TITRE DE L'INVENTION
METHODE ET ALGORITHME D'UTILISATION DES ONDES DE
SURFACE
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention a trait à une méthode et à des algorithmes de traitement des données permettant l'utilisation des ondes de surfaces. En particulier, la présente invention concerne la séparation et l'utilisation des différents modes de vibration, ainsi qu'une méthode d'inversion rapide et performante.
DESCRIPTION DE L'ART ANTÉRIEUR
L'utilisation des ondes de Rayleigh pour la caractérisation et la détermination des propriétés dynamiques des dépôts et des structures de sols a été initiée avant le début des années 50 par la German Society of Soil Mechanics et par Bergestrom et Linderholm,1946.
Les études ont mené au développement de la méthode dite de « Steady-State » basée sur une excitation à fréquence constante au moyen d'un vibrateur (Jones, R., 1958, in ln Situ Measurement of Dynamic Properties of Soil by Vibration Methods, Geotechnique, London, England, Vol.
8, P. 1; Ballard, R. F., 1964, in Determination of Soils Shear Moduli at Depth by in-situ Vibratory techniques, Miscallaneous Paper No 4-691, Waterways Experiment Station, Vicksburg, Ms, EU; Heukelom, W. et Foster, C. R., 1960, in Dynamic Tesfing of Pavement, Journal of Structural Division, ASCE, Vol.
86, NO SM-1, pp 1-28.).
Cette méthode est limitée du fait de sa lenteur d'exécution ainsi que de (imprécision due à une méthode d'inversion empirique.
La méthode SASW (« Spectral-Analysis-of-Surface-Waves ») a été
développée vers le début des années 80 à l'Université du Texas (Heisey, J. TITLE OF THE INVENTION
METHOD AND ALGORITHM OF USING WAVES
AREA
FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and algorithms for data processing allowing the use of surface waves. In in particular, the present invention relates to the separation and the use of different vibration modes, as well as a quick inversion method and performance.
DESCRIPTION OF THE PRIOR ART
The use of Rayleigh waves for characterization and determination of the dynamic properties of deposits and of soils was initiated before the early 1950s by the German Society of Soil Mechanics and by Bergestrom and Linderholm, 1946.
Studies have led to the development of the so-called "Steady-State" based on constant frequency excitation by means vibrator (Jones, R., 1958, in ln Situ Measurement of Dynamic Properties of Soil by Vibration Methods, Geotechnique, London, England, Vol.
8, P. 1; Ballard, RF, 1964, in Determination of Soils Shear Moduli at Depth by in-situ Vibratory techniques, Miscallaneous Paper No 4-691, Waterways Experiment Station, Vicksburg, Ms, EU; Heukelom, W. and Foster, CR, 1960, in Dynamic Tesfing of Pavement, Journal of Structural Division, ASCE, Vol.
86, NO SM-1, pp 1-28.).
This method is limited due to its slow execution as well as of (imprecision due to an empirical inversion method.
The SASW (“Spectral-Analysis-of-Surface-Waves”) method was developed in the early 1980s at the University of Texas (Heisey, J.
2 S. et al., 1982, in Determination of in-sifu Shear Waves Velocity from Spectral Analysis-of Surface-Waves, Thèse de maîtrise, université du Texas, Austin, EU, 300p; Nazarian, S., 1984, in In-Situ defermination of elas~c moduli of soi! deposits and pavement systems by spectral analysis-of surface-waves method, thèse de Doctorat en sciences appliquées, université du Texas, Austin, EU, 452 p.; Nazarian, S. et Stokoe, K. H., 1985, in In-sifu defermination of elastic moduli of pavement systems by spectral analysis-of surface-waves mefhod -practical aspects, Research Report 368-1 F, center for transportation Research, Université du Texas, Austin, EU, 161 p.). II
s'agit en quelque sorte d'une extension de la méthode Steady-State. Elle se distingue par sa rapidité d'exécution et par sa méthode d'inversion plus objective.
La méthode SASW est constituée de trois étapes : la collecte des données sur le terrain, l'évaluation de la courbe de dispersion (vitesse de phase en fonction de la longueur d'onde) et la transfom~ation de celle-ci en un profil en continu de la vitesse des ondes de cisaillement par un processus d'inversion.
