Détection des instabilités des sédiments marins par des précurseurs acoustiques
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
In this work, which is a contribution to the acoustic investigation of the seabed; we have studied methods for characterizing the sedimentary zones of possible risk of instability. Instabilities may be the consequence of the gas concentration that modifies the cohesion properties of the sediments. The presented work is divided into three parts. First, an experimental study on mock-ups was conducted on the instability of the slopes and on its monitoring by the measurement of the shear parameter fluctuations with respect the gas concentration in the medium. The combination of both active and passive acoustic approaches allowed the correlation of the gas migration and of the shear wave’s attenuation. Unfortunately, the properties of these waves are difficult to measure in situ. Thus, we investigated the use of guided waves such as Stoneley-Scholte propagating along the interface between the water and the sediment, whose characteristics depend highly on the shear parameter, to monitor the modifications of the medium. The study of both reflection and refraction of such waves, at the interface separating two solids, was carried out and showed that the generated components are Stoneley-Scholte waves whose properties (velocity, penetration) depend on the propagation mediums. Both reflection and transmission coefficient, were calculated according to the angle of incidence for various values of impedance contrast. The Snell-Descartes laws were verified by these waves. Then both surface waves and transmission tomography techniques were used for recovering the parameters of the explored sediment. Four approaches (pseudo-inverse, back projection, ART and SIRT) have been investigated and tested on experimental data obtained on mock-ups. Both back projection and SIRT methods provided a fair estimation of the velocity changes in the sediment.
Abstract FR:
Dans ce travail, qui est une contribution à la caractérisation acoustique des fonds marins, des méthodes de caractérisation de zones sédimentaires présentant des risques d'instabilité ont été tout particulièrement étudiées. Celles-ci peuvent être la conséquence de la concentration de gaz qui modifie les propriétés de cohésion du sédiment. Les travaux réalisés se décomposent en trois phases. Une étude expérimentale en cuve a, tout d'abord, été menée sur l'instabilité des pentes et de son contrôle par la mesure des fluctuations des paramètres de cisaillement en fonction de la concentration de gaz piégé dans le milieu. La combinaison d'approches sonar actif et passif a permis la corrélation de la migration du gaz avec l'atténuation des ondes de cisaillement. Les propriétés de ces ondes étant difficiles à mesurer simplement in situ, nous nous sommes orientés vers l'utilisation d'ondes guidées de Stoneley-Scholte, dont les caractéristiques sont intimement liées aux paramètres de cisaillement, pour surveiller les modifications du milieu. L'étude de la réflexion-réfraction de cette onde à l'interface séparant deux milieux solides a été réalisée et a montré que les composantes générées sont des ondes de Stoneley-Scholte dont les propriétés (célérité, pénétration) dépendent des substrats de propagation. Des coefficients de réflexion et de transmission en énergie ont été calculés en fonction de l'angle d'incidence pour différents contrastes d'impédance. Les lois de Snell-Descartes vérifiées par de ces ondes ont conduit à l'utilisation conjointe ces ondes et des techniques de tomographie par transmission afin de reconstruire les paramètres du sédiment exploré. Quatre approches (pseudo-inverse, rétroprojection, ART et SIRT) ont été développées et testées à partir de données obtenues en cuve sur des maquettes à échelle réduite. Les méthodes de rétroprojection et SIRT permettent d'obtenir une bonne estimation des variations de la vitesse du fond sédimentaire.