ISO 24057:2022

NORME ISO
INTERNATIONALE 24057
Première édition
2022-11
Géotechnique — Mesure du bruit de
fond sismique en réseau pour estimer
un profil de vitesse des ondes de
cisaillement
Geotechnics — Array measurement of microtremors to estimate shear
wave velocity profile
Numéro de référence
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Publié en Suisse
ii
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives .1
3 Termes, définitions, symboles et termes abrégés . 1
3.1 Termes et définitions . 1
3.2 Symboles et termes abrégés . 3
4 Équipement . 3
4.1 Général . 3
4.2 Capteur . 4
4.3 Dispositif pour le calage temporel . 4
4.4 Enregistreur de données . 4
4.5 Instruments de mesure de la distance et de positionnement . 4
4.6 Dispositifs de protection . 4
5 Procédure d'une campagne d’acquisition . 5
5.1 Généralités . 5
5.2 Préparation . 6
5.2.1 Étude documentaire préalable . 6
5.2.2 Conception du réseau . 6
5.3 Acquisition sur le terrain . 6
5.3.1 Test en grappe . 6
5.3.2 Mise en place des capteurs . 7
5.3.3 Enregistrement . 8
5.4 Organisation de la base des données, après l'acquisition terrain . 8
5.4.1 Contrôle qualité des enregistrements du bruit de fond sismique . 8
5.4.2 Stockage des données . 8
6 Analyse des données . 8
6.1 Organisation des données après l'observation sur le terrain . 8
6.2 Analyse de la vitesse de phase . 9
6.3 Analyse par inversion du profil de vitesse de l'onde S . 10
6.4 Incertitude sur la vitesse de phase et le profil de vitesse de l'onde S . 10
7 Rapport .11
7.1 Généralité . 11
7.2 Rapport de terrain . 11
7.3 Rapport d'analyse . 13
Annexe A (informative) Exemple de représentation schématique d’une mesure de bruit de
fond sismique en réseau .15
Annexe B (informative) Exemple d'enregistrements de bruit de fond sismique et de
résultats d'analyse .16
Annexe C (normative) Conception du réseau .18
Annexe D (informative) Caractéristiques de fréquence des capteurs dans le test en grappe .21
Annexe E (informative) Exemples d'enregistrements de bruit de fond sismique de bonne et
de mauvaise qualité .22
Annexe F (informative) Méthodes d'analyse de la vitesse de phase .24
Annexe G (informative) Méthode d'analyse par inversion du profil de vitesse des ondes S .31
Annexe H (informative) Incertitude .33
Bibliographie .37
iii
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L’élaboration des Normes internationales est
généralement réalisée par les comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par un sujet
pour lequel un comité technique a été créé a le droit d'être représenté dans ce comité. Des organisations
internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO, prennent également
part aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI)
sur toutes les questions de normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour
ultérieure sont décrites dans les Directives ISO/CEI, Partie 1. Il est à noter qu’on y trouve notamment
les différents critères d'approbation nécessaires pour les différents types de documents ISO. Le
présent document a été rédigé conformément aux règles éditoriales des Directives ISO/CEI, Partie 2
(www.iso.org/directives).
L'attention est attirée sur la possibilité que certains des éléments du présent document puissent faire
l'objet de droits de brevet. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne pas avoir identifié de
tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant les références aux droits de
propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de l’élaboration du document figureront
dans l'introduction et/ou sur la liste ISO des déclarations de brevet reçues (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, de la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ainsi que des informations sur l'adhésion de l'ISO
aux principes de l'Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles techniques au
commerce (OTC), voir www.iso.org/avant-propos.
Ce document a été préparé par le comité technique ISO/TC 182, Géotechnique.
Tout commentaire ou question sur ce document doit être adressé à l'organisme national de
normalisation de l'utilisateur. Une liste complète de ces organismes peut être consultée à l'adresse
www.iso.org/fr/members.html.
iv
Introduction
Ce document fournit les spécifications sur le matériel, la procédure d’acquisition et d'analyse de la
mesure du bruit de fond sismique en réseau, afin d'estimer un profil de vitesse des ondes de cisaillement.
