ARGONET, un réseau accélérométrique prêt à fonctionner en Grèce.

Photo 1 : Forage carotté profond sur le site d'Argostoli, Céphalonie (Grèce) - Juin 2015 — Photo 1 : Forage carotté profond sur le site d’Argostoli, Céphalonie (Grèce) – Juin 2015

Forage et installation des capteurs sur le site d’Argostoli

Après avoir été testés (cf. article précédent), les capteurs sismiques ont rejoint leur site d’installation à Argostoli, Céphalonie (Grèce) début juillet. Quatre forages ont été réalisés pour placer ces accéléromètres à différentes profondeurs et effectuer des mesures de mouvements sismiques. Le but du réseau ARGONET : valider les modèles non linéaires 2D à partir d’un site bien contraint pour le volet 2 « Effets de site et SSI » du projet SINAPS@.

Retour sur la campagne d’installation et ses objectifs.

La réalisation des forages

La première étape consistait à réaliser le « log géologique », c’est-à-dire déterminer les types de matériaux, sols ou roches traversés et leur état d’altération en fonction de la profondeur. Pour cela, un forage carotté profond a été réalisé (Photo 1) avec l’objectif d’atteindre le rocher sain autrement dit sans altération. Estimé de 60 à 100m, le forage a été arrêté à 84,5m de profondeur dans des formations marno-calcaires assez fracturées (Photo 2). Le rocher sain a été atteint à partir de 70 m de profondeur depuis la surface, cependant le sommet du Crétacé (calcaire massif) espéré initialement se trouve au-delà de 84,5 m.

Photo 2: Carottes extraites du forage profond : de 80.5 à 84.5m

A partir de ce log, les sismologues ont fixé la profondeur à laquelle les capteurs seraient installés en fonction des formations géologiques ciblées. Ainsi, les accéléromètres seront placés à 15,5m, 41 et 83,5m et non, comme initialement envisagé, à 20, 40 et 60m de profondeur. Avec l’analyse des matériaux rencontrés, un forage destructif supplémentaire a par ailleurs été réalisé à 6m de profondeur pour y placer un nouveau capteur dans la formation la moins rigide.

Seconde étape : creuser et équiper les 3 forages accueillant les capteurs. Après trois semaines de dur labeur, les forages étaient prêts à recevoir les dispositifs de mesures.

Investigations géophysiques : mesures cross-hole et down-hole

Avant l’installation des accéléromètres testés sur la table vibrante AZALEE, des essais « cross-hole » et « down-hole » ont été effectués afin de déterminer, en fonction de la profondeur, les vitesses sismiques et les paramètres géodynamiques du sol (Module d’Young E, module de cisaillement G et Coefficient de Poisson ν).

Ces essais consistent à mesurer les temps de propagation des ondes P et des ondes S à différentes profondeurs. Les essais « Cross-hole » mesurent des vitesses « horizontales » entre 2 forages : la sonde émettrice est placée à la même profondeur que la sonde réceptrice et les mesures sont faites tous les 2m. Sur le site, les mesures ont été faites entre les forages de 84,5m et 40,1m afin d’obtenir un profil de vitesse sur les 40 premiers mètres de profondeur. Les essais cross-hole permettent d’associer les vitesses à chaque couche géologique traversée. Pour les essais down-hole, la sonde émettrice reste en surface tandis que la sonde réceptrice change de profondeur. Effectués sur le forage profond, ces enregistrements donnent accès au profil de vitesse jusqu’à 83,5m avec un pas de 2m.

Figure 1 : Principe des essais Cross-hole et Down

Source: Professor Paul W. Mayne, School of Civil and Environmental Engineering in Georgia Tech., http://www.geoengineer.org/multimedia-virtual/item/256-measurements-of-shear-wave-velocity-crosshole–downhole-geophysics

Sur le site, les premières mesures montrent une faible vitesse des ondes S sur les 20 premiers mètres (<300m/s) et des valeurs plus rapides au fond du forage (environ 700m/s).

Figure 2 : Profils de vitesse préliminaires des ondes P et S issus des essais cross-hole et down-hole sur le site d’Argostoli en Grèce. Les principales formations géologiques sont représentées en arrière-plan des courbes.

Source : Performance of seismic wave velocity measurements at selected areas of Cephalonia island, Final Report, C.B. Papazachos, Professor, A.U.TH., M.Poultsidis, Senior Geologist, M. Anthymidis, M.Sc. Geophysicist, PhD candidate, A.U.TH., 2015.

Ces investigations géophysiques seront très utiles pour calculer les modifications du mouvement du sol (fonctions de transfert) et caler les modèles d’après les mesures permanentes.

Instrumentation permanente

Depuis le 9 juillet 2015, les accéléromètres sont installés dans les forages. L’objectif est d’obtenir des enregistrements de mouvements forts pour les comparer aux simulations numériques et ainsi valider les modèles existants.

Figure 3 :Schéma d’implantation du réseau “ARGONET”, incluant le réseau vertical au centre du parc Koutavos, et une station au rocher affleurant à l’est de la vallée (station “Water Pump”). Sont également indiquées la disposition en plan des forage ainsi que l’installation abritant les systèmes d’acquisition et de transmission, ainsi que les systèmes instrumentaux utilisés (acquisition Centaur et capteurs accélérométriques Kinemetrics Episensor)

D’un côté, les effets de site (amplification du mouvement et modification des fréquences) seront estimés directement à partir des enregistrements au rocher (fond de forage et site de référence au rocher affleurant à quelques centaines de mètres) et dans les différentes couches géologiques (à 40, 15 et 6m de profondeur). De l’autre côté, ils seront calculés grâce aux paramètres du sol déterminés avec les essais cross-hole, down-hole, et quelques autres essais en laboratoire encore en cours.

Les modèles ainsi validés pourront être utilisés pour estimer le mouvement du sol sur des sites ne disposant pas d’enregistrements réels.