L'essai SASW est réalisé à la surface du sol. II consiste à enregistrer les ondes de Rayleigh générées par une source d'impact, à l'aide de deux capteurs espacés d'une distance notée « Dx ». L'essai est répété pour différents espacements entre les capteurs (2 fois Dx, 4 fois DX, 8 fois Dx, 16 fois DX, etc...). D'une manière générale, les capteurs sont placés à une distance égale de part et d'autre d'un point central. La source, quant à elle, est située à une distance égale é l'espacement entre les capteurs, par rapport au capteur le plus proche.
La courbe de dispersion est déterminée d'abord par le calcul d'un spectre de puissance croisé qui définit le déphasage, en fonction de la fréquence, entre les ondes mesurées par le capteur le plus éloigné de la source et celles mesurées par le capteur le plus proche (équivalent au temps nécessaire à l'onde pour se rendre d'un point 1 à un point 2). Le spectre de 2 S. et al., 1982, in Determination of in-sifu Shear Waves Velocity from Spectral Analysis-of Surface-Waves, MA Thesis, University of Texas, Austin, EU, 300p; Nazarian, S., 1984, in In-Situ defermination of elas ~ c moduli of oneself! deposits and pavement systems by spectral analysis-of surface-waves method, doctoral thesis in applied sciences, University of Texas, Austin, EU, 452 p .; Nazarian, S. and Stokoe, KH, 1985, in In-sifu defermination of elastic moduli of pavement systems by spectral analysis-of surface-waves mefhod -practical aspects, Research Report 368-1 F, center for transportation Research, University of Texas, Austin, EU, 161 p.). II
is sort of an extension of the Steady-State method. She is distinguished by its speed of execution and by its method of inversion more objective.
The SASW method consists of three stages: the collection of field data, evaluation of the dispersion curve (speed of phase as a function of the wavelength) and the conversion thereof a continuous profile of the speed of shear waves by a process inversion.
The SASW test is carried out on the ground surface. It consists in recording Rayleigh waves generated by an impact source, using two sensors spaced by a distance denoted “Dx”. The test is repeated for different spacings between the sensors (2 times Dx, 4 times DX, 8 times Dx, 16 times DX, etc ...). Generally, the sensors are placed at a equal distance on either side of a central point. The source, meanwhile, is located at a distance equal to the spacing between the sensors, relative to the nearest sensor.
The dispersion curve is determined first by calculating a crossed power spectrum which defines the phase shift, as a function of the frequency, between the waves measured by the sensor furthest from the source and those measured by the nearest sensor (equivalent to time necessary for the wave to get from point 1 to point 2). The spectrum of
3 puissance croisé doit ensuite être déroulé afrn de déterminer le déphasage réel. Connaissant la distance entre les capteurs, la courbe de dispersion (vitesse des ondes de cisaillement en fonction de la longueur d'onde) est ainsi déterminée pour chacun de ces espacements.
Dans la méthode SASW, seules les ondes ayant des longueurs comprises entre 1/2 fois et trois fois l'espacement entre les capteurs sont prises en compte. Les ondes de longueurs inférieures à 1/2 fois (espacement entre les capteurs, de méme que celles supérieures à trois fois (espacement entre les capteurs, sont donc négligées (Heisey, 1982). La courbe de dispersion totale, qui correspond à la moyenne des courbes de dispersion déterminées pour les différents espacements, est ensuite inversée afin de déterminer le profil de vitesse des ondes de cisaillement en fonction de la profondeur. Dans la méthode SASW, cette courbe est représentative du mode fondamental des ondes de Rayleigh seulement.
Pour inverser une courbe de dispersion, le milieu est représenté par un ensemble de N couches et à chacune sont attribués une épaisseur, un coefficient de Poisson, une densité et une vitesse des ondes de cisaillement.
Une courbe de dispersion théorique correspondant à ce milieu est ensuite déterminée et comparée avec celle obtenue sur le terrain. Si les deux courbes, théorique et expérimentale, coïncident, le profil considéré
correspond à la solution recherchée. Dans le cas contraire, les vitesses attribuées à l'ensemble des N couches sont ajustées jusqu'à ce qu'il y ait convergence entre la courbe de dispersion théorique et celle obtenue sur le terrain.
