Diagnostic multi-échelle de la plateforme ferroviaire par onde mécaniques guidées

Titre: Diagnostic multi-échelle de la plateforme ferroviaire par onde mécaniques guidées

Résumé : SNCF Réseau s’est engagé dans un vaste programme de modernisation de son réseau de lignes classiques et à grandes vitesses dans les prochaines années. La conception, la régénération et la maintenance de ces lignes ferroviaires exigent une évaluation et un contrôle régulier (qualitatifs comme quantitatifs) de l’état mécanique des structures d’assises et du sol support. L’accessibilité au sol support, ainsi qu’à la sous-couche et la couche de forme pour les Lignes à Grande Vitesse (LGV), ou bien la couche intermédiaire pour les Lignes Classiques (LC), demeure particulièrement difficile en raison des contraintes d’exploitation du réseau ferroviaire.
Le paramètre standard considéré pour leur dimensionnement est « la portance » obtenue par sollicitation mécanique dynamique des couches : méthode normée « Dynaplaque ». La mise en œuvre de cet essai pose cependant des difficultés lorsqu'il doit être déployé le long de grand linéaires (contraintes de rendements et donc de coûts). De même, les techniques complémentaires classiquement employées pour une évaluation avancée des plateformes ferroviaires (PF) sont destructrices (sondages géotechniques, carottages), ponctuelles, coûteuses et à faibles rendements.
La SNCF tout comme les acteurs internationaux du domaine ferroviaire ont, ces dernières années, proposé de nombreux développements méthodologiques en géophysique afin de combler ce manque. Parmi les cibles et approches visées et déployées par ces projets émergent clairement les méthodes sismiques par ondes de surface en parallèle aux études géotechniques standards. A partir d’études en laboratoire, il a été montré que la vitesse de propagation des ondes de cisaillement (VS) est un bon critère d’évaluation de l’état mécanique des sols supports. VS est accessible in situ par le biais des méthodes sismiques, mais l’environnement et la géométrie des PF limitent la mise en œuvre de telles méthodes (forts contrastes, présences de réseaux et d’ouvrages maçonnés, structure 3D de la PF, etc.). Afin d’en étudier la faisabilité, un projet a été réalisé entre Sorbonne Université, le CNRS et la SNCF pour montrer l’efficacité de la mesure et l’inversion de la dispersion des ondes de surface dans le cadre de la détection des défauts dans les sols supports de la PF. Ces travaux qui ont en outre fait l'objet de quatre stages de Master 2 ont permis de :
- définir un dispositif, un protocole d’acquisition et une méthode de traitement adaptés à l’estimation in situ des variations de VS de la PF sur la base de la méthode de prospection sismique par ondes de surface ;
- détecter et d'identifier l'origine de « défauts » de la PF le long d’une LGV, simplement par l’extraction systématique du mode fondamental de propagation des ondes de surface ;
- dans le cas de lignes classiques, malgré de fortes hétérogénéités en surface et une implantation délicate des géophones, localiser des zones problématiques et d’en suggérer l’origine en profondeur ;
- quantifier ces mesures (vers des modules mécaniques) en LGV, par le biais de l’inversion et la confrontation à d’autres données géophysiques et géotechniques.
Si les résultats cités supra sont très encourageants, ils restent à être optimisés avant de pouvoir proposer :
1. le développement d’une méthodologie opérationnelle et polyvalente (i.e. adaptable à la variété du « patrimoine » des PF et la diversité des pathologies qu'il s'agit de surveiller);
2. la création d'une boite à outils (matériels, équipements, logiciel) de prospection au rendement suffisant pour une aide décisionnelle et permettant "d’orienter les choix en termes de conception, de surveillance et de maintenance", en bénéficiant notamment des avancées récentes en traitements sismique développés par l’équipe.

Thèse CIFRE en partenariat avec SNCF Réseau et Sorbonne Université