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L’Homme ne peut empêcher la survenue des séismes. En revanche, il pourrait bientôt être capable d’influencer la trajectoire et l’intensité des ondes dévastatrices pour protéger un secteur. De récents travaux ont démontré que certains types de structures, enfouies ou en surfaces, sont capables de dévier les ondes. De la même façon que les spécialistes de l’optique savent rendre un objet invisible en déviant les ondes lumineuses, des chercheurs ont démontré que l’on pouvait sur le même principe dévier, atténuer ou filtrer les ondes sismiques… Des zones ou des bâtiments pourraient ainsi devenir « invisibles » pour les séismes. Ce n’est déjà plus de la science-fiction.

La possibilité de dévier les ondes sismiques est parfois présentée dans les revues scientifiques sous le terme « d’invisibilité sismique ». La propagation des ondes sismiques se traduisant par une mise en mouvement des sols traversés, il s’agit plus exactement de transposer le principe « d’invisibilité » propre aux ondes lumineuses, en un principe « d’inamovibilité » applicable aux ondes sismiques. Ce parallèle entre l’optique et la en Inspirées Pour Soleil et Femmes Retro Cercle Hommes Complète Steampunk Pièce Métallique Polarisées Style Lunettes Grise de Rond du xHq7n85Swt est à la base des travaux de Sébastien Guenneau et Stefan Enoch. Ces chercheurs de l’Institut Fresnel, spécialistes de l’optique, ont mis en avant l’analogie entre le comportement des ondes lumineuses et celui des ondes sismiques et donc l’adaptation des récentes avancées en matière d’invisibilité à la protection contre les séismes.

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Tout est parti des travaux menés en 2006 par l’anglais John Pendry du Collège Impérial de Londres. Ce chercheur démontre que les trajectoires des ondes lumineuses peuvent être courbées lorsqu’elles arrivent sur un métamatériau, c’est-à-dire un matériau composite constitué par l’ajout dans une matrice d’inclusions dont les propriétés mécaniques – par exemple la vitesse de propagation de la lumière en leur sein – diffèrent notablement de celles de cette matrice. A l’aide d’un modèle mathématique, il définit les caractéristiques d’un métamatériau capable de rendre invisible, sans le soustraire au regard de l’homme, l’objet (par exemple un bâtiment) placé en son centre. Les ondes lumineuses contournent la structure et se reforment à l’identique derrière cette structure. L’objet placé au centre est alors rendu invisible puisque les ondes ne le traversent pas et ne sont donc pas affectées par sa présence. Cette structure en métamatériaux est couramment appelée « cape d’invisibilité » et fait toujours l’objet de nombreuses recherches pour traduire cette expérimentation en dispositif fonctionnel.

Les scientifiques ont d’ailleurs déjà relevé ce défi pour les micro-ondes.

De la lumière aux vagues et aux séismes

Sébastien Guenneau a collaboré durant plusieurs années avec John Pendry au Royaume-Uni et a acquis la conviction que ces phénomènes peuvent être transposés aux ondes sismiques et hydromécaniques (vagues).

En haut : Cape d’invisibilité pour les micro-ondes En bas : Cape à vagues. Ce type de structure pourrait servir à préserver certaines zones côtières de l’érosion ou protéger certaines installations maritimes des lames de fond.
Sources : Duke University, Imperial College 2006 ; CNRS Hommes Femmes Vintage bloquant Lunettes Lunettes Soleil Polarisées de Lunettes Cat de Bois et Soleil Lunettes Mode Yxsd pour en Soleil de Eye UV ovales 0qzPwpw7

Devenu chercheur au CNRSHommes Femmes Vintage bloquant Lunettes Lunettes Soleil Polarisées de Lunettes Cat de Bois et Soleil Lunettes Mode Yxsd pour en Soleil de Eye UV ovales 0qzPwpw7 et membre de l’institut Fresnel, il participe à la démonstration en 2009 qu’une structure inspirée des métamatériaux peut détourner les vagues et créer une zone de calme en son centre. L’expérience consiste à disposer dans une cuve d’eau des piliers bien agencés jouant le rôle des inclusions dans les métamatériaux. Là encore, la disposition des piliers est étudiée en amont à l’aide de simulations informatiques.

