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Simulations numériques de séismes: exemple de Nice(06,Alpes-Maritimes)

Rapport final

BRGM/RP-53976-FR Novembre 2005

Simulations numériques de séismes : exemple de Nice (06,Alpes-Maritimes)

Rapport de recherche

Novembre 2005

Étude réalisée dans le cadre des activités de la recherche du BRGM et

du stage Master 2P Géoscience de l’Université Joseph Fourier, Grenoble

J.LE-PUTH, H. AOCHI

Vérificateur :

Nom : Pascal Dominique

Date : 15/12/2006

Signature :

(Ou Original signé par)

Approbateur :

Nom : Hormoz Modaressi

Date : 08/01/2008

Signature :

(Ou Original signé par)

Le système de management de la qualité du BRGM est certifié AFAQ ISO 9001:2000.

I

M 003 - AVRIL 05

Mots clés : Nice, simulation numérique, différences finies, stochastique, accélérométrie En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante : Le-Puth, J. and H. Aochi (2005) – Simulations numériques de séismes : exemple de Nice (06, Alpes-Maritimes), rapport BRGM, BRGM/RP-53976-FR, pp81. Et ceci est un extrait du rapport original suivant : Le-Puth, J. (2005) – Simulations numériques de séismes : exemple de Nice (06, Alpes-Maritimes), rapport de stage Master 2P Géoscience, BRGM – Université Joseph Fourrier, Grenoble. © BRGM, 2005, ce document ne peut être reproduit en totalité ou en partie sans l’autorisation expresse du BRGM.

BRGM/RP - Rapport de stage 3

Remerciements

Pour effectuer les travaux de ce rapport, il était par moment nécessaire de demander explicitement et implicitement des informations et d’aimables concours à différentes personnes à l’intérieur et à l’extérieur du BRGM. Je tiens donc à remercier sincèrement toutes les personnes ayant participées de près ou de loin à ce projet.

Tout d’abord, je remercie particulièrement mon maître de stage Hideo Aochi qui m’a permis de réaliser ce travail. Un grand merci pour son aide précieuse et ses conseils, pour sa disponibilité, pour sa gentillesse, sa bonne humeur et surtout pour m’avoir permis de profiter de toute son expérience en sismologie fondamentale.

Au sein du service ARN du BRGM, je remercie Hormoz Modaressi, chef du service ARN, et Evelyne Foerster pour leurs conseils sur le choix du site à étudier et par la suite qui ont fourni des informations concernant des travaux antérieurs réalisés par le BRGM pour la ville de Nice. Pierre Mouroux, qui malgré son départ, a apporté quelques explications sur le projet RISK-UE appliqué à la ville de Nice et qui se sont avérés très utiles pour la conception des modèles géologiques 3D. Je remercie également John Douglas qui a participé activement à la mise en place de la méthodologie, de la technique d’analyse des accélérogrammes et qui m’a apporté son aide précieuse pour l’utilisation du programme de Boore. Enfin Philippe Jousset qui a apporté quelques explications sur la méthode FDM en particulier concernant le problème numérique de la topographie.

Dans les autres services du BRGM, je voudrais remercier Gabriel Courrioux et Guillaume Martelet (CDG) qui ont fourni le modèle géologique 3D de Nice et surtout qui m’ont apporté leur aide pour l’utilisation de l’Editeur Géologique.

Je remercie également Etienne Bertrand du CETE Méditerranée pour avoir discuté du modèle 3D de Nice en apportant ses connaissances sur la région et qui surtout m’a permis d’utiliser ses travaux pour cette étude. Je remercie Satoshi Ide (Université de Tokyo, Japon) pour la mise à disposition de ses derniers résultats pour réaliser les simulations de source et S. Nielsen (INGV, Italie) qui a donné quelques conseils pour traiter la topographie pour la FDM.

D’un point de vue plus personnel je tenais à remercier sincèrement toutes les personnes du service ARN, Carole, Déborah, Thomas, John, Rodrigo, Agathe, Daniel, Séverine, Blanche, Dariush, Noah, Steve, Luc, Evelyne et toutes les autres pour m’avoir accueillie chaleureusement dans leur groupe et qui ont permis que ce stage se passe dans les meilleures conditions.

Enfin un grand merci à toute ma promo pour cette formidable année passée ensemble : Guillaume, Dorian, Julie, Janis, Fanny, Alexis, Marco, Rémy, Grand Arnaud, P’tit Arnaud.

Jessica Le-Puth

4 BRGM/RP - Rapport de stage


Synthèse

C’est dans le cadre de la formation du Master 2 Professionnel GER (Géosciences : exploration et risques) à l’université Joseph Fourier de Grenoble, que s’est effectué mon stage de fin d’études au sein du BRGM d’Orléans au service Aménagement et Risques Naturels. Le sujet en est la simulation numérique de séismes en France métropolitaine.

A l’inverse des pays à forte sismicité, tels que le Japon, les Etats-Unis ou encore la Turquie, les études sismologiques restent limitées en France en raison de la sismicité modérée du pays. Cependant il est essentiel de prévoir les mouvements susceptibles de se produire afin de contraindre au mieux l’aléa et le risque sismique. Dans ce contexte, la simulation numérique de séisme paraît être une alternative pour pallirer à ce manque de données. Un des objectifs du stage est donc de mettre au point une méthodologie de simulation efficace et la plus réaliste possible en terme de reproduction des effets d’un séisme.

La ville de Nice, située au sud-est de la France, est au point de contact entre les Alpes et la mer Méditerranée près de la frontière italienne. Dans cette région, l’activité sismique est importante. Le dernier événement ressenti à Nice s’est produit le 25 février 2001 (Ml=4.5). Le BRGM travaille depuis quelques années sur l’évaluation du risque sismique à Nice (e.g. Mouroux et al., 2003). Ces travaux sont d’un grand profit afin d’acquérir les informations nécessaires pour les simulations.

Ce rapport présente les travaux réalisés au cours du stage pour reproduire les accélérogrammes du séisme du 25 février 2001. Deux méthodes numériques sont adoptées : la méthode de différences finies (Aochi et Madariaga, 2003) et la méthode stochastique (Boore, 2003). La première est une approche déterministe. Il faut donc connaître a priori un grand nombre de paramètres de manière déterministe à partir de la source jusqu’aux stations d’enregistrement. Le processus de rupture dynamique à la source, la structure hétérogène 3D sur le parcours de la propagation des ondes et la topographie sont pris en compte. Après de nombreux essais, il est proposé une méthodologie pour choisir et améliorer les paramètres dans les simulations. Les résultats montrent qu’une telle simulation est relativement pratique du point du vue de la sismologie appliquée pour le risque sismique (résolution jusqu’à 4 Hz ou plus encore).

La dernière méthode est largement utilisée grâce à sa simplicité et sa validité pour générer aléatoirement les accélérogrammes à une grande échelle de fréquence (0.1 – 25 Hz adaptable selon le besoin). Dans ce rapport, elle est utilisée surtout pour générer des hautes fréquences (plus que 4Hz) afin de compléter le manque du


contenu fréquentiel de la première méthode. Enfin, il est montré comment générer un accélérogramme en combinant les deux simulations (souvent mentionnée comme la méthode hybride).

Ce rapport a originellement été fait pour le stage de fin d’étude de Jessica Le-Puth (septembre 2005), après quelques modifications (suppression du chapitre « présentation de société » etc.) faites par Hideo Aochi en novembre 2005.


Sommaire

1. Introduction .......................................................................................................... 13

1.1. CONTEXTE SISMOTECTONIQUE DE LA REGION NIÇOISE........................ 15 1.1.1. Principaux domaines structuraux............................................................ 15 1.1.2. Déformations Miocène-Pliocène et Quaternaire ..................................... 16 1.1.3. Sismicité................................................................................................. 17

1.2. SISMICITE REGIONALE ET HISTORIQUE .................................................... 17

2. Méthodologie........................................................................................................ 21

2.1. METHODE DE DIFFERENCES FINIES : FDM................................................ 21 2.1.1. Formulation ............................................................................................ 21 2.1.2. Le modèle 3D......................................................................................... 23 2.1.3. Modèles de source sismique .................................................................. 26

2.2. METHODE STOCHASTIQUE.......................................................................... 27

3. Présentation des résultats................................................................................... 29

3.1. TESTS PRELIMINAIRES DE LA METHODE DETERMINISTE : FDM............. 29

3.2. TEST DE LA TOPOGRAPHIE......................................................................... 32

3.3. SIMULATION DU SEISME DU 25/02/2001– SOURCE PONCTUELLE........... 34

3.4. SIMULATION DU SEISME DU 21/02/2001 - SOURCE DYNAMIQUE............ 37 3.4.1. Source ponctuelle basée sur la rupture dynamique ................................ 37 3.4.2. Source sur faille finie basée sur la rupture dynamique............................ 39

3.5. SIMULATION DU SEISME DU 21/02/2001 - METHODE STOCHASTIQUE.... 42 3.5.1. Sans l’effet d’amplification ...................................................................... 42 3.5.2. Avec l’effet d’amplification ...................................................................... 44

