Etude du mouvement sismique dans la vallée de Mexico à partir d'un réseau accélérométrique 3D de faible ouverture dans la colonia Roma

The strong ground motion in Mexico City:Analysis of data recorded by a 3D small-aperture accelerograph array in colonia Roma

• Auteur / Autrice : Agathe Roullé
• Direction : Michel Cara
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géophysique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Ondes -- Propagation

Risques sismiques

Zones sismiques

Mots clés libres

Mexico

Effets de site

Réseau

Résumé

La ville de Mexico est connue pour les importants effets de site observables dans son ancienne zone lacustre et dus à la présence d'une couche d'argile molle superficielle. Ces effets de site se traduisent en particulier par une amplification importante du mouvement sismique (pouvant aller jusqu'à un facteur 50 entre 0. 3 et 1 Hz) entre la zone lacustre et la zone de collines. De plus, dans la zone lacustre, la durée du mouvement sismique est anormalement longue. Malgré l'installation de plus de 100 accélérographes dans la vallée de Mexico depuis le tremblement de terre de Michoacán de 1985 (M=8. 1), nous ne sommes toujours pas en mesure de comprendre la relation entre l'amplification du mouvement sismique et sa longue durée. Afin d'améliorer notre compréhension du champ d'ondes observé dans la ville de Mexico, nous avons donc réalisé une analyse systématique de ses paramètres de propagation à partir d'un réseau accélérographique 3D de faible ouverture nouvellement installé dans un quartier localisé dans la zone lacustre, la colonia Roma. En 2001, 11 nouveaux accélérographes ont été installés autour d'un réseau géré par le CENAPRED et appelé "réseau Roma". Le réseau complet (anciennes stations + nouvelles stations) forme un réseau 3D de faible ouverture (moins de 1 km), constitué de 15 stations de surface et 6 de puits, et disposant d'une base de temps absolu. Depuis son installation, ce réseau a permis d'enregistrer deux séismes : le séisme de Coyuca, dans l'état du Guerrero, le 08/10/2001 (M=6. 1) et le séisme de Colima (M=7. 6) du 22/01/2003. Cette thèse présente les résultats obtenus lors de l'analyse de ces deux séismes. En raison de la complexité du champ d'ondes à étudier, la première étape du travail a consisté à choisir une méthode d'analyse de données adaptée au cas de Mexico. Pour cela, trois méthodes ont été testées : la méthode fréquence-nombre d'onde (f-k) conventionnelle, la méthode f-k haute résolution, et la méthode MUSIC. Les tests ont été réalisés à partir de données synthétiques et d'enregistrements sismologiques réalisés par deux réseaux distincts : le nouveau réseau de la colonia Roma et un réseau temporaire installé en 1994 dans la zone de collines. Les tests ont démontré que la méthode f-k conventionnelle, plus robuste en cas de données peu cohérentes, était la mieux adaptée à notre cas. Afin d'estimer en détail les paramètres du champ d'ondes enregistré dans la colonia Roma, nous avons combiné plusieurs méthodes d'analyse: analyse visuelle des enregistrements, rapports spectraux, analyse temps-fréquence des données enregistrées en surface, analyse temps-fréquence basée sur une méthode de corrélation pour le jeu de données 3D, et analyse de polarisation. Les résultats ont montré la différence de comportement sismique de part et d'autre de la période de résonance du site à 2. 5 s. Pour les périodes supérieures à 2. 5 s, le champ d'ondes se compose d'une succession de trains d'ondes correspondants au mode fondamental d'ondes de surface venant de l'épicentre et à des ondes diffractées probablement formées au niveau de la frontière sud de l'Axe Volcanique Transmexicain. A 5 s de période, on observe une amplification régionale du mouvement sismique caractérisée par une domination des ondes de Love. Pour les périodes inférieures à 2. 5 s, le mouvement sismique est gouverné par la résonance de la couche d'argile superficielle. Le champ d'ondes consiste alors en une superposition d'ondes diffractées provenant de l'Ouest de la vallée. Les résultats suggèrent une interaction constructive entre la résonance locale due à la couche d'argile molle et les modes successifs de propagation des ondes de surface guidées par la structure crustale profonde du bassin de Mexico.

The seismic motion in the lake-bed zone of Mexico City is affected by strong site effects due to the presence of a soft surficial clay layer. These site effects are, in particular, responsible for an important amplification of ground motion, which can reach a factor 50 for periods between 0. 3 and 1 Hz, between the lake-bed zone and the hill zone. We also can observe a large duration of strong ground motion in this area. Despite the installation of more than 100 new digital strong motion stations in Mexico City after 1985, only little progress have been done towards understanding the relation between the amplification of ground motion in the lake-bed zone and the large duration of seismic motion. In order to improve our comprehension of the observed wavefield in Mexico City, we have realized a systematic analysis of its characteristics from the records of a small aperture 3D array installed in 2001 in the colonia Roma, in the lake-bed zone of the city. In 2001, it has been decided to install 11 new accelerometers in the colonia Roma, a district located the lake-bed zone of the city, near an existing array operated by CENAPRED and known as "the Roma array". Together with the existing stations, these new instruments form a 3D array of small aperture (less than 1 km), with 15 surface and 6 borehole stations. Since its installation, this new array recorded the 10/08/2001 Coyuca event, Guerrero, (M=6. 1) and the 01/22/2003 Colima (M=7. 6) event. [. . . ]