ISTerre - Institut des Sciences de la Terre

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

Emmanuel CHALJUB, Fabrice HOLLENDER, Pierre-Yves BARD — 2012-03-25T07:50:32Z

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).

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

Anaïs SCHNEIDER, Emmanuel CHALJUB, Fabrice HOLLENDER, Pierre-Yves BARD — 2012-03-25T07:50:32Z

Contexte

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 »).

Objectifs

Sites étudiés

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).

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).

Vitae

Emmanuel CHALJUB — 2011-10-12T05:04:10Z

Master in Numerical Analysis, Université Pierre et Marie Curie (Paris VI), 1994.
PhD in Seismology, Institut de Physique du Globe de Paris, Université Denis Diderot (Paris VII), 2000 link.
“Numerical Simulation of Seismic Waves Propagation in Spherical Geometry : Application to Global Seismology”, advisors : A. Tarantola and J.-P. Vilotte.
Habilitation à diriger des recherches, Université Grenoble Alpes, 2017.
"Contribution to the numerical estimation of earthquake ground motions", link.

Hess Fellow, Department of Geosciences, Princeton University, 2000-2002.
CNRS post-doc, LGIT, Grenoble, 2002-2004.
Physicien Adjoint, OSUG, LGIT, 2005-2010.
Physicien Adjoint, OSUG, ISTerre, 2011-2021.
Physicien, OSUG, ISTerre, 2021-présent.

Research

Emmanuel CHALJUB — 2011-10-11T08:48:31Z

My research deals with the numerical simulation of seismic wave propagation (mainly at the regional/local scales). My interests include seismic hazard assessment (estimation of earthquake ground motion including site effects, site-structure interaction), and the characterization of the heterogeneous Earth.

Learn more about my contribution reading my HDR.

Earthquake Ground Motion

Snapshot of horizontal ground velocity in the Grenoble valley caused by a M6 event located on the 'Belledonne Border Fault'. The simulation is based upon the spectral element method and is accurate up to 2 Hz. It includes the effect of surface topography and makes use of a simplified 3D model of the sediment filling of the valley, with shear wave velocities of 200 m/s at the surface of the model. Note the amplification of ground motion in the valley and the generation of secondary surface waves at the edges of the valley. For details, see Chaljub et al., 2010, BSSA.

Publications

Emmanuel CHALJUB — 2011-10-11T08:35:18Z

The list below is complete only up to 2011. An up-to-date list is available here

Moczo, P. ; Kristek, J. ; Galis, M. ; Chaljub, E. & Etienne, V. (2011), '3-D finite-difference, finite-element, discontinuous-Galerkin and spectral-element schemes analysed for their accuracy with respect to P-wave to S-wave speed ratio', Geophysical Journal International, DOI : 10.1111/j.1365-246X.2011.05221.x.

Souriau, A. ; Chaljub, E. ; Cornou, C. ; Margerin, L. ; Calvet, M. ; Maury, J. ; Wathelet, M. ; Grimaud, F. ; Ponsolles, C. ; Pequegnat, C. ; Langlais, M. & Gueguen, P. (2011), 'Multimethod Characterization of the French-Pyrenean Valley of Bagneres-de-Bigorre for Seismic-Hazard Evaluation : Observations and Models', Bulletin of the Seismological Society of America 101(4), 1912-1937.

Chaljub, E. ; Moczo, P. ; Tsuno, S. ; Bard, P. ; Kristek, J. ; Kaser, M. ; Stupazzini, M. & Kristekova, M. (2010), 'Quantitative Comparison of Four Numerical Predictions of 3D Ground Motion in the Grenoble Valley, France', Bulletin of the Seismological Society of America 100(4), 1427-1455.

Etienne, V. ; Chaljub, E. ; Virieux, J. & Glinsky, N. (2010), 'An hp-adaptive discontinuous Galerkin finite-element method for 3-D elastic wave modelling', Geophysical Journal International 183(2), 941-962.

Causse, M. ; Chaljub, E. ; Cotton, F. ; Cornou, C. & Bard, P. (2009), 'New approach for coupling k and empirical Green's functions : application to the blind prediction of broad-band ground motion in the Grenoble basin', Geophysical Journal International 179(3), 1627-1644.