A la fln des années 90, une autre méthode, dite MASW ("Multichannel Analysis of Surface Waves") a été développée par le Kansas Geological Survey. Cette méthode consiste à mesurer à (aide d'un nombre de capteurs compris entre 20 et 64, les ondes générées à l'aide d'une source d'impact ou à (aide d'un vibrateur (fréquence constante) (Park et al., 1999, in Mutlichannel analysis of surface waves, Geophysics, Vol. 64, N. 3, pp800-808 ; Xia et al., 3 cross power must then be unwound to determine the phase shift real. Knowing the distance between the sensors, the dispersion curve (speed of shear waves as a function of wavelength) is thus determined for each of these spacings.
In the SASW method, only waves with lengths between 1/2 and three times the spacing between the sensors are taken into account. Waves of length less than 1/2 times (spacing between the sensors, as well as those greater than three times (spacing between the sensors are therefore neglected (Heisey, 1982). The curve of total dispersion, which corresponds to the average of the dispersion curves determined for the different spacings, is then inverted in order to determine the speed profile of shear waves as a function of the depth. In the SASW method, this curve is representative of the fundamental mode of Rayleigh waves only.
To invert a dispersion curve, the medium is represented by a set of N layers and each is assigned a thickness, a Poisson's ratio, density and speed of shear waves.
A theoretical dispersion curve corresponding to this medium is then determined and compared with that obtained in the field. If both curves, theoretical and experimental, coincide, the profile considered corresponds to the solution sought. Otherwise, the speeds assigned to all N layers are adjusted until there is convergence between the theoretical dispersion curve and that obtained on the ground.
At the end of the 90s, another method, called MASW ("Multichannel Analysis of Surface Waves ") was developed by Kansas Geological Survey. This method consists of measuring with (using a number of sensors between 20 and 64, the waves generated using an impact source or at (using a vibrator (constant frequency) (Park et al., 1999, in Mutlichannel analysis of surface waves, Geophysics, Vol. 64, N. 3, pp800-808; Xia et al.,
4 1999, in Esfimafion of near surface shear wave velocity by inversion of Rayleigh waves, Geophysics" Vol. 64, N. 3, pp691-700; etc...).
La configuration dite de CMP («common-mid-point »), utilisée à
l'origine dans la méthode SASW, qui consiste à placer la source à une distance égale à l'espacement entre le premier et le dernier capteur, est utilisée dans cette méthode. L'espacement entre les capteurs est défini en fonction de la nature du milieu étudié et de la profondeur recherchée. Le profil de vitesse déterminée à l'aide de la configuration CMP représente ainsi le milieu situé en dessous du point central de la série de capteurs. Park, 1999 indique qu'il est préférable d'utiliser une source d'énergie constante. Ainsi pour déterminer une courbe de dispersion (vitesse de phase en fonction de la fréquence ou de la longueur d'onde), il est nécessaire d'effectuer une série d'essais dans lesquels la série de capteurs est excitée à différentes fréquences.
L'analyse des données dans cette méthode consiste à mesurer le degré de cohérence entre les signaux : (1 ) filtrés sur des bandes de fréquences données dans le cas où les essais sont réalisés à l'aide d'une source d'impact ou (2) mesurés directement en utilisant une source d'énergie constante (vibrateur). La courbe de dispersion (vitesse de phase en fonction de la fréquence ou de la longueur d'onde) est détemninée par l'évaluation de la pente (linéaire) de chaque série de signaux obtenue pour une même fréquence.
Cette technique largement utilisée en géophysique (méthode down-hole, sismique réflexion, etc...) et connue depuis longtemps (Griffithst, D.
H.
et King, R. F., 1965, in Applied Geophysics for engineers and geologists, Pergamon press, New york, pp, 223.) permet, dans ce cas, de déterminer la vitesse de phase de l'onde ou du mode cohérent (dominant), qui correspond au mode fondamental des ondes de Rayleigh selon l'hypothèse de (a méthode, et d'éliminer ou de négliger par le fait méme tous tes autres modes ou types d'ondes.
En effet, la méthode MASW est basée sur l'hypothèse d'une configuration optimale pour la génération du mode fondamental des ondes de Rayleigh dominant et une énergie faible des modes supérieurs et des autres types d'ondes (cisaillement et compression). Ainsi, les énergies des autres 4 1999, in Esfimafion of near surface shear wave velocity by inversion of Rayleigh waves, Geophysics "Vol. 64, N. 3, pp691-700; etc ...).
