Soutenance de thèse d'Audrey Burzawa

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

Composition du jury :
M. Cyrille FAUCHARD, Directeur de recherche, CEREMA, rapporteur
M. Benoît TAUZIN, Maître de conférences (HDR), Laboratoire de Géologie de Lyon,rapporteur
Mme Donatienne LEPAROUX, Directrice de recherche, Université Gustave Eiffel, examinatrice
Mme Valentina SOCCO, Professeure des Universités, Politecnico di Torino, Turin, examinatrice
M. Faycal REJIBA Professeur des Universités, Sorbonne Université, examinateur
M. Ludovic BODET Maître de conférences (HDR), Sorbonne Université, directeur de thèse
Mme Marine DANGEARD, co-encadrant, SNCF Réseau, invitée
M. Amine DHEMAIED, co-encadrant, SNCF Réseau, invité

La soutenance se déroulera le jeudi 5 décembre 2024 à 14h,  dans la salle de conférences de l'UFR TEB  (tour 46-56, au 2ème étage), sur le site Jussieu Pierre et Marie Curie (Sorbonne Université, 4 place Jussieu, 75005 Paris).
Voici le lien pour assister à cette soutenance en visioconférence :     https://zoom.us/j/91628801478
Le lien sera accessible dès 13h30. Pour ne pas perturber la soutenance, merci à tout participant de couper micro et caméra lors de la connexion.

Résumé : La caractérisation de l'état mécanique des plateformes ferroviaires (PF) est essentielle pour garantir la sécurité et la pérennité du réseau ferré. Les méthodes d'investigation géotechniques, couramment utilisées, permettent d'accéder aux paramètres mécaniques, mais ne fournissent qu'un aperçu épars de l'état du milieu investigué et restent donc limitées par leur nature ponctuelle et leur faible rendement. En parallèle, les méthodes géophysiques capables d'apprécier la qualité mécanique des couches de la PF sont actuellement peu adaptées au contexte ferroviaire. Les récents développements et applications de la méthode sismique par ondes de surface dans les problématiques géotechniques et ferroviaires en font une technique d’investigation non destructive prometteuse. Une preuve de concept démontrant la faisabilité et la reproductibilité de la méthode sismique par ondes de surface pour la caractérisation des PF a donc été réalisée sur un site pilote. Cette méthode a montré qu'elle était capable de détecter des variations des propriétés mécaniques en lien avec des désordres de la plateforme. La formulation bayésienne de l'inversion a permis d'évaluer et de quantifier les incertitudes sur les résultats obtenus, offrant ainsi un outil d'aide à la décision. Les étapes d'acquisition et de traitement ont été abordées afin de proposer des outils à plus haut rendement et adaptés aux contraintes d'exploitation ferroviaire. Des techniques de mise en œuvre plus rapides, ne nécessitant pas l'étape fastidieuse d'implantation des géophones dans le sol, ont été évaluées. La comparaison d'un dispositif tracté de type landstreamer avec un dispositif classique a permis de valider son utilisation, tant sur les pistes que sur les voies. Afin d'automatiser la tâche de traitement des ondes de surface, consistant à pointer la dispersion, un outil basé sur de la segmentation d'images a été développé. La base de données utilisée pour l'apprentissage a été créée à partir de modèles de sol caractéristique des PF. Le modèle, basé sur l'architecture U-Net, permet une identification précise des maxima d'énergie et une attribution des modes de propagation. Enfin, dans le but d'améliorer la complémentarité entre méthodes géophysiques et géotechniques lors de la construction des a priori et des interprétations, des tests de corrélation entre la vitesse de cisaille ment et la résistance à la pénétration ont été menés. L'évaluation des lois de passage issues de la bibliographie a ainsi permis de faire le lien entre la méthode sismique par ondes de surface et les outils conventionnels de caractérisation des PF.
Mots-clefs:  plateforme ferroviaire, caractérisation mécanique, sismique par ondes de surface, outils opérationnels, inversion bayésienne, corrélations géotechniques

Abstract:  Characterizing the mechanical properties of railway trackbeds (RT) is essential to ensure the safety and durability of the rail network. Currently, the geotechnical investigation methods used provide access to the mechanical parameters of the RT and the shallow railway earthwork (RE), but they only offer a scattered overview of the state of the medium being investigated, and are therefore limited by their ad hoc nature and low efficiency. Geophysical methods capable of conducting a mechanical diagnosis of the RT are, as of now, poorly adapted to the railway context. However, recent developments and applications of the seismic surface-wave method to geotechnical problems and the railway context make it a promising non-destructive investigation technique. A proof of concept was thus conducted at a pilot site, demonstrating the feasibility and reproducibility of the surface-wave method for characterizing RE. The method proved capable of detecting variations in mechanical properties associated with RT issues. The Bayesian formulation of the inversion allowed for the assessment and quantification of uncertainties in the proposed results, thereby offering a valuable decision-making tool. The acquisition and processing stages were addressed in order to propose more efficient tools. Faster implementation techniques that reduce the time-consuming step of installing geophones in the ground were evaluated. The comparison of a towed setup, such as a landstreamer, with a conventional setup was used to validate its application in a railway context, both on the cess and the track. A tool based on artificial intelligence algorithms, specifically image segmentation algorithms, was developed to automate the task of surface-wave dispersion picking. The database used for training was created from wavefield modelling in a soil model characteristic of RT. The developed U-Net architecture enables precise identification of energy maxima and assignment of propagation modes. Lastly, to enhance the complementarity between geophysical and geotechnical methods when constructing and interpreting a priori, correlation tests between shear-wave velocity and cone resistance were conducted. The evaluation of laws from the literature facilitated the link between the seismic surface-wave method and conventional RE characterization tools.
Keywords: railway earthwork, mechanical characterisation, seismic surface waves, operational tools, Bayesian inversion, geotechnical correlations