Anticiper les risques naturels et climatiques
Pour traiter de cette thématique de l’objectif 7 de l’axe 3, les recherches prennent en compte le risque sismique. Le projet CoQuake en est une bonne illustration. Il vise à explorer une voie alternative pour éviter les séismes en les provoquant de manière contrôlée à faible magnitude.
L’Ifsttar se distingue aussi par des recherches de pointe dans le domaine de la caractérisation quantitative du sous–sol et des infrastructures : le projet ANR HIWAI traite de cette problématique que ce soit pour l’aide à l’implantation de sites dédiés à de nouvelles technologies (éolien on-shore ou off-shore) ou pour la surveillance de sites, de structures ou de zones fortement anthropisées.
L’actualité nous rappelle que la sécurisation des infrastructures face aux chutes de blocs est toujours un sujet central et les équipes de l’Ifsttar y contribuent notamment grâce à la station d’essais de chute de blocs de Montagnole (38). Celle-ci a été une nouvelle fois utilisée pour tester le comportement des sables sous sollicitation d’impact à faible vitesse avec une application au dimensionnement des couches de sol protégeant les structures des impacts rocheux. Il est à signaler que cette recherche bénéficie d’un soutien financier récurent de la DGPR pour la réalisation des essais et l’analyse des résultats et qu’une thèse a été soutenue en décembre 2018 sur ce sujet.
Du point de vue des événements scientifiques, l’Ifsttar est régulièrement le lieu de rencontres de haut niveau entre chercheurs et de praticiens. À ce titre, l’année 2018 a vu la tenue des 9es Journées nationales de géotechnique et de géologie de l'ingénieur (JNGG) sur le site de Marne-la-Vallée du 13 au 15 juin 2018. Le thème de ces journées, "Ressources et aménagements, quelles limites ?" a parfaitement illustré les questionnements actuels, soulignant la nécessité ,pour toute action anthropique d’exploitation des ressources ou d’aménagement et de construction de nouvelles infrastructures, de respecter certaines limites afin de ne pas mettre en cause l'écosystème de façon irréversible.
CoQuake – Controling Earthquake
Une équipe de jeunes chercheurs coordonnée par Ioannis Stefanou (Ifsttar, équipe géotechnique de l’UMR Navier) a obtenu en 2018 un financement du European Research Council pour un projet d’ERC Starting Grant intitulé CoQuake. Ce projet propose d'explorer une voie alternative et innovante visant à éviter les séismes catastrophiques en provoquant de manière contrôlée des séismes de plus faible magnitude. Les tremblements de terre sont des phénomènes naturels, liés à la tectonique des plaques, qui ne peuvent être évités. Le projet Coquake démontrera qu'ils peuvent être contrôlés afin de réduire leurs impacts sur les biens et les personnes. CoQuake va au-delà de l'état de l'art en proposant des approches innovantes pour évaluer les effets et conséquences de diverses techniques d'activation de failles sismiquement actives.
Le projet repose sur le développement de simulations à large échelle spatiale de systèmes de failles, basées sur des lois de comportement dérivées des simulations micro-mécaniques des contacts entre grains tenant compte des couplages thermo-hydro-chémo-mécaniques (THMC). Le but est de s'affranchir de l'usage de lois de comportement empiriques ad-hoc nécessitant une calibration. Un programme pionnier expérimental, fondé sur la conception et la construction d'un nouveau dispositif de mesure à l'échelle métrique, permettra de vérifier la pertinence des hypothèses du projet Coquake et la possibilité de prévoir le comportement de surfaces de glissement par l'approche de modélisation proposée.
Projet HIWAI
En contexte de transition énergétique et de changement climatique, les besoins de caractérisation et d’imagerie quantitative du sous-sol et des infrastructures s’accroissent, que ce soit pour l’aide à l’implantation de sites dédiés à de nouvelles technologies (éolien, on-shore ou off-shore) ou pour la surveillance de sites, de structures ou de zones fortement anthropisées : digues, sites classés, risques associés aux milieux urbains, etc. L’inversion de la forme d’onde complète (FWI pour Full Waveform Inversion) permettant de prendre en compte l’ensemble du champ d’onde sismique pour reconstruire finement les paramètres du milieu a porté ses fruits en prospection profonde pour la recherche d’hydrocarbures. Cependant, la méthode repose actuellement sur une approche par optimisation locale ; ce qui en fait un outil très difficile à mettre en œuvre pour les milieux du proche sous-sol pour des raisons d’information a priori et de non unicité de la solution.