Ce document est destiné à être utilisé par maîtres d’ouvrages (institutions publiques, telles que
des organismes nationaux et des collectivités locales, et institutions privées), les constructeurs
de bâtiments, les constructeurs de résidences, les consultants, les institutions académiques et les
institutions de recherche publiques/privées. Le livrable des mesures du bruit de fond sismique en
réseau décrit dans ce document peut être utile dans divers domaines de l'ingénierie tels que:
— l’estimation des conditions géotechniques du site pour la construction,
— l'évaluation de la stabilité des fondations,
— l’évaluation du risque de liquéfaction du sol,
— l’évaluation/prédiction des mouvements du sol lors des tremblements de terre.
La mesure du bruit de fond sismique en réseau est l'une des mesures géophysiques utilisant les ondes
de surface. Il s'agit d'une méthode d’essai non destructive décrite dans un manuel d'application des
[5]
méthodes géophysiques aux problèmes d'ingénierie et d'environnement pour estimer un profil de
vitesse des ondes S à partir des caractéristiques de dispersion des ondes de surface. La fiabilité de la
méthode a été évaluée par des tests en aveugle et des simulations numériques dans plusieurs projets
[6] [12]
internationaux , .
La mesure du bruit de fond sismique en réseau est une méthode passive utilisant les vibrations
ambiantes naturelles et anthropiques. L’énergie des vibrations ambiantes étant fortement variable
d'un site à l'autre, la méthode ne sera peut-être pas applicable sur des sites où le niveau des vibrations
ambiantes est inférieur au bruit interne des instruments de mesure. La mesure du bruit de fond sismique
en réseau exploite les vibrations verticales du sol pour estimer un profil de vitesse d'ondes S. Pour cela,
la méthode de traitement la plus couramment utilisée est basée sur l’analyse du mode fondamental
des ondes de Rayleigh. En plus du mode fondamental, l'inclusion de l’analyse des modes supérieurs
des ondes de Rayleigh améliore la fiabilité du profil de vitesse des ondes S estimé. Cependant, aucune
procédure d'identification des modes supérieurs à partir du bruit de fond sismique enregistré ne fait
consensus dans les milieux académiques. Par conséquent, l'analyse des modes supérieurs des ondes
de Rayleigh n’est pas dans le périmètre de ce document. Les ondes de Love sont un autre type d'ondes
de surface, extraites des vibrations horizontales du sol. L'utilisation conjointe des ondes de Rayleigh et
des ondes de Love améliore également la fiabilité d’un profil de vitesse en onde S. Cependant, dans la
pratique, la méthode des ondes de surface utilisant les ondes de Love est peu utilisée. Par conséquent,
la mesure et l'analyse des ondes de Love sont également hors du périmètre de ce document. Au final,
ce document décrit la mesure du bruit de fond sismique en réseau par l’enregistrement des vibrations
verticales du sol et de l'analyse du mode fondamental des ondes de Rayleigh.
Cette méthode fournit un profil vertical de vitesse d'onde S. La plage de profondeur du profil de vitesse
de l'onde S varie en fonction de la longueur d'onde des ondes de surface observées. Le profil estimé à
l'aide des ondes de surface présente une incertitude causée par les erreurs d'estimation de la vitesse de
phase observée. Par conséquent, il est important d'inclure des informations supplémentaires provenant
de sondages [par exemple, un essai de pénétration au cône (CPT), un essai de pénétration au carottier
(SPT)], des données de forage et des informations géologiques disponibles pour réduire l'incertitude du
profil de vitesse de l'onde S en choisissant un modèle initial fiable ou une zone de recherche délimitée
dans l'analyse d'inversion. Une méthode active utilisant des sources artificielles telles qu’une masse ou
une chute de poids accélérée est également utile pour améliorer la précision de l'estimation du profil
de vitesse de l'onde S. En particulier à très faible profondeur en complétant les vitesses de phase du
profil dans les hautes fréquences. De plus, la fréquence de pic du rapport spectral des enregistrements
de bruit de fond, des composantes horizontales sur la composante verticale (H/V), est aussi utile pour
réduire l'incertitude du profil de vitesse de l'onde S estimé.
v
Indépendamment de l'incertitude du profil de vitesse estimé des ondes S, la mesure du bruit de fond en
réseau présente un avantage notable en termes de temps, de coût et d'impact sur l'environnement par
rapport aux mesures en forage. Par conséquent, cette méthode devrait être largement appliquée dans
le domaine de l'évaluation de la structure du sol et des caractéristiques géotechniques d’un site, comme
décrit précédemment.
vi
NORME INTERNATIONALE ISO 24057:2022(F)
Géotechnique — Mesure du bruit de fond sismique en
réseau pour estimer un profil de vitesse des ondes de
cisaillement
1 Domaine d’application
Ce document spécifie les exigences relatives au matériel, à la procédure d’acquisition, d'analyse et au
rapport d’étude de la mesure du bruit de fond sismique en réseau, qui est l'une des méthodes d’essais
non destructives à l’aide d’un réseau de capteurs déployés à la surface du sol.
