Proposition de thèse : Evaluation empirique des effets de site : développement d’une méthodologie adaptée aux zones de faible sismicité.

Contexte

Compte tenu de caractéristiques géologiques et géomorphologiques locales défavorables, les effets de site peuvent notablement amplifier les mouvements sismiques. Il est possible de quantifier les effets de site par simulation numérique, à partir de scénarios sismiques donnés (localisation de la source, magnitude…) et d’une description géologique, géophysique et géotechnique du milieu. Toutefois, ces simulations numériques ne peuvent à elles seules répondre à l’ensemble de la problématique de l’évaluation des effets de site. En effet, le milieu géologique ne pourra probablement jamais être décrit avec la résolution nécessaire afin de caractériser le mouvement sismique jusqu’à haute fréquence. Il est donc indispensable de compléter les simulations par des mesures sismologiques de séismes réels. De telles mesures « empiriques » permettent en effet :

• d’avoir accès à des mesures « site sur référence » ou à d’autres mesures de la fonction de transfert propre au site (coda, durée, …), afin de valider le cas échéant les simulations,
• d’envisager l’emploi de méthodes par fonctions de Green empiriques,
• d’évaluer l’atténuation à haute fréquence des signaux sismiques (caractérisée par le paramètre « kappa »).

Si ces approches semblent facilement accessibles dans les zones à forte sismicité (Japon, Grèce…) où les données sont à la fois nombreuses et correspondent à des séismes de magnitude moyenne à forte, elles sont plus délicates à mettre en œuvre dans les zones de faible sismicité, comme en France métropolitaine. En effet, les séismes qu’il est possible d’y enregistrer et qui peuvent être effectivement « exploitables » (c’est-à-dire présentant un rapport signal sur bruit suffisant) sont peu nombreux et correspondent, sauf cas particuliers, à des télé-séismes (séismes de magnitude moyenne ou élevée mais très distants du site d’intérêt), ou à des séismes locaux ou régionaux, mais de magnitude très faible à modérée.

Objectifs

Le travail de thèse s’attachera à adapter les méthodes d’évaluation empiriques des effets de site, développées et validées dans les zone à forte sismicité, aux zones à faible sismicité. Dans cet objectif, l’étudiant(e) travaillera conjointement avec des jeux de données issus des deux types de contextes.
Sur les zones à forte sismicité, l’étudiant(e) pourra par exemple évaluer la robustesse des résultats en « dégradant » progressivement les données utilisés (diminuant le nombre de signaux, abaissant l’intervalle de magnitude considéré, utilisant des signaux présentant un rapport signal sur bruit moindre, etc.). En procédant de la sorte, il s’agira d’adapter les méthodes d’analyses aux nouvelles « conditions » de la base de données. On synthétisera également les techniques permettant d’intégrer et de corriger les fonctions d’amplification obtenues sur de très faibles sollicitations des éventuels effets non-linéaires potentiels sur le site considéré pour les scénarios plausibles et proposer une méthodologie applicable.

L’étudiant(e) travaillera également avec des données issues de zones à faible sismicité pour y appliquer les développements précédemment réalisés.
Ce travail portera sur différents aspects de l’utilisation de données réelles pour l’étude des effets de site : mesures site/référence (amplitude + durée), déconvolution aveugle sur la coda, paramètre « kappa », fonctions de Green empiriques. Une attention particulière sera accordée aux aspects technologiques de l’acquisition de données via les avantages respectifs des mesures accélérométriques (sur déclenchement ou en continu) et des mesures vélocimétriques large bande (continu). Concernant l’approche par fonctions de Green empiriques, l’étudiant(e) travaillera conjointement avec des équipes impliquées dans les simulations de mouvement sismique « déterministes » afin d’évaluation la « fréquence caractéristique » au-delà de laquelle les simulations déterministes ne sont plus valables et où les approches empiriques deviennent incontournables.

Sites étudiés

Concernant les sites à forte sismicité, l’étudiant(e) pourra travailler sur les bases de données Japonaises, les nouvelles bases NGA West, les récentes données néozélandaises. Concernant les sites test faisant l’objet d’un retour d’expérience important en terme d’analyse d’effets de site, on travaillera notamment sur :

• les données issues sur site « EuroSeistest » en Grèce à proximité de Thessalonique dans la dynamique du projet international « E2VP » en cours,
• les données issues du site d’Argostoli, également en Grèce (île que Kefalonia).

Ce dernier site bénéficie actuellement d’une importante campagne d’acquisition temporaire de données dans le cadre du programme européen NERA. Au-delà de cette campagne, l’étudiant(e) participera activement au déploiement d’une instrumentation accélérométrique permanente. Ce site, implanté sur l’une des zones les plus sismiques d’Europe, sera le gage d’un accès rapide à un grand nombre de données.
Concernant les sites à faible sismicité, l’étudiant(e) travaillera principalement sur des données issues du contexte Provençal où il/elle participera activement à l’exploitation du réseau vélocimétrique et accélérométrique d’un site. On notera que l’étudiant(e) bénéficiera d’enregistrements dès les débuts de sa thèse compte tenu compte tenu de l’instrumentation mise en place depuis quelques années.
Le cas de cuvette grenobloise sera également abordé. Elle présente l’avantage d’être complémentaire sur le plan méthodologique compte tenu de la grande taille du bassin sédimentaire et de son contexte urbain.

Informations pratiques, environnement scientifique de la thèse

L’étudiant(e) sera basé(e) au Centre d’Etude Nucléaire de Cadarache (Bouches du Rhône) où il sera encadré par F. Hollender (fabrice.hollender cea.fr – 04 42 25 45 36).

Son laboratoire universitaire de rattachement sera l’ISTerre (Institut des Sciences de la Terre, Université Joseph Fourier, Grenoble) dans lequel de nombreux séjours sont envisagés. Son directeur de thèse y sera P.-Y. Bard (bard obs.ujf-grenoble.fr – 04 76 63 51 72).