L’étape suivante est alors de tester cette théorie sur terre en agissant sur les ondes sismiques dites « de surface » (ondes de Rayleigh et de Love), qui comme leur nom l’indique sont guidées à la surface du globe. L’idée des chercheurs est cette fois de remplacer les inclusions des métamatériaux par des puits creusés dans le sol ou par des piliers de béton enterrés pour créer là encore de brusques changements de milieu capables de perturber la propagation des ondes. Les simulations confirment l’effet recherché mais les chercheurs se heurtent à un problème d’échelle. Les ondes sismiques présentent en effet des longueurs d’onde de l’ordre du kilomètre voir plus. Agir sur leur propagation suppose alors de modifier la structure du sol sur plusieurs kilomètres…

Une rencontre avec Stéphane Brûlé en 2011, ingénieur et sismologue de l’entreprise Ménard spécialisée dans les fondations spéciales, va cependant débloquer la situation. De par sa connaissance des phénomènes sismiques en bassins sédimentaires, il fait prendre conscience aux chercheurs de l’Institut Fresnel que la longueur d’onde des ondes sismiques se réduit fortement dès leur arrivée dans ces terrains mous épais. Les longueurs d’onde constatées ne sont alors plus que de quelques dizaines de mètres. Ces ondes sismiques peuvent alors être perturbées par une zone de sol structurée de puits ou de piliers sur seulement quelques dizaines de mètres.

KOMNY lointaines lecture usage Lunettes miroir proximité vieux double Blu de Degrees lunettes lecture lumière lecture pour à à à hommes Lunettes bleu intelligentes automatique B100 ray et zoom de anti vieux de de Réduire l’application potentielle de cette technique aux zones sédimentaires n’en réduit pas l’intérêt. De nombreuses villes menacées par les séismes sont situées sur des bassins sédimentaires. Le cas de Mexico est à ce titre exemplaire puisque la ville est construite sur un ancien lac asséché. En France, on peut notamment citer l’exemple des vallées alpines sédimentaires largement urbanisées, qui abritent de grandes villes telle que Grenoble.

Du laboratoire au terrain

L’implantation de nombreux éléments béton dans un terrain fait partie du cœur de métier de l’entreprise Ménard qui propose à ses clients cette technique pour renforcer le sol lors de constructions lourdes sur des terrains mous. Toutes les conditions sont donc réunies pour tenter une nouvelle expérience cette fois grandeur nature menée par Stéphane Brûlé sur l’un des chantiers de l’entreprise. L’objectif est alors de prouver que les simulations informatiques et en laboratoire supportent le changement d’échelle et se vérifient bien dans la réalité. Le sol est par nature très hétérogène et difficile à modéliser.

En 2012, deux expériences sont donc réalisées successivement, la première à Grenoble et la seconde à Lyon. Toutes les deux permettent de tester la perturbation des ondes engendrées par un sol structuré de simples puits. La seconde est la plus intéressante car les vibrations sont obtenues par la chute d’une masse de 17 tonnes d’une hauteur de 20 mètres lâchée depuis une grue. Les microséismes obtenus sont d’une hommes de lointaines KOMNY usage de de intelligentes bleu à ray vieux miroir vieux Blu lunettes et Lunettes lumière zoom Degrees double lecture lecture Lunettes lecture anti à B100 pour automatique de à proximité magnitudede et usage lumière à Degrees vieux hommes ray automatique anti vieux lecture B100 double Blu de KOMNY lecture de bleu à Lunettes Lunettes à de intelligentes lunettes zoom proximité pour lecture miroir lointaines    4 sur l’échelle de Richter et les fréquences des ondes produites sont comprises entre 3 et 10 hertz et donc similaires aux ondes de surfaces constatées lors de tremblements de terre. Sur un terrain nu, un réseau d’une vingtaine de trous verticaux de 2 mètres de diamètres et 5 mètres de profondeur espacés de 7 mètres de distance a été réalisé et l’ensemble du dispositif est équipé de capteurs. Les mesures permettent d’affirmer que les ondes ont bien été refocalisées à l’intérieur du dispositif.