Ce document s'applique à la mesure du bruit de fond en réseau pour estimer un profil de vitesse d'onde
de cisaillement 1D. Plus particulièrement, ce document décrit la mesure du bruit de fond en réseau par
l’enregistrement des vibrations verticales du sol et de l'analyse du mode fondamental des ondes de
Rayleigh.
2 Références normatives
Aucune référence normative n’est associée à ce document.
3 Termes, définitions, symboles et termes abrégés
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse https:// www .electropedia .org/
3.1 Termes et définitions
3.1.1
amplificateur
dispositif qui amplifie des signaux détectés par un capteur
3.1.2
mesure du bruit de fond sismique en réseau
enregistrements simultanés des vibrations constituant le bruit de fond sismique par un ensemble de
capteurs et une analyse des données
3.1.3
taille du réseau
distance entre deux capteurs dans le réseau
Note 1 à l'article: Dans le cas d’un réseau circulaire, la taille de réseau est exprimée comme le rayon du réseau.
3.1.4
enregistreur de données
dispositif enregistrant les sorties d'un capteur et l'horloge d'un récepteur du système global de
navigation par satellite (GNSS)
3.1.5
courbe de dispersion
vitesse de phase des ondes de surface en fonction de la fréquence
3.1.6
test en grappe
enregistrements simultanés par tous les capteurs des mesures du bruit de fond sismique en réseau,
placés le plus près possible les uns des autres, afin de confirmer la cohérence des caractéristiques de
fréquence des capteurs
Note 1 à l'article: En général, la cohérence entre les capteurs est évaluée en termes de cohérence, de différence de
phase et de spectre de puissance dans la gamme de fréquences d'intérêt.
3.1.7
bruit de fond sismique
vibration de faible amplitude du sol générée par des activités humaines ou des phénomènes naturels.
Note 1 à l'article: Les activités humaines ont des périodes dominantes inférieures à une seconde (fréquence
supérieure à 1 Hz). Les phénomènes naturels, tels que les conditions climatiques et océaniques, ont des périodes
dominantes supérieures à une seconde (fréquence inférieure à 1 Hz).
3.1.8
opérateur
personne qualifiée qui effectue la mesure du bruit de fond sismique en réseau
3.1.9
vitesse de phase
vitesse d'une onde sismique à une fréquence unique se déplaçant dans le sous-sol.
3.1.10
capteur
instrument capable de mesurer les vibrations
Note 1 à l'article: Différents types de capteurs, notamment des accéléromètres et des vélocimètres, sont utilisés
en fonction de la gamme de fréquences à laquelle on s'intéresse.
3.1.11
rapport signal/bruit
SNR
rapport entre le niveau d'un signal et le niveau d'un bruit
Note 1 à l'article: Le signal est ce qui est analysé, et le bruit est ce qui pollue, comme le bruit propre instrumental
du capteur, les actions météorologiques sur le capteur et les vibrations causées par un mauvais couplage avec le
sol.
3.1.12
onde de surface
onde sismique qui se déplace le long de la surface du sol.
Note 1 à l'article: L'onde de surface présente des caractéristiques dispersives: la vitesse de phase change en
fonction de la fréquence. Il existe deux types d'ondes de surface: l'onde de Rayleigh et l'onde de Love.
3.1.13
Vitesse de l'onde S
vitesse de l'onde de cisaillement
vitesse réelle à laquelle l'onde S d'une onde sismique se déplace dans le matériau du sol
Note 1 à l'article: La vitesse de l'onde S est liée au module de cisaillement et à la densité du sol.
3.2 Symboles et termes abrégés
Symbole Nom Unité
U Déplacement m
V Vitesse m/s
A Accélération m/s
r Rayon du réseau circulaire m
x Ouverture entre deux capteurs m
SNR Rapport signal sur bruit -
NS Bruit sur Signal -
c Vitesse de phase m/s
Vp Vitesse de l'onde P m/s
Vs Vitesse de l'onde S m/s
DEN Densité kg/m
h Épaisseur de la couche m
λ Longueur d'onde m
ρ Cohérence -
f Fréquence Hz
PSD Densité spectrale de puissance dB
4 Équipement
4.1 Général
Pour effectuer une mesure de bruit de fond en réseau, un équipement composé de plusieurs dispositifs,
comme indiqué à la Figure 1, est généralement nécessaire Cet équipement doit satisfaire aux critères de
performance détaillés dans les sections 4.2 à 4.6.
