Simulation aveugle large bande du mouvement sismique

Blind predictions of broadband ground motion

• Auteur / Autrice : Mathieu Causse
• Direction : Fabrice Cotton
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre, de l'Univers et de l'environnement
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Grenoble 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation, Méthodes de

Séismes

Risques sismiques

Résumé

Prédire les mouvements du sol "en aveugle", c'est-à-dire générés par un séisme futur, est essentiel pour anticiper les dommages causés aux bâtiments. Cette thèse propose deux nouvelles approches, fondées sur la technique des fonctions de Green empiriques (FGE), pour calculer le mouvement sismique dans un milieu complexe, sur une large gamme de fréquences, et à partir d'un processus de rupture sur la faille réaliste. La première méthode utilise une représentation simple de la source (modèle de "crack"). Dans la seconde, la rupture est décrite par un modèle cinématique complexe en "k-2". De plus, afin de calculer le mouvement sismique basse fréquence, les FGE bruitées en dessous de 1 Hz sont remplacées par des simulations numériques par éléments spectraux 3D. La difficulté principale pour simuler "en aveugle" est le choix des paramètres de la source (chute de contrainte, point de nucléation,. . . ), mal contraints, et qu'il faudra pourtant estimer a priori. Ce choix contrôle le niveau médian et la variabilité du mouvement sismique. La première solution testée consiste à déterminer directement les lois de distribution de ces paramètres à partir des résultats issus de l'inversion cinématique. Afin de garantir que les niveaux simulés sont réalistes, nous proposons dans un second temps de calibrer les simulations par FGE en un site de référence au rocher en utilisant un modèle de prédiction empirique. Les différentes méthodes sont appliquées pour simuler dans le bassin grenoblois un séisme de magnitude 5. 5 à 15 km. La comparaison aux normes EC8 montre que les spectres réglementaires sont dépassés en certains points du bassin sédimentaire, à 0. 3 Hz et autour de 0. 2 Hz.

The prediction of realistic ground motion produced by a hypothetical future earthquake is a fundamental stage in anticipating potential damage. This thesis proposes two new approaches, based on the empirical Green's function (EGF) technique, to perform ground motion simulations in a complex media, in a wide frequency range and from a realistic rupture process. The first method uses a simple source description (crack model). The second one accounts for the source complexity with a k-2 source model. In order to estimate the low-frequency ground motion, the EGFs, which have a bad signal to noise ratio below 1 Hz, are replaced with 3D spectral element simulations. The main issue to simulate a future earthquake is the a priori choice of the source parameters (stress drop, position of the rupture nucleation. . . ), often poorly constrained. This choice controls the median and the variability of the ground motion. Two approaches are investigated. First, source parameter distributions are directly assessed from kinematic source inversion results. In order to ensure that the predicted ground motion levels are realistic, we propose a new approach, the principle of which is to calibrate EGF ground motion predictions at a reference rock station by means of empirical ground motion equations. The different procedures are used to calculate the effects of M 5. 5 earthquake at 15 km in the Grenoble sedimentary basin. The comparison with EC8 regulations shows that regulation spectra are exceeded at some points within the basin, at 0. 3 Hz and around 2 Hz.