The so-called CMP (“common-mid-point”) configuration, used at origin in the SASW method, which involves placing the source at a distance equal to the spacing between the first and the last sensor, is used in this method. The spacing between the sensors is defined in depending on the nature of the environment studied and the depth sought. The profile speed determined using the CMP configuration thus represents the middle located below the center point of the sensor series. Park, 1999 indicates that it is best to use a constant energy source. So to determine a dispersion curve (phase velocity as a function of frequency or wavelength), it is necessary to perform a series of tests in which the series of sensors is excited at different frequencies.
Data analysis in this method involves measuring the degree of coherence between the signals: (1) filtered on bands of frequencies given in the case where the tests are carried out using a impact source or (2) measured directly using an energy source constant (vibrator). The dispersion curve (phase speed as a function frequency or wavelength) is compensated by the evaluation of the (linear) slope of each series of signals obtained for the same frequency.
This technique widely used in geophysics (down-hole, seismic reflection, etc ...) and known for a long time (Griffithst, D.
H.
and King, RF, 1965, in Applied Geophysics for engineers and geologists, Pergamon press, New york, pp, 223.) allows, in this case, to determine the phase speed of the coherent (dominant) wave or mode, which corresponds to the fundamental mode of Rayleigh waves according to the hypothesis of (a method, and thereby eliminate or neglect all of your other modes or types of waves.
Indeed, the MASW method is based on the hypothesis of a optimal configuration for the generation of the fundamental wave mode of Rayleigh dominant and weak energy of higher modes and others wave types (shear and compression). So the energies of others
5 types d'onde et des modes supérieurs sont considérées comme étant du bruit.
La détermination du profil de vitesse des ondes de cisaillement, dite «processus d'inversion », est réalisée de la même manière que dans la méthode SASW, c'est-à-dire par la comparaison de la courbe de dispersion expérimentale à une courbe de dispersion théorique correspondant à un milieu défini par un certain nombre de couches auxquelles sont attribués une épaisseur, une vitesse, une densité et un coefficient de Poisson.
OBJETS DE L'INVENTION
Un objet de la présente invention est donc de présenter une méthode d'analyse modale dans le but de remédier à certaines limitations des méthodes précédentes, telles que celles décrites plus haut, basées sur les ondes de Rayleigh. Cette nouvelle méthode est désignée sous l'acronyme SWIP («Surface Wave Intelligent Profiling »).
Un autre objet de la présente invention est de proposer un algorithme permettant la mise en oeuvre de cette méthode.
D'autres objets et caractéristiques de la présente invention apparaîtront dans la description qui suit, relative à un mode de réalisation préférentiel, non limitatif et illustré par les figures annexées qui représentent schématiquement BR~VE DESCRIPTION DES FIGURES
La Figure 1 représente sous forme schématique les étapes de la méthode selon un mode de réalisation possible de la présente invention. 5 wave types and higher modes are considered to be noise.
The determination of the speed profile of shear waves, called "Reversal process" is carried out in the same way as in the SASW method, i.e. by comparing the dispersion curve experimental to a theoretical dispersion curve corresponding to a medium defined by a certain number of layers to which are assigned a thickness, speed, density and Poisson's ratio.
OBJECTS OF THE INVENTION
An object of the present invention is therefore to present a method modal analysis in order to remedy certain limitations of previous methods, such as those described above, based on Rayleigh waves. This new method is known by the acronym SWIP (“Surface Wave Intelligent Profiling”).
Another object of the present invention is to propose an algorithm allowing the implementation of this method.
Other objects and features of the present invention will appear in the description which follows, relating to an embodiment preferential, nonlimiting and illustrated by the appended figures which represent schematically BR ~ VE DESCRIPTION OF THE FIGURES
Figure 1 shows in schematic form the steps of the method according to a possible embodiment of the present invention.
6 DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
De façon générale, il est présenté une méthode et un algorithme permettant de résoudre certains problèmes rencontrés dans les méthodes antérieures, reliés notamment à la détermination des modes de dispersion pour les différents modes des ondes de Rayleigh de signaux enregistrés sur le terrain.