Clé
1 capteur 4 enregistreur de données
2 équipement d'étalonnage du temps 5 dispositif de protection
3 instruments de mesure de la distance et de
positionnement
Figure 1 — Exemples de dispositifs pour une mesure de bruit de fond en réseau
4.2 Capteur
Un capteur de sensibilité élevée doit être utilisé, permettant de mesurer le bruit de fond dans la plage
de fréquences d’intérêt, qui correspond à la profondeur du profil de vitesse de l'onde de cisaillement
devant être étudiée. Le capteur doit être installé horizontalement à l'aide d'un niveau. Le niveau de bruit
de l'instrument devrait être inférieur au niveau de l'amplitude visé du spectre de puissance, calculé à
partir des enregistrements de bruit de fond à chaque fréquence.
Pour la mesure du bruit de fond sismique en réseau, il convient d'utiliser le même type de capteurs qui
ont des caractéristiques similaires dans la gamme de fréquences concernée.
4.3 Dispositif pour le calage temporel
L'horloge de tous les enregistreurs de données doit être synchrone pendant la mesure du bruit de fond
sismique en réseau, et l'étalonnage de l'heure entre les enregistreurs de données est nécessaire. La
synchronisation précise du temps doit être effectuée à l'aide de dispositifs appropriés tels que l'horloge
du GNSS. Sinon, tous les capteurs doivent être connectés à un enregistreur de données par des câbles
pour garantir la synchronisation de l'heure.
4.4 Enregistreur de données
Il convient qu’un enregistreur de données soit équipé d'un amplificateur interne ou externe capable
d'amplifier un signal analogique faible dans le cas où le niveau de bruit instrumental est proche du
niveau d'amplitude cible et où le rapport signal/bruit (SNR) est faible.
Un enregistreur de données doit convertir le signal analogique d'un capteur en valeur numérique à
l'aide d'un filtre approprié à haute linéarité et le stocker sous forme numérique. La résolution de la
conversion doit être de 16 bits ou plus. L'enregistrement numérique stocké (par exemple, le volt) est
normalement utilisé pour transformer les propriétés physiques telles que l'accélération, la vitesse et le
déplacement [A (m/s ), V (m/s), U (m)].
4.5 Instruments de mesure de la distance et de positionnement
Les distances entre les capteurs ou le positionnement des capteurs d’un réseau de mesure du bruit
de fond doivent être mesurées à l'aide d'instruments de mesure appropriés tels qu'un mètre à ruban,
un télémètre laser et un GNSS. Les instruments de mesure de la distance et de l'emplacement doivent
être sélectionnés pour satisfaire à la précision. Les capteurs doivent être déployés aux emplacements
désignés en respectant une erreur inférieure ou égale à 5 % de la taille du réseau ou de la profondeur
[5]
d’investigation .
4.6 Dispositifs de protection
Le vent et la pluie peuvent générer des bruits indésirables, il convient d'utiliser des dispositifs de
protection comme des brise-vent et des pare-pluie, si nécessaire. Ces éléments sont également utilisés
pour assurer la sécurité de l’installation des capteurs (voir la Figure 2 à gauche).
— Brise-vent/pare-pluie.
— Poids.
Le capteur peut aussi être enterré dans le sol au lieu d'utiliser le pare-pluie (voir la Figure 2, à droite).
Clé
1 capteur 3 brise-vent et pare-pluie
2 poids 4 protection contre la pluie
Figure 2 — Exemple de dispositif de protection du capteur contre le vent et la pluie
5 Procédure d'une campagne d’acquisition
5.1 Généralités
Le paragraphe 5 décrit les exigences de base de la procédure d’une campagne d’acquisition comprenant
la préparation, l'acquisition sur le terrain et l'organisation de la base des données. La procédure
type d’une campagne d’acquisition pour la mesure de bruit de fond en réseau est illustrée à la
Figure 3. L'Annexe B présente un exemple d'enregistrements et de résultats d'analyse pour la mesure de
bruit de fond en réseau.
