche (g/cm 3 ) Comportement électromagnétique ε 0.5 4,75 4,55 4,35 4,15 3,95 3,75 3,55 3,35 3,15 2,95 2,75 w = 7,8 % w = 9,8 % w = 10,8 % w = 11,7 % w = 12,8 % w = 13,7 % ε(ρ d, w) 1,6 1,65 1,7 1,75 1,8 1,85 1,9 1,95 Masse volumique sèche (g/cm 3 )

14 2. Recherches thématiques Caractérisation EM de l état hydrique d un sol - YL.Beck, 2008, LCPC compactage en conditions réelles H=1m l=2.5m L=3x5m 2,00 contrôles ponctuels des états Masse volumique sèche ( g/cm 3 ) 1,95 1,90 1,85 1,80 1,75 1,70 Sr 100% Courbe Proctor 1,65 Planche 1 Planche 2 1,60 Planche 3 7% 9% 11% 13% 15% 17% Teneur en eau massique

15 2. Recherches thématiques Caractérisation EM de l état hydrique d un sol - YL.Beck, 2008, LCPC caractérisation EM du sol compacté à différents états : radar géologique tomographie de résistivité profilage EM38 TDR

16 2. Recherches thématiques Caractérisation EM de l état hydrique d un sol - YL.Beck, 2008, LCPC comparaison échantillons / planches échelle 1 avec corrections (T, granulométrie, taux compactag e) ρ e (ρ d, w) ε(ρ d, w) Conductivit électrique (ms/m) w = 6,1 % w = 6,9 % w = 7,8 % w = 8,5 % w = 9,3 % w = 6,8 % w = 8,7 % w = 7,1 % ε 1/2 3,6 3,4 3,2 3 2,8 2,6 w = 9,4 % w = 8,6 % w = 7,8 % w = 6,2 % w = 8,7 % w = 7,1 % w = 6,8 % 15 2, Taux de compactage (%) Taux de compactage (%)

17 2. Recherches thématiques Caractérisation EM de l état hydrique d un sol - YL.Beck, 2008, LCPC Perspectives : mieux relier géophysique et géotechnique (représentativité spatiale) autres types de sols (et sols traités à la chaux) érosion interne? ERINOH

18 2. Recherches thématiques Auscultation E&EM d ouvrages hydrauliques - Y.Fargier (en cours), EDF, LCPC, LRPC-Rouen, ERINOH Méthodologie de reconnaissance et surveillance des ouvrages hydrauliques en terre par méthodes E&EM optimisation des configurations d acquisition étude des paramètres d influence (topographie, ) détection phénomènes évolutifs (érosion interne?) confrontation à l expérimentation

19 2. Recherches thématiques Auscultation E&EM d ouvrages hydrauliques - Y.Fargier, EDF, LCPC, LRPC-Rouen optimisation des configurations d acquisition d imagerie 3D de résistivité ERINOH

20 2. Recherches thématiques Auscultation E&EM d ouvrages hydrauliques - Y.Fargier, EDF, LCPC, LRPC-Rouen Influence de la topographie sur des profils RMT (EM type VLF) ERINOH C.Fauchard, LRPC Rouen air milieu homogène

21 3. Essais de monitorage Suivi de mouvements sédimentaires en zone inter-tidale PN Environnement Côtier, BRGM, Géomarine, LCPC ( ) études de sensibilité inflences biseau salé, marées, houle, vent, nappe d eau douce rapport : 20 mars à BM 4 mars à BM Altitude (m) AM (m) biseau salé Electrodes 04/03/ /03/ X (m)

22 3. Essais de monitorage digue de canal VNF à Sarreguemines ERINOH rideau de palplanches métalliques variations relatives : détection de ré-infiltrations? ERINOH-ANR, VNF, LCPC, LRPC Nancy, EDF-R&D)

23 3. Essais de monitorage Suivi leveé val d Authion ERINOH 7,50m Glissière de sécurité 2,90m 2,90m Talus rechargés pente 2,5 pour 1 Géotextile instrumenté 0,50m -1,20m sous chaussée Tranchées et dispositif expérimental Talus d'origine avec une pente voisine du 1,5 pour 1 Axe chaussée Coupures de graves 1,20m 1,20m Fibre optique et réseau longue distance France Télécom Loire LCPC, LRPC Angers, LRPC St-Brieuc, DIREN-Centre, DDE 49, Région PdL, PN ERINOH instrumentation sous chaussée : 2 lignes parallèles de 48 électrodes (linéaire = 100 m)

24 3. Essais de monitorage Suivi leveé val d Authion ERINOH VD résistivités(ohm.m) X(m) EM VD passage 1 EM VD passage 2 suivi trimestriel par profilage EM de surface évolutions temporelles ? val Loire suivi mensuel par tomo résistivité

25 3. Essais de monitorage Suivi d injections dans une digue expérimentale ERINOH Thèse Y.Fargier, EDF, LCPC, LRPC-Rouen CER-Rouen, Cemagref, LCPC, LRPC-Rouen, EDF-R&D, EDF-DTG, PN ERINOH, digue instrumentée (T, humidité, résistivité, fibr e optique ) suivi géophysique des inflitrations provoquées démarrage début 2010

26 4. Conclusion Études de monitorage passées, en cours, à venir : améliorations attendues dans l analyse 3D temporelle Recherches thématiques couplées (acquisition, imagerie, approches «sols») Besoin cumul d information : complémentarité avec autres techniques d auscultation (ondes de surface, ) Besoin rapprochement géophysique / sciences du sol (géotech, érosion )

27 4. Conclusion Études de monitorage passées, en cours, à venir : améliorations attendues dans l analyse 3D temporelle Recherches thématiques couplées (acquisition, imagerie, approches «sols») Besoin cumul d information : complémentarité avec autres techniques d auscultation (ondes de surface, ) Besoin rapprochement géophysique / sciences du sol (géotech, érosion ) Merci pour votre attention

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