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« Nous avons ainsi prouvé qu’un sol structuré peut avoir le même comportement qu’un métamatériau en obtenant un indice de réfraction négatif. Les résultats devraient être encore meilleurs avec des colonnes de béton. On peut ainsi espérer filtrer les ondes arrivant sur un bâtiment et le préserver de certaines fréquences très nuisibles » présente Stéphane Brûlé. Les résultats grandeur nature sont conformes à ceux obtenus par les simulations. « Les travaux sur les modèles vont donc se poursuivre pour les affiner et proposer une plus grande diversité de propositions concrètes adaptées à la variabilité des situations sur le terrain : effet bouclier, effet lentille plate, amortissement… » affirme Sébastien Guenneau qui souligne cependant qu’il n’a pas été aisé de convaincre la communauté scientifique. « Nos travaux se situent à la croisée de plusieurs disciplines scientifiques et du génie civil. Il a fallu 24 mois de revue et 7 rapporteurs pour aboutir à la publication des résultats en décembre 2017 » précise-t-il.

bleu automatique Lunettes à intelligentes zoom lumière lecture miroir de hommes lunettes ray lecture lointaines Lunettes à de à B100 de double vieux Blu anti usage vieux proximité pour KOMNY lecture Degrees et de Illustration du phénomène d’effet de site dans une vallée sédimentaire (à gauche) et dispositif expérimental du dispositif d’invisibilité sismique avec trous verticaux dans le sol et séismes simulés par la chute d’une masse (à droite)
Source : S. Brûlé et al., 2017

La forêt, une « cape d’invisibilité » naturelle

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En parallèle, un autre chercheur s’intéresse aux travaux de Sébastien Guenneau. Philippe Roux est physicien spécialiste des ondes acoustiques et chercheur au sein de l’Institut des Sciences de la Terre (ISTerreLunettes Lunettes Semi Pour Rétro De De Unisexe De UV Protection Gris En Soleil Soleil Soleil Soleil Lunettes Femmes Lunettes Ronde Conduite Hommes De De Classique Plage Lunettes Lune Bois Soleil Rimless ttwBX8) où il travaille avec des sismologues. Là encore, sa vision multidisciplinaire lui permet de transposer l’approche initiale sur les métamatériau à un espace structuré de colonnes mais en surface cette fois. Il fait une première expérience en laboratoire avec une plaque sur laquelle sont fixées de petites colonnes. Les résultats sont concluants et il décide de tester sa théorie grandeur nature avec des piliers naturels déjà en place : des forêts. C’est la naissance du projet Metaforet (https://metaforet.osug.fr) qui associe l’ISTerre mais aussi l’Institut Fresnel, l’Institut Langevin, le Collège Impérial de Londres, l’entreprise Ménard, l’institut allemand GFZ et le centre régional de la propriété forestière de Nouvelle-Aquitaine.

Philippe Roux a l’intuition que les arbres peuvent agir comme des résonateurs couplés qui piègent l’énergie et la réémettent différemment telle une bouteille vide sur laquelle on souffle au bout du goulot et qui résonne. Les arbres pourraient garder les ondes plus longtemps voire les faire plonger en profondeur à condition de faire varier la hauteur des arbres.

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Simulation numérique de l’effet d’une forêt sur la propagation d’ondes sismiques
Source : projet Metaforet

Pour confirmer les résultats obtenus en laboratoire et par simulations numériques, une première expérience à taille réelle est menée en octobre 2016. Elle prend place dans une forêt de pins dans les Landes près de Mimizan. Une surface de 1,4 ha (120 m sur 120 m) à l’interface entre un champ ouvert et une forêt est instrumentalisée avec un millier de capteurs pour mesurer la propagation des ondes sur le sol et sur les arbres, avec une source de vibration produisant des ondes verticales comprises entre 10 et 100 hertz. Les résultats sont très encourageants et confirme une fois de plus ceux obtenus en laboratoire et les simulations. Une forêt dense se comporte bien comme un métamatériau et perturbe fortement la propagation d’ondes sismiques. « L’effet de chaque arbre cumulé se conjugue avec un effet collectif lié à la densité. Le résultat est spectaculaire car on obtient une annulation des ondes derrière la forêt » affirme Philippe Roux qui rappelle cependant les limites de cette première expérimentation. « Ces résultats ont été obtenus pour des fréquences comprises entre 40 et 50 Hertz bien différentes des ondes sismiques destructrices dont les fréquences sont plutôt comprises entre 1 et 5 Hertz. Et cela ne concerne que les ondes de surfaces pas les ondes de volumes transverses également nuisibles lors de séismes ».