3.6. METHODE HYBRIDE : COMBINAISON DES RESULTATS FDM ET STOCHASTIQUES.......................................................................................... 46

4. Discussion : comparaison avec les lois d’atténuation ...................................... 49

5. Conclusion............................................................................................................ 53

6. Bibliographie ........................................................................................................ 55


7. ANNEXES.............................................................................................................. 59


Liste des illustrations

Figure 1 : région de Nice avec les principales structures alpines (d’après Debelmas, 1974). 1- Alpes externes; 2- Alpes internes; 3-Alpes orientales ; 4- Jura; PZ- Zone Provençale Coupe géologique de la figure 2. ................................................................... 15

Figure 2 : coupe géologique à travers l’arc de Nice (d’après Ritz, 1991) 1- Substratum; 2- Trias évaporitique; 3-Couverture sédimentaire détachée du Mésozoïque à l’Eocène-Oligocène......................................................................................... 16

Figure 3 : failles majeures et sismicité du sud-est de la France (d’après Terrier et al., 2000, et SISFRANCE) DA- Arc de Digne ; CA- Arc de Castellane; NA- Arc de Nice; BAF- Faille de “Saint-Blaise-Aspremont”; BSMF- Faille de “Breil-Sospel-Monaco”; AF- Faille de l’Argentera.................................................................................................................... 18

Figure 4 : modèle géologique 3D de Nice : modèle Terre-Mer. .................................................. 24

Figure 5 : à gauche, modèle 1D pour les vitesses des ondes S sous la station CALF. A droite, modèle 2D proposé pour les vitesses des ondes P (Bertrand et Deschamps, 2000)............................................................................................................................................ 24

Figure 6 : modèle 3D final d’après le modèle géomécanique et le modèle sismologique. ......... 25

Figure 7 : un exemple (séisme de M3.8) de la rupture dynamique à plusieurs échelles modélisé par Ide et Aochi (2005). Chaque ligne représente une simulation à une échelle fixe. Si la rupture continue de se propager (1er ligne), une autre simulation est lancée en multiplant toute l’échelle par 4 (2ème ligne). De gauche à droite, la distribution fractale de l’énergie de fracture (Dc), glissement à la dernière étape de temps à chaque simulation, et le temps de rupture normalisé. ................................................... 27

Figure 8 : fonctions de source. .................................................................................................... 29

Figure 9 : sismogramme synthétique de la simulation de référence. Composante X de la station NBOR (Axe des abscisses : temps en secondes). ...................................................... 30

Figure 10 : extrait de la figure montrant l’évolution de la propagation des ondes (nombre d’étapes de temps 900 et 1200).................................................................................... 30

Figure 11 : sismogrammes synthétiques pour les sources respectivement à 2Hz, 4Hz, 8Hz et 20Hz. Composante X de la station NBOR (Axe des abscisses : temps en secondes). ................................................................................................................................... 31

Figure 12: sismogramme synthétique pour la source 2Hz. Composante X de la station NBOR (Axe des abscisses : temps en secondes). Cas de la surface libre avec la topographie. ................................................................................................................................. 32

Figure 13 : accélérogrammes synthétiques pour les sources respectivement à 2Hz, 4Hz et 8Hz et la station d’observation réelle NBOR . Enregistrement sur la composante X de la station. ................................................................................................................................ 35

Figure 14 : spectres de Fourier pour les simulations à 2Hz, 4Hz et 8Hz. Composante X de la station NBOR. ..................................................................................................................... 36

Figure 15 : spectres de Fourier pour les simulation à 2Hz, 4Hz et 8Hz : comparaison avec les données réelles (station NBOR).................................................................................... 36

Figure 16 : fonctions temporelles de source utilisées dans les simulations. Les lignes solides répresentent les résultats extraits (4.5<M<4.6) d’après la modélisation de la


rupture dynamique (Ide et Aochi, 2005). La ligne en pointillé est une fonction simple d’une durée de 0.5 secondes.......................................................................................................37

Figure 17 : accélérogramme synthétique pour une source dynamique ponctuelle et accélérogramme des données réelles : composante X de la station NBOR...............................38

Figure 18 : spectres de Fourier en accélération pour la source dynamique ponctuelle et les données réelles : composante X de la station NBOR. ...........................................................38

Figure 19 : accélérogramme synthétique pour une source dynamique sur faille finie et accélérogramme des données réelles : composante X de la station NBOR...............................39

Figure 20 : spectre de Fourier en accélération pour la source dynamique ponctuelle et la source dynamique sur faille finie. Composante X de la station NBOR....................................40

Figure 21 : spectres de Fourier en accélération pour la source dynamique sur faille finie et pour les données réelles. Composante X de la station NBOR. ...............................................41

Figure 22 : exemple de deux simulations aléatoires montrant les différences dans le domaine temporel et peu de différences dans leur contenu fréquentiel. Simulations indépendantes de l’étude. ............................................................................................................42

Figure 23 : accélérogramme synthétique pour la simulation stochastique. R = 26km et M = 4.57. Simulation n° 320.........................................................................................................43

Figure 24 : spectre de Fourier pour la simulation stochastique. R = 26km et M = 4.57. Simulation n°320 ..........................................................................................................................43

Figure 25 : A : spectres de Fourier en accélération pour la simulation stochastique (en vert, n°320, R = 26km et Mw = 4.57) et les données réelles (en rouge). B : spectres de Fourier en accélération pour la FDM (en bleu, source dynamique sur faille finie) et le simulation stochastique................................................................................................................44

Figure 26 : spectres de Fourier en accélération pour les simulations stochastiques sans et avec l’effet d’amplification (en vert)..........................................................................................45

Figure 27 : spectres de Fourier en accélération pour les simulations FDM (source dynamique sur faille finie) et stochastique (n°320, R = 26km et Mw = 4.57). Comparaison avec les données réelles de la station NBOR. ......................................................46

Figure 28 : simulation FDM avec une source dynamique sur faille finie (M4.57) filtrée en passe-bas à 3Hz. Composante X de la station NBOR. ...............................................................47

Figure 29 : simulation stochastique (n°320, R = 26km et Mw = 4.57) filtrée en basse-haut à 3Hz. ...................................................................................................................................47

Figure 30 : résultat de la méthode hybride : domaine temporel. Comparaison avec les observations (station NBOR). ......................................................................................................48

Figure 31 : résultat de la méthode hybride : domaine fréquentiel. Comparaison avec les observations (station NBOR). ......................................................................................................48

Figure 32 : spectres de réponse en accélération pour les lois d’atténuation. En bleu, spectre issu de la méthode hybride. En rouge, spectre issu des observations à la station NBOR. ..............................................................................................................................50

Figure 33 : emprise du modèle dans la région de Nice. L’hypocentre se trouve en bordure du modèle. ......................................................................................................................59

Figure 34 : Localisation des stations du RAP sur la ville de Nice (d’après le site internet du LGIT-RAP pour la carte A. Carte B : carte géologique simplifiée au 1/50000 tirée du projet RISK-UE). ..........................................................................................................................69


Figure 35 : enregistrement du séisme du 25 février 2001 : station NBOR.................................. 70

Figure 36 : enregistrement du séisme du 25 fevrier 2001 : station NALS................................... 70

Figure 37 : enregistrement du séism du 25 février 2001 : station NLIB ...................................... 71

Figure 38 : enregistrement du séisme du 25 février 2001 : station NPOR.................................. 71

Figure 39 : enregistrement du séisme du 25 février 2001 : station NROC. ................................ 72

Liste des tableaux

Tableau 1 : sismicité historique tirée des données de SISFRANCE. Là où l’information était disponible, la profondeur et la magnitude macrosismique dérivées des études spécifiques ont été incluses......................................................................................................... 19

Tableau 2 : paramètres élastiques du modèle 3D complet. ........................................................ 25

Tableau 3 : paramètres élastiques du milieu homogène............................................................. 30

Tableau 4 : résultat du calcul d’amplification............................................................................... 45

Tableau 5 : références bibliographiques pour les lois d’atténuation. .......................................... 50

Tableau 6 : coordonnées en lambert 3 sud des stations réelles................................................. 60


1. Introduction

Dans le cadre de projets sur l’étude de la sismicité d’un pays, d’une région ou d’un site donné, et selon les règles de constructions parasismiques en vigueur, il est important de connaître et de contraindre l’aléa sismique. En France métropolitaine, les études sismologiques restent limitées en raison de la sismicité modérée du territoire. De plus, les données historiques et instrumentales ne donnent qu’un bref aperçu de l’activité sismique du pays. C’est donc dans ce contexte, que la simulation numérique de séisme est intéressante. En effet, elle permet de reproduire un séisme passé ou de prévoir un séisme futur et d’en étudier ainsi toutes les caractéristiques depuis l’initiation de la rupture jusqu’à la propagation des ondes sismiques. De plus connaître les mouvements du sol lors d’un séisme est capital pour l’établissement des scénarii de risque. Le spectre de réponse en accélération permet d’estimer l’accélération que peut subir le sol pour une période donnée. Il est important de connaître ce genre d’information pour le calcul des structures par exemple. En effet, chaque bâtiment possède une période d’oscillation propre. Lors d’un séisme, si le sol vibre à cette période, le bâtiment peut entrer en résonance et les dégâts sur les structures sont plus importants, d’où la nécessité de connaître ou d’approximer les accélérations possibles lors d’un tremblement de terre. Simuler des enregistrements constitue alors une étape pour réaliser et affiner ces scénarii de risques sismiques et ainsi apporter des éléments décisifs dans l’aménagement du territoire et la création de plans de gestion de crise.