De façon plus précise, la méthode selon la présente invention ne pose aucune hypothése à priori quant à l'importance des différents modes qui contribuent aux signaux enregistrés sur le terrain. Elle consiste à déterminer les différents modes des ondes de Rayleigh afin de les utiliser pour mieux caractériser le milieu examiné.
Un mode spécifique de réalisation de la présente invention sera maintenant décrit à titre purement indicatif.
La méthode consiste à générer des ondes de surface à l'aide d'une source d'impact, et à la détecter à l'aide de capteurs, placés à un ou à
plusieurs intervalles de distance, définis en fonction de la profondeur sur laquelle s'effectue le test ainsi que de la nature du terrain étudié. Ainsi, Les capteurs seront d'autant plus distants que la profondeur à étudier est importante par exemple. En outre, la distance entre capteurs est ajustée en fonction de l'atténuation caractérisant le milieu à étudier.
Le nombre de capteurs utilisés est un compromis entre le coGt encouru et la sensibilité de détection désirée. Un plus grand nombre de capteurs permet une plus grande précision des mesures. Néanmoins, il est envisageable d'utiliser un nombre limité de capteurs, et de les utiliser successivement à différentes positions avec une même excitation, de façon à obtenir un nombre de signaux suffisant à l'analyse. Par exemple, il est possible, à l'aide de 4 capteurs, de détecter 16 signaux, en quatre étapes successives, sachant que, bien sir, la précision risque d'être moindre que dans le cas ou 16 capteurs sont utilisés. 6 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In general, a method and an algorithm are presented to solve some problems encountered in the methods previous, related in particular to the determination of the modes of dispersion for the different modes of Rayleigh waves of signals recorded on field.
More precisely, the method according to the present invention does not pose no a priori hypothesis as to the importance of the different modes which contribute to signals recorded in the field. It consists in determining the different modes of Rayleigh waves in order to use them for better characterize the environment examined.
A specific embodiment of the present invention will be now described for information only.
The method consists in generating surface waves using a source of impact, and to detect it using sensors, placed at one or several distance intervals, defined as a function of the depth over which is carried out the test as well as the nature of the ground studied. So, The the more distant the sensors to be studied important for example. In addition, the distance between sensors is adjusted by function of the attenuation characterizing the medium to be studied.
The number of sensors used is a compromise between the cost incurred and the desired detection sensitivity. A greater number of sensors allow greater measurement accuracy. Nevertheless, it is possible to use a limited number of sensors, and to use them successively at different positions with the same excitation, so to obtain a sufficient number of signals for analysis. For example, it is possible, using 4 sensors, to detect 16 signals, in four steps successive, knowing that, of course, the accuracy may be less than in the case where 16 sensors are used.
7 Contrairement à la méthode SASW, dans laquelle l'analyse se fait via un calcul de déphasage (inter-corrélation) entre les différents signaux, et à
la méthode MASW, dans laquelle l'analyse passe par un calcul de cohérence entre les différents signaux, la présente méthode analyse les signaux collectés dans le plan fréquence-nombre d'onde (appelé aussi plan temps-espace), de façon à déterminer un spectre d'énergie des signaux dans ces deux domaines. Cette procédure nécessite de déclencher l'enregistrement des signaux dès le moment de l'impact.
Le nombre fini de capteurs utilisés ne permettant pas d'obtenir un schéma précis de la distribution d'énergie des différents modes des ondes de Rayleigh dans le plan fréquence-nombre d'onde, le spectre est déterminé
pour des parties de signaux correspondant à une certaine vitesse de propagation de l'énergie (dite vitesse de groupe). Ainsi, une onde qui, par exemple, se propage à une vitesse se groupe notée U, atteint le premier capteur à un temps, dit temps de groupe, noté t~, et atteint le capteur x à un temps de groupe tX égal à la distance entre la source et le capteur x divisée par la vitesse de propagation U. L'analyse des parties de signaux autour d'un temps de groupe t~ permet d'éliminer toutes les ondes de même fréquence mais de vitesses de groupe différentes (appartenant à d'autres modes des ondes de Rayleigh ou à d'autres groupes d'ondes).
Ce genre d'analyse est effectué pour chacune des fréquences, et pour une plage de vitesses de groupe et de vitesses de phase préderminée. Pour chacune des fréquences, un schéma de la distribution d'énergie est ainsi obtenu dans le plan temps de phase - temps de groupe, ce qui permet d'identifier facilement les différentes énergies des modes et des ondes mesurés sur le terrain, et de déterminer les courbes de dispersion des différents modes des ondes de Rayleigh.