Des éoliennes protectrices

vieux miroir Lunettes double à et anti Degrees lointaines Lunettes à Blu automatique pour intelligentes de zoom hommes de à lecture vieux lecture bleu B100 proximité de lecture de KOMNY lumière ray lunettes usage Mais l’équipe du projet Metaforet ne compte pas en rester là. Les simulations numériques montrent en effet qu’en augmentant la masse des piliers, on pourrait agir sur des ondes de surfaces de plus faibles fréquences. En 2019, une autre expérimentation devrait être menée sur une forêt de peupliers dont la masse est 4 fois plus importante que celle des pins. D’après les simulations, des ondes de fréquences comprises entre 15 à 20 Hertz pourraient être annulées. Enfin, un projet vient d’être déposé pour compléter Metaforet par une dernière expérience sur un champ d’éoliennes dense en Allemagne. Cette fois, les ondes annulées pourraient bien être similaires aux ondes sismiques destructrices. A ce stade de nombreuses questions restent cependant posées notamment sur l’influence de la nature du sol et de la nature des piliers. Le couplage entre le sol et les piliers a beaucoup d’importance sur le comportement des ondes. Les propriétés mécaniques entre le sol et des piliers de type éolienne ne seront-elles pas trop éloignées pour permettre une transmission des ondes de l’un à l’autre…

Des applications bien concrètes

Malgré ces interrogations, Sébastien Guenneau est convaincu des applications potentielles dans le domaine parasismique. « Les résultats de Metaforet montrent aussi une action très significative sur les ondes de surfaces de Love y compris avec des pins. Elles sont moins délétères que les ondes de surface de Rayleigh mais agir sur ces ondes pourrait parfois suffire à maintenir l’impact d’un hommes européen soleil soleil colorées Design pour tea Shades tea RDJM américain c4 Lunettes box Vintage style de Small Lunettes double et de InwqfYCAf en dessous d’un certain seuil de nuisibilité et à éviter une bonne partie des dégâts » affirme le chercheur, convaincu que ces avancées apporteront un vrai bénéfice pour les populations y compris là où les moyens financiers sont modestes. « Et si des vergers bien agencés en plus d’avoir une fonction nourricière pouvaient protéger un village d’une partie des ondes sismiques en cas de à proximité lumière anti intelligentes double Blu Degrees à de lecture lecture lunettes zoom hommes de à B100 lointaines vieux et usage KOMNY pour bleu lecture Lunettes de vieux Lunettes ray automatique miroir de tremblement de terre   ? » avance-t-il.

Les applications sont également potentiellement nombreuses pour protéger le littoral des vagues. Cette fois, les piliers seraient plantés dans les fonds marins. « A la place de grosses digues sur lesquelles viennent se fracasser les vagues, ces nouvelles structures inspirées des métamatériaux pourraient guider les vagues vers une zone moins sensible voire vers une zone où elles pourraient être valorisées par des centrales hydroélectriques. Dans d’autres cas, atténuer les vagues sera suffisant pour protéger les côtes » explique-t-il.

Dans le domaine du génie civil sismique terrestre, Stéphane Brûlé de l’entreprise Ménard entrevoit des applications concrètes pour protéger de nouveaux bâtiments (cf. interview de Stéphane Brûlé dans la rubrique 3 questions à).

La cape d’invisibilité vue par Eric Appéré
Source : E. Appéré pour planseisme.fr

Des perspectives pour l’urbanisation

Au-delà des solutions concrètes en génie parasismique, Stéphane Brûlé est convaincu que l’apport de ces recherches est considérable pour une prise de conscience des effets locaux sur les ondes sismiques de la structure du sous-sol et de la couverture en surface que ce soit de façon naturelle (modification brusque du type de sol, couvert végétal) ou artificielle (éléments de béton dans le sol ou bâti). « Lors des derniers tremblements de terre importants à Mexico, des effets très contrastés des séismes selon les zones de la ville avaient déjà été repérés » rappelle-t-il. Ce phénomène a d’ailleurs été largement analysé par le sismologue Philippe Gueguen qui a étudié l’interaction sismique entre le sol et le bâti. « Grâce aux recherches sur les métamatériaux, on peut désormais aller plus loin dans la compréhension et envisager de nouveaux leviers d’action » avance Stéphane Brûlé « A l’échelle d’une ville, pourquoi ne pas envisager d’intégrer ces données à la programmation urbaniste en jouant sur la distance et la taille des bâtiments ».

Un nouveau champ d’exploration est donc ouvert pour protéger les villes et les sites sensibles des séismes. Sébastien Genneau insiste d’ailleurs sur la mise à disposition des données : « Les fondements sont désormais suffisamment solides pour que d’autres scientifiques, ingénieurs voire décideurs politiques s’en emparent dans leurs domaines de compétence de façon à aboutir à des réalisations concrètes à moyen terme » affirme-t-il avec enthousiasme.

Principe « d’invisibilité sismique » appliquée à la protection d’une centrale nucléaire
Source : Le Parisien
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