Figure 3 — Flux type de la procédure d'une campagne d’acquisition de bruit de fond sismique
en réseau
5.2 Préparation
5.2.1 Étude documentaire préalable
Une étude documentaire préalable doit être réalisée pour définir la campagne de mesure de bruit de
fond en réseau, au début d'un projet.
Les informations préexistantes telles que la carte géologique et les données géotechniques des forages
(cf. liste ci-après) doivent être collectées lorsqu'elles sont disponibles.
— Carte géologique.
— Descriptions géologiques.
— Données géotechniques de forages.
— Etat de la couche de surface.
— Topographie de la zone.
— Présence d’installations souterraines.
— Toute autre information disponible sur l’environnement concerné.
Le site d'acquisition doit être sélectionné de manière à obtenir des enregistrements de bruit de fond
sismique de haute qualité, en évitant, si possible, les pollutions dues à la circulation à proximité, aux
machines industrielles dans les usines, aux constructions et aux piétons.
L'opérateur doit vérifier s’il existe des conditions environnementales particulières (par exemple,
atmosphères potentiellement explosives (ATEX), risque de sécurité) afin d'adapter la campagne ou la
procédure d'installation.
Lorsque nécessaire, les demandes d'autorisation d’accès à un site doivent être préparées en amont
et soumises aux organisations responsables et aux propriétaires fonciers avant de procéder à une
campagne sur le terrain.
5.2.2 Conception du réseau
La configuration et la taille du réseau doivent être déterminées conformément à l'Annexe C en tenant
compte de la longueur d'onde cible, correspondant à la gamme de profondeur du profil de vitesse des
ondes de cisaillement à étudier dans le cadre du projet. Dans le cas où un réseau ne couvre pas la totalité
de la gamme de profondeur, de multiples réseaux imbriqués doivent être réalisés, dans la mesure du
possible dans le périmètre délimité par le réseau le plus grand. L'emplacement de chaque capteur doit
être déterminé sur une carte en respectant la configuration et de la taille définies pour le projet.
5.3 Acquisition sur le terrain
5.3.1 Test en grappe
Pour chaque site, un test en grappe doit être effectué afin de confirmer l’uniformité des caractéristiques
fréquentielles de de l'équipement de mesure, y compris de tous les capteurs et de l'enregistreur de
données, dans la gamme de fréquences ciblée sur le site juste avant de commencer la mesure du bruit
de fond sismique en réseau.
Dans le test en grappe, tous les capteurs doivent être déployés sur plusieurs mètres à l'intérieur et/ou
à proximité d'un site de mesure du bruit de fond sismique en réseau et enregistrer simultanément les
données du bruit de fond.
Le test en grappe doit être doit être effectué dans un endroit calme où il n’y a pas de sources de
perturbations fortes et dans un endroit susceptible d'être homogène et sans vide (par exemple, égout,
réservoir).
La mise en place des capteurs doit suivre la procédure décrite au point 5.3.2.
Concernant l’uniformité des caractéristiques de fréquence des différents capteurs, la cohérence des
enregistrements de bruit de fond sismique observés entre chaque paire de capteurs doit être confirmée
comme indiqué à l'Annexe D. Lorsque la cohérence entre une paire de capteurs et significativement
faible, il se peut que l’un des capteurs présente un dysfonctionnement et doive alors être remplacé.
Une fois que le test en grappe a confirmé que les spectres de puissance du bruit de fond sismique
présentent une amplitude suffisamment supérieure à celle des bruits internes, la mesure en réseau
du bruit de fond sismique doit être réalisée. Chaque fois que des capteurs ou certains paramètres
d’acquisition, tels que le gain de l’amplificateur ou la fréquence d'échantillonnage de l’enregistreur de
données, sont modifiés pour une mesure en réseau du bruit de fond, le test en grappe doit être réalisé
de nouveau et ceci à chaque changement.
5.3.2 Mise en place des capteurs
Chaque capteur doit être installé à l'emplacement préalablement défini, conformément au paragraphe
5.2.2. L'installation sur des pentes douces et une topographie légèrement irrégulière est autorisée, mais
il convient d’éviter les sites présentant des caractéristiques topographiques inhabituelles (par exemple,
fissures de surface, escarpements, dolines karstiques). Il convient de déployer les capteurs du réseau
dans des zones présentant des variations topographiques inférieures à environ 10 % des longueurs
[6]
d'onde ciblées .