Face à ces difficultés, le projet ANR HIWAI (conduit par Yann Capdeville, LPG – Université de Nantes) propose une approche alternative innovante selon un processus en 2 étapes "par inversion du modèle homogénéisé et downscaling" : la première est basée sur le résultat de l’inversion de la forme d’onde en terme de modèle homogénéisé aux échelles des longueurs d’ondes propagées. La deuxième repose sur l’inversion par optimisation globale des paramètres reconstruits pour obtenir un modèle interprétable en termes de paramètres recherchés pour les applications visées. Au sein du projet HIWAI, les activités de l’Ifsttar visent à tester et adapter l’approche en termes de faisabilité et de robustesse aux mesures à partir de développements expérimentaux à échelle réduite au sein du banc de mesures MUSC. La première étape consiste à tester la méthodologie sur des milieux non atténuants à partir de protocoles d’émission en 2D. Pour ce faire, l’année 2018 a été l’occasion de dimensionner les premières maquettes en aluminium comportant un vide à partir de tests numériques, de confectionner les maquettes, de réaliser les mesures et d’analyser les signaux enregistrés en les comparant aux simulations numériques. La figure ci-contre montre les résultats de mesures à gauche et de simulations numériques à droite à partir d’une ligne source. Les différents échos sismiques enregistrés sont utilisés pour la reconstruction des paramètres du milieu en profondeur.
Comportement des sables sous sollicitation d'impact à faible vitesse - Application au dimensionnement de couches de sol protégeant les structures des impacts rocheux
L’emploi d’une couche de sable en protection de structure contre les impacts rocheux est une solution technique consacrée par l’usage. Pour autant, la capacité et les limites de cette technique sont aujourd’hui encore faiblement établies. Une campagne d’essais expérimentaux instrumentés a été menée pour caractériser la distribution spatio-temporelle de pression induite à l’interface entre la couche de sol protectrice et la structure, dans différentes configurations d’impact caractérisées par l’épaisseur de sable (D), le diamètre équivalent du bloc rocheux (B, ou sa masse) et sa hauteur de chute libre (H, ou sa vitesse d’impact). Ces essais ont été réalisés en vraie grandeur à la station de l’Ifsttar à Montagnole.
L’étude paramétrique expérimentale a comporté 43 essais, combinant différentes valeurs de D, B et H de l’ordre de celles rencontrées en pratique, jusqu’à une masse de 7,5 t à une vitesse de 90 km/h impactant une couche de sable épaisse de 2 m protégeant une dalle en béton armé. L’analyse des essais a permis d’établir l’expression de la distribution spatio-temporelle de pression induite à l’interface sol-structure lors d’un impact. Les paramètres de cette expression sont propres à la nature et au compactage du sable de protection. Pour la dimension et la vitesse d'impact du bloc rocheux données par l'étude d'aléa, l'impulsion de pression transmise à la structure au travers de la couche de sol protectrice est déterminée par le modèle. La structure est alors dimensionnée en dynamique, pour résister à cette impulsion de charge.
Les 9es Journées Nationales de Géotechnique et de Géologie de l'ingénieur (JNGG), co-organisées par l'ENPC et l'Ifsttar
Sous l’égide des Comités Français de Mécanique des Sols et de Géotechnique (CFMS), de Mécanique des Roches (CFMR) et de Géologie de l’Ingénieur et de l’Environnement (CFGI), l'École des Ponts ParisTech et l'Ifsttar ont accueilli du 13 au 15 juin 2018, à Champs-sur-Marne, les 9es Journées Nationales de Géotechnique et de Géologie de l'ingénieur (JNGG). Ces journées ont été organisées par le laboratoire Navier (CERMES - équipe Géotechnique) et le département GERS (laboratoires SV et SRO). Leur thème : "Ressources et aménagements, quelles limites ?". La notion de limite intègre celle de risque - naturel ou anthropique - et d’acceptabilité des projets par la population. Elle marque la nécessité de dépasser les pratiques et connaissances actuelles pour l’optimisation des projets et sous-entend donc la notion essentielle d’innovation qui doit guider les différentes approches de nos disciplines, que ce soit au niveau des institutions de recherche et d’enseignement, des bureaux d’études ou des entreprises. Comme les années précédentes, ces journées ont également accueilli une exposition technique destinée aux différents intervenants de la profession.