La ville de Nice, située au sud-est de la France, est au point de contact entre les Alpes et la mer Méditerranée près de la frontière italienne. Dans cette région, l’activité sismique est modérée mais non négligeable et par le passé, plusieurs tremblements de terre ont frappé le secteur sans faire de destructions lourdes ni de grands dommages dans la ville. Cette activité concerne l’Arc alpin et la mer Ligure. Le dernier événement ressenti à Nice s’est produit le 25 février 2001. D’après les données des réseaux locaux ou encore du Rénass (Réseau national de Surveillance Sismique), l’épicentre a été situé à 30 km en mer au sud-est de la ville, pour une magnitude locale Ml de 4.5 (Rénass). Ce séisme n’a impliqué aucun dommage mais a causé une vive émotion parmi les habitants.

Le BRGM a déjà, depuis quelques années, travaillé sur l’évaluation du risque sismique à Nice. Dans le rapport de P. Mouroux et al. (Septembre, 2004), deux séismes de référence d’une magnitude d’environ 6 sont étudiés comme les scenarii vraisemblables. C. Sansorny-Kohrs (Janvier, 2005) a obtenu les accélérogrammes synthétiques pour le séisme de référence d’une magnitude 6 en utilisant les données acquises pour le séisme du 25 février 2001. Actuellement, la modélisation géomécanique est en cours au sein du BRGM/RIS (projet MODEM, E. Foerster) à l’aide du modèle géologique en 3D fournis par BRGM/CDG. Ce sont les raisons pour lesquelles nous avons choisi le site de Nice.

Introduction


Ce stage s’inscrit dans le projet de recherche du BRGM, RISQSIS (Risques Sismiques, chef du projet : Hideo AOCHI). Les objectifs généraux du projet sont, d’une part, le développement des outils et des méthodologies et d’autre part la construction de la base de données afin d’aider à l’évaluation du risque sismique. Il consiste en quatre modules : 1. Source et Propagation, 2. Sismotectonique, 3. Effet de site et 4. Télédétection. Au total, 23 ingénieurs du BRGM (dont 18 pour BRGM/ARN) travaillent sur chaque aspect du projet, en collaboration avec le LGIT à Grenoble (Laboratoire de géophysique interne et de tectonophysique), Géoscience Azur à Nice, l’Institut de physique du globe de Strasbourg, l’Ecole Centrale Paris et l’IPG Paris, par exemple.

Les études de ce stage contribuent notamment pour le module « Source et Propagation », où différents développements sont en cours afin de simuler les accélérogrammes selon des scenarii de plusieurs séismes dans diverses régions. Le but de ce stage est donc de proposer une méthodologie de simulation en s’appuyant sur l’exemple de Nice. Pour cela trois méthodes seront abordées, à savoir la méthode par différences finies (FDM), la méthode stochastique et la méthode hybride (combinaison des deux premières). Les résultats obtenus par chacune de ces méthodes feront l’objet d’une discussion en les comparant avec les données réelles du séisme de février 2001 et avec les lois d’atténuation.

Introduction - contexte sismotectonique de la région niçoise


1.1. CONTEXTE SISMOTECTONIQUE DE LA REGION NIÇOISE

1.1.1. Principaux domaines structuraux

La région de Nice se trouve en dessous de la zone externe des Alpes occidentales (cf. figure 1), ou, plus précisément, dans les chaînes sub-alpines de la Haute Provence ou les Alpes méridionales. Celles-ci sont formées de trois unités structurales principales: l’arc de Nice, l’arc de Castellane, et l’arc de Digne. Ces unités sont des chevauchements datant du Mésozoïque à l’Oligocène (cf. figure 2), qui à l’origine formaient la couverture sédimentaire au-dessus des massifs cristallins externes, tels que le massif d’Argentera-Mercantour. La couverture sédimentaire s’est détachée du substratum le long d’un horizon de décollement évaporitique du Trias inférieur, et a été déplacée en direction du sud-ouest où elle chevauche l’avant pays provençal à la fin du Tertiaire.

Figure 1 : région de Nice avec les principales structures alpines (d’après Debelmas, 1974). 1- Alpes externes; 2- Alpes internes; 3-Alpes orientales ; 4- Jura; PZ- Zone Provençale

Coupe géologique de la figure 2.

L’arc de Castellane et l’arc de Digne, respectivement à l’ouest et au nord-ouest de Nice sont relativement distants de la zone d’étude. Cependant, l’arc de Nice est situé juste derrière la zone urbaine de la ville (cf. figure 3). Celui-ci, plus au sud des Alpes méridionales, est relié à l’ouest et à l’est par deux grandes failles décrochantes orientées NNE-SSW : la faille de Saint-Blaise-Aspremont (dextre) et la faille Breil-Sospel-Monaco (senestre) (Ritz, 1990).

L’arc de Nice et la Provence orientale, sont situés le long de la frontière de l’ancien bassin océanique Ligure datant de l’Oligocène au Miocène. L’avant pays de l’arc de Nice se compose :

• substratum du massif de Maures-Estérel, et la couverture secondaire qui a été principalement déformée pendant l’orogenèse pyréno-provençale

Introduction - contexte sismotectonique de la région niçoise


• les bassins molassiques du Miocène-Pliocène du Valensole et du Var, remplis de plusieurs centaines de mètres de sédiments qui recouvrent en discordance les structures pyréno-provençales. Le bassin du Var est relié à l’est par la faille de Saint-Blaise-Aspremont et se situe directement à l’ouest de la ville.

Figure 2 : coupe géologique à travers l’arc de Nice (d’après Ritz, 1991) 1- Substratum; 2- Trias évaporitique; 3-Couverture sédimentaire détachée du Mésozoïque à

l’Eocène-Oligocène.

Le bassin océanique Liguro-provençal, se situe entre le bloc corso-sarde et les Alpes méridionales. Le bassin a été formé pendant la rotation anti-horaire de ce bloc entre l’Oligocene inférieur et le Miocène supérieur (Réhault et al., 1974), suivi d’une océanisation vers 21-19 Ma. Cette ouverture est interprétée comme étant celle d’un bassin d’arrière-arc en réponse à la subduction de la plaque africaine sous la marge continentale européenne. Le bassin est traversé par des failles normales NE-SW et par des failles transverses NW-SE. Au nord-est (Golfe de Gênes), les failles normales NE-SW ont subi une inversion après le Miocène (Réhault, 1974), dont la réactivation a été accompagnée du plissement des dépôts Pliocène-Quaternaires.

1.1.2. Déformations Miocène-Pliocène et Quaternaire

La mise en place des chevauchements a fini vers le Miocène-Pliocène, avec le développement d’un front compressif, poussé au-dessus des bassins du domaine provençal. Les unités allochtones du chevauchement de Nice ont été déplacées au sud le long de la faille décrochante de Saint-Blaise-Aspremont, et le long de la faille décrochante de Breil-Sospel-Monaco (Ritz, 1990). Ce mouvement a causé des

déformations, en particulier le long du bord oriental du bassin Pliocène du Var, formé de conglomérat. Les plissements et les chevauchements sont développés dans les chaînes sub-alpines et sont représentés par des structures NW-SE avec le chevauchement de Digne et par des structures E-W avec les chevauchements de Castellane et de Nice. Les bassins molassiques ont été formés durant cette phase de déformation.

À la fin du Pliocène, la compression, qui jusqu’ici avait été limitée aux zones orientales, s’est prolongée au-dessus de la totalité du sud-est de la France. L’évidence de cette compression post-Pliocène est visible par les chevauchements de Castellane et de

Introduction - sismicité régionale et historique


Nice, indiquant une suite de déformation compressive qui avait affecté les deux chevauchements depuis le Miocène moyen (Ritz, 1990).

1.1.3. Sismicité

Actuellement en contexte de collision généralisée entre l’Afrique et l’Europe, le bassin Liguro-Provençal est pris en étau entre les marges italienne et provençale. Les séismes qui se produisent entre 5 et 15km de profondeur au large de la côte Ligure présentent des mécanismes au foyer compressifs ou décrochants. Cependant, le long de la marge Ligure, à une trentaine de kilomètres de la côte, on observe des failles normales de direction NE-SW à pendage SE qui montrent une activité quaternaire. Pour concilier ces deux jeux d’observation apparemment contradictoires, Chaumillon et al. (1994) proposent que la marge Ligure soit flexurée en réponse au rapprochement entre le domaine continental (la marge Ligure, partie des Alpes méridionales) et la mince lithosphère océanique Ligure. Ceci se traduit entre 5 et 15km de profondeur par de la compression accommodée par des failles inverses et décrochantes (déformation d’intrados) et dans les deux premiers kilomètres de la couverture sédimentaire par le jeu de failles normales (déformation d’extrados). (Chaumillon et al., 1994).

D’après les mécanismes au foyer disponibles dans la région, la marge Ligure et l’arrière-pays niçois sont soumis à un régime de contrainte compressif décrochant dont la composante la plus compressive est orientée NW-SE. En mer Ligure, le régime de contrainte est aussi compressif, la composante compressive maximum étant orientée un peu plus E-W (WNW-ESE).

1.2. SISMICITE REGIONALE ET HISTORIQUE

Le sud-est de la France a toujours connu une activité sismique assez soutenue (cf. figure 3), qui concerne l’arc alpin et la mer de Ligure. Pendant les cinq derniers siècles, la région de Nice a été la scène de plusieurs tremblements de terre destructifs, c’est à dire, avec une intensité épicentrale MSK Io supérieure à VII-VIII.

Les données instrumentales de la sismicité en France et en Italie, confirment que le massif d’Argentera-Mercantour, l’arrière pays de Nice, et toute la zone océanique Ligure ont une sismicité relativement élevée. Au début des années 60, la région de Nice a ressenti le séisme le plus fort jamais enregistré en France (1963), mais au cours des 30 dernières années, la région a senti plusieurs tremblements de terre, y compris quatre de magnitude supérieure à 4 (Cara, 2001).

Les données sur la sismicité historique sont issues de la base de données SISFRANCE qui compile la sismicité historique de la France depuis 1000 ans. Le tableau 1 (extrait à partir de la base de données SISFRANCE) liste les séismes historiques les plus forts pour la région niçoise. En particulier le séisme d’Impéria en 1887 est l’un des trois séismes les plus destructeurs (d’intensité Io = IX), ayant frappé



dans le passé le territoire français, en incluant ceux de Bâle en 1356 et Puigcerda en 1428.

Figure 3 : failles majeures et sismicité du sud-est de la France (d’après Terrier et al., 2000, et SISFRANCE) DA- Arc de Digne ; CA- Arc de Castellane; NA- Arc de Nice; BAF- Faille de

“Saint-Blaise-Aspremont”; BSMF- Faille de “Breil-Sospel-Monaco”; AF- Faille de l’Argentera.



Date Localisation Intensité épicentrale

(EMS-98) Profondeur

(km) Magnitude

20/07/1564 Argentera-Mercantour

VIII 5.7

23/06/1494 VIII 5.7 18/01/1618 VIII

5.7 15/02/1644

Arrière Pays Niçois

VIII 15 5.7

26/05/1831 VIII 5.7 29/12/1854 VII-VIII

5.5

23/02/1887 IX 8 6.3 19/07/1963 VII-VIII 6 26/12/1989 VI

4.5

15/07/1990 VI 4.3 21/04/1995 VI 9 4.7 25/02/2001

Mer Ligure

VI 4.8

Tableau 1 : sismicité historique tirée des données de SISFRANCE. Là où l’information était disponible, la profondeur et la magnitude macrosismique dérivées des études spécifiques ont

été incluses.

Le séisme du 25 février 2001 s’est produit au pied de la marge Ligure vers 16km de profondeur. A l’aplomb du séisme, le fond marin se trouve sous une tranche d’eau de 2000m. Son mécanisme au foyer a pu être déterminé de deux manières indépendantes, à l’aide de la distribution des sens des premiers mouvements d’ondes P et en modélisant la forme des ondes de surface de stations large bande régionales. Les deux mécanismes au foyer obtenus sont très voisins. Ils sont compatibles avec le jeu de failles principalement inverses d’orientation NE-SW avec un pendage NW ou SE d’environ 45° traduisant une déformation en compression.

Méthodologie - Méthode de différences finies : FDM


2. Méthodologie

La mise en place d’un scénario de risque sismique repose sur les connaisances des caractéristiques d’un séisme. Il est alors essentiel de calculer des accélérogrammes cohérents pour estimer les accélérations que peut subir le sol lors d’un tremblement de terre.

Pour cette étude, deux méthodes de simulation sont mises en place afin de calculer les accélérogrammes à partir d’une source sismique. La première est une approche déterministe, qui se base sur les équations physiques et les paramètres réalistes (cf. §-3.1 Méthode de Différences Finies). La seconde est une approche stochastique qui utilise les relations empiriques obtenues entre de nombreuses données et qui n’a pas besoin d’informations détaillées sur le milieu de propagation des ondes (cf. §-3.2 Méthode Stochastique).

2.1. METHODE DE DIFFERENCES FINIES : FDM

2.1.1. Formulation

Le programme de simulation, développé par Hideo Aochi (Aochi et Madariaga, 2003), est un code écrit en langage C (sous environnement Unix) et qui repose sur la méthode des différences finies. Celle-ci permet alors de simuler la propagation de la rupture et des ondes sismiques dans un milieu élastique 3D (x, y, z). Le calcul se fait à partir des équations du mouvement :

Fzzyx

vt

Fyzyx

vt

Fxzyx

vt

zzzyzxz

yzyyyxy

xzxyxxx

+++=

+++=

+++=

τδ

δτ

δ

δτ

δ

δ

δ

δρ

τδ

δτ

δ

δτ

δ

δ

δ

δρ

τδ

δτ

δ

δτ

δ

δ

δ

δρ

où τ représente la contrainte (tenseur) et F la force de volume. Un tel milieu peut être défini par sa densité (ρ), par les vitesses des ondes P et S :

ρ

µ

ρ

µλ=

+= VsetVp

2 (Avec λ et µ, cœfficients de Lamé)

Il existe une relation entre contrainte (τ) et déformation (ε) d’après la loi de Hooke :

klijklij c ετ = (avec cijkl, le coefficient élastique général)

Méthodologie- Méthode de différences finies : FDM


{ }0,1),()( ===++= autrementjipourc ijjkiljlikklijijkl δδδδδµδδλ

La déformation peut être reliée avec le déplacement d’après la relation suivante :

( )ijji

i

j

j

iij uu

x

u

x

u,,

2

1

2

1+=

+==

δ

δ

δ

δε

L’algorithme permet alors de calculer les équations élasto-dynamiques du mouvement en terme de vitesse (ν) et de contrainte (τ).

+=

+=

+=

+

++=

+

++=

+

++=

zyyz

zxxz

yxxy

zyxzz

yzyxyy

xzyxxx

vy

vzt

vx

vzt

vx

vyt

vzz

vz

vy

vxt

vy

vz

vy

vxt

vx

vz

vy

vxt

δ

δ

δ

δµτ

δ

δ

δ

δ

δ

δµτ

δ

δ

δ

δ

δ

δµτ

δ

δ

δ

δµ

δ

δ

δ

δ

δ

δλτ

δ

δ

δ

δµ

δ

δ

δ

δ

δ

δλτ

δ

δ

δ

δµ

δ

δ

δ

δ

δ

δλτ

δ

δ

2

2

2

Le calcul se fait ensuite sur une grille décalée au 4ième ordre en espace et du 2nd ordre en temps (Levander 1988 ; Robertsson et al., 1994). Avec le réseau de PC mis en place au BRGM/STI, le code peut être exécuté en parallèle sur 8-12 CPUs (selon leur disponibilité). Cela permet de calculer approximativement une grille 3D de 30 km x 30 km x 25 km avec un pas de 100 mètres.

Plusieurs codes ont été testés afin de répondre aux différents objectifs du calcul. La première version du programme existant (5.2 depuis 21/09/2004) repose sur un modèle 3D avec une surface libre plane où les composantes de la contrainte concernant la direction verticale sont nulles :

0=== yzxzzz τττ

Un des objectifs est de modéliser un environnement le plus réaliste. Il est alors évident de prendre compte la topographie et le modèle géologique complexe en 3D. Pour cela, une nouvelle version a été développée (6.2 depuis 24/03/2005). Dans un premier cas on suppose toujours une surface libre plane mais on considère qu’il y a un milieu vide au-dessus de celle-ci (vacuum condition ; Graves, 1996). Techniquement, cela revient



à dire que Vp et Vs sont nulles au-dessus de la surface libre. La version 6.3 peut introduire un modèle contenant la topographie avec la même condition de surface (vacuum condition). Enfin la dernière version (version 6.4) permet en plus de prendre en compte les caractéristiques du milieu à partir du fichier de sortie du logiciel Editeur Géologique (3DWEG). A l’issu de plusieurs tests, nous verrons si la prise en compte de ces paramètres restitue un signal cohérent.

Tous les paramètres d’entrée nécessaires au calcul pour chaque simulation réalisée, se trouvent en annexe 1 à la fin de ce rapport.

2.1.2. Le modèle 3D

La méthode FDM prend en compte le modèle 3D du milieu élastique. Deux modèles géomécaniques et sismologiques sont introduits dans les simulations.

Le premier modèle a été élaboré par le BRGM dans le cadre du projet RISK-UE (« Méthodologie avancée de réalisation de scénarios de risque sismique avec application à différentes villes européennes ») pour évaluer les conséquences d’un séisme plausible sur la ville de Nice comme illustré sur la figure 4. Celui-ci a été construit à partir de l’Editeur Géologique développé par le BRGM/CDG. A Nice, le modèle a été réalisé en intégrant les données de près de 400 sondages géotechniques, des informations de surface fournies par la carte géologique au 1/50000ème et des données géophysiques. Ce modèle a été ensuite étendu en mer dans la perspective de servir de base à la simulation de la propagation des ondes sismiques pour un séisme qui se produirait en mer. Les formations suivantes ont été distinguées.

• un socle acoustique (SA),

• des niveaux évaporitiques,

• la surface d’érosion messinienne,

• le Pliocène,

• le Plio-Quaternaire.



Figure 4 : modèle géologique 3D de Nice : modèle Terre-Mer.

Cependant ce modèle est insuffisant par rapport à l’échelle de travail souhaitée. En effet ce dernier donne une information lithologique jusqu’à 5km de profondeur. Or le séisme de février 2001 s’est produit à une profondeur de 16km (LDG). Dans ce contexte il a donc été nécessaire d’établir un nouveau modèle, plus profond. Par ailleurs, ce modèle est très détaillé pour les premiers centaines mètres de profondeur, mais ce détail ne peut pas être pris en compte dans le calcul faute de résolution suffisante (100 m de maillage).

Un nouveau modèle à plus grande échelle a donc été nécessaire. Bertrand et Deschamps (2000) proposent un modèle 1D jusqu’à une vingtaine de kilomètres de profondeur sous trois stations du réseau français TGRS (Très Grande Résolution Sismologique) autour de Nice. Ils analysent 30 enregistrements des ondes P et leurs codes afin d’obtenir la structure des vitesses des ondes S. Un de ces modèles à 4 couches a été sélectionné pour la station la plus proche de Nice (CALF, cf. figure 5 à gauche). Les auteurs proposent également que le Moho plonge de 11° dans la direction N25°E d’après la comparaison des résultats de ces trois stations (cf. figure 5 à droite).

Figure 5 : à gauche, modèle 1D pour les vitesses des ondes S sous la station CALF. A droite, modèle 2D proposé pour les vitesses des ondes P (Bertrand et Deschamps, 2000).

LEGENDE

Mésozoïque

Erosion messinienne

Erosion post-pliocène

Nice



Avec le modèle géodétique de Calais et al. (1993), il est possible de constuire le modèle 3D dans cette région (environ 30km x 30km). Le modèle 3D final utilisé par la suite est donc une combinaison du modèle géomécanique et du modèle sismologique.

Le premier modèle est ainsi ramené à une seule couche sédimentaire (couche 1 du tableau 2 et de la figure 6) dont les vitesses sont plus faibles. Les valeurs des paramètres élastiques (Vp, Vs et la densité) sont tirées du projet Risk-UE. Les quatre autres couches sont basées sur le modèle de Bertrand et Deschamps (2000). La visualisation 3D du modèle final est illustrée à la figure 6.

Couche Vp (m/s) Vs (m/s) Densité

ρρρρ(g/cm3) Q

1 2450 1400 2.3 100 2 3600 2500 2.5 100 3 6840 4000 2.95 300 4 6400 3700 2.75 300 5 8000 4500 3.35 300

Tableau 2 : paramètres élastiques du modèle 3D complet.

Figure 6 : modèle 3D final d’après le modèle géomécanique et le modèle sismologique.

Couche 5

Couche 4

Couche 3

Couche 2

Couche 1



2.1.3. Modèles de source sismique

a) Source cinématique

Le tenseur de moment sismique peut être décomposé sous la forme d’un double couple de forces dans les mailles de la FDM (Graves 1996). En supposant une fonction temporelle de source à un point ou sur plusieurs points, il est possible de calculer la propagation des ondes. Cette fonction peut être donnée arbitrairement selon la magnitude et d’autres aspects du séisme. La source est exprimée en terme de taux de moment sismique libéré oM& .

On définit le moment sismique par l’expression suivante :

DS..0 µ=Μ (Unité : N.m)

où µ représente la rigidité (un des coefficients de Lamé) du milieu, S le déplacement moyen sur la faille et D la surface de la faille.

Cette simplicité de représentation permet d’utiliser ce modèle de source afin de vérifier le code du point de vue de la stabilité numérique. En revanche, il faut faire attention au contenu fréquentiel de la fonction de source si on envisage d’analyser le résultat pour le génie civil, car la FDM apporte un faible contenu fréquentiel pour les hautes fréquences. Cette problématique sera abordée plus précisément dans les chapitres suivants.

b) Source dynamique

Les séismes sont la conséquence de la propagation dynamique d’une rupture le long d’une faille, engendrée par une instabilité élasto-dynamique dans une petite région. Une faille n’est pas une fracture uniforme, on parle plus souvent de segment de faille, la rupture se propageant d’un segment à un autre. Par ailleurs, les différents segments constituant celle-ci ne sont pas de taille identique et cette différence d’échelle est un paramètre clé dans la propagation de la rupture ou non.

La croissance et la propagation d’une rupture sont gouvernées par des lois entre fractures et friction. A présent, il est possible de modéliser la rupture dynamique localement sur des failles avec différentes méthodes et d’utiliser ce résultat pour la propagation des ondes à plus grande échelle (Aochi et Madariaga, 2003). En fin de compte, l’évolution du glissement sur les failles est transformée dans la même expression que la source cinématique.

Auparavant la plupart des résultats étaient étudiés en basse fréquence (jusqu’à environ 1 Hz) en général. Aochi et Douglas (2006) étudient actuellement les hautes fréquences jusqu’à 4-8 Hz afin de connaître la limite de calcul. Dans ce rapport, les simulations développées par Ide et Aochi (2005) sont utilisées. Celles-ci incluent des

Méthodologie - Méthode stochastique


hétérogénéités à plusieurs échelles dans la rupture dynamique. Par conséquent, le processus de rupture est très hétérogène mais son évolution (accélération, direction, ralentissement et arrêt) est spontanée selon la distribution des hétérogénéités. Il est attendu que cette hétérogénéité apporte plus ou moins un contenu détaillé en hautes fréquences. Un des objectifs est de vérifier le modèle à plusieurs échelles du point de vue de l’énergie sismique.

Figure 7 : un exemple (séisme de M3.8) de la rupture dynamique à plusieurs échelles modélisé par Ide et Aochi (2005). Chaque ligne représente une simulation à une échelle fixe. Si la

rupture continue de se propager (1er

ligne), une autre simulation est lancée en multiplant toute l’échelle par 4 (2ème ligne). De gauche à droite, la distribution fractale de l’énergie de fracture

(Dc), glissement à la dernière étape de temps à chaque simulation, et le temps de rupture normalisé.

2.2. METHODE STOCHASTIQUE

La méthode stochastique est une méthode simple et efficace pour simuler les mouvements du sol. Les accélérogrammes ont néanmoins l’aspect stochastique car toutes les informations ne sont pas toujours disponibles au niveau de la source, de la propagation et de l’effet de site. Malgré cela, les caractères statistiques des accélérogrammes tels que la forme du spectre et la loi d’atténuation sont intensivement étudiés. En général, la méthode stochastique est construite pour satisfaire les caractères statistiques et pour que chaque signal soit généré aléatoirement. Son grand avantage est de permettre de générer plusieurs signaux sous une seule situation (source – station). Cette méthode est particulièrement utilisée pour simuler les hautes

Méthodologie - Méthode stochastique


fréquences, car il est très difficile de les générer avec la manière déterministe. Un autre avantage est qu’elle permet de s’affranchir de la connaissance du milieu complexe de propagation entre la source sismique et la station. La simulation ne dépend alors que de très peu de paramètres.

L’objectif de l’utilisation de la méthode stochastique dans cette étude est, d’une part de comparer les résultats à une autre méthode, et d’autre part de compléter le contenu fréquentiel de la méthode déterministe (FDM). Pour cela nous avons choisi d’utiliser le programme SMSIM (Stochastic Model SIMulation ou Strong Motion SIMuation) développé par Boore (1996, 2003). Il permet de calculer l’accélérogramme pour des magnitudes et des distances arbitraires. Ce programme est simple d’utilisation et les calculs sont très rapides (de l’ordre de quelques secondes). Les paramètres sont définis dans un fichier d’entrée (cf. annexe 1) appelé en début de simulation.

Présentation des résultats - Tests préliminaires de la méthode déterministe : FDM


3. Présentation des résultats

3.1. TESTS PRELIMINAIRES DE LA METHODE DETERMINISTE : FDM

Ce paragraphe présente les tests préliminaires en utilisant la méthode FDM. Dans la plupart des études sismologiques, les résultats de cette méthode sont filtrés pour discuter les basses fréquences. Nous montrons ici les résultats bruts sans aucun filtrage pour comprendre la limite de la FDM. En effet, il est important de savoir jusqu’à quelle fréquence la simulation peut être réalisée afin de garder des signaux cohérents.

La situation du modèle est la suivante :

• milieu homogène, semi-fini (la surface libre est plane),

• source ponctuelle avec des fonctions de source simples.

Les caractéristiques du séisme du 25 février 2001 (M4.5) sont simulées et le même mécanisme de source est modélisé (azimut, pendage, direction de glissement = 237°, 46°, 79°).

Les fonctions temporelles de source testées, ont des durées différentes (1s, 0.5s, 0.25s, 0.125s et 0.05s soit 1Hz, 2Hz, 4Hz, 8Hz et 20Hz) pour un moment sismique identique d’une magnitude 4.5 comme illustré sur la figure 8. La forme de ces fonctions est basée sur la fonction de B-Spline (ordre 4). L’hypocentre se situe à X = 1014949.42m, Y = 145168.58m, Z = -5000m dans la simulation. Les accélérogrammes sont enregistrés aux stations autour de Nice. Les autres paramètres sont rassemblés dans le tableau 3.

Figure 8 : fonctions de source.



Paramètres Valeur

Vitesse de l’onde P (Vp) 1730 m/s Vitesse de l’onde S (Vs) 1000 m/s

Densité (ρ) 2.1 kg/m3 Facteur de qualité (Q) 300

Maillage (∆s) 100 m

Intervalle de temps (∆t) 0.016 sec

Tableau 3 : paramètres élastiques du milieu homogène.

Les figures 9 et 10 présentent un des résultats pour une source d’une durée d’une seconde. L’arrivée de 3 pics bien distincts (A, B et C) est identifiable sur l’accélérogramme et ils correspondent respectivement aux ondes P, SP et S. De plus de petites perturbations inattendues sont observables et elles correspondent aux réflexions sur les bords du modèle (petits pics 1 seconde avant B et 2-3 secondes avant C). Une condition de frontière (PML : Peffect Matching Layer absorbing boundary condition, Collino et Tsogka, 2001) est utilisée dans le code pour éviter d’avoir des réflexions aux bords du modèle. Cette condition est normalement bien réalisée mais dans ce cas, la source doit être mise proche du bord pour couvrir le modèle entier avec la résolution souhaitée (∆s=100m), d’où ces quelques perturbations. D’autres petites perturbations en haute fréquence se retrouvent après l’onde S et sont difficiles à éliminer.

Figure 9 : sismogramme synthétique de la simulation de référence. Composante X de la station NBOR (Axe des abscisses : temps en secondes).

Figure 10 : extrait de la figure montrant l’évolution de la propagation des ondes (nombre d’étapes de temps 900 et 1200).

A B C

Stations du RAP

Vz Vy Vx

A

Stations fictives

B

C



La figure suivante (cf. figure 11), présente les résultats pour d’autres durées de source.

Figure 11 : sismogrammes synthétiques pour les sources respectivement à 2Hz, 4Hz, 8Hz et 20Hz. Composante X de la station NBOR (Axe des abscisses : temps en secondes).

Quelque soit la source considérée, les simulations restituent les trois pics (P, SP et S) observés pour la simulation précédente à 1Hz. Mais la limite de simulation est maintenant claire. Plus la durée de source devient petite, plus le signal en sortie devient bruité. Jusqu’à 4Hz (ou 0.25s), l’amplification et la réduction de la durée en sortie, correspondant à la source d’entrée, sont quand même obtenues. Mais pour une durée plus courte de source, il est impossible de détecter correctement le signal d’entrée (il n’y a plus de différence entre les cas à 8 Hz et à 20 Hz). Cette observation numérique est cohérente par rapport à la théorie générale de la FDM qui nécessite 5 grilles au minimum pour exprimer une longueur d’onde (Graves, 1996).

P

SP S

P SP

S P

S

P SP

S

SP

Présentation des résultats - TEST de la topographie


Par conséquent, l’utilisation d’une source supérieure à 4Hz n’est pas satisfaisante pour cette situation puisque qu’au-delà de cette valeur seuil, le signal est trop perturbé. Cette limite est fonction de la vitesse des ondes. Celles-ci sont supposées plus lentes que la réalité (voir chapitre 3.1.2). En considérant des vitesses plus rapides, on peut supposer que, pour le même cadre de simulation, une source plus haute fréquence peut être utilisée en respectant le critère des 5 grilles. Cependant cette valeur seuil n’est pas figée pour la méthode FDM en générale. En effet, il est tout à fait possible d’obtenir des résultats satisfaisants à des fréquences supérieures à 4Hz en augmentant la discrétisation du modèle. Mais cette action nécessite des capacités informatiques importantes en terme de puissance de calcul des ordinateurs qui ne sont pas disponibles à l’échelle du modèle.

3.2. TEST DE LA TOPOGRAPHIE

La prise en compte de la topographie dans les simulations de séismes a déjà été abordée par différents auteurs (Tessmer et al, 1992, Robertsson, 1996, Jousset et al, 2004). Un des principaux problèmes rencontré, quelques soit la méthodologie, est la manière de discrétiser le modèle pour contraindre au mieux la surface topographique. Un maillage adapté permet de restituer une topographie cohérente et ainsi de fournir des signaux stables. Pour cela, il est impossible de faire correspondre le maillage avec la surface topographique. Ceci implique une topographie « en marche d’escalier ». Une seconde façon de faire est de déformer le maillage pour que celui-ci épouse la forme de la topographie. Pour cette étude, une nouvelle version du programme FDM a été développée (version 6.3) pour introduire la topographie « en marche d’escalier ». Pour cela, on suppose toujours une surface libre plane mais on considère qu’il y a un milieu vide au-dessus de celle-ci (vacuum condition ; Graves, 1996). Techniquement, cela revient à dire que Vp et Vs sont nulles au-dessus de la surface libre. On alors peut introduire un modèle contenant la topographie avec la même condition de surface (vacuum condition). Seul un résultat est présenté ici pour une durée de source de 0.5 sec (cf. figure 12). Plus de détails sont exposés dans le rapport intermédiaire de stage (Le-Puth, mai 2005).

La topographie influence fortement le signal en comparaison avec les résultats vus précédemment (cf. chapitre 4.1) lorsque la surface libre plane était considérée. Celui-ci est plus bruité et quelquefois le calcul devient complètement instable (à partir de 40 secondes sur la figure 12). Il est ainsi difficile de distinguer l’effet physique de la topographie et celui numérique inattendu.

Figure 12: sismogramme synthétique pour la source 2Hz. Composante X de la station NBOR (Axe des abscisses : temps en secondes). Cas de la surface libre avec la topographie.

P S

Présentation des résultats - TEST de la topographie


Pour les signaux qui ont pu être pointés (les ondes directes), les temps d’arrivée sont similaires aux simulations précédentes (la différence vient de la différence d’altitude des stations). La prise en compte de la topographie tend à compliquer la forme des signaux. En effet, en regardant ce résultat avec la simulation précédente pour la surface plane (cf. figure 9), l’amplitude maximale du pic P est de l’ordre de 1.5cm/s avec la topographie alors qu’elle est de 3cm/s sans la topographie.

Afin d’évaluer la contribution de chaque paramètre indépendament, la topographie ne sera plus prise en compte dans toutes les simulations à venir.

Présentation des résultats - Simulation du séisme du 25/02/2001– source ponctuelle


3.3. SIMULATION DU SEISME DU 25/02/2001– SOURCE PONCTUELLE

Pour cette nouvelle série de tests, le séisme de février 2001 (M4.5) est simulé en prenant en compte les conditions structurales réelles de la région niçoise. Le modèle hétérogène 3D, construit pour cette étude, est ici introduit dans le code (cf. §-3.1.2). Les conditions de source ponctuelle (en terme de fréquence) sont identiques aux simulations précédentes à la seule différence que la profondeur du séisme est maintenant de 16 km (profondeur réelle). Un exemple des fichiers d’entrée se trouve en annexe 1 de ce rapport.

Comme pour les tests précédents, la figure 13 montre trois sources dont les fréquences sont respectivement 2Hz, 4Hz et 8Hz. Les accélérogrammes synthétiques correspondent aux enregistrements sur la composante X à la station NBOR (station au rocher). En effet, les enregistrements à cette station ont des amplitudes moins grandes par rapport aux autres stations (cf. annexe 2). De plus l’utilisation de celle-ci permet d’éviter la discussion sur l’effet d’amplification du site local.

P

S C

P

S C

P

S

C

Source à 2Hz

Source à 4Hz

Source à 8Hz

D

D



Figure 13 : accélérogrammes synthétiques pour les sources respectivement à 2Hz, 4Hz et 8Hz et la station d’observation réelle NBOR . Enregistrement sur la composante X de la station.

Tout d’abord le temps P-S est d’environ 3 secondes pour les simulations et pour l’enregistrement réel. Ceci signifie que le modèle 3D hétérogène construit pour cette étude est cohérent en terme de propagation de la source à la station. Dans les simulations d’autres arrivées sont visibles (ondes réfléchies C et D). Concernant l’amplitude, les observations réelles montrent des composantes en hautes fréquences qui ne sont pas visibles sur les accélérogrammes synthétiques (cf. figure 15). Cependant le modèle de source à 2Hz semble apporter un meilleur résultat dans ce domaine comparativement aux simulations précédentes. D’après les équations empiriques de Wells et Coppersmith (1994), la longueur de la faille d’une magnitude 4.5 peut être estimée à 1.64 km. En supposant une vitesse de rupture de 2.5 km/s, nous obtenons une durée de source de 0.66 seconde : le modèle de source d’une durée 0.5 sec est donc approximativement raisonnable pour ce premier cas.

Les spectres de Fourier de chaque simulation sont tracés afin de vérifier le contenu fréquentiel des signaux (cf. figure 14). La fonction de B-spline ne donne pas vraiment le contenu fréquentiel souhaité quelque soit la source sismique. La forme du spectre a tendance à avoir la composante la plus forte vers les hautes fréquences. Cependant les spectres sont similaires dans les basses fréquences jusqu’à 3Hz. A partir de cette valeur, ces derniers ne sont plus proches et un décalage vers les hautes fréquences est observable.

La figure 15 présente la comparaison des spectres calculés avec celui issu des données réelles de la station NBOR (en noir sur la figure). Quelque soit la simulation considérée, aucun modèle de source ne rapproche du spectre réel : il a une amplitude plus élevée que celles de spectres fictifs en basse fréquence et cette tendance s’inverse à partir de 1Hz, sauf pour le modèle de source à 2Hz. L’atténuation est responsable de cette observation. En effet dans un milieu élastique, les hautes fréquences sont plus atténuées, ce qui explique la forme du spectre réel pour ce domaine de fréquence. Or ici cet effet n’est pas pris en compte d’où une augmentation de l’amplitude à chaque changement de source.

Données réelles : station NBOR P

S



Figure 14 : spectres de Fourier pour les simulations à 2Hz, 4Hz et 8Hz. Composante X de la station NBOR.

Figure 15 : spectres de Fourier pour les simulation à 2Hz, 4Hz et 8Hz : comparaison avec les données réelles (station NBOR).

3Hz

Présentation des résultats - Simulation du séisme du 21/02/2001 - source dynamique


3.4. SIMULATION DU SEISME DU 21/02/2001 - SOURCE DYNAMIQUE

3.4.1. Source ponctuelle basée sur la rupture dynamique

A ce niveau, on ne considère plus une source simple mais une source dynamique. La simulation d’une rupture dynamique (Ide et Aochi, 2005) fournit un historique de la rupture sur une faille. La source est tout d’abord considérée ponctuelle dans le modèle. Son évolution au cours du temps est différente (cf. figure 16). La fonction n’est pas symétrique et chaque irrégularité correspond à des phénomènes locaux (hétérogénéité à plusieurs échelles). La durée de source est de l’ordre de 1,33 secondes pour une magnitude de 4.57. Cette durée semble plus longue par rapport aux relations empiriques. Malheureusement les simulations d’Ide et Aochi (2005) ont tendance à réaliser une progression relativement lente de la rupture. Il faut ajuster quelques paramètres afin d’obtenir des résultats raisonnables du point de vue de la libération de l’énergie sismique dans leurs simulations, mais ceci n’est pas l’objectif de ce rapport.

A priori les accélérogrammes calculés dans ce rapport sont beaucoup plus petits en terme d’amplitude. A part le modèle de source sismique, les conditions de simulation sont identiques que le paragraphe précédent (cf. §-4.3).

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.80

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4x 10

16

time [sec]

seis

mic

mom

ent

rele

ase

[Nm

/s]

Figure 16 : fonctions temporelles de source utilisées dans les simulations. Les lignes solides répresentent les résultats extraits (4.5<M<4.6) d’après la modélisation de la rupture dynamique (Ide et Aochi, 2005). La ligne en pointillé est une fonction simple d’une durée de 0.5 secondes.

La figure 17 montre un accélérogramme calculé pour cette simulation ainsi que celui issu des données réelles. Comme attendu, il y a une diminution de l’amplitude à cause de la longue durée de cette source alors que le séisme a une magnitude similaire.



D’autres changements apparaissent au début des signaux : puisque la source dure plus d’une seconde et que son démarrage est très lent, les signaux commencent par de petites vibrations et la phase principale vient après. Les pics des ondes P et S sont observables et le retard entre les deux est d’environ 3 secondes également.

Figure 17 : accélérogramme synthétique pour une source dynamique ponctuelle et accélérogramme des données réelles : composante X de la station NBOR.

Figure 18 : spectres de Fourier en accélération pour la source dynamique ponctuelle et les données réelles : composante X de la station NBOR.

P

S

P

S

2.5Hz



Les spectres de Fourier pour ces deux accélérogrammes sont tracés sur la figure 18. Par rapport à la fonction de B-spline (cf. figure 14), la tendance aux hautes fréquences est plus modeste (pas de grand pic). Par contre, un niveau bas autour de 2.5 Hz est observé alors que qu’il ne l’est pas pour les simulations précédentes. Pourquoi la source dynamique basée sur les équations physiques ne produit-elle pas un contenu fréquentiel raisonnable ? Il semblerait que le fait de considérer la source dynamique en une source ponctuelle en espace ne soit pas fiable. C’est pourquoi la rupture dynamique est alors modélisée sur une faille finie. Une amélioration est à noter tout de même, la forme du spectre simulé est plus proche de celle du spectre réel par rapport aux simulations précédentes (aux différences d’amplitudes près).

3.4.2. Source sur faille finie basée sur la rupture dynamique

Pour ce deuxième cas, la dimension réelle de la faille est prise en compte. La rupture dynamique a une superficie d’environ 5 km2 et doit concerner une cinquantaine de mailles dans la FDM. Elle n’est donc pas négligeable en terme d’espace. Cette nouvelle fonction de source peut être considérée comme la somme de plusieurs fonctions de sources ponctuelles.

Un pas de grille de 256 mètres dans les simulations d’Ide et Aochi (2005) est suffisamment grand par rapport à celui de la FDM (100 mètres). Dans ce cas, il est assuré que la FDM obtient la même résolution des résultats des simulations précédentes (Aochi et Douglas, 2006). La durée et l’évolution de la source au cours du temps sont les mêmes que la simulation avec la source dynamique ponctuelle (cf. figure 16). Les résultats sont présentés sur les figures 19 et 20

Figure 19 : accélérogramme synthétique pour une source dynamique sur faille finie et accélérogramme des données réelles : composante X de la station NBOR.

P S

P

S



L’amplitude dans le domaine temporel devient plus petite par rapport au premier cas, suite au lissage de la source en espace. Cependant les signaux sont relativement proches dans leur forme et les pics des ondes P et S sont restitués avec le même retard entre les deux.

En regardant le spectre, il est aussi lissé entre les fréquences de 1 Hz à 10 Hz approximativement. Le niveau bas observé vers 2.5Hz n’existe plus.

Figure 20 : spectre de Fourier en accélération pour la source dynamique ponctuelle et la source dynamique sur faille finie. Composante X de la station NBOR.

En résumé, les deux spectres ne présentent donc pas un contenu fréquentiel identique malgré des similarités des signaux dans le domaine temporel. Par conséquent l’utilisation de simulations de ruptures dynamiques directement sur failles finies pour la FDM est recommandée. Les simulations ont permis de mettre en évidence que de meilleurs résultats étaient obtenus concernant le contenu fréquentiel avec le deuxième cas. Si la superficie de la faille est négligée et qu’elle est ramenée à un point, on constate qu’il y a risque de perte d’information dans le domaine fréquentiel.

De plus la figure suivante (cf. figure 21), montre l’intérêt de simuler la rupture sur faille finie. En effet en comparant le spectre calculé avec celui des données réelles, malgré les différences d’amplitudes, les spectres sont très proches dans leur forme. Le spectre simulé présente une amplitude plus faible, ce qui confirme les observations dans le domaine temporel.



Figure 21 : spectres de Fourier en accélération pour la source dynamique sur faille finie et pour les données réelles. Composante X de la station NBOR.

Présentation des résultats - Simulation du séisme du 21/02/2001 - méthode Stochastique


3.5. SIMULATION DU SEISME DU 21/02/2001 - METHODE STOCHASTIQUE

3.5.1. Sans l’effet d’amplification

Comme expliqué au chapitre « Méthodologie » (cf. §-3), la méthode stochastique est introduite dans cette étude pour comparer et compléter la simulation de la FDM. La simulation est réalisée de façon aléatoire. 640 simulations sont possibles en fonction des paramètres d’entrée (un exemple est donné en annexe 1). Cependant, quelque soit le tirage, il n’y a pas de différence dans le domaine fréquentiel (aux fluctuations près) entre deux simulations aléatoires, malgré des différences dans le domaine temporel (cf. figure 22).

Figure 22 : exemple de deux simulations aléatoires montrant les différences dans le domaine temporel et peu de différences dans leur contenu fréquentiel. Simulations indépendantes de

l’étude.

Le programme ne permet pas de définir un milieu de propagation détaillé comme le peut la méthode FDM. En effet seulement deux paramètres du milieu élastique sont considérés (Vs et la densité) dans ce cas et ils correspondent à la couche la plus épaisse de notre modèle 3D où se trouve l’hypocentre. Les valeurs de Vs et de densité sont données directement dans le fichier d’entrée avec les paramètres nécessaires à la simulation. Les autres paramètres importants à prendre en compte dans la conception du fichier d’entrée, sont le modèle de source (type et durée), les paramètres contrôlant la propagation en fonction du site considéré, les paramètres prenant en compte l’atténuation, l’effet d’amplification et les paramètres nécessaires au calcul de l’accélération.

Lors de la simulation, le programme ne demande interactivement à l’utilisateur que deux paramètres, à savoir la magnitude (M) et la distance à la source (R). L’idée étant de calculer l’accélérogramme à la station NBOR (station au rocher), R est donc égale à 26 km et Mw est égale à 4.57. La durée du signal est d’environ 6 secondes, mais elle est ajustable par les paramètres d’entrée. Dans un premier temps, on ne prendra pas en compte l’effet d’amplification du site.



Figure 23 : accélérogramme synthétique pour la simulation stochastique. R = 26km et M = 4.57. Simulation n° 320.

Il semblerait que la méthode stochastique ne permette pas d’évaluer avec précision l’arrivée des ondes P. En effet, le modèle de vitesse est basé sur les ondes S, ce qui implique principalement un calcul dans le plan horizontal. L’effet des ondes P est donc peu visible sur cet accélérogramme. Ainsi on considérera pour les travaux à venir que les premières arrivées sur les accélérogrammes stochastiques sont celles des ondes S.

Cette simulation permet d’obtenir un spectre plus hautes fréquences (jusqu’à 80Hz) en comparaison avec les résultats précedents. Ces fréquences ne sont pas obtenues avec la FDM car le maillage n’est pas adapté pour permettre de générer des hautes fréquences.

Figure 24 : spectre de Fourier pour la simulation stochastique. R = 26km et M = 4.57. Simulation n°320

S



En comparant ce spectre avec celui des issus des données réelles (cf. figure 25 A), on peut affirmer que la simulation stochastique est bien réalisée et est cohérente avec les observations, surtout dans le domaine des hautes fréquences, ce qui le principal intérêt de cette méthode. A noter cependant que la simulation stochastique présente une amplitude légèrement plus faible (surtout pour les basses fréquences) par rapport aux observations.

Figure 25 : A : spectres de Fourier en accélération pour la simulation stochastique (en vert, n°320, R = 26km et Mw = 4.57) et les données réelles (en rouge). B : spectres de Fourier en

accélération pour la FDM (en bleu, source dynamique sur faille finie) et le simulation stochastique.

La figure 25B permet de comparer les résultats des deux méthodes (FDM et stochastique). Les spectres sont cohérents en basse fréquence et ce jusqu’à 10Hz. A partir de cette valeur, les spectres divergent en amplitude et comme aux chapitres précédents le spectre FDM est incomplet en haute fréquence (en bleu sur la figure). Ces deux signaux peuvent être donc combinés, l’un complétant l’autre.

3.5.2. Avec l’effet d’amplification

Le programme de Boore permet d’introduire dans le calcul de l’accélérogramme, l’effet d’amplification relative au site. Ce programme convertit un modèle de vitesse/densité en amplification. Trois paramètres sont nécessaires pour le calcul : la profondeur, les vitesses Vs de chaque couche considérée, la densité respective et le facteur de qualité Q (un exemple du fichier d’entrée se trouve en annexe 1). Le modèle 3D (cf. tableau 2) est le modèle de vitesse/densité considéré. Le programme calcule ensuite les valeurs d’amplification du modèle à des fréquences spécifiques. L’utilisateur a la possibilité de choisir ces fréquences sinon le programme les calcule par défaut en fonction du modèle de vitesse.

A B



Les valeurs d’amplification calculées sont ensuite introduites dans le fichier d’entrée pour réaliser l’accélérogramme (voir annexe 1). Les résultats sont présentés à la figure 26 et au tableau 4.

FREQUENCES (Hz) AMPLIFICATION

0.95 1.395 0.24 1.124 0.076 1.039 0.026 1.018

Tableau 4 : résultat du calcul d’amplification

Le modèle de vitesse/densité ne montre pas d’amplification importante, les valeurs étant toutes proches de 1. Ces résultats sont cohérents avec le modèle qui ne présente finalement que des couches dures et donc moins sensibles à l’effet d’amplification. Ceci est également cohérent avec les travaux réalisés par Boore et Joyner (1997) pour le calcul de l’amplification pour différents types de roches.

Figure 26 : spectres de Fourier en accélération pour les simulations stochastiques sans et avec l’effet d’amplification (en vert).

L’effet d’amplification étant négligeable, le signal ne change pas. En effet comme le montre la figure 26, les spectres de Fourier en accélération des simulations avec et sans amplification sont identiques. Ainsi pour la combinaison des résultats entre les méthodes FDM et stochastique, l’effet d’amplification ne sera pas considéré puisqu’il n’apporte aucun changement.

Présentation des résultats - méthode hybride : Combinaison des résultats fdm et stochastiques


3.6. METHODE HYBRIDE : COMBINAISON DES RESULTATS FDM ET STOCHASTIQUES

Les méthodologies de simulation de séismes ne sont pas une nouveauté en sismologie. La mise en place de telles méthodes ouvre un large domaine d’application en génie civil par exemple pour le calcul des structures, pour l’estimation et la caractérisation de l’aléa sismique ou encore pour les estimations des dégâts potentiels lors d’un séisme. Un des problèmes majeurs rencontré en simulation, est de restituer des signaux cohérents en terme de contenu fréquentiel. En effet, il est difficile de simuler correctement à la fois les basses et hautes fréquences, comme l’ont montré les travaux de cette étude. Une alternative est donc de combiner deux méthodes simulant correctement chacun des contenus fréquentiels souhaités, soit la méthode hybride. Celle-ci combinera donc les résultats de la FDM et ceux de la simulation stochastique.

Les travaux précédents ont permis d’établir des choix pertinents quand à la manière d’associer les différents résultats de la FDM avec la simulation stochastique. La figure 27 récapitule ces résultats.

Figure 27 : spectres de Fourier en accélération pour les simulations FDM (source dynamique sur faille finie) et stochastique (n°320, R = 26km et Mw = 4.57). Comparaison avec les données

réelles de la station NBOR.

Comme montré dans les chapitres précédents, pour la méthode FDM, la simulation pour une source dynamique sur faille finie sera considérée puisqu’elle apporte un meilleur résultat. Ces données sont sommées avec celles de la simulation stochastique



(n°320, R = 26km et Mw = 4.57). Pour cela, la série temporelle de chaque simulation est filtrée à 3Hz :

• pour la méthode FDM, un filtre passe-bas à 3Hz est appliqué :

Figure 28 : simulation FDM avec une source dynamique sur faille finie (M4.57) filtrée en passe-bas à 3Hz. Composante X de la station NBOR.

• pour la méthode stochastique, un filtre passe-haut à 3Hz est appliqué :

Figure 29 : simulation stochastique (n°320, R = 26km et Mw = 4.57) filtrée en basse-haut à 3Hz.

Une fois filtrée, il faut sommer ces deux séries temporelles. Pour cela, le critère de sommation est le temps d’arrivée de l’amplitude maximale des deux signaux, en supposant que cette dernière arrive en même temps pour les deux simulations. Les deux séries recalées en temps, il suffit de sommer les signaux. La figure 30 présente l’accélérogramme résultant de cette sommation ainsi que la comparaison avec les observations réelles du séisme de février 2001.

De manière générale, le résultat de la méthode hybride fournit un accélérogramme (en bleu sur la figure 30) de plus faible amplitude. Cette différence est en partie expliquée par la nature du sol. En effet celui-ci présente des vitesses et une densité à la station réelle NBOR plus faibles que celles du modèle 3D. L’arrivée des ondes P est peu marquée, comme montré au §-4.5.1, malgré la combinaison avec la FDM. Le signal est également de plus courte durée.

Cependant le contenu fréquentiel est satisfaisant en comparaison avec les données réelles (cf. figure 31). Quelques différences sont néanmoins observables. Le spectre simulé présente une amplitude un peu plus faible que les données enregistrées comme on peut le constater dans le domaine temporel. Cette différence s’observe

Amax

Amax



surtout en basse fréquence (entre 0.8-4Hz). A l’inverse le spectre est bien réalisé pour les hautes fréquences. Des améliorations sont donc à fournir par la FDM pour les basses fréquences, mais dans l’ensemble le résultat est satisfaisant.

Figure 30 : résultat de la méthode hybride : domaine temporel. Comparaison avec les observations (station NBOR).

Figure 31 : résultat de la méthode hybride : domaine fréquentiