Nature du bruit de fond sismique : implications pour les études des effets de site

• Auteur / Autrice : Sylvette Bonnefoy-Claudet
• Direction : Pierre-Yves Bard, Fabrice Cotton
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'Univers
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sons

Ondes sismiques

Résumé

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre du programme de recherche européen SESAME (Site EffectS using AMbient Excitations) dont l'objectif est de définir les limites et les possibilités de la méthode H/V basée sur le bruit de fond sismique. Située en amont de ce programme, cette thèse a pour objectif de déterminer la nature du bruit de fond sismique afin de mieux comprendre les principes et le domaine de validité de la méthode H/V. Par une double approche (numérique et expérimentale) nous apporterons des réponses aux questions suivantes: qu'est-ce que le bruit de fond? Quelle est son origine? Quelle est sa nature? De quelles ondes est-il compose? Ondes de volume, ondes de surface? Nous montrons que les réponses à ces questions ne sont pas univoques, la composition physique du champ d'ondes du bruit de fond sismique, et donc l'origine du pic H/V, est influencée 1) par les caractéristiques du sol (notamment par la valeur du contraste d'impédance entre les sédiments et le rocher); 2) par la localisation spatiale des sources de bruit. Un des résultats important de cette thèse est que, quelle que soit l'origine du pic H/V (ellipticité des ondes de Rayleigh, phase d’Airy des ondes de Love, ou résonance des ondes S), la fréquence du pic observe sur les courbes hn donne une estimation correcte de la fréquence de résonance d'une structure sédimentaire ID. En revanche, nous montrons les limites de la méthode pour estimer la valeur d'amplification d'un site.

The H/V ambient vibration method has the potential to significantly contribute to effective seismic risk mitigation, in particular in urban areas. However, physical basis and actual relevancy for site effects estimates of this method have never reached a scientific overall agreement. Within the framework of the SESAME (Site EffectS using AMbient Excitations) european project we investigate the nature of ambient seismic noise ln order to define the reliability of the H/V technique. Through numerical and experimental approaches we will answer the following questions: what is the ambient noise? Which origin? Which nature? Which kind of waves composes the noise wave field? Body waves or surface waves? We will point out that the answers of these questions are not univocal, the physical composition of the ambient noise wave field, and thus the H/V peak origin is influenced by: 1) the soil characteristics (especially the impedance contrast between sediment and bedrock); 2) the spatial localization of noise sources. One of the most important issue of this study is, whatever the H/V peak origin (Rayleigh waves ellipticity, Love waves Airy phase, or the S-wave resonance), the H/V peak frequency observed on hn curves gives a good estimate of the fundamental resonance frequency (for a ID sedimentary structure). On the other hand, we show the limits of this method to estimate the site amplification factor.