Chaque capteur doit être installé en se conformant aux procédures suivantes:
— Installation des capteurs sur un sol sans beaucoup d'herbe et de racines pour assurer un bon
[11]
couplage avec le sol, par exemple en suivant les consignes du projet SESAME .
— Ajuster l’horizontalité de l’appareil en suivant le niveau à bulle.
— L'opérateur vérifie l'enregistrement en laissant tomber un poids à proximité ou en tapotant un
capteur et en vérifiant la polarité du signal.
— Lorsque des capteurs à trois composantes sont utilisés, mesurer l’azimut des capteurs et aligner les
selon la même orientation.
— Relevé des coordonnées locales/globales des localisations des capteurs à l’aide d’un instrument de
mesure de distance et de positionnement tel que décrit au paragraphe 4.5.
— Noter la distance par rapport aux sources possibles de trafic, de machines industrielles dans les
usines, de construction et de piétons.
— Prendre des photos de l'installation des capteurs et de leur environnement.
Si des perturbations locales sont inévitables, l'opérateur doit prendre une note détaillée des sources
possibles.
En cas de mauvaises conditions météorologiques, les capteurs doivent être protégés du vent et de la
pluie à l'aide des dispositifs de protection décrits au paragraphe 4.6. Les conditions climatiques durant
la mesure du bruit de fond en réseau doivent être notées. Lorsque les dispositifs de protection sont
utilisés ou que les capteurs sont enterrés dans le sol, les conditions d’installation des capteurs doivent
être consignées.
5.3.3 Enregistrement
5.3.3.1 Durée de l'enregistrement
La durée d'enregistrement doit être fixée en fonction de la longueur d'onde ciblée, qui est liée à la taille
du réseau de mesure du bruit de fond sismique. Une indication de la durée d’enregistrement en fonction
de la taille du réseau est donnée ci-après :
a) Réseau de dimension inférieure à 30 m: 30 min.
b) Réseau de dimension comprise entre 30 m à 100 m: 30 min à 1 h.
c) Réseau de dimension supérieure à 100 m: plus de 1 h à plusieurs heures.
NOTE La dimension du réseau est généralement exprimée en considérant le rayon d'un réseau circulaire.
Il convient que ces durées soient augmentées pour les environnements présentant des perturbations
transitoires, comme les centres-villes.
5.3.3.2 Fréquence d'échantillonnage
Les enregistrements du bruit de fond sismique doivent être échantillonnés à une fréquence
d'échantillonnage appropriée, en tenant compte de la fréquence de Nyquist et la bonne reproduction
des signaux numérisés. Il convient d’appliquer une fréquence d'échantillonnage de 100 Hz à 200 Hz.
5.4 Organisation de la base des données, après l'acquisition terrain
5.4.1 Contrôle qualité des enregistrements du bruit de fond sismique
Il convient que les enregistrements du bruit de fond sismique soient vérifiés grossièrement sur place
pour s'assurer qu'ils sont suffisamment stationnaires à tous les capteurs, cela, en contrôlant les formes
d'onde et/ou la DSP dans la plage des fréquences d'intérêt, en excluant les vibrations harmoniques et
les perturbations impulsionnelles dues à la circulation à proximité, aux machines industrielles dans les
usines, aux travaux de construction et aux piétons. Lorsqu'un calage temporel par GNSS est utilisé dans
les enregistrements du bruit de fond, la réception du GNSS doit être confirmée. En cas d'enregistrement
de qualité médiocre, il convient d’en déterminer les causes, comme l'échec du calage temporel par le
GNSS, des dysfonctionnements de l'équipement, des fortes perturbations à l'intérieur et autour d'un
réseau. Après avoir éliminé les causes de la mauvaise qualité des enregistrements, une nouvelle mesure
doit être effectuée. Des exemples d'enregistrements de bonne et de mauvaise qualité sont présentés à
l'Annexe E.
5.4.2 Stockage des données
Le stockage des données extraites de l'enregistreur de données vers d'autres dispositifs doit être
effectué dans un format ouvert (par exemple, ascii, csv) ou un format binaire standard (par exemple,
SEG-2, SEG-Y, SAC). Les informations sur les données sont indiquées dans le paragraphe 7.
6 Analyse des données
6.1 Organisation des données après l'observation sur le terrain
Le paragraphe 6 décrit les exigences de base pour l'analyse des données des enregistrements du bruit
de fond sismique en réseau. Cette analyse des données se compose des deux parties suivantes:
— Analyse de la vitesse de phase: processus d'estimation de la vitesse de phase des ondes de Rayleigh
à partir de la composante verticale des enregistrements du bruit de fond sismique en réseau.
