Interaction non-linéaire entre le champ sismique proche et lointain, le sol et la structure

par Sara Touhami

Projet de thèse en Génie civil

Sous la direction de Didier Clouteau et de Fernando Lopez-Caballero.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences (Cachan, Val-de-Marne ; 2015-....) , en partenariat avec MSSMAT - Mécanique des sols structures et Matériaux (laboratoire) et de CentraleSupélec (2015-....) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 18-11-2016 .


  • Résumé

    Une prédiction précise de la réponse sismique des structures de génie civil, en particulier celles de la plus haute importance en terme de sécurité civile, telles que les centrales nucléaires ou les barrages, doit faire face à plusieurs difficultés majeures. En ce qui concerne la prédiction du mouvement sismique, la source, la propagation des ondes sismique et les effets de site ont été étudiés de façon approfondie ces deux dernières décennies. De plus, des méthodes numériques récentes telles que la Méthode des éléments spectraux ou la Méthode de Galerkin discontinue combinée avec des ordinateurs massivement parallèles se sont avérées très efficaces pour modéliser la propagation des ondes sismiques de la source au site, même dans des environnements géologiques tridimensionnels complexes. Cependant, la précision de ces prédictions reste limitée en raison des grandes incertitudes sur les données à introduire dans le modèle, allant de la caractérisation géométrique et cinématique de la source sismique au modèle numérique détaillé du chemin de propagation source-site, y compris une possible réponse non linéaire. Même des études géophysiques très étendues échouent à réduire les incertitudes qui en résultent sur le mouvement du sol. En outre, de telles enquêtes à grande échelle ne peuvent être menées pour tous les cas pratiques. C'est pourquoi la construction d'un modèle régional simulant le phénomène sismique de la source à la structure permettrait de mieux analyser les signaux. L'évaluation et la réduction de ces incertitudes d'une part, et les conséquences sur la sécurité d'une structure critique telle qu'une centrale nucléaire, d'autre part, sont les deux objectifs du projet SINAPS@. Ces tâches sont encore plus difficiles si l'on considère que les vérifications de sécurité pour ces structures critiques s'appliquent généralement à des périodes de retour très longues, de l'ordre de plusieurs dizaines de milliers d'années. Il est bien connu que pour mieux caractériser le phénomène sismique, plusieurs paramètres tels que les effets de site doivent être pris en compte. En effet, lors du processus de propagation des ondes, le sol près de la surface peut avoir un effet d'amplification ou de désamplification sur le mouvement du sol. Cela peut être lié au type de sol (mou), à la géologie ou à l'hétérogénéité du sol, entre autres. Ce travail vise à étudier numériquement l'effet de la géologie local et globale sur la prédiction du mouvement du sol à l'échelle régionale. Le site étudié est situé sur l'île de Céphalonie (Grèce). Ce site est bien caractérisé et instrumenté par plusieurs capteurs placés de manière à permettre de mesurer l'effet de la variabilité spatiale sur les signaux enregistrés.

  • Titre traduit

    Non-linear interaction between both near and far seismic field, the soil and structures


  • Résumé

    Accurate prediction of seismic response of civil engineering structures and especially those of utmost importance in term of civil safety such as nuclear plants or dam has to face several major difficulties. As far as prediction of the seismic motion is concerned, source, propagation and site effects have been extensively studied these last two decades. Moreover recent numerical methods such as the Spectral Element Method or the Discontinuous Galerkin Method combined with massively parallel computers have proved to be very effective at modelling the propagation of seismic waves from the source to the site even in complex tri-dimensional geological environments. However the accuracy of such predictions remains limited due to large uncertainties on the data to be introduced in the model, ranging from the geometric and kinematic characterization of the seismic source, to the detailed numerical model of the source-to-site propagation path, including possible non-linear response. Even very extensive geophysical surveys fail at reducing the resulting uncertainties on the ground motion. In addition such large-scale surveys cannot be conducted for all practical cases. This is why the construction of a regional model that simulates the seismic phenomenon from the source to the structure would make it possible to better analyze the signals. The evaluation and the reduction of these uncertainties on the first hand, and the consequences on the safety of a critical structure such as a nuclear power plant on the other hand, are the two aims of the SINAPS@ project. These tasks are even more challenging if we consider that the safety verifications for such critical structures typically apply for very long return periods, of the order of tens of thousands of years. It is well known that to better characterize the seismic phenomenon several parameters such as site effects have to be considered. Indeed, during the wave propagation process, the soil near the surface can have an effect of amplification or de-amplification on the ground motion. This may be related to soil type (soft), geology or soil heterogeneity among others. This work aims to study numerically the effect of both local and global geology on ground motion prediction at a regional scale. The studied site is located at Kefalonia Island (Greece). This site is well characterized and instrumented by several sensors placed in such a way that allow to measure the effect of spatial variability on the recorded signals.