II est à noter que le traitement des signaux se fait de manière adaptative à l'aide d'une procédure de filtrage qui permet d'ajuster la résolution à la fréquence d'analyse et qui peut être assimilée à une analyse par ondelettes.
L'inversion, c'est-à-dire la détermination du profil de vitesse des ondes de cisaillement, se fait à partir des courbes de dispersion d'au moins deux modes des ondes de Rayleigh.
De plus, la technique d'inversion proposée dans la présente invention est basée sur la comparaison des courbes de dispersion expérimentale et théorique respectivement, en terme de différence ainsi qu'en terme de forme, et permet une inversion plus rapide et une meilleure exploitation des courbes de dispersion expérimentales.
II apparaîtra clairement à l'homme du métier que la méthode SWIP
proposée dans la présente invention se distingue des méthodes telles que SASW et MASW notamment, par le fait qu'aucune hypothèse n'est formulée au départ quant à la dominance du mode fondamental des ondes de Rayleigh. Au contraire, la présente méthode aborde le problème dans son ensemble en identifiant, dans un premier temps, les différents modes des ondes de Rayleigh, et en reconstituant, dans un second temps, le milieu qui correspond à l'ensemble de ces modes.
Ainsi, contrairement aux méthodes existantes, la méthode SWIP, selon un mode de réalisation de la présente invention, permet non seulement une identification sans ambiguïté des différentes composantes du terrain (puisqu'il peut arriver qu'un mode supérieur domine sur une certaine plage de fréquences), mais aussi l'évaluation d'un profil de coefficient de Poisson en plus d'un profil de vitesse des ondes de cisaillement VS.
De fait, une fois les modes de Rayleigh séparés de façon à définir la courbe de dispersion du mode fondamental et, au moins, du premier mode supérieur, l'utilisation de ces deux courbes de dispersion dans le processus d'inversion conduit à une solution unique car il n'existe qu'un seul profil de vitesse d'onde de cisaillement et qu'un seul profil de coeft'icient de Poisson qui satisfont simultanément les deux courbes de dispersion.
Ainsi, la connaissance du profil de vitesse des ondes de cisaillement VS, et du profil de coefficient de Poisson, obtenus à l'aide de la méme méthode, permet une caractérisation complète du terrain d'un point de vue élastique.
II est évident, pour la personne du métier, que les restrictions imposées par des méthodes comme la SASW, telles que des critères de sélection des longueurs d'onde et des contraintes sur la configuration expérimentale portant notamment sur l'espacement entre les capteurs et la source, sont évitées dans la méthode selon la présente invention, puisque les différents modes de Rayleigh sont identifiés et séparés. Par exemple, tous les capteurs peuvent être excités en même temps dans la présente méthode, ce qui rend d'autant plus rapide l'étude du terrain.
Sur le plan technique, les différentes étapes de la méthode selon la présente invention sont réalisées au moyen d'algorithmes originaux. En particulier, comme évoqué précédemment, le processus d'inversion est basé
sur la comparaison des courbes de dispersion calculée et expérimentale, non seulement en termes de différence de vitesse de phase, mais également en terme de forme de la courbe de dispersion.
Ce processus d'inversion selon la présente invention est complètement automatisé gréce à un algorithme désigné sous l'acronyme INVSS. L'utilisation de critères de forme permet une convergence très rapide du processus. Le traitement des signaux enregistrés sur le terrain pour la détermination des différents modes de l'onde de Rayleigh est automatisé à
l'aide d'un algorithme compatible avec INVSS.
La méthode innove également en utilisant la vitesse de groupe qui correspond à la propagation du train d'onde ou de l'énergie et qui est très utile pour l'identification et la vérification (cohérence) des différents types d'ondes.
De plus, la méthode SWIP de la présente invention permet d'établir un standard par la disposition d'un nombre défini de 16 capteurs à des 5 espacements établis selon l'étude envisagée.