— Analyse par inversion du profil de vitesse de l'onde S: processus d'inversion de la vitesse de phase
pour obtenir un profil de vitesse de l'onde S.
La Figure 4 montre un schéma du flux de l'analyse des données du bruit de fond sismique en réseau et
un exemple de résultats d'analyse des données est présenté à l'Annexe B.
NOTE Cette méthode suppose une structure stratifiée unidimensionnelle latéralement homogène, et fournit
ainsi un profil de vitesse des ondes S moyen au sein d’un réseau, même si la vitesse des ondes S présente des
variations latérales.
6.2 Analyse de la vitesse de phase
La vitesse de phase des ondes de Rayleigh à chaque fréquence doit être calculée à partir des
enregistrements du bruit de fond sismique en réseau par une méthode appropriée, comme indiqué ci-
dessous:
Clé
A configuration du tableau X1 fréquence
A1 Méthode F-K (réseau de forme irrégulière) Y1 vitesse de phase
A2 Méthode SPAC (réseau circulaire) X2 Vitesse de l'onde S
A3 Méthode CCA (centerless array) Y2 profondeur
A4 capteur V1 Vs de la 1ère couche
B analyse de la vélocité de la phase V2 Vs de la 2ème couche
C analyse d'inversion du profil de vitesse de l'onde S V3 Vs de la 3ème couche
D1 courbes de dispersion théoriques pour chaque profil Z1 vitesse de la phase observée
D2 Profil de vitesse de l'onde S Z2 ±2σ (barre d'erreur)
Figure 4 — Organigramme de l'analyse des données de la mesure du bruit de fond sismique en
réseau
— Méthode F-K (méthode du nombre d'onde de fréquence)
— Méthode SPAC (méthode d'autocorrélation spatiale)
— Méthode ESPAC (méthode d'autocorrélation spatiale étendue)
— Méthode MSPAC (méthode SPAC modifiée)
— Méthode CCA (méthode du réseau circulaire sans centre)
Chacune de ces méthodes est détaillée à l’Annexe F.
NOTE 1 La vitesse de phase des ondes de Rayleigh est généralement calculée en utilisant les composantes
verticales, tandis que la vitesse de phase des ondes de Love est calculée en utilisant les composantes horizontales.
NOTE 2 En principe, pour une structure stratifiée latéralement, les ondes de surface présentent plusieurs
modes de propagation. Parmi les différents modes que sont le mode fondamental et les modes supérieurs,
le mode fondamental concentre l’essentiel de l’énergie par comparaison aux modes supérieurs. Ainsi, le mode
maximisant l’énergie est considéré comme le mode fondamental; cependant, l’énergie des modes supérieurs n’est
pas négligeable dans certains cas, et l'analyse des données avec l'hypothèse du mode fondamental entraîne un
certain biais par rapport au profil de vitesse des ondes S réel.
L'opérateur doit identifier si la vitesse de la phase pointée peut correspondre à des modes supérieurs.
6.3 Analyse par inversion du profil de vitesse de l'onde S
Un profil de vitesse de l'onde S doit être estimé à partir des vitesses de phase observées par une analyse
par inversion. Dans l'analyse par inversion, on suppose une structure stratifiée horizontalement,
et chaque strate est caractérisée par les quatre paramètres ci-dessous, qui influencent les ondes de
Rayleigh:
— Vitesse de l'onde (Vs)
— Épaisseur (h)
— Vitesse de l'onde P (Vp)
— Densité (DEN)
Puisque la vitesse des ondes S et l'épaisseur des couches sont des paramètres qui influencent le plus
les caractéristiques de la courbe de dispersion, ils sont traités comme des variables inconnues dans
l'analyse par inversion. Lorsque l'épaisseur de chaque couche est connue, sur la base des informations
de l'étude documentaire préalable du paragraphe 5.2.1, seule la vitesse de l'onde S de chaque couche est
traitée comme une variable dans l'analyse par inversion. La vitesse des ondes P et la masse volumique
sont essentiellement supposées à partir d’une relation empirique avec la vitesse des ondes S ou en
prenant des valeurs fixes. La profondeur de la nappe phréatique souterraine aide à définir la vitesse des
ondes P sous la nappe phréatique, car elle régit la vitesse des ondes P des sédiments mous.
Les détails de l'analyse par inversion sont décrits à l'Annexe G.
