L’analyse dynamique non linéaire constitue la méthode la plus efficace pour l'évaluation de la réponse non linéaire des structures soumises à de fortes sollicitations sismiques. Compte tenu de la complexité associée à l'analyse non linéaire temporelle, l'utilisation de l'analyse statique équivalente «Push-over » constitue une alternative simple et efficace à l'analyse dynamique temporelle. Cette thèse développe une méthode statique non linéaire innovante pour évaluer le comportement sismique des immeubles de grande hauteur.Dans la première partie, le modèle "continuum" qui est un outil simple et efficace de l'analyse des immeubles de grande hauteur à contreventement mixte est revisité. L'influence de la précision de calcul dans la détermination de la hauteur optimale d'interruption des voiles est examinée tout en analysant la relation entre la hauteur optimale et les sollicitations induites. La deuxième partie propose une nouvelle procédure Push-over adaptative à exécution unique pour l'évaluation sismique des structures. Cette méthode possède deux avantages principaux : elle représente un outil pratique intégrant l’effet des modes supérieurs avec une interaction complète entre eux. D'un autre côté, elle permet d'éviter les critiques relatives aux analyses adaptatives à exécution unique. La troisième partie présente une méthode innovante permettant la détermination du point de fonctionnement des immeubles de grande hauteur. Le principe des méthodes adaptatives Push-over à exécution unique est intégré à la méthode du spectre de capacité proposé par le règlement ATC -40 dont l'application est limitée aux structures oscillant au mode fondamental. / Non linear dynamic analysis constitutes the most powerful method for the assessment of the non linear seismic response of structures subjected to strong earthquake motions. Considering the complexity associated to time history analysis, the use of nonlinear static techniques, or pushover analysis constitutes an efficient and easy to use alternative to dynamic analysis. This thesis develops innovative static nonlinear method to assess the seismic behavior of high-rise buildings. It is composed of three parts:In the first part, the continuum model which constitutes a simple and efficient tool to analyze high-rise wall-frame buildings is revisited. The influence of calculation precision in specifying the optimum level of wall curtailment is discussed. The relationship between the curtailment level and the resulting internal forces is investigated. The second part proposes a new single-run adaptive pushover method for the seismic assessment of shear wall structures. This method has two main advantages: It is practical tool to integrate the effect of higher modes with full interaction between them and it overcomes the criticisms forwarded against the previous single-run adaptive pushover analyses. The proposed method is presented as well as its numerical implementation. The third part presents an innovative method to specifying the seismic peak response quantities of the tall structures. The principle of the single-run adaptive pushover procedures is integrated with the capacity spectrum method proposed by ATC-40 (1996). Where, this latter is limited for structures that vibrate primarily in the fundamental mode.

La Multi-Channel Acquisition of Surface Waves (MASW) est devenu populaire depuis quelques années pour l'auscultation non destructive de milieux tabulaires naturels ou artificiels (Béton). Cette méthode, basée sur le comportement dispersif des ondes de surface, comporte deux étapes principales. Une courbe de dispersion des vitesses de phase des ondes de surface est, dans un premier temps, extraite d'un sismogramme par une transformée du champ d'onde (transformée p-?). L'inversion de cette dernière conduit enfin à une interprétation du milieu ausculté sous la forme d'un profil 1D des vitesses de propagation des ondes transverses en fonction de la profondeur. Cette dissertation propose une évaluation de la faisabilité de l’utilisation de la MASW pour le contrôle non destructif de structures souterraines. Cette étude s’est focalisée à évaluer puis à procéder aux différentes modifications nécessaires pour son utilisation en milieu présentant une surface concave (surface très répandue dans les structures de type galeries, tunnel ou puits) / Multi-Channel Acquisition of Surface Waves (MASW) has become very popular in recent years for non destructive testing of both layered natural and artificial (concrete) media. This method, based on the dispersive behaviour of surface waves, consists of two major steps. A phase velocity dispersion curve is first extract from the seismogram using a wave field transform (p-? transform). Then the inversion of this latter produces a 1D interpretation of the medium in terms of transverse wave velocities versus depth. While these two major steps of the method are well-documented for plane stratified media, it’s not the case when the investigated structure has a complex geometry. This dissertation deals with the evaluation of the feasibility to use MASW for non destructive evaluation of underground structures. After a brief survey of the problems that could be encountered with tunnel non destructive evaluation, this study focuses to determine and then proceed to the modifications needed to adapt the method for a concave geometry structure use