Chaljub, E., 'Spectral Element Modeling of 3D Wave Propagation in the Alpine Valley of Grenoble, France', in proceedings of the Third International Symposium on the Effects of Surface Geology on Seismic Motion, Vol. 2, LCPC editions, 2009.

Chaljub, E., Cécile Cornou and Pierre-Yves Bard, 'Numerical benchmark of 3D ground motion simulation in the valley of Grenoble, French Alps', in ”proceedings of the Third International Symposium on the Effects of Surface Geology on Seismic Motion, Vol. 2”, LCPC editions, 2009.

Hallier, S. ; Chaljub, E. ; Bouchon, M. & Sekiguchi, H. (2008), 'Revisiting the Basin-edge Effect at Kobe During the 1995 Hyogo-Ken Nanbu Earthquake', Pure and Applied Geophysics 165, 1751-1760.

Chaljub, E. ; Komatitsch, D. ; Vilotte, J. ; Capdeville, Y. ; Valette, B. & Festa, G. (2007), 'Spectral element analysis in seismology', in R.-S. WU & V. Maupin, ed.,'Advances in Wave Propagation in Heterogeneous Media, Advances in Geophysics', Elsevier Academic Press, , pp. 365-419.

Chaljub, E. & Valette, B. (2004), 'Spectral element modelling of three-dimensional wave propagation in a self-gravitating Earth with an arbitrarily stratified outer core', Geophysical Journal International 158, 131-141.

Capdeville, Y. ; Chaljub, E. ; Vilotte, J. & Montagner, J. (2003), 'Coupling the spectral element method with a modal solution for elastic wave propagation in global Earth models', Geophysical Journal International 152, 34—67.

Chaljub, E. ; Capdeville, Y. & Vilotte, J. (2003), 'Solving Elastodynamics in a Fluid-Solid Heterogeneous Sphere : a Parallel Spectral Element Approximation on Non-Conforming Grids', Journal of Computational Physics 187(2), 457-491.

Chaljub, E. (2000), 'Modélisation numérique de la propagation d'ondes sismiques en géométrie sphérique : application à la sismologie globale (Numerical modeling of the propagation of seismic waves in spherical geometry : application to global seismology)', PhD thesis, Université Paris VII Denis Diderot.

Chaljub, E. & Tarantola, A. (1997), 'Sensitivity of SS precursors to topography on the upper-mantle 660-km discontinuity', Geophysical Research Letters 24(21), 2613-2616.

Teaching

Emmanuel CHALJUB — 2011-10-10T14:29:14Z

I currently teach the following classes/practices :

Master2 : “Modélisation Numérique / Numerical Modeling", PAX9GEAC.
Master1, module "Calcul Scientifique / Scientific Computing", PAX8SRAJ.

NERA PhD position

Emmanuel CHALJUB — 2011-02-25T16:34:24Z

The PhD fellowship is granted by the NERA EU project (http://www.nera-eu.org). The PhD candidate will be included in the ISTerre "Risks" research team and will actively collaborate with European partners of the NERA project.

The objectives of the PhD are twofold :

– to understand the key subsoil parameters that locally control the strain values and the spatial variability of earthquake ground motion;

– to develop and calibrate simple, engineering-oriented, correlations or models that could allow to incorporate basin and surface topography effects in seismic design (building codes, microzonation studies, …).

Mode details can be found in the attached document (PhD_position.pdf).

NERA PhD position

Anaïs SCHNEIDER, Emmanuel CHALJUB — 2011-02-25T16:34:24Z

The objectives of the PhD are twofold :

– to understand the key subsoil parameters that locally control the strain values and the spatial variability of earthquake ground motion ;

Mode details can be found in the attached document (PhD_position.pdf).

Offre de Post-doc

Emmanuel CHALJUB — 2011-02-03T11:46:11Z

Pour la description de l'offre, voir le document joint :

Offre Post-doc ISTerre CASHIMA

Pour plus de détail sur le projet E2VP, voir les documents joints :

Hollender et al

E2VP Abstract