FR3062483A1

FR3062483A1 - METHOD, COMPUTER PROGRAM, INFORMATION MEDIUM, AND DEVICE FOR SEISMIC NOISE ANALYSIS

Info

Publication number: FR3062483A1
Application number: FR1750693A
Authority: FR
Inventors: Mathieu Le Feuvre; Anaelle Joubert; Philippe Cote
Original assignee: Institut Francais des Sciences et Technologirs des Transports de lAmenagement et des Reseaux
Current assignee: Universite Gustave Eiffel
Priority date: 2017-01-27
Filing date: 2017-01-27
Publication date: 2018-08-03
Anticipated expiration: 2037-01-27
Also published as: FR3062483B1; WO2018138452A1

Abstract

Procédé d'analyse de bruit sismique comportant les étapes suivantes : A) pendant chaque période parmi au moins deux périodes différentes, on acquiert au moins deux signaux de bruit sismique ; B) on calcule un signal reconstruit par intercorrélation desdits signaux, respectivement pour chacune desdites périodes ; C) on compare des amplitudes desdits signaux reconstruits calculés respectivement pour chacune desdites périodes. Programme d'ordinateur comportant des instructions pour la mise en œuvre du procédé, support d'informations contenant le programme, et dispositif d'analyse de bruit sismique pour la mise en œuvre du procédé.A seismic noise analysis method comprising the following steps: A) during each period of at least two different periods, at least two seismic noise signals are acquired; B) calculating a reconstructed signal by intercorrelation of said signals, respectively for each of said periods; C) comparing amplitudes of said reconstructed signals calculated respectively for each of said periods. Computer program comprising instructions for implementing the method, information carrier containing the program, and seismic noise analyzing device for implementing the method.

Description

@ Titulaire(s) : INSTITUT FRANÇAIS DES SCIENCES ET TECHNOLOGIES DES TRANSPORTS, DE L'AMENAGEMENT ET DES RESEAUX Etablissement public.@ Holder (s): FRENCH INSTITUTE OF SCIENCES AND TECHNOLOGIES OF TRANSPORTATION, PLANNING AND NETWORKS Public establishment.

O Demande(s) d’extension : Polynésie-Fr ® Mandataire(s) : CABINET BEAU DE LOMENIE.O Extension request (s): Polynésie-Fr ® Agent (s): CABINET BEAU DE LOMENIE.

® PROCEDE, PROGRAMME D'ORDINATEUR, SUPPORT D'INFORMATIONS ET DISPOSITIF POUR L'ANALYSE DE BRUIT SISMIQUE.® METHOD, COMPUTER PROGRAM, INFORMATION MEDIUM AND DEVICE FOR ANALYSIS OF SEISMIC NOISE.

FR 3 062 483 - A1 (57) Procédé d'analyse de bruit sismique comportant les étapes suivantes:FR 3,062,483 - A1 (57) Method for analyzing seismic noise comprising the following steps:

A) pendant chaque période parmi au moins deux périodes différentes, on acquiert au moins deux signaux de bruit sismique;A) during each period among at least two different periods, at least two seismic noise signals are acquired;

B) on calcule un signal reconstruit par intercorrélation desdits signaux, respectivement pour chacune desdites périodes;B) a reconstructed signal is calculated by intercorrelation of said signals, respectively for each of said periods;

C) on compare des amplitudes desdits signaux reconstruits calculés respectivement pour chacune desdites périodes.C) comparing the amplitudes of said reconstructed signals calculated respectively for each of said periods.

Programme d'ordinateur comportant des instructions pour la mise en oeuvre du procédé, support d'informations contenant le programme, et dispositif d'analyse de bruit sismique pour la mise en oeuvre du procédé.Computer program comprising instructions for implementing the method, information medium containing the program, and seismic noise analysis device for implementing the method.

DOMAINE DE L'INVENTIONFIELD OF THE INVENTION

L’invention concerne l'analyse du bruit sismique et plus précisément, les procédés et dispositifs d'analyse de bruit sismique, notamment pour la détection de défauts dans les ouvrages d'art.The invention relates to the analysis of seismic noise and more specifically, the methods and devices for analyzing seismic noise, in particular for the detection of faults in engineering structures.

ARRIERE-PLAN DE L'INVENTIONBACKGROUND OF THE INVENTION

L'analyse du bruit sismique est un procédé connu en soi pour la surveillance des sols et des ouvrages d'art ainsi que dans le domaine de la sismologie. On place des capteurs sismiques sur le sol ou l'ouvrage d'art à surveiller, et on enregistre les signaux sismiques qui se propagent dans celui-ci. L'analyse de ces signaux permet notamment d'évaluer la vitesse de propagation des ondes dans le sol ou l'ouvrage d'art. L'étude de cette vitesse de propagation permet d'obtenir des informations importantes quant au sol ou à l'ouvrage d'art étudié ; elle permet notamment de détecter des changements de compacité, qui peuvent dans certains cas révéler de manière très utile des changements du sol ou de l'ouvrage d'art étudié.The analysis of seismic noise is a process known per se for monitoring soils and engineering structures as well as in the field of seismology. Seismic sensors are placed on the ground or engineering structure to be monitored, and the seismic signals propagating in it are recorded. The analysis of these signals makes it possible in particular to evaluate the speed of propagation of the waves in the ground or the civil engineering structure. The study of this propagation speed makes it possible to obtain important information regarding the soil or the engineering structure studied; it makes it possible in particular to detect changes in compactness, which can in some cases very usefully reveal changes in the soil or in the structure of the structure being studied.

Cependant, la détermination de la vitesse de déplacement des ondes ne donne qu'une information partielle sur le sol ou l'ouvrage d'art étudié. Il existe donc un besoin pour un procédé d'analyse de bruit sismique, permettant d'obtenir des informations plus riches et/ou plus fiables et/ou plus précises que les informations produites par les procédés connus, sur un sol ou un ouvrage d'art.However, the determination of the speed of movement of the waves gives only partial information on the ground or the engineering structure studied. There is therefore a need for a seismic noise analysis method, making it possible to obtain information which is richer and / or more reliable and / or more precise than the information produced by known methods, on a ground or a structure. art.

OBJET ET RESUME DE L'INVENTIONOBJECT AND SUMMARY OF THE INVENTION

Pour répondre à ce besoin, suivant l’invention il est proposé un procédé d'analyse de bruit sismique comportant les étapes suivantes :To meet this need, according to the invention there is proposed a seismic noise analysis method comprising the following steps:

A) pendant chaque période parmi au moins deux périodes différentes, on acquiert au moins deux signaux de bruit sismique ;A) during each period among at least two different periods, at least two seismic noise signals are acquired;

B) on calcule un signal reconstruit par intercorrélation desdits signaux, respectivement pour chacune desdites périodes ; etB) a reconstructed signal is calculated by intercorrelation of said signals, respectively for each of said periods; and

L'étape A consiste à acquérir les signaux de bruit sismique. Ces signaux doivent avoir été mesurés en deux points distincts, suffisamment proches l'un de l'autre pour que l'énergie cumulée du bruit sismique enregistré soit suffisante sur une période de temps donnée.Step A consists in acquiring the seismic noise signals. These signals must have been measured at two separate points, close enough to each other for the cumulative energy of the recorded seismic noise to be sufficient over a given period of time.

L'étape A peut être réalisée de différentes manières.Step A can be carried out in different ways.

Dans un mode de mise en œuvre, le signal acquis est un signal enregistré préalablement.In one embodiment, the acquired signal is a previously recorded signal.

De manière alternative, l'étape A peut être réalisée au moyen de capteurs sismiques, et comporter deux phases : dans un premier temps, on met en place des capteurs sur le sol ou l'ouvrage d'art étudié ; dans un second temps, on réalise une campagne d'enregistrements des signaux collectés par ces capteurs.Alternatively, step A can be carried out using seismic sensors, and comprise two phases: first, sensors are installed on the ground or the engineering structure studied; secondly, a campaign of recordings of the signals collected by these sensors is carried out.

Lors de l'étape B, à partir des signaux acquis à l'étape A), on calcule des signaux dits 'signaux reconstruits' par intercorrélation. Chaque signal 'reconstruit' apparaît comme représentant une onde sismique qui se serait propagée entre la paire de capteurs considérée, pendant la période considérée.During step B, on the basis of the signals acquired in step A), so-called “reconstructed signals” signals are calculated by cross-correlation. Each 'reconstructed' signal appears to represent a seismic wave which would have propagated between the pair of sensors considered, during the period considered.

