Imagerie sismique avancée pour les infrastructures critiques

Description du projet

Pourquoi ces projets sont importants

Digues, barrages, ponts et tunnels comptent parmi les infrastructures les plus critiques de nos sociétés. Pourtant, une grande partie de leur structure interne — ou de la géologie sur laquelle ils reposent — demeure difficile à observer directement. Ces deux projets de doctorat visent à développer une nouvelle génération de méthodes d’imagerie sismique fondées sur la physique des ondes, en combinant modélisation numérique, problèmes inverses et traitement du signal avancé. L’objectif est de produire des images 2D et 3D beaucoup plus détaillées du sous-sol afin de mieux caractériser et surveiller les infrastructures critiques. Les méthodes développées seront testées sur des données réelles fournies par nos partenaires et auront vocation à être transférées vers la pratique.

Projet 1 : Imagerie sismique pour la surveillance des digues et barrages

Les digues et barrages sont des infrastructures critiques dont la sécurité dépend de notre capacité à détecter et caractériser des variations parfois subtiles de leur état interne. En tant que doctorant.e, vous développerez de nouvelles méthodes permettant d’exploiter plus complètement l’information contenue dans les ondes sismiques afin d’imager des digues et barrages avec une résolution inaccessible aux approches conventionnelles.

Plus concrètement, vous serez amené à :

• développer et implémenter des méthodes de tomographie d’équation d’onde (WET) combinant modélisation numérique de la propagation des ondes et optimisation avancée;
• étendre les méthodes d’inversion à des géométries tridimensionnelles réalistes afin de représenter la structure complexe des digues et barrages;
• tester les algorithmes sur des modèles numériques contrôlés, puis les appliquer à des jeux de données sismiques acquis sur des ouvrages exploités par Électricité de France (EDF);
• contribuer au développement d’outils d’inversion reproductibles et performants, notamment à l’aide de calcul haute performance et de processeurs graphiques (GPU). Le projet prévoit la diffusion d’outils numériques ouverts et transférables aux partenaires.

Projet 2 : Voir sous les fleuves par imagerie sismique passive 3D

La conception de ponts, tunnels et autres grands ouvrages de franchissement exige une connaissance précise de la géologie sous les cours d’eau, alors que ces environnements figurent parmi les plus difficiles à investiguer.

Ce projet vise à exploiter une source d’information disponible en permanence, mais encore largement sous-utilisée : le bruit sismique ambiant. Vous développerez une chaîne d’imagerie permettant de transformer ce bruit en images tridimensionnelles détaillées de la géologie sous les cours d’eau.

Plus concrètement, vous serez amené à :

• traiter des enregistrements de bruit ambiant et utiliser l’interférométrie sismique pour reconstruire l’information sur la propagation des ondes entre les capteurs;
• développer une approche combinant interférométrie sismique, analyse fréquentielle des ondes de surface et inversion par équation d’onde, afin de produire des modèles 3D haute résolution du sous-sol;
• travailler sur des problématiques fondamentales de propagation des ondes, traitement du signal, optimisation, calcul scientifique et imagerie tridimensionnelle;
• confronter les résultats de l’imagerie passive à des données de sismique active, de forage et de géotechnique afin d’évaluer quantitativement la qualité des modèles produits;
• exploiter un jeu de données exceptionnel acquis dans le fleuve Saint-Laurent dans le cadre d’un projet du ministère des Transports et de la Mobilité durable du Québec (MTMD).

Un réseau international, des données uniques, des partenaires engagés

Les deux doctorats s’inscrivent dans un réseau de recherche collaboratif et international réunissant Polytechnique Montréal, l’INRS, l’Université Grenoble Alpes (UGA), EDF, le MTMD et Geostack. Vous travaillerez directement avec des chercheurs, géophysiciens et ingénieurs issus des milieux universitaire, gouvernemental et industriel, sur des problématiques réelles d’ingénierie et à partir de données de terrain uniques. Des séjours de recherche en France, notamment chez EDF et au sein du groupe SEISCOPE à l’UGA, offriront également l’occasion de collaborer avec des spécialistes de premier plan en imagerie et inversion sismiques, de participer à des activités scientifiques de haut niveau et de développer un réseau professionnel international durable.

Début

Hiver 2027 (flexible selon disponibilité)

Lieux et programmes d’études

Projet 1 : Département des génies civil, géologique et des mines, Polytechnique Montréal (Montréal, Québec, Canada)

Projet 2 : Doctorat en sciences de la Terre, Centre Eau Terre Environnement, Institut national de la recherche scientifique (INRS) (Québec, Québec, Canada)

Direction de recherche

Projet 1 : Gabriel Fabien-Ouellet, professeur, Polytechnique Montréal

Projet 2 : Bernard Giroux, professeur, INRS

Soutien financier

Le projet est entièrement financé pour une durée de quatre ans et comprend une aide financière de 30 000 $ canadiens par année, ce qui permet à la personne étudiante de se consacrer pleinement à ses travaux. Des opportunités complémentaires sont également possibles :

• Bourses d’excellence institutionnelles (FRQNT, CRSNG) avec un soutien actif des superviseurs à la candidature
• Participation rémunérée à des activités d’enseignement (charges de cours ou travaux dirigés)
  Stages rémunérés chez nos partenaires

Profil recherché

Les candidatures provenant de formations variées sont encouragées, notamment en : géophysique, physique, mathématiques appliquées, informatique scientifique, ou dans une discipline connexe.

Les personnes candidates devraient idéalement posséder de l’expérience ou un intérêt marqué pour plusieurs des domaines suivants :

• physique et propagation des ondes
• imagerie sismique ou méthodes géophysiques
• modélisation numérique
• programmation scientifique, notamment en Python, C/C++ ou langages similaires
• géotechnique et mécanique des roches