Réponse dynamique d'un tunnel enterré soumis à des ondes mécaniques

The PhD work context deals with mechanical wave propagation in heterogeneous media including an embedded tunnel, more specifically in the karst environment of the Low Noise Underground Laboratory, Rustrel, Vaucluse, France. The main goal of this work concerns the development of a semi-analytical approach to study the dynamic response of the tunnel and its surroundings in both harmonic and transient regimes. The heterogeneous environment is described by a radial multilayered approach with various effective media in a two-dimensional geometry. The microcracks between two successive layers of the damaged zone are macroscopi cally described by an imperfect interface. The gallery is first assumed to be circular, allowing us to apply the wave function expansion method to obtain the stress and displacement fields in the different media. In the second part, we introduce the general theory of the complexvariable. The use of mapping functions allows us to transform a real geometry into a circular one. The scientific challenge lies in a better description of the overall shape of the tunnel including non-circular geometries, such as an ellipse or a horseshoe. The results obtained show that the kind of contact, the type of geometry and the characteristics (number of layers, thickness) of the damaged zone modify the dynamic response of the tunnel and the karst massifCe travail de doctorat s’inscrit dans un cadre général d’étude de la propagation d’ondes mécaniques dans des milieux hétérogènes faisant intervenir un tunnel enterré, plus spécifiquement dans le contexte karstique du Laboratoire Souterrain à Bas Bruit situé à Rustrel, Vaucluse, France. L’objectif principal est de développer une approche semi-analytique permettant de simuler la réponse dynamique d’un tunnel et de son espace environnant en régimes harmonique et transitoire. Une approche multicouches radiale dans laquelle l’environnement hétérogène est décrit par des milieux effectifs par morceaux dans une configuration bidimensionnelle est proposée. Les microfissures existant entre deux couches successives de la zone endommagée sont modélisées macroscopiquement par un contact imparfait. Dans un premier temps, nous considérons que les galeries du LSBB ont une forme circulaire, nous utilisons alors la méthode d’expansion de la fonction d’onde pour obtenir les expressions des contraintes et déplacements dans les différents milieux. Dans un deuxième temps, nous abordons la théorie générale de la variable complexe. L’utilisation des fonctions de cartographie permet ainsi de transformer une géométrie réelle en une géométrie circulaire. Le challenge scientifique est de mieux décrire la forme globale des galeries en proposant des géométries autres que circulaires, de types ellipse ou fer à cheval. Une analyse des résultats obtenus montre que la qualité du contact, le type de géométrie et la nature (nombre de couches, épaisseur) de la zone endommagée modifient la réponse dynamique du tunnel et du massif karstique environnan