6.4 Incertitude sur la vitesse de phase et le profil de vitesse de l'onde S
Il convient d’évaluer l’incertitude des résultats suivants.
— Vitesse de phase observée.
— Profil de vitesse calculé de l'onde S.
Dans le calcul du profil de vitesse de l'onde S par la mesure du bruit de fond sismique en réseau, les
incertitudes proviennent de l'analyse de la vitesse de phase et de l'analyse par inversion. Pour la
première, les incertitudes sur la vitesse de phase observée sont dues à des erreurs de synchronisation
temporelle et de mesure de la distance, à la mauvaise qualité des données, et il en va de même pour
l’analyse des vitesses de phase. Pour la seconde, les incertitudes sont dues à la répercussion sur le profil
de vitesse des ondes S des erreurs sur les vitesses de phase observées lors de l’analyse par inversion.
De plus, le profil de vitesse des ondes S estimé à partir de la vitesse de phase observée dans l'analyse par
inversion utilisant les méthodes heuristiques telles que les méthodes du recuit simulé et de l’algorithme
génétique, ne présente pas un caractère unique. Lorsque des méthodes heuristiques sont utilisées dans
l’analyse par inversion, il convient d’évaluer la non-unicité du profil de vitesse des ondes S.
Un exemple d'incertitude de la vitesse de phase observée et du profil de vitesse de l'onde S estimé
est présenté à l'Annexe H. De même, la non-unicité du profil de vitesse de l'onde S dans l'analyse par
inversion utilisant la méthode heuristique est également présentée à l'Annexe H.
NOTE Lorsque le site présente une structure latéralement et verticalement complexe, l’incertitude estimée
fondée sur l’hypothèse d’une stratification unidimensionnelle peut ne pas être valide.
7 Rapport
7.1 Généralité
Le paragraphe 7 décrit les exigences de base relatives au rapport de terrain et à celui d'analyse, afin que
les données et les résultats soient facilement accessibles à un tiers sous une forme numérique
7.2 Rapport de terrain
Le rapport de terrain doit contenir l’ensemble des données collectées sur le terrain. Les informations
suivantes doivent être incluses pour chaque mesure de bruit de fond en réseau, si elles sont disponibles.
a) Informations générales
1) Nom du client
2) Nom du prestataire
3) Nom du projet
4) Nom du site
5) Nom de l'opérateur de terrain
6) Nom du responsable de terrain
b) Information sur l'équipement
1) Capteur
— Type de capteur (accéléromètre ou vélocimètre)
— Nombre de composants (par exemple, 3 composants, 1 composant)
— Polarité
Sensibilité [par exemple, V/(m/s ), V/(m/s)].
— Caractéristiques de fréquence
— Le fabricant, le modèle et le numéro de série du capteur, si disponible.
2) Équipement de calage temporel
— Méthode utilisée
— Le fabricant et modèle le cas échéant.
3) Enregistreur de données
— Gain de l'amplificateur (par exemple 20 dB)
— Fréquence d'échantillonnage (par exemple 100 Hz)
— Caractéristiques du filtre
— Spécification du convertisseur A/N (par ex. 16 bits, 24 bits)
— Bit le moins significatif (par exemple, μV/LSB)
— Dispositifs de stockage des enregistrements (par exemple, carte SD)
— Le fabricant, le modèle et le numéro de série de l'enregistreur de données.
— Format des données
4) Instrument de mesure de la distance et de positionnement
— Type d'instrument de mesure (par exemple, mètre à ruban, télémètre laser, GNSS).
— Incertitude des instruments de mesure
5) Dispositifs de protection
— Utilisé ou non
— Type de produits de protection (par exemple, brise-vent, pare-pluie).
— Le capteur est enterré ou non
c) Informations sur le test en grappe
1) Date et heure
2) Croquis de terrain
3) Nom du projet photos de l'installation des capteurs
4) Nom du site - conditions météorologiques
5) Lieu et coordonnées (latitude, longitude, altitude)
6) État de la surface (par exemple, le capteur est placé sur le sol/béton)
7) Azimut des capteurs lorsque des capteurs à trois composantes sont utilisés
8) Durée d'enregistrement
9) Liste des fichiers
10) Type d’enregistrements du test en grappe [format ouvert (par exemple, ascii, csv) ou format
binaire standard (par exemple, SEG-2, SEG-Y, SAC)].
11) Mise en œuvre ou absence d’une correction temporelle par le GNSS
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