A l'étape C, on compare les amplitudes des signaux reconstruits entre deux périodes. Cette comparaison permet de faire apparaître des changements dans la transmission des ondes à travers le sol : elle permet donc de détecter que le sol ou l'ouvrage étudié a changé entre les périodes considérées, ce qui peut être une information très importante.In step C, the amplitudes of the reconstructed signals are compared between two periods. This comparison makes it possible to reveal changes in the transmission of waves through the ground: it therefore makes it possible to detect that the ground or the structure studied has changed between the periods considered, which can be very important information.

La comparaison entre les amplitudes des signaux reconstruits désigne la comparaison entre les normes de ces signaux. Pour cette comparaison, toute norme traduisant sensiblement l'amplitude des valeurs prises par le signal reconstruit peut être utilisée ; le but est que la norme choisie soit la plus représentative possible de l'énergie transmise par le signal considéré.The comparison between the amplitudes of the reconstructed signals designates the comparison between the standards of these signals. For this comparison, any standard appreciably translating the amplitude of the values taken by the reconstructed signal can be used; the goal is that the standard chosen is as representative as possible of the energy transmitted by the signal considered.

Toute forme de comparaison ou de mesure de différence de normes peut être utilisée pour comparer les amplitudes des signaux reconstruits.Any form of comparison or measurement of difference in standards can be used to compare the amplitudes of the reconstructed signals.

Par exemple, dans un mode de mise en oeuvre, pour comparer les amplitudes des signaux reconstruits à l'étape C, on calcule au moins un coefficient d'atténuation représentatif d'une différence entre des amplitudes des signaux reconstruits, pour une paire de périodes considérées.For example, in one embodiment, to compare the amplitudes of the signals reconstructed in step C, at least one attenuation coefficient representative of a difference between amplitudes of the reconstructed signals, for a pair of periods, is calculated considered.

On peut notamment calculer ce ou ces coefficients d'atténuation comme étant fonction(s) d'un ratio, d'une différence, ou d'un ratio des logarithmes, entre les normes des deux signaux reconstruits aux deux périodes considérées.One can in particular calculate this or these attenuation coefficients as being function (s) of a ratio, a difference, or a ratio of the logarithms, between the standards of the two reconstructed signals at the two periods considered.

De manière générale, la comparaison entre les normes des signaux reconstruits réalisée à l'étape C peut être faite en comparant les normes « classiques », calculées directement à partir des signaux reconstruits eux-mêmes (c'est-à-dire tels qu'obtenus à l'issue de l'étape B), mais pas uniquement.In general, the comparison between the standards of the reconstructed signals carried out in step C can be made by comparing the “classic” standards, calculated directly from the reconstructed signals themselves (that is to say such that obtained after step B), but not only.

Cette comparaison peut en effet être également réalisée en faisant appel à des normes plus complexes.This comparison can in fact also be made using more complex standards.

Par exemple, dans le cas où les conditions de bruit ambiant changent beaucoup entre deux mesures (par exemple s'il y a beaucoup de vent), il peut s'avérer nécessaire, à chaque période de mesure, de normaliser les signaux acquis par les différentes paires de capteurs par rapport aux signaux acquis par une paire de capteur choisie comme référence. Cette normalisation permet de s'affranchir de l'influence de changements externes au milieu étudié. La comparaison est alors faite en comparant les normes de signaux reconstruits calculés sur la base des signaux ainsi normalisés.For example, in the case where the ambient noise conditions change greatly between two measurements (for example if there is a lot of wind), it may be necessary, at each measurement period, to normalize the signals acquired by the different pairs of sensors in relation to the signals acquired by a pair of sensors chosen as a reference. This normalization makes it possible to overcome the influence of changes external to the environment studied. The comparison is then made by comparing the standards of reconstructed signals calculated on the basis of the signals thus normalized.

La comparaison faite à l'étape C peut de plus également être réalisée en comparant des normes calculées à partir de fonctions transformées des signaux reconstruits. En effet, pour certaines transformations de fonctions, comme les transformations fréquentielles, la norme d'une fonction transformée est également une norme de la fonction considérée. Une transformation fréquentielle désigne ici toute transformation permettant de passer du domaine temporel au domaine fréquentiel et d'exprimer la fonction considérée (ici, le signal reconstruit) en fonction de la fréquence et non du temps ; la transformation de Fourier ou la transformation de Laplace sont des exemples de transformations fréquentielles.The comparison made in step C can also be carried out by comparing standards calculated from transformed functions of the reconstructed signals. Indeed, for certain function transformations, such as frequency transformations, the norm of a transformed function is also a norm of the function considered. A frequency transformation here designates any transformation making it possible to pass from the time domain to the frequency domain and to express the function considered (here, the reconstructed signal) as a function of frequency and not of time; the Fourier transformation or the Laplace transformation are examples of frequency transformations.

Par suite, pour comparer les normes des signaux reconstruits à l'étape c) on peut comparer les normes de fonctions transformées des signaux reconstruits, les fonctions transformées étant obtenues par transformation fréquentielle.Consequently, to compare the standards of the signals reconstructed in step c), it is possible to compare the standards of transformed functions of the reconstructed signals, the transformed functions being obtained by frequency transformation.

Aussi, dans un mode de mise en œuvre, à l'étape C :Also, in an implementation mode, in step C:

- pour chaque signal reconstruit on calcule une fonction transformée du signal en appliquant à celui-ci une transformation fréquentielle ;- for each reconstructed signal, a transformed function of the signal is calculated by applying a frequency transformation to it;

- on compare les amplitudes des signaux reconstruits en fonction des fonctions transformées ainsi calculées.- the amplitudes of the reconstructed signals are compared as a function of the transformed functions thus calculated.

Lorsqu'une telle transformation fréquentielle est réalisée, on peut éventuellement réaliser un filtrage fréquentiel avant d'effectuer la comparaison des amplitudes des signaux reconstruits. Ce filtrage fréquentiel est réalisé en sélectionnant seulement certaines plages de fréquence considérées comme utiles dans les fonctions transformées du signal, et inversement en éliminant les plages de fréquences considérées comme ne portant pas d'information pertinente.When such a frequency transformation is carried out, a frequency filtering can optionally be carried out before performing the comparison of the amplitudes of the reconstructed signals. This frequency filtering is carried out by selecting only certain frequency ranges considered to be useful in the transformed functions of the signal, and conversely by eliminating the frequency ranges considered as not bearing relevant information.

En effet, on sait que les ondes de surface se propagent à une profondeur qui est fonction de leur fréquence. Après calcul d’un diagramme de dispersion permettant de définir les vitesses en fonction de la fréquence, il est possible de définir la relation entre la fréquence des ondes de surface et la profondeur à laquelle ces ondes se déplacent. Ainsi, les ondes de basse fréquence se propagent non seulement à travers l'ouvrage d'art étudié mais aussi à travers le sol qui est en dessous. Ces ondes ne véhiculent donc pas d'information exploitable sur l'ouvrage d'art lui-même (ou la partie supérieure du sol), et servent plutôt à donner des informations sur le sous-sol situé sous l'ouvrage d'art. Inversement, pour étudier l'ouvrage d'art lui-même (ou une portion du sol) localisée seulement à une profondeur faible (par exemple au maximum cinq à huit mètres à partir de la surface libre du sol ou de l'ouvrage), il convient d'éliminer les composantes de basse fréquence des signaux étudiés.Indeed, we know that surface waves propagate to a depth which is a function of their frequency. After calculating a dispersion diagram to define the velocities as a function of the frequency, it is possible to define the relationship between the frequency of the surface waves and the depth at which these waves travel. Thus, low frequency waves propagate not only through the engineering structure studied but also through the ground below. These waves therefore do not convey exploitable information on the structure itself (or the upper part of the ground), and rather serve to provide information on the basement located under the structure. Conversely, to study the work of art itself (or a portion of the ground) located only at a shallow depth (for example at most five to eight meters from the free surface of the ground or the work), the low frequency components of the studied signals should be eliminated.

- pour chaque signal reconstruit, on extrait à partir de la fonction transformée du signal une fonction Fj,_k,_p,fi,f2 transformée du signal limitée à une plage de fréquence prédéterminée [fl,f2], où j et k sont les indices de deux signaux qui ont été intercorrélés pour produire le signal reconstruit, et p est le numéro indiquant la période pendant laquelle les signaux des capteurs j,k ont été enregistrés ; et- for each reconstructed signal, we extract from the transformed function of the signal a function Fj, _k , _p , fi, f2 transformed of the signal limited to a predetermined frequency range [fl, f2], where j and k are the indices two signals which have been intercorrelated to produce the reconstructed signal, and p is the number indicating the period during which the signals from the sensors j, k have been recorded; and

- on compare les amplitudes des signaux reconstruits en fonction des fonctions transformées ainsi extraites.- the amplitudes of the reconstructed signals are compared as a function of the transformed functions thus extracted.