II va de soi que la présente invention fut décrite à titre purement indicatif et qu'elle peut recevoir plusieurs autres aménagements et variantes sans pour autant dépasser le cadre de la présente invention tel que délimité
par les revendications qui suivent. 7 Unlike the SASW method, in which the analysis is done via a phase shift (inter-correlation) calculation between the different signals, and the MASW method, in which the analysis involves a consistency calculation between the different signals, this method analyzes the signals collected in the frequency-wave number plane (also called time plane-space), so as to determine an energy spectrum of the signals in these two areas. This procedure requires triggering the recording signals from the moment of impact.
The finite number of sensors used does not allow obtaining a precise diagram of the energy distribution of the different wave modes of Rayleigh in the frequency-wave number plane, the spectrum is determined for parts of signals corresponding to a certain speed of propagation of energy (called group speed). So a wave which, by example, propagates at a group speed noted U, reaches the first sensor at a time, called group time, noted t ~, and reaches sensor x at a group time tX equal to the distance between the source and the sensor x divided by the propagation speed U. Analysis of the parts of signals around a group time t ~ eliminates all waves of the same frequency but of different group speeds (belonging to other modes of Rayleigh waves or other wave groups).
This kind of analysis is carried out for each frequency, and for a range of group speeds and predetermined phase speeds. For each frequency, a diagram of the energy distribution is thus obtained in the phase time - group time plan, which allows easily identify the different energies of modes and waves measured in the field, and to determine the dispersion curves of the different modes of Rayleigh waves.
It should be noted that the processing of the signals is done so adaptive using a filtering procedure that adjusts the resolution at the frequency of analysis and which can be assimilated to an analysis by wavelets.
The inversion, i.e. the determination of the wave velocity profile shear, is made from dispersion curves of at least two Rayleigh wave modes.
In addition, the inversion technique proposed in the present invention is based on the comparison of the experimental dispersion curves and theoretical respectively, in terms of difference as well as in terms of form, and allows faster inversion and better exploitation of curves of experimental dispersion.
It will be clear to those skilled in the art that the SWIP method proposed in the present invention differs from methods such as SASW and MASW in particular, by the fact that no hypothesis is formulated at the beginning as for the dominance of the fundamental mode of the waves of Rayleigh. On the contrary, the present method addresses the problem in its together by first identifying the different modes of Rayleigh waves, and by reconstituting, in a second time, the medium which corresponds to all of these modes.
So, unlike existing methods, the SWIP method, according to an embodiment of the present invention, not only allows unambiguous identification of the different components of the terrain (since it may happen that a higher mode dominates over a certain range of frequencies), but also the evaluation of a Poisson coefficient profile in more than one shear wave velocity profile VS.
In fact, once the Rayleigh modes are separated so as to define the dispersion curve of the fundamental mode and, at least, of the first mode higher, the use of these two dispersion curves in the process inversion leads to a single solution because there is only one profile of shear wave velocity and only one Poisson's coefficient profile which simultaneously satisfy the two dispersion curves.
Knowledge of the speed profile of shear waves VS, and the Poisson coefficient profile, obtained using the same method, allows a complete characterization of the terrain from a point of view elastic.
It is obvious to the person skilled in the art that the restrictions imposed by methods like SASW, such as selection of wavelengths and constraints on the configuration including the spacing between the sensors and the source, are avoided in the method according to the present invention, since the different Rayleigh modes are identified and separated. For example, all sensors can be excited at the same time in this method, this which makes studying the ground all the more rapid.
On the technical level, the different stages of the method according to the present invention are carried out by means of original algorithms. In particular, as mentioned above, the inversion process is based on the comparison of the calculated and experimental dispersion curves, not only in terms of phase speed difference, but also in form term of the dispersion curve.
This inversion process according to the present invention is completely automated thanks to an algorithm designated by the acronym INVSS. The use of form criteria allows very fast convergence of the process. Processing of signals recorded in the field for the determination of the different modes of the Rayleigh wave is automated at using an algorithm compatible with INVSS.
The method also innovates by using group speed which corresponds to the propagation of the wave train or energy and that is very useful for the identification and verification (consistency) of the different Types wave.
In addition, the SWIP method of the present invention makes it possible to establish a standard by the provision of a defined number of 16 sensors to 5 spacings established according to the study envisaged.
It goes without saying that the present invention was purely described indicative and that it can accommodate several other arrangements and variants without going beyond the scope of the present invention as defined by the claims which follow.