Un portique de 20 tonnes en bordure du bassin Est du Grand Port Maritime de Marseille exigeait une reconnaissance du substratum sans interrompre l'activité logistique. Les calcaires urgoniens fracturés alternent ici avec des marnes et des remplissages argileux qui piègent les ondes de compression. Le dispositif de tomographie sismique par réfraction a déployé 48 géophones sur 120 mètres, avec un impact de masse de 15 kg comme source sismique, pour cartographier le toit rocheux à 12 mètres de profondeur sous les remblais portuaires. À Marseille, où le relief plonge brutalement dans la Méditerranée, la vitesse des ondes P varie de 400 m/s dans les colluvions à plus de 2800 m/s dans le calcaire sain, ce qui rend la méthode particulièrement discriminante. Cette approche non destructive fournit au bureau d'études un modèle de vitesse continu, essentiel pour caler les futurs essais pressiométriques. Dans les zones où les contrastes d'impédance sont moins marqués, on peut compléter avec un essai CPT pour affiner la stratigraphie en continu.
À Marseille, la tomographie sismique identifie les anomalies de vitesse liées aux karsts et aux remplissages argileux jusqu'à 80 mètres de profondeur sous le niveau de la mer.
Notre approche et périmètre
À Marseille, l'expérience montre que le bruit urbain du trafic de la Canebière ou du métro impose souvent un empilement vertical (stacking) de 5 à 8 tirs par point de tir pour extraire un signal propre. Le traitement inclut le filtrage passe-bande et la suppression du ground-roll qui masque les réfracteurs profonds. La couverture atteint 80 mètres au droit du Vieux-Port, là où les remplissages quaternaires masquent un paléotalweg creusé dans le Stampien.
Particularités du site
L'urbanisation de Marseille s'est étalée des collines calcaires vers les plaines alluviales, recouvrant un réseau karstique hérité de la dissolution des carbonates. Ce maillage de conduits souterrains et de poches d'argile rouge représente le risque majeur pour les fondations profondes dans les 1er, 6e et 9e arrondissements. Un effondrement de toit de karst sous une semelle filante peut entraîner des tassements différentiels de plusieurs centimètres, incompatibles avec les tolérances de l'Eurocode 7. La tomographie sismique cartographie ces hétérogénéités en identifiant les zones de faible vitesse (Vp < 800 m/s), correspondant à des argiles molles ou des vides, avant toute intervention destructive. Croiser ce modèle avec les données de sondages SPT permet de calibrer les contrastes détectés sur des horizons précis. Le risque sismique local, avec une accélération de référence agr = 1,2 m/s² selon le zonage national, rend indispensable une bonne connaissance du sol pour les études de réponse sismique de site.
Cadre normatif
Les normes et recommandations applicables comprennent le guide NF P 94 pour la méthode de réfraction sismique, l'Eurocode 7 (EN 1997-2:2007) relatif à la reconnaissance des terrains et essais, la NF P94-500 définissant les missions géotechniques (G1 à G5), ainsi que les recommandations de la CFMR pour la prospection géophysique des cavités souterraines.
Services techniques associés
Réfraction sismique pour fondations
Afin d'évaluer la profondeur du socle calcaire et de repérer les éventuelles anomalies karstiques sous les futures semelles, on réalise des profils 2D de vitesse des ondes P.
Réflexion sismique haute résolution en zone urbaine
Malgré le bruit ambiant en milieu urbain, l'acquisition est effectuée avec une fenêtre optimale. Le traitement inclut le CDP et la migration en temps pour visualiser les réflecteurs en profondeur.
Tomographie subaquatique en site portuaire
Des dispositifs spécifiques, incluant des hydrophones et une source immergée, sont mis en œuvre sur les quais et darses du Grand Port Maritime afin de cartographier la bathymétrie du rocher.
Vs30 et classification de site sismique
On utilise l'analyse des ondes de surface, via la méthode MASW couplée, pour estimer la vitesse moyenne des ondes S sur une profondeur de 30 mètres et ainsi classer le site conformément à l'Eurocode 8.
Paramètres typiques
Questions courantes
Quelle profondeur maximale peut-on atteindre avec la réfraction sismique dans le calcaire marseillais ?
La profondeur que l'on peut atteindre dépend de la taille du dispositif et de l'énergie de la source. À Marseille, on déploie typiquement une ligne de géophones de 120 mètres avec une masse de 15 kg, ce qui permet d'imager des réfracteurs jusqu'à 60-80 m de profondeur. Dans les zones de calcaire urgonien massif comme la Nerthe ou Marseilleveyre, la vitesse élevée des ondes P (plus de 2800 m/s) facilite une bonne pénétration; en revanche, les remplissages argileux réduisent le signal et peuvent limiter la profondeur utile à environ 40 mètres.
Est-il possible de réaliser une tomographie sismique en pleine ville avec la circulation marseillaise ?
D'après l'expérience de nos géophysiciens à Marseille, il est possible d'acquérir des données même dans des zones très fréquentées comme la Canebière ou le boulevard Sakakini. Le protocole d'acquisition prévoit un empilement vertical de 5 à 8 tirs par point de tir afin d'améliorer le rapport signal/bruit, un filtrage numérique coupe-bande à 50 Hz pour supprimer le ronflement électrique, et, si nécessaire, la planification des tirs en dehors des heures de pointe. Le traitement des données permet d'isoler les premières arrivées malgré le bruit ambiant, tandis que les géophones à 4,5 Hz atténuent naturellement les hautes fréquences du trafic.
Quel est le budget à prévoir pour une campagne de tomographie sismique à Marseille ?
À Marseille, le prix d'une mission de tomographie sismique par réfraction varie généralement de 2 790 € à 4 080 €, en fonction de la longueur du profil, du nombre de tirs, et des contraintes d'accès (site portuaire sécurisé, travail de nuit, ou zone piétonne). Ce tarif inclut la mise à disposition du sismographe et de l'équipe de géophysiciens, le traitement des données, ainsi que la remise d'un rapport comprenant les coupes de vitesse interprétées. Un devis sur mesure est toujours fourni après une visite du site.