Lorsque les coefficients d'atténuation sont calculés comme étant fonction d'un ratio entre les transformées du signal aux deux périodes considérées, ils peuvent donc s'exprimer de la manière suivante en fonction des fonctions transformées Fj,k,_P, et Fj,_k,_q respectivement pour les étapes P et Q :When the attenuation coefficients are calculated as being a function of a ratio between the transforms of the signal at the two periods considered, they can therefore be expressed in the following manner as a function of the transformed functions Fj, k, _P , and Fj, _k , _q respectively for steps P and Q:

Kj,_k,p,q = f( | Fj,_k,p | / | Fj_/kfq | ) où f est une fonction et | | représente une norme.Kj, _k , p, q = f (| Fj, _k , p | / | Fj _{/ kf} q |) where f is a function and | | represents a standard.

De plus, dans le cas particulier présenté précédemment où on fait un filtrage fréquentiel en limitant à certaines plages de fréquence les fonctions transformées des signaux reconstruits, les coefficients d'atténuation peuvent s'exprimer de la manière suivante en fonction des fonctions transformées extraites (Fj,_k,_p,fi,f2 et Fj,_k,_q,fi,f2) :In addition, in the particular case presented above where a frequency filtering is carried out by limiting the transformed functions of the reconstructed signals to certain frequency ranges, the attenuation coefficients can be expressed in the following manner as a function of the extracted transformed functions (Fj , _k , _p , fi, f2 and Fj, _k , _q , fi, f2):

Kj,k,p,q,fl,f2 = I Fj,k,p,fl,f2 I / I Fj,k,q,fl,f2 I où f est une fonction, | | représente une norme et [fl,f2] est la plage de fréquences sélectionnée.Kj, k, p, q, fl, f2 = I Fj, k, p, fl, f2 I / I Fj, k, q, fl, f2 I where f is a function, | | represents a standard and [fl, f2] is the selected frequency range.

La comparaison des amplitudes des signaux reconstruits (ou le calcul des coefficients d'atténuation) peut notamment se faire simplement pour une ou plusieurs fréquence(s) prédéterminée(s).The comparison of the amplitudes of the reconstructed signals (or the calculation of the attenuation coefficients) can in particular be done simply for one or more predetermined frequency (s).

Avantageusement, le ou les coefficients d'atténuation obtenus grâce au procédé selon l'invention fournissent des informations riches et fiables sur le sol ou l'ouvrage d'art étudié. La fiabilité résulte notamment du fait que le coefficient d'atténuation est calculé en fonction de la norme des signaux reconstruits. Sa valeur dépend donc des valeurs des signaux reconstruits sur toute une période d'enregistrement, ce qui permet d'éliminer ou du moins de pondérer les éventuelles valeurs aberrantes éventuellement acquises lors de l'étape A.Advantageously, the attenuation coefficient or coefficients obtained by means of the method according to the invention provide rich and reliable information on the ground or the engineering structure studied. Reliability results in particular from the fact that the attenuation coefficient is calculated as a function of the standard of the reconstructed signals. Its value therefore depends on the values of the signals reconstructed over an entire recording period, which makes it possible to eliminate or at least weight any possible outliers which may have been acquired during step A.

Des exemples d'interprétation des coefficients d'atténuation sont donnés plus loin dans la présentation d'un mode de mise en œuvre de l'invention.Examples of interpretation of the attenuation coefficients are given later in the presentation of an embodiment of the invention.

Prenons par exemple le cas de l'étude d'une digue située en bord de mer et exposée aux marées. On suppose que les deux périodes auxquelles le signal acquis à l'étape A a été émis correspondent respectivement à deux hauteurs d'eau différentes, et qu'à ces deux moments la digue était au contact de la mer, de telle sorte que le choc des vagues sur la digue a généré des ondes de surface au sein de celle-ci, qui ont été enregistrées aux deux périodes considérées.Take for example the case of the study of a dyke located by the sea and exposed to the tides. It is assumed that the two periods at which the signal acquired in step A was emitted correspond respectively to two different heights of water, and that at these two times the dike was in contact with the sea, so that the shock waves on the dike generated surface waves within it, which were recorded at the two periods considered.

Si la comparaison faite à l'étape C fait apparaître un changement d'amplitude des signaux reconstruits d'une période à l'autre, pour un tronçon donné de la digue étudié, cela indique que les ondes ne se transmettent pas de la même manière dans la digue à la deuxième période par rapport à la première période. Cela signifie donc que l'eau pénètre dans la digue, par des fissures ou autres, ce qui modifie la propagation des ondes à travers la digue.If the comparison made in step C shows a change in amplitude of the reconstructed signals from one period to another, for a given section of the dike studied, this indicates that the waves are not transmitted in the same way in the dike in the second period compared to the first period. This therefore means that water enters the dike, through cracks or the like, which modifies the propagation of waves through the dike.

Cette même information peut également être obtenue de manière différente, toujours à partir du signal reconstruit, en calculant les variations relatives de vitesse des ondes sismiques.This same information can also be obtained in a different way, always from the reconstructed signal, by calculating the relative variations in speed of the seismic waves.

Aussi dans un mode de mise en oeuvre, le procédé d'analyse de bruit sismique comprend en outre une étape D durant laquelle on détermine des variations relatives de vitesse des ondes sismiques à partir dudit signal reconstruit. Cette détermination de variations relatives de vitesse des ondes sismiques peut être faite, comme l'étape C, soit sur la base des signaux reconstruits bruts obtenus à l'issue de l'étape B, soit sur la base d'une partie des signaux reconstruits, obtenue en sélectionnant dans ces signaux seulement certaines fréquences considérées comme porteuses d'informations utiles.Also in one embodiment, the seismic noise analysis method further comprises a step D during which relative variations in the speed of the seismic waves are determined from said reconstructed signal. This determination of relative variations in speed of the seismic waves can be made, like step C, either on the basis of the raw reconstructed signals obtained at the end of step B, or on the basis of part of the reconstructed signals. , obtained by selecting from these signals only certain frequencies considered as carrying useful information.

Le procédé d'analyse de bruit sismique selon l'invention, tel que décrit précédemment, peut tout particulièrement être mis en œuvre pour obtenir des information relatives à un sol ou à un ouvrage d'art exposé à la mer. L'expression « exposé à la mer » désigne ici un sol ou ouvrage d'art qui est en bordure de mer et dont la paroi est battue par les vagues au moins à certains moments. Il s'est avéré en effet qu'avantageusement, le battement des vagues contre un sol ou ouvrage d'art exposé à la mer suffit pour émettre des ondes sismiques dans celuici, et que les signaux sismiques produits par ces ondes peuvent être exploités pour analyser l'état du sol ou de l'ouvrage d'art concerné. On peut par exemple détecter des infiltrations d'eau dans le sol ou l'ouvrage d'art par la méthode d'analyse indiquée précédemment.The seismic noise analysis method according to the invention, as described above, can very particularly be used to obtain information relating to a ground or a structure exposed to the sea. The expression "exposed à la mer ”here means a ground or work of art which is by the sea and whose wall is beaten by the waves at least at certain times. It has turned out that, advantageously, the beating of the waves against a ground or a work of art exposed to the sea is enough to emit seismic waves therein, and that the seismic signals produced by these waves can be exploited to analyze the condition of the soil or the structure concerned. One can for example detect water infiltrations in the ground or the work of art by the method of analysis indicated previously.

Dans un mode particulier de réalisation, les différentes étapes du procédé d'analyse de bruit sismique selon l'invention sont déterminées par des instructions de programmes d'ordinateurs.In a particular embodiment, the different steps of the seismic noise analysis method according to the invention are determined by instructions from computer programs.

En conséquence, l'invention vise aussi un programme d'ordinateur sur un support d'informations, ce programme étant susceptible d'être mis en oeuvre par ordinateur, et comportant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes de l'un des procédés définis précédemment, lorsque le programme est exécuté sur un ordinateur. Ce programme peut utiliser n'importe quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable.Consequently, the invention also relates to a computer program on an information medium, this program being capable of being implemented by computer, and comprising program code instructions for the execution of the steps of the one of the methods defined above, when the program is executed on a computer. This program can use any programming language, and be in the form of source code, object code, or intermediate code between source code and object code, such as in a partially compiled form, or in any other desirable form.

L'invention vise aussi un support d'enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour l'exécution des étapes du procédé d'analyse de bruit sismique défini précédemment. Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple une clé USB ou un disque dur. Alternativement, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé d'analyse de bruit sismique.The invention also relates to a recording medium readable by a computer on which a computer program is recorded comprising instructions for the execution of the steps of the seismic noise analysis method defined above. The information medium can be any entity or device capable of storing the program. For example, the support may include a storage means, such as a ROM, for example a CD ROM or a microelectronic circuit ROM, or else a magnetic recording means, for example a USB key or a hard disk. Alternatively, the information medium can be an integrated circuit in which the program is incorporated, the circuit being adapted to execute or to be used in the execution of the seismic noise analysis method.

Un deuxième objectif de l'invention est de proposer un dispositif d'analyse de bruit sismique qui permette d'obtenir des informations plus riches et/ou plus fiables que les informations produites par les dispositifs connus, concernant des sols ou ouvrages d'art que l'on étudie. Cet objectif est atteint grâce à un dispositif d'analyse de bruit sismique comportantA second objective of the invention is to propose a device for analyzing seismic noise which makes it possible to obtain information which is richer and / or more reliable than the information produced by known devices, relating to soils or structures that we study. This objective is achieved thanks to a seismic noise analysis device comprising

A) un module d'acquisition de signaux configuré pour, pendant chaque période parmi deux périodes différentes, acquérir au moins deux signaux de bruit sismique ;A) a signal acquisition module configured to, during each period from two different periods, acquire at least two seismic noise signals;

B) un module de calcul de signaux reconstruit, configuré pour calculer un signal reconstruit par intercorrélation desdits signaux, respectivement pour chacune desdites périodes ; etB) a reconstructed signal calculation module, configured to calculate a reconstructed signal by intercorrelation of said signals, respectively for each of said periods; and

C) un module de comparaison, configuré pour comparer des amplitudes desdits signaux reconstruits calculés respectivement pour chacune desdites périodes.C) a comparison module, configured to compare amplitudes of said reconstructed signals calculated respectively for each of said periods.

Les modules du dispositif d'analyse de bruit sismique définis ci-dessus peuvent être configurés, dans différents modes de réalisation, pour permettre la mise en oeuvre de tout ou partie des perfectionnements du procédé selon l'invention indiqués précédemment.The modules of the seismic noise analysis device defined above can be configured, in different embodiments, to allow the implementation of all or part of the improvements of the method according to the invention indicated above.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, de modes de réalisation représentés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés, sur lesquels :The invention will be clearly understood and its advantages will appear better on reading the detailed description which follows, of embodiments shown by way of nonlimiting examples. The description refers to the attached drawings, in which:

- la figure 1 est une vue schématique d'une digue en bord de mer, équipée d'un dispositif d'analyse de bruit sismique selon l'invention (exemple avec 7 capteurs posés en crête) ;- Figure 1 is a schematic view of a dike by the sea, equipped with a seismic noise analysis device according to the invention (example with 7 sensors placed on a crest);

- la figure 2 est un diagramme présentant graphiquement un ensemble de signaux de bruit sismique enregistrés par un dispositif d'analyse de bruit sismique selon l'invention ;- Figure 2 is a diagram showing graphically a set of seismic noise signals recorded by a seismic noise analysis device according to the invention;

- les figures 3A et 3B sont des diagrammes qui représentent graphiquement chacun un signal enregistré à un capteur différent, pendant la même période de temps ;- Figures 3A and 3B are diagrams which each graphically represent a signal recorded at a different sensor, for the same period of time;

- la figure 3C est un diagramme qui représente un signal reconstruit obtenu à partir des signaux représentés sur les figures 3A et 3B ;- Figure 3C is a diagram which represents a reconstructed signal obtained from the signals shown in Figures 3A and 3B;

- les figures 4A et 4B sont des diagrammes qui représentent deux signaux reconstruits correspondant à deux périodes d'enregistrement différentes, respectivement dans le domaine temporel et dans le domaine fréquentiel (après transformation de Fourier) ;- Figures 4A and 4B are diagrams which represent two reconstructed signals corresponding to two different recording periods, respectively in the time domain and in the frequency domain (after Fourier transformation);

- la figure 5 est un diagramme qui présente de manière comparative deux signaux reconstruits, respectivement pour deux périodes d'enregistrement différentes ;- Figure 5 is a diagram which compares two reconstructed signals, respectively for two different recording periods;

- la figure 6 est un logigramme représentant les étapes d'un procédé selon un mode de mise en œuvre de l'invention ;- Figure 6 is a flow diagram representing the steps of a method according to an embodiment of the invention;

- la figure 7 est une représentation schématique fonctionnelle du dispositif d'analyse de bruit sismique de la figure 1 ; et- Figure 7 is a functional schematic representation of the seismic noise analysis device of Figure 1; and

- la figure 8 est une représentation schématique de l'architecture matérielle du dispositif d'analyse de bruit sismique de la figure 1.FIG. 8 is a schematic representation of the hardware architecture of the seismic noise analysis device of FIG. 1.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Un exemple de mise en œuvre du procédé et de dispositif selon l'invention va maintenant être décrit.An example of implementation of the method and device according to the invention will now be described.

Cet exemple présente un procédé et un dispositif servant à analyser le bruit sismique émis par une digue de bord de mer 10 (Fig.l). La digue 10 constitue un exemple d'ouvrage d'art exposé aux vagues.This example presents a method and a device used to analyze the seismic noise emitted by a seaside dike 10 (Fig.l). Dike 10 is an example of a work of art exposed to waves.

La digue 10 est exposée à la marée ; à marée basse, elle est entièrement découverte ; à marée haute inversement, comme on le voit sur la figure 1, une partie de la digue est immergée.Dike 10 is exposed to the tide; at low tide, it is fully exposed; conversely at high tide, as seen in Figure 1, part of the dike is submerged.

Pour la mise en œuvre du procédé, on dispose sur la digue un dispositif d'analyse de bruit sismique 50.For the implementation of the method, a seismic noise analysis device 50 is placed on the dam.

Ce dispositif d'analyse de bruit sismique 50 comporte un ensemble de sept capteurs sismiques S1-S7 et un calculateur 52 constituée par un ordinateur portable. Les capteurs sismiques sont connectés par liaison sans fil à l'unité de calcul 52 de manière à lui transmettre les signaux sismiques détectés.This seismic noise analysis device 50 comprises a set of seven seismic sensors S1-S7 and a computer 52 constituted by a portable computer. The seismic sensors are connected by wireless link to the computing unit 52 so as to transmit the detected seismic signals to it.

Le procédé est mis en œuvre en réalisant successivement les étapes suivantes (Fig.6) :The process is implemented by successively carrying out the following steps (Fig. 6):

A) Acquisition de signaux de bruit sismique Al) Mise en place des capteurs sismiquesA) Acquisition of seismic noise signals Al) Installation of seismic sensors

On dispose les capteurs sismiques S1-S7 à intervalles réguliers au sommet de la digue 10 ; leur espacement est choisi en fonction de la résolution de mesure cherchée. Les capteurs sont placés de manière à pouvoir capter les ondes sismiques circulant dans la digue.The seismic sensors S1-S7 are placed at regular intervals at the top of the dike 10; their spacing is chosen according to the measurement resolution sought. The sensors are placed so as to be able to pick up the seismic waves circulating in the dike.

Le procédé peut par exemple être d'abord mis en œuvre en espaçant beaucoup les capteurs, puis, au cas où une portion de la digue semble présenter des infiltrations, en effectuant une nouvelle campagne de mesures en se limitant à cette portion de la digue : on dispose alors les capteurs seulement sur cette portion de la digue, en rapprochant davantage les capteurs.The process can for example be implemented first by spacing the sensors a lot, then, in the event that a portion of the dike appears to have infiltration, by carrying out a new measurement campaign limited to this portion of the dike: the sensors are then placed only on this portion of the dike, bringing the sensors closer together.

A2) Campagne d'enregistrementsA2) Registration campaign

On enregistre les signaux collectés par chacun des capteurs, pendant plusieurs période de temps durant lesquelles ou lesquelles la digue est exposée aux vagues.The signals collected by each of the sensors are recorded for several periods of time during which the dyke is exposed to the waves.

La figure 2 à titre d'exemple représente 24 signaux enregistrés par 24 capteurs sismiques placés consécutivement le long d'une digue (dans une configuration par conséquent autre que celle de la figure 1). Le temps est indiqué en abscisse et, pour chacun des 24 signaux, le déplacement du sol ou une valeur équivalente est indiqué(e) en ordonnée.FIG. 2 by way of example represents 24 signals recorded by 24 seismic sensors placed consecutively along a dike (in a configuration therefore other than that of FIG. 1). The time is indicated on the abscissa and, for each of the 24 signals, the displacement of the ground or an equivalent value is indicated on the ordinate.

Au cours de la campagne d'enregistrements on enregistre les signaux produits par les différents capteurs pendant plusieurs périodes. La durée de chaque période est choisie comme étant suffisante pour permettre une bonne intercorréiation entre les signaux enregistrés par des paires de capteurs à l'étape B qui va être décrite plus bas. Par exemple, chaque période d'enregistrement peut avoir une durée de 10 minutes.During the recording campaign, the signals produced by the various sensors are recorded for several periods. The duration of each period is chosen to be sufficient to allow good cross-correlation between the signals recorded by pairs of sensors in step B which will be described below. For example, each recording period can be 10 minutes long.

En pratique, plutôt que de faire des enregistrements séparés, période par période, on procède généralement à un enregistrement continu pendant une durée assez grande pour contenir plusieurs périodes d'enregistrement. Dans l'exemple présenté, il s'est avéré qu'une période de dix minutes est suffisante pour permettre d'extraire une 'onde reconstruite' pour la période considérée, comme cela va être expliqué pour les étapes C et D ci-dessous. La durée de chaque période d'enregistrement est adaptée pour que chaque période permette l'obtention d'une onde représentative pour la période considérée.In practice, rather than making separate recordings, period by period, there is generally a continuous recording for a period long enough to contain several recording periods. In the example presented, it turned out that a period of ten minutes is sufficient to allow to extract a 'reconstructed wave' for the period considered, as will be explained for steps C and D below. The duration of each recording period is adapted so that each period allows a representative wave to be obtained for the period considered.

A3) Extraction de périodes d'enregistrementA3) Extraction of recording periods

Si nécessaires, des traitements intermédiaires peuvent être réalisés pour préparer les données à leur exploitation ultérieure : filtrage , élimination de points aberrants, normalisation de signaux, etc.If necessary, intermediate processing can be carried out to prepare the data for its further processing: filtering, elimination of outliers, normalization of signals, etc.

A partir des enregistrements réalisés, on extrait les signaux enregistrés par les différents capteurs Si pendant au moins deux périodes de temps successives P et Q. Ces périodes de temps peuvent être immédiatement consécutives, ou séparées par un laps de temps.From the recordings made, the signals recorded by the various sensors Si are extracted for at least two successive time periods P and Q. These time periods can be immediately consecutive, or separated by a period of time.

Un exemple de signaux si et s2 enregistrés pour un premier capteur SI et un deuxième capteur S2, extraits sur seulement une première période de temps P, et normalisés entre des amplitudes A allant de -1 à 1, est donnée par les figures 3A et 3B. La période de temps est choisie pour se dérouler sensiblement à un instant médian entre la marée basse et la marée haute. Chacun des signaux des capteurs SI et S2 est enregistré pendant une période de 600 secondes, soit 10 minutes (la même période simultanément pour les deux capteurs).An example of signals si and s2 recorded for a first sensor SI and a second sensor S2, extracted over only a first period of time P, and normalized between amplitudes A ranging from -1 to 1, is given in FIGS. 3A and 3B . The period of time is chosen to take place substantially at a median instant between the low tide and the high tide. Each of the signals from the sensors SI and S2 is recorded for a period of 600 seconds, or 10 minutes (the same period simultaneously for the two sensors).

On extrait également les signaux des capteurs SI et S2 pendant une deuxième période Q ayant lieu sensiblement à marée haute, environ trois heures après la première période P.The signals from the sensors SI and S2 are also extracted during a second period Q which takes place substantially at high tide, approximately three hours after the first period P.

B) Calcul des signaux reconstruitsB) Calculation of the reconstructed signals

Pour chacune des périodes P et Q, à partir des enregistrements des différents capteurs S1-S7, on calcule des signaux reconstruits Cj,k. Un exemple de signal reconstruit Cj,k obtenu à partir des signaux représentés sur les figures 3A et 3B est représenté sur la figure 3C.For each of the periods P and Q, from the records of the various sensors S1-S7, reconstructed signals Cj, k are calculated. An example of a reconstructed signal Cj, k obtained from the signals shown in Figures 3A and 3B is shown in Figure 3C.

Pour chaque période considérée (dans cet exemple, les périodes P et Q), et pour chaque couple comprenant un premier capteur j et un deuxième capteur k, le signal reconstruit Cj,k pour le premier capteur j et le deuxième capteur k est calculé par intercorrélation des signaux émis par le premier capteur Sj avec les signaux émis par le deuxième capteur Sk pendant la période considérée. Par conséquent, chaque signal Cj,k reconstruit est défini par la formule suivante et calculé en utilisant celle-ci :For each period considered (in this example, periods P and Q), and for each pair comprising a first sensor j and a second sensor k, the reconstructed signal Cj, k for the first sensor j and the second sensor k is calculated by intercorrelation of the signals emitted by the first sensor Sj with the signals emitted by the second sensor Sk during the period considered. Consequently, each reconstructed signal Cj, k is defined by the following formula and calculated using this:

_Sj(t) s*_k(t _Sj (t) s * _k (t

τ) dt où Sj et s_k sont les signaux de bruit enregistrés par les capteurs j et k.τ) dt where Sj and s _k are the noise signals recorded by the sensors j and k.

En répétant ce calcul pour tout ou partie des paires de capteurs disponibles, on obtient une collection de signaux reconstruits Cj,k.By repeating this calculation for all or part of the pairs of available sensors, a collection of reconstructed signals Cj, k is obtained.

Le signal reconstruit (Cj,k) peut être obtenu par d'autres formules que celle indiquée ci-dessus. Par exemple, il peut aussi être calculé par déconvolution, ou encore par inter-corrélation dans le domaine fréquentiel.The reconstructed signal (Cj, k) can be obtained by other formulas than that indicated above. For example, it can also be calculated by deconvolution, or even by cross-correlation in the frequency domain.

Pour améliorer la qualité de l'intercorrélation obtenues, pour chaque paire de capteur (j,k) on calcule (de préférence) une « intercorrélation symétrisée » en moyennant l'intercorrélation entre le premier capteur et le deuxième capteur et l'intercorrélation entre le deuxième capteur et le premier capteur. L'intercorrélation symétrisée entre deux capteurs S, et Sj est donc donnée par l'équation :To improve the quality of the intercorrelation obtained, for each pair of sensor (j, k) one calculates (preferably) a "symmetrized intercorrelation" by averaging the intercorrelation between the first sensor and the second sensor and the intercorrelation between the second sensor and the first sensor. The symmetrized intercorrelation between two sensors S, and Sj is therefore given by the equation:

+ Ck.j+ Ck.j

C) Calcul des coefficients d'atténuationC) Calculation of the attenuation coefficients

Cl) Transformation de FourierCl) Fourier transformation

Dans le mode de mise en œuvre présenté, dans ce but, un signal Fj,k dit 'signal transformé' est obtenu en appliquant la transformation de Fourier au signal reconstruit Cj,k :In the implementation mode presented, for this purpose, a signal Fj, k called 'transformed signal' is obtained by applying the Fourier transformation to the reconstructed signal Cj, k:

FjAf) = où f est la fréquence et 'fft' représente l'opérateur de transformation de Fourier.FjAf) = where f is the frequency and 'fft' represents the Fourier transformation operator.

C2) Calcul des coefficients d'atténuation par ratio de transformées du signal correspondant à des périodes de temps distinctesC2) Calculation of the attenuation coefficients by ratio of transforms of the signal corresponding to distinct time periods

Le phénomène d'atténuation est illustré par la figure 4A. Sur ce diagramme sont représentés les signaux reconstruits C_j/k, pour une paire de capteurs donnée, à deux périodes différentes : lors de la période P qui a lieu quand seulement la partie basse de la digue est immergée, à peu près à mi-hauteur de la marée, et lors de la période Q à marée haute.The attenuation phenomenon is illustrated in FIG. 4A. On this diagram are represented the reconstructed signals C _{j / k} , for a given pair of sensors, at two different periods: during the period P which takes place when only the lower part of the dike is submerged, roughly half tide height, and during period Q at high tide.

Comme on peut le constater, les deux courbes sont très différentes. On en déduit que, pour la paire de capteurs considérée, les propriétés de transmission d'onde de la digue 10 varient entre la période P et la période Q.As you can see, the two curves are very different. It is deduced therefrom that, for the pair of sensors considered, the wave transmission properties of the dam 10 vary between the period P and the period Q.

Pour évaluer l'importance de ce changement de comportement, on le quantifie en calculant des coefficients d'atténuation K.To assess the importance of this change in behavior, we quantify it by calculating attenuation coefficients K.

On limite l'étude à la plage de fréquence [fl,f2] qui est celle des ondes susceptibles de se déplacer dans l'ouvrage d'art lui-même et non en profondeur.The study is limited to the frequency range [fl, f2] which is that of the waves likely to move in the work of art itself and not in depth.

Dans un premier temps, pour chaque couple de capteurs O’,k) on extrait des fonctions transformée du signal partielles limitées à la plage de fréquences [fl,f2], et cela pour chaque période considérée (repérée par un indice p dans l'exemple ci-dessous). Cette opération d'extraction d'une plage de fréquences est faite à partir de la transformée du signal Fj,_k obtenue par la transformation de Fourier à l'étape Cl. La transformée du signal limitée à une plage de fréquence est noté F_jfk,p,fi,f₂ où :First, for each pair of sensors O ', k) partial transformed signal functions limited to the frequency range [fl, f2] are extracted, and this for each period considered (identified by an index p in the example below). This operation of extracting a frequency range is made from the transform of the signal Fj, _k obtained by the Fourier transformation in step Cl. The transform of the signal limited to a frequency range is denoted F _jfk , p, fi, f ₂ where:

j et k sont les indices des deux capteurs dont les signaux ont été intercorrélés pour produire le signal reconstruit ;j and k are the indices of the two sensors whose signals have been intercorrelated to produce the reconstructed signal;

p est le numéro indiquant la période pendant laquelle les signaux des capteurs j,k ont été émis ;p is the number indicating the period during which the signals from the sensors j, k have been transmitted;

[fl,f2] est la plage de fréquence à laquelle la transformée du signal a été limitée.[fl, f2] is the frequency range to which the signal transform has been limited.

On calcule alors chaque coefficient d'atténuation Kj,_k,_PrQ,fi,f2, pour une paire j,k de capteurs considérée, pour une paire de périodes P,Q considérées, pour la plage de fréquences [fl,f2] considérée, comme étant égal au ratio des normes des transformées du signal extraites Fj,_k,_P,fi,f₂ et F^q,^ :We then calculate each attenuation coefficient Kj, _k , _Pr Q, fi, f2, for a pair j, k of sensors considered, for a pair of periods P, Q considered, for the frequency range [fl, f2] considered , as being equal to the ratio of the norms of the signal transforms extracted Fj, _k , _P , fi, f ₂ and F ^ q, ^:

Dans d'autres modes de mise en oeuvre, les coefficients d'atténuation peuvent naturellement s'exprimer par d'autres formules en fonction des amplitudes des signaux reconstruits C ou de leurs transformées fréquentielles F.In other embodiments, the attenuation coefficients can naturally be expressed by other formulas as a function of the amplitudes of the reconstructed signals C or of their frequency transforms F.

La valeur des coefficients d'atténuation peut être appréciée notamment à partir des courbes représentant les fonctions Fj,k,_P de transformée du signal (Fig.4B). Ces courbes représentent les signaux reconstruits correspondants en fonction de la fréquence, dans le domaine fréquentiel, alors que les signaux reconstruits Cj,k représentés sur la figure 4A sont exprimés en fonction du temps (dans le domaine temporel).The value of the attenuation coefficients can be appreciated in particular from the curves representing the functions Fj, k, _P of signal transform (Fig.4B). These curves represent the corresponding reconstructed signals as a function of frequency, in the frequency domain, while the reconstructed signals Cj, k shown in FIG. 4A are expressed as a function of time (in the time domain).

La figure 4B représente les fonctions Fj,k,p et Fjxq respectivement pour les deux périodes P et Q ; ces fonctions sont les fonctions obtenues par transformation de Fourier à partir des signaux reconstruits Cj,k représentés sur la figure 4A. Ces courbes représentent les fonctions F_jzk,p et Fj,k,Q en fonction de la fréquence f des signaux de bruit sismique acquis.FIG. 4B represents the functions Fj, k, p and Fjxq respectively for the two periods P and Q; these functions are the functions obtained by Fourier transformation from the reconstructed signals Cj, k represented in FIG. 4A. These curves represent the functions F _jz k, p and Fj, k, Q as a function of the frequency f of the acquired seismic noise signals.

L'atténuation du signal qui apparaît sur la figure 4A se traduit par un décalage vers le bas des courbes représentant les fonctions Fj,k,_P de transformée du signal sur la figure 4B. Ce décalage vers le bas entraîne que les coefficients d'atténuation K calculés sont nettement inférieurs à 1.The attenuation of the signal which appears in FIG. 4A results in a downward shift of the curves representing the functions Fj, k, _P of the signal transform in FIG. 4B. This downward shift results in the calculated attenuation coefficients K being much less than 1.

Dans ce cas, c'est-à-dire dès lors que l'on constate (comme dans le cas illustré par les figures 4A et 4B) que le coefficient d'atténuation est nettement différent de 1 (par exemple, différent de plus de 10%), on conclut que les ondes se propagent de manière différente dans la digue entre les capteurs j et k selon la hauteur de marée : on en déduit qu'il y a une infiltration d'eau dans la digue entre les capteurs j et k, entre la période P et la période Q.In this case, that is to say when it is observed (as in the case illustrated by FIGS. 4A and 4B) that the attenuation coefficient is clearly different from 1 (for example, different from more than 10%), we conclude that the waves propagate differently in the dike between the sensors j and k depending on the tide height: we deduce that there is an infiltration of water in the dike between the sensors j and k, between period P and period Q.

Dans ce mode de mise en œuvre, le coefficient d'atténuation est calculé sur la base des fonctions de 'transformée du signal', obtenues en appliquant la transformation de Fourier au signal reconstruit. Cependant, dans d'autres modes de mise en œuvre le calcul des coefficients d'atténuation peut également être fait directement à partir des signaux reconstruits dans le domaine temporel (sans transformation de Fourier).In this implementation mode, the attenuation coefficient is calculated on the basis of the 'signal transform' functions, obtained by applying the Fourier transformation to the reconstructed signal. However, in other modes of implementation, the calculation of the attenuation coefficients can also be done directly from the signals reconstructed in the time domain (without Fourier transformation).

Dans les deux cas, le ratio calculé est assimilable à un ratio d'énergie transportée par l'onde considérée, l'énergie transportée étant elle-même fonction des fréquences contenues dans les signaux reconstruits.In both cases, the calculated ratio is comparable to a ratio of energy transported by the wave considered, the energy transported being itself a function of the frequencies contained in the reconstructed signals.

De préférence, pour faciliter l'interprétation des résultats, on calcule alors la variation relative du coefficient d'atténuation.Preferably, to facilitate the interpretation of the results, the relative variation of the attenuation coefficient is then calculated.

L'invention peut ainsi être mise en oeuvre en calculant les coefficients d'atténuation (à l'étape C du procédé) de la manière suivante :The invention can thus be implemented by calculating the attenuation coefficients (in step C of the method) as follows:

L'amplitude d'une onde est exprimée en fonction de la distance r par rapport à la source d'un bruit sismique par :The amplitude of a wave is expressed as a function of the distance r from the source of a seismic noise by:

A(r) = A₀/=e-“^r v^r où r est la distance entre le capteur et cette source, A l'amplitude, A_o un terme constant et a un coefficient d'atténuation du milieu, qui décrit le pouvoir absorbant du milieu et n'est pas exprimé comme un ratio.A (r) = A ₀ / = e- “ ^r v ^r where r is the distance between the sensor and this source, A the amplitude, A _o a constant term and has a coefficient of attenuation of the medium, which describes the absorbency of the medium and is not expressed as a ratio.

Ce coefficient d'atténuation a est défini comme :This attenuation coefficient a is defined as:

π/ ^a QV(f) où Q est le facteur de qualité et V la vitesse de propagation (qui dépend de la fréquence, puisqu'il s'agit d'ondes de surface).π / ^a QV (f) where Q is the quality factor and V the speed of propagation (which depends on the frequency, since they are surface waves).

La variation relative du coefficient d'atténuation est alors donnée par :The relative variation of the attenuation coefficient is then given by:

( f _r \ __ ( I Ffk-,q I /1 Fj,k,pI ) log(\F_hk,_p\y/d~_k·) où a est le coefficient d'atténuation, F la transformée de Fourier du signal reconstruit, p et q deux périodes (p étant choisie comme la période de référence), j et k les récepteurs, et d la distance entre les deux capteurs j et k.(f _r \ __ (I Ffk-, q I / 1 Fj, k, pI) log (\ F _hk , _p \ y / d ~ _k ·) where a is the attenuation coefficient, F the Fourier transform of reconstructed signal, p and q two periods (p being chosen as the reference period), j and k the receivers, and d the distance between the two sensors j and k.

D) Calcul des variations relatives de vitesse des ondes sismiquesD) Calculation of relative variations in speed of seismic waves

La détection d'infiltrations d'eau à l'aide des coefficients d'atténuation peut être complétée par l'étude des variations relatives de vitesse des ondes sismiques.The detection of water infiltration using the attenuation coefficients can be supplemented by the study of relative variations in the speed of seismic waves.

Pour cela, on utilise les signaux reconstruits Cj,k, de préférence symétrisés.For this, the reconstructed signals Cj, k, preferably symmetrized, are used.

Cependant, de manière alternative il est également possible de sélectionner seulement les composantes du signal reconstruit symétrisé se trouvant dans une certaine plage de fréquence, notamment en appliquant la transformation de Fourier aux signaux reconstruits : on utilise dans ce cas les signaux reconstruits Fj,k,p,fi,f2/ limités à une certaine plage de fréquence ([fl,f2]), exprimés dans le domaine fréquentiel.However, alternatively it is also possible to select only the components of the reconstructed symmetrized signal lying within a certain frequency range, in particular by applying the Fourier transform to the reconstructed signals: in this case the reconstructed signals Fj, k are used, p, fi, f2 / limited to a certain frequency range ([fl, f2]), expressed in the frequency domain.

Un exemple de signaux reconstruits Cj,k, dans le domaine temporel, est donné par la figure 5 (ces signaux sont d'autres signaux que ceux représentés sur la figure 4A).An example of reconstructed signals Cj, k, in the time domain, is given in FIG. 5 (these signals are other signals than those represented in FIG. 4A).

La figure 5 représente une courbe de signal reconstruit Cj,k en trait continu obtenue pour la première période P (à mi-hauteur de la marée), et une courbe de signal reconstruit Cj,k en trait pointillé obtenue pour la deuxième période Q (marée haute). Ces signaux sont représentés sous une forme normalisée entre -1 et 1.FIG. 5 represents a reconstructed signal curve Cj, k in solid line obtained for the first period P (halfway up the tide), and a reconstructed signal curve Cj, k in dotted line obtained for the second period Q ( high tide). These signals are represented in a standardized form between -1 and 1.

A partir de ces signaux, on calcule les variations relatives de vitesse des ondes sismiques de la manière suivante :From these signals, the relative variations in the speed of the seismic waves are calculated as follows:

On réalise tout d'abord un 'fenêtrage', c'est-à-dire que l'on extrait les parties de ces signaux situées dans un intervalle de temps [tl,t2] spécifique. Ce fenêtrage est fondé sur le signal reconstruit 'de référence', c'est-à-dire dans le cas présent le signal reconstruit pour la première période considérée (période P).First of all, a 'windowing' is carried out, that is to say that the parts of these signals located in a specific time interval [tl, t2] are extracted. This windowing is based on the reconstructed 'reference' signal, that is to say in the present case the reconstructed signal for the first period considered (period P).

Le fenêtrage permet de ne conserver que les informations utiles, c'est-àdire les informations qui concernent les ondes de surface. D'autres critères de fenêtrage sont possibles.Windowing allows you to keep only the useful information, that is to say the information concerning surface waves. Other windowing criteria are possible.

Une fois l'opération de fenêtrage réalisée, on calcule le déphasage ôt (ou décalage temporel) entre les deux signaux reconstruits Cj,k,_P et Cj,k,_P aux deux périodes P et Q considérées. Ce déphasage prend la valeur ôt pour laquelle le coefficient de corrélation CC(ôt) ci-dessous est maximal :Once the windowing operation has been carried out, the phase shift ule (or time offset) between the two reconstructed signals Cj, k, _P and Cj, k, _P at the two periods P and Q considered is calculated. This phase shift takes the value ôt for which the correlation coefficient CC (ôt) below is maximum:

CC(5t) = I + St) C^lt) àtCC (5t) = I + St) C ^ lt) àt

Jtl où tl et t2 sont les bornes de la fenêtre de temps choisie, Cj,_k/P et Cj,k,_q les signaux reconstruits entre les capteurs j et k, respectivement aux deux périodes P et Q.Jtl where tl and t2 are the limits of the chosen time window, Cj, _{k / P} and Cj, k, _q the signals reconstructed between the sensors j and k, respectively at the two periods P and Q.

Cette formule permet de calculer la valeur de déphasage ou de décalage temporel qui conduit à la meilleure superposition des signaux entre les périodes P et Q.This formula makes it possible to calculate the value of phase shift or time shift which leads to the best superposition of the signals between the periods P and Q.

Ce décalage ôt, divisé par la largeur de la fenêtre temporelle, est directement relié à la variation relative de vitesse sur le trajet qui sépare les deux capteurs.This offset, divided by the width of the time window, is directly related to the relative speed variation on the path between the two sensors.

Pour obtenir une information plus fine sur l'état de l'ouvrage d'art étudié, il est possible de déterminer le décalage temporel ôt en fonction de la fréquence du signal, et donc de la profondeur. Dans ce cas, il est nécessaire de filtrer au préalable les signaux reconstruits dans différentes bandes de fréquence ; on calcule alors le coefficient de corrélation CC puis le décalage ôt en fonction des signaux reconstruits transformés Fj_zk_zPzfi_zf2, limités à une bande de fréquence ([fl,f2]) plutôt qu'en fonction des signaux reconstruits dans le domaine temporel C_Jzk_zp et Cj,k,Q comme expliqué précédemment.To obtain more detailed information on the state of the engineering structure studied, it is possible to determine the time offset ot as a function of the frequency of the signal, and therefore of the depth. In this case, it is necessary to first filter the reconstructed signals in different frequency bands; the correlation coefficient CC is then calculated then the offset τ as a function of the transformed reconstructed signals Fj _z k _zPz fi _z f2, limited to a frequency band ([fl, f2]) rather than as a function of the signals reconstructed in the domain temporal C _Jz k _z p and Cj, k, Q as explained above.

Le calcul des variations relatives de vitesse ÔV/V (qui va être présenté cidessous) pourra alors être réalisé sur différentes bandes de fréquences : l'étude pour les hautes fréquences permettra par exemple de calculer des variations de vitesse superficielles et celle des basses fréquences donnera un résultat englobant également des variations en profondeur.The calculation of the relative speed variations ÔV / V (which will be presented below) can then be carried out on different frequency bands: the study for the high frequencies will allow for example to calculate surface speed variations and that of the low frequencies will give a result that also includes variations in depth.

Sur la base du décalage temporel ôt calculé précédemment, on calcule alors la variation relative de vitesse ôV/V des ondes entre les deux périodes P et Q considérées :On the basis of the time offset ot calculated previously, the relative variation in speed ôV / V of the waves is then calculated between the two periods P and Q considered:

Sv StSv St

V ~ (t₂ + ti)/2 où tl et t2 sont les bornes de la fenêtre utilisée pour le calcul du coefficient de corrélation CC.V ~ (t ₂ + ti) / 2 where tl and t2 are the limits of the window used for the calculation of the correlation coefficient CC.

La variation relative de vitesse ôV/V est donc directement reliée au décalage temporel (déphasage) ôt observé entre les deux signaux fenêtrés.The relative variation in speed VV / V is therefore directly related to the time difference (phase shift) soon observed between the two windowed signals.

L'architecture fonctionnelle et matérielle du dispositif d'analyse de bruit sismique 50 va maintenant être décrite en relation avec les figures 7 et 8.The functional and material architecture of the seismic noise analysis device 50 will now be described in relation to FIGS. 7 and 8.

Pour permettre l'analyse de bruit sismique en mettant en œuvre le procédé décrit ci-dessus, le calculateur 52 du dispositif d'analyse de bruit sismique 50 comporte (Fig.7) :To allow the analysis of seismic noise by implementing the method described above, the computer 52 of the seismic noise analysis device 50 comprises (FIG. 7):

A) un module d'acquisition de signaux 54, configuré pour acquérir les signaux de bruit sismique (S1,S2) produits par les différents capteurs sismiques S1-S7;A) a signal acquisition module 54, configured to acquire the seismic noise signals (S1, S2) produced by the various seismic sensors S1-S7;

B) un module de calcul de signaux reconstruits 56, configuré pour calculer des signaux reconstruits (C_jzk) par intercorrélation des signaux acquis par le module d'acquisition; etB) a reconstructed signal calculation module 56, configured to calculate reconstructed signals (C _jzk ) by intercorrelation of the signals acquired by the acquisition module; and

C) un module de comparaison, configuré pour comparer des amplitudes desdits signaux reconstruits (Cj,_k) calculés respectivement pour chacune desdites périodes.C) a comparison module, configured to compare amplitudes of said reconstructed signals (Cj, _k ) calculated respectively for each of said periods.

Dans ce mode de réalisation, le module de comparaison 58 est configuré pour calculer des coefficients d'atténuation K comme indiqué précédemment.In this embodiment, the comparison module 58 is configured to calculate attenuation coefficients K as indicated above.

Les trois modules 54,56 et 58 indiqués ci-dessus sont configurés pour mettre en oeuvre respectivement les étapes A), B) et C) du procédé d'analyse de bruit sismique dans le mode de mise en œuvre de l'invention présenté précédemment, dont notamment tout ou partie (selon le mode de mise en œuvre) des différentes opérations comprises par ces différentes étapes.The three modules 54, 56 and 58 indicated above are configured to implement steps A), B) and C) of the seismic noise analysis method in the embodiment of the invention presented above, respectively. , including all or part (depending on the implementation mode) of the different operations included in these different stages.

Les modules fonctionnels 54, 56 et 58 décrits précédemment sont des modules fonctionnels du calculateur 52 du dispositif d'analyse de bruit sismique 50. Ce calculateur ou ordinateur 52 constitue le cœur du dispositif de contrôle géométrique 50 représenté sur la figure 1.The functional modules 54, 56 and 58 described above are functional modules of the computer 52 of the seismic noise analysis device 50. This computer or computer 52 constitutes the heart of the geometric control device 50 represented in FIG. 1.

Le dispositif d'analyse de bruit sismique 50 dispose de l'architecture matérielle d'un ordinateur, telle qu'illustrée schématiquement à la figure 8. Il comprend notamment un processeur 4, une mémoire vive 5, une mémoire morte 6, une mémoire flash non volatile 7, ainsi que des moyens de communication 8. Les moyens de communication 8 comportent une antenne ou un câble permettant la réception des signaux produits par les capteurs sismiques SI à S7.The seismic noise analysis device 50 has the hardware architecture of a computer, as illustrated diagrammatically in FIG. 8. It includes in particular a processor 4, a random access memory 5, a read-only memory 6, a flash memory non-volatile 7, as well as communication means 8. The communication means 8 comprise an antenna or a cable allowing the reception of the signals produced by the seismic sensors SI to S7.

La mémoire morte 6 du dispositif de contrôle géométrique 50 constitue un support d'enregistrement conforme à l'invention, lisible par le processeur 4 et sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur conforme à l'invention, comportant des instructions pour l'exécution des étapes du procédé d'analyse de bruit sismique conforme à l'invention décrit précédemment.The read-only memory 6 of the geometric control device 50 constitutes a recording medium in accordance with the invention, readable by the processor 4 and on which a computer program in accordance with the invention is recorded, comprising instructions for execution steps of the seismic noise analysis method according to the invention described above.

Quoique la présente invention ait été décrite en se référant à des exemples de réalisation spécifiques, il est évident que des différentes modifications et changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En outre, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation évoqués peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.Although the present invention has been described with reference to specific exemplary embodiments, it is obvious that various modifications and changes can be made to these examples without departing from the general scope of the invention as defined by the claims. In addition, individual features of the various embodiments discussed can be combined in additional embodiments. Therefore, the description and the drawings should be considered in an illustrative rather than restrictive sense.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé d'analyse de bruit sismique comportant les étapes suivantes :1. Seismic noise analysis method comprising the following steps:

A) pendant chaque période parmi au moins deux périodes différentes (P,Q), on acquiert au moins deux signaux de bruit sismique (S1,S2) ;A) during each period among at least two different periods (P, Q), at least two seismic noise signals (S1, S2) are acquired;

B) on calcule un signal reconstruit (Cj,_k) par intercorrélation desdits signaux, respectivement pour chacune desdites périodes ;B) a reconstructed signal (Cj, _k ) is calculated by intercorrelation of said signals, respectively for each of said periods;

C) on compare des amplitudes desdits signaux reconstruits (Cj,_k) calculés respectivement pour chacune desdites périodes.C) the amplitudes of said reconstructed signals (Cj, _k ) calculated respectively for each of said periods are compared.

2. Procédé d'analyse de bruit sismique selon la revendication 1, dans lequel à l'étape C :2. Seismic noise analysis method according to claim 1, in which in step C:

- pour chaque signal reconstruit (Cj,_k) on calcule une fonction transformée du signal (F) en appliquant à celui-ci une transformation fréquentielle ; et- for each reconstructed signal (Cj, _k ) a transformed function of the signal (F) is calculated by applying to it a frequency transformation; and

- on compare les amplitudes desdits signaux reconstruits (Cj,_k) en fonction des fonctions transformées ainsi calculées.- The amplitudes of said reconstructed signals (Cj, _k ) are compared as a function of the transformed functions thus calculated.

3. Procédé d'analyse de bruit sismique selon la revendication 2, dans lequel à l'étape C :3. Seismic noise analysis method according to claim 2, in which in step C:

- pour chaque signal reconstruit, on extrait à partir de la fonction transformée du signal (F) une fonction Fj,_k/P,fi,f2 transformée du signal limitée à une plage de fréquence prédéterminée ([fl,f2]), où j et k sont les indices de deux signaux qui ont été intercorrélés pour produire le signal reconstruit (Cj,_k), et p est le numéro indiquant la période pendant laquelle les signaux des capteurs j,k ont été enregistrés ; et- for each reconstructed signal, we extract from the transformed function of the signal (F) a function Fj, _{k / P} , fi, f2 transformed of the signal limited to a predetermined frequency range ([fl, f2]), where j and k are the indices of two signals which have been intercorrelated to produce the reconstructed signal (Cj, _k ), and p is the number indicating the period during which the signals from the sensors j, k have been recorded; and

- on compare les amplitudes desdits signaux reconstruits (Cj,_k) en fonction des fonctions transformées ainsi extraites.- The amplitudes of said reconstructed signals (Cj, _k ) are compared as a function of the transformed functions thus extracted.

4. Procédé d'analyse de bruit sismique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel à l'étape C, pour comparer les amplitudes desdits signaux reconstruits (Cj,_k), on calcule au moins un coefficient d'atténuation (Kj_/k,_p,q) représentatif d'une différence entre des amplitudes desdits signaux reconstruits (Cj,_k), pour une paire de périodes considérées (P,Q).4. Seismic noise analysis method according to any one of claims 1 to 3, in which in step C, to compare the amplitudes of said reconstructed signals (Cj, _k ), at least one attenuation coefficient is calculated (Kj _{/ k} , _p , q) representative of a difference between amplitudes of said reconstructed signals (Cj, _k ), for a pair of periods considered (P, Q).

5. Procédé d'analyse de bruit sismique selon la revendication 4, dans lequel à l'étape C), on calcule ledit au moins un coefficient d'atténuation (K) comme étant fonction d'un ratio, d'une différence, ou d'un ratio de logarithmes, entre les normes des deux signaux reconstruits aux deux périodes considérées (P,Q).5. Seismic noise analysis method according to claim 4, in which in step C), said at least one attenuation coefficient (K) is calculated as being a function of a ratio, of a difference, or a ratio of logarithms, between the norms of the two signals reconstructed at the two periods considered (P, Q).

6. Procédé d'analyse de bruit sismique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant en outre une étape D durant laquelle on détermine des variations relatives de vitesse des ondes sismiques à partir desdits signaux reconstruits (Cj,k).6. Seismic noise analysis method according to any one of claims 1 to 5, further comprising a step D during which the relative variations in speed of the seismic waves are determined from said reconstructed signals (Cj, k).

7. Procédé d'analyse de bruit sismique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, mis en oeuvre pour obtenir des information relatives à un ouvrage exposé à la mer (10), et dans lequel l'étape A inclut la mise en place de capteurs (S1-S7) sur cet ouvrage et l'acquisition de signaux de bruits sismiques générés par les vagues.7. Seismic noise analysis method according to any one of claims 1 to 6, implemented to obtain information relating to a structure exposed to the sea (10), and in which step A includes setting place of sensors (S1-S7) on this structure and the acquisition of seismic noise signals generated by the waves.

8. Programme d'ordinateur sur un support d'informations, ce programme étant susceptible d'être mis en œuvre dans un ordinateur, ce programme comportant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé d'analyse de bruit sismique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.8. Computer program on an information medium, this program being capable of being implemented in a computer, this program comprising program code instructions for the execution of the steps of the seismic noise analysis method according to any one of claims 1 to 7 when said program is executed on a computer.

9. Support d'informations lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur selon la revendication 8.9. Information medium readable by a computer on which a computer program is recorded according to claim 8.

10. Dispositif d'analyse de bruit sismique comportant10. Seismic noise analysis device comprising

A) un module d'acquisition de signaux, configuré pour, pendant chaque période parmi deux périodes différentes (P,Q), acquérir au moins deux signaux de bruit sismique (S1,S2) ;A) a signal acquisition module, configured to, during each period from two different periods (P, Q), acquire at least two seismic noise signals (S1, S2);

B) un module de calcul de signaux reconstruits, configuré pour calculer un signal reconstruit (Cj,k) par intercorrélation desdits signaux, respectivement pour chacune desdites périodes ; etB) a module for calculating reconstructed signals, configured to calculate a reconstructed signal (Cj, k) by intercorrelation of said signals, respectively for each of said periods; and

C) un module de comparaison, configuré pour comparer des amplitudes desdits signaux reconstruits (Cj,k) calculés respectivement pour chacune desdites périodes.C) a comparison module, configured to compare amplitudes of said reconstructed signals (Cj, k) calculated respectively for each of said periods.

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