La maçonnerie non armée est présente dans une grande majorité de constructions du Québec, en particulier comme matériau non structural dans les bâtiments de la catégorie de risque élevé ou de protection civile du Code national du bâtiment. Lors du tremblement de terre du Saguenay en 1988, la majorité des dommages rapportés ont été attribués à la défaillance des cloisons construites en maçonnerie non armée. Les dommages survenus ont eu pour effet d'attirer davantage l'attention sur le comportement sismique des murs de cloison en MNA dans la performance globale d'un bâtiment. Les risques pour la sécurité et les pertes de fonction d'un bâtiment peuvent être significativement aggravés par la défaillance des éléments non structuraux, même si le système structural du bâtiment s'est bien comporté lors d'un séisme. La cause principale des problèmes suscités par les cloisons construites en maçonnerie non armée réside par l'absence d'un système de retenue latérale approprié à la structure. Afin d'assurer une meilleure protection incendie, les cloisons de blocs de béton se prolongent jusqu'au toit, sans toutefois être fixées aux éléments structuraux. Non seulement ces cloisons sont instables, mais également d'autres éléments de construction peuvent s'y heurter, notamment dû au mouvement différentiel entre la structure et les cloisons en maçonnerie. Ce comportement probable en cas de séisme vise à envisager et à considérer des solutions de réhabilitation permettant de sécuriser les lieux face à d'éventuelles catastrophes. Dans le cadre du projet de recherche, des essais dynamiques hors-plan sur table sismique ont été effectués au laboratoire de l'Université de Sherbrooke sur des murs de cloison en maçonnerie non armée avec et sans système de réhabilitation. La méthode de réhabilitation explorée a été l'ajout d'un système de retenue latérale en-tête des murs. Des accélérogrammes artificiels mis à l'échelle pour la région de La Malbaie ont été utilisés et appliqués aux spécimens afin d'obtenir des résultats représentatifs d'une zone à sismicité moyenne à élevée au Québec. De plus, des essais de caractérisation ont été réalisés pour déterminer les propriétés mécaniques des matériaux utilisés. Les résultats obtenus lors des essais ont démontré que l'ajout d'un système de retenue latérale augmente considérablement la résistance sismique et la stabilité des murs de cloison.

Dans cette étude de microzonage sismique, des essais d’analyse spectrale des ondes de surface (SASW) ont été exécutés dans quarante sites de la ville des Cayes, située à 154 km de Port-au-Prince à Haïti. Le système d’acquisition des données in situ est composé de trois géophones L4C de Marc Product, d’un analyseur HP6567 et des sources d’impact constituées d’un marteau de 12 lb (5,45 kg) et d’une masse de 88,2 lb (40 kg) tombant d’une hauteur de chute pouvant aller jusqu’à 2,50 m. Les signaux collectés sont traités à l’aide d’une méthode d’inversion simplifiée (SIM). Cette technique, évaluée à partir des simulations, fournit des profils de vitesse des ondes de cisaillement avec une bonne précision. Ainsi, quarante profils de vitesse ont été établis, au cours de ces travaux, au moyen de la SIM. À-côté des essais SASW, des études géotechniques constituées d’essais SPT, de pénétromètre dynamique (PD) et de MASW ont été compilées pour la caractérisation des sols de la ville des Cayes. Ces mesures ont été exécutées dans la région plaine à des profondeurs d’investigation atteignant 10 à 30 m. Des corrélations de la littérature, entre SPT et PD et entre SPT et V[indice inférieur s] ont permis d’établir des profils de vitesse des ondes de cisaillement. Les profils obtenus par corrélations et ceux évalués directement par SASW sont en accord dans les sites proches considérés. Ce constat prouve que les profils de vitesse obtenus par SASW correspondent à la rigidité réelle du sol. La catégorisation des sols, sur la base du paramètre V[indice inférieur s30], indique deux classes de sol dominantes dans la ville des Cayes. Il s’agit des sols de classe C, en région montagneuse, et des sols de classe D en plaine. Dans certaines zones très altérées et friables des faciès montagneux du miocène moyen, le sol est de catégorie D. Dans certains espaces marécageux et proches des côtes, la catégorie E peut être obtenue en plaine. La prise en compte des effets de site a été envisagée au moyen des facteurs d’amplification fixés pour différentes catégories de sol et pour des accélérations spectrales telles que définies par l’analyse d’aléa sismique probabiliste suivant les données de l’USGS. Les spectres d’accélération à la surface, établis dans les diverses zones, indiquent de forts mouvements pour des structures de moins de 0,5 s, représentant la majorité des structures des Cayes. Le centre-ville, se trouvant au plus faible niveau d’aléa sismique, présente des accélérations spectrales allant de 0,897 g à 1,127 g pour les bâtiments de périodes inférieures à 0,5 s. D’autres essais SASW, munis d’une source d’impact plus énergétique, devraient être effectués dans les plaines pour atteindre le rocher. Au voisinage des lacs, au nord des Cayes, d’autres mesures devraient, également, être exécutées pour confirmer la classe D ou C du sol. De plus, d’autres tests comme les rapports H/V et SPT, CPT peuvent s’avérer aussi nécessaires pour une plus grande définition des dépôts meubles caractérisant les Cayes. Ils permettront de réaliser une estimation plus précise du mouvement à la surface, de réaliser des analyses dynamiques et de préciser éventuellement, la catégorie F du sol en zone côtière ou marécageuse.

L’isolation sismique à la base consiste à introduire un élément flexible dans une structure afin de réduire sa vulnérabilité sismique en découplant son mouvement de celui du sol. Les isolateurs sismiques en caoutchouc représentent un moyen efficace d’apporter cette flexibilité. Cependant, les déplacements importants auxquels ils sont soumis durant un tremblement de terre, combinés aux charges verticales importantes qu’ils doivent supporter en tout temps peuvent induire des problèmes d’instabilité ou de déchirement. Le présent projet introduit, après une brève revue bibliographique, une étude expérimentale effectuée au laboratoire de structures de l’Université de Sherbrooke sur des spécimens d’isolateurs et d’appuis de ponts à échelle réduite et à échelle réelle. Ces essais de caractérisation des états limites ultimes ont permis de caractériser les phénomènes d’instabilité à l’état déplacé et de rupture par déchirement. L’ensemble des données récoltées a permis de valider un modèle numérique d’isolateurs, développé sur le logiciel d’éléments finis ADINA et de mettre en place des méthodes numériques prédictives d’instabilité et de rupture des appareils d’appui et d’isolation sismique. Le modèle numérique a été utilisé de manière intensive pour étudier l’influence de la charge verticale et des principaux paramètres géométriques définissant les appareils sur leurs états limites ultimes : facteur de forme, élancement et largeur, sur des populations numériques complètes d’appareils d’appui et d’isolation. L’influence de la largeur a été particulièrement approfondie pour permettre de présenter les résultats sous une forme adimensionnelle et pour définir ainsi des abaques de dimensionnement à l’usage des ingénieurs de la pratique. Une comparaison des abaques avec les normes CAN/CSA S6-06 et GSSID/AASHTO en a découlé, montrant notamment que les limites imposées par les normes peuvent être parfois trop sécuritaires ou pas assez selon la géométrie de l’isolateur. La fin de l’étude est réservée à la définition d’états limites statistiques basés sur la probabilité qu’un appareil d’une population donnée ait atteint ou non sa valeur de déformation critique. Ainsi, quatre niveaux d’états limites statistiques ont pu être définis pour les appuis, et cinq pour les isolateurs.

L'isolation sismique à la base est une méthode de conception parasismique qui consiste à introduire de la flexibilité à la base d'une structure afin de réduire sa vulnérabilité aux séismes. La flexibilité introduite permet de séparer la fréquence propre de la structure de la plage de fréquences naturelles du séisme. Les grands déplacements qui surviennent à cause de la flexibilité peuvent être contrôlés par introduction d'amortissement dans le système. Les isolateurs sismiques permettent ainsi de réduire significativement la demande en force et en déformation sur les principaux éléments structuraux. Il en résulte une augmentation du niveau de performance de la structure en cas de séisme. Les isolateurs sismiques en élastomère (ISE) font partie des types d'isolateur les plus utilisés à cause de leur facilité de fabrication, d'installation et d'entretien. Toutefois, ces isolateurs présentent un comportement mécanique non linéaire dépendant de plusieurs facteurs qui varient durant la phase d'utilisation (température, déformation interne, fréquence de chargement...). Il s'ensuit que, pour assurer la sécurité de l'ouvrage isolé, il est important de connaître l'impact de la variation de chacun des facteurs sur les propriétés mécaniques des isolateurs en caoutchouc. Le présent projet de recherche étudie l'influence du niveau de compression axiale sur les propriétés mécaniques des isolateurs sismiques en caoutchouc naturel. Des essais expérimentaux ont été réalisés sur une série de douze isolateurs sismiques pour étudier l'effet de la charge axiale sur la rigidité latérale et le niveau de dissipation d'énergie. Les résultats ont montré une réduction de la rigidité et une augmentation du niveau d'amortissement avec l'augmentation de la contrainte axiale. Une analyse par éléments finis a aussi été menée pour étudier la stabilité des isolateurs à l'état déplacé. L'étude numérique a montré une concordance avec les prédictions théoriques à l'état non déplacé et une sous-estimation de la capacité de l'isolateur à l'état déplacé. L'étude a aussi fait ressortir une relation entre le facteur de forme, l'élancement et la capacité de l'isolateur à l'état déplacé. Le projet de recherche est réalisé sous la direction du professeur Patrick Paultre, dans le cadre des travaux du centre de recherche en génie parasismique (CRGP) sur la réduction de la vulnérabilité sismique des structures.

Ce mémoire porte sur le développement de nouvelles méthodes de fusion d’images à partir d’un formalisme à base d’Equations aux Dérivées Partielles (EDP). Les deux premiers chapitres bibliographiques portent sur les 2 domaines au centre de notre problématique : la fusion et les EDP. Le Chapitre 3 est consacré à la présentation progressive de notre modèle EDP de fusion constitué par un terme de fusion (diffusion inverse isotrope) et un terme de régularisation. De plus, un des attraits de l’approche EDP est de pouvoir traiter avec le formalisme des données bruitées. L’association d’un terme de diffusion dépendant du type de données à traiter est donc abordée. Le chapitre 4 est consacré à l’application des modèles de fusion-diffusion aux données sismiques. Pour répondre aux besoins de filtrage de ces données sismiques, nous proposons deux méthodes originales de diffusion 3D. Nous présenterons dans ce mémoire l’approche de fusion 3D intégrant une de ces méthodes nommée SFPD (Seismic Fault Preserving Diffusion). / This thesis focuses on developing new methods for image fusion based on Partial Differential Equations (PDE). The starting point of the proposed fusion approach is the enhancement process contained in most classical diffusion models. The aim of enhancing contours is similar to one of the purpose of the fusion: the relevant information (equivalent to the contours) must be found in the output image. In general, the contour enhancement uses an inverse diffusion equation. In our model of fusion, the evolution of each input image is led by such equation. This single equation must necessarily be accompanied by a global information detector useful to select the signal to be injected. In addition, an inverse diffusion equation, like any Gaussian deconvolution, raises problems of stability and regularization of the solution. To resolve these problems, a regularization term is integrated into the model. The general model of fusion is finally similar to an evolving cooperative system, where the information contained in each image starts moving towards relevant information, leading to a convergent process. The essential interest of PDE approach is to deal with noisy data by combining in a natural way two processes: fusion and diffusion. The fusion-diffusion proposed model is easy to adapt to different types of data by tuning the PDE. In order to adapt the fusion-diffusion model to a specific application, I propose 2 diffusion models: “Seismic fault preserving diffusion” and “3D directional diffusion”. The aim is to denoise 3D seismic data. These models are integrated into the fusion-diffusion approach. One of them is successfully transferred to the industrial partner: french oil company Total. The efficiency of our models (fusion and fusion-diffusion) is proven through an experimental plan in both noisy and noisy-free data.

CE TRAVAIL A LA FOIS METHODOLOGIQUE ET EXPERIMENTAL CONCERNE L'IMAGERIE SISMIQUE DE HAUTE RESOLUTION DE STRUCTURES GEOLOGIQUES ASSOCIEES AUX RISQUES VOLCANIQUE ET SISMIQUE. L'OBJET DE CE TRAVAIL EST DE DEVELOPPER ET APPLIQUER, SUR DES SITES SELECTIONNES, DE NOUVELLES METHODES D'INVESTIGATION SISMIQUE EXPLOITANT LA DENSITE DES CAPTEURS ET LA MOBILITE DES SOURCES SISMIQUE ACTIVES. CE TRAVAIL EST DE PLUS EN ETROITE RELATION AVEC LE RECENT DEVELOPPEMENT DU RESEAU SISMIQUE-SISMOLOGIQUE, IMAGERIE DE HAUTE RESOLUTION. <br />NOTRE TRAVAIL FAIT PARTIE D'UN PROJET DONT L'OBJECTIF EST EN PARTICULIER D'ETUDIER LE VOLCAN DE LA SOUFRIERE DE GUADELOUPE DANS LE BUT DE PREDIRE SON COMPORTEMENT FUTUR. NOUS NOUS SOMMES FOCALISES SUR UNE EXPERIENCE PRELIMINAIRE D'IMAGERIE HAUTE RESOLUTION D'UN EDIFICE VOLCANIQUE SITUE DANS LE CHAINE DES PUYS EN AUVERGNE DANS LE BUT DE PREPARER UNE CAMPAGNE DE PLUS GRANDE ENVERGURE AUX ANTILLES. NOS TRAVAUX APPORTENT DES INFORMATIONS PRIMORDIALES POUR LA MODELISATION DE LA DYNAMIQUE D'UNE ERUPTION ET DONC POUR LA PREVENTION DES RISQUES VOLCANIQUES.<br />NOUS NOUS INTERESSONS PAR AILLEURS A LA CARACTERISATION SISMIQUE DES FAILLES SISMOGENES ET ETUDIONS LA FAILLE NORD-ANATOLIENNE EN TURQUIE. NOUS AVONS MENE UNE CAMPAGNE DE SISMIQUE REFLEXION A TRAVERS CETTE FAILLE. NOS TRAVAUX PRESENTENT DEUX PRINCIPALES APPLICATIONS, LA CONTRAINTE DES MODELES DE RUPTURE DE FAILLE ET L'EVALUATION DU RISQUE SISMIQUE ACCRU DANS LES ZONES DE FAILLE.<br />CE TRAVAIL NOVATEUR CONFIRME LA PUISSANCE DE LA SISMOLOGIE ACTIVE BASEE SUR L'UTILISATION DE RESEAUX DENSES DE CAPTEURS ET DE SOURCES. CE TRAVAIL CONSTITUE UN APPORT CRUCIAL POUR L'EVALUATION DES RISQUES VOLCANIQUE ET SISMIQUE.

La marge de Nankai dans la zone Tokai n'a pas subi de rupture lors du dernier épisode sismique de 1944-1946, qui a affectée tout le reste de la marge. Un fort séisme est donc à attendre à cet endroit au cours des prochaines années. Afin de mieux contraindre l'étendue de la zone sismogène, une campagne sismique 3D a été menée en 2000 sur le prisme de Nankai. Cette thèse s'inscrit dans la double thématique méthodologique et géologique de cette campagne. L'aspect méthodologique comprend la prise en compte des specificités de l'imagerie 3D par rapport à l'imagerie 2D classique. Lors de l'acquisition, la géométrie du dispositif source-récepteurs doit être parfaitement connue. Grâce à une méthode mise au point à cet effet, la géométrie a pu être reconstruite avec une excellente précision. Le traitement a également amélioré sensiblement les images obtenues, même si certains objets n'apparaissent pas de manière évidente dans les données. Les images 3D ont cependant permis de beaucoup mieux contraindre la position des failles majeures du prisme (Tokai, Kodaiba) en profondeur, et donc de mieux comprendre la cinématique du prisme. L'aspect géologique a révélé que la déformation de la marge est dominée par les événements Quaternaires, qui ont affecté une couverture du bassin d'avant-arc très calme auparavant. Plusieurs phases de plissement sont visibles, dont une en avant du bassin qui peut chronologiquement être reliée à l'arrivée en subduction d'une ride océanique. L'étude du BSR a également permis indirectement de donner un ordre de grandeur des processus d'érosion et de sédimentation sur la marge. Les larges glissements de terrains observés peuvent être simplement liés à l'activité sismique de la marge, sans intervention de surpression de fluides dans les pores. Enfin, un volcan observé en subduction est peut-être à l'origine de l'inactivation de la faille de Tokai, qui ne présente aucun signe d'activité récente.

L'objectif principal de cette thèse est de développer et d'optimiser les outils d'acquisition de la technique de Sismique réflexion haute résolution (SHR) afin d'améliorer ses performances pour la détection des cavités souterraines. Il est communément admis que l'imagerie SHR est d'autant plus complexe que la profondeur de la cible est petite. Les travaux menés dans le cadre de cette thèse devraient remédier à certains problèmes les plus critiques identifiés lors des applications de la SHR.L'utilisation des sources vibratoires présente des avantages indéniables (non destructivité, contrôle du signal émis...) par rapport aux sources " classiques " (i.e. impulsionnelles, destructives) mais leur application optimale nécessite un choix correct du signal émis.Ainsi, les travaux de recherche réalisés ont permis de (1) développer un système complet de pilotage par ordinateur d'une mini-source vibratoire destinée à l'imagerie SHR, (2) développer une méthode de génération de signaux émis. En établissant un lien entre le signal d'entrée et l'image sismique obtenue, cette procédure offre la possibilité à l'utilisateur de choisir le signal émis en fonction des conditions de terrain, et des objectifs des mesures, (3) tester le fonctionnement du système développé avec plusieurs mini-vibrateurs.Le système développé ainsi est testé et validé dans les tests à petite échelle. Ensuite, il a été utilisé dans les conditions réelles avec l'objectif " détection des cavités " dans le contexte salin (anciennes mines de sel en Lorraine, profondeur : 160 m - 180 m) et les marnières de Haute Normandie (anciennes carrières de craie, profondeur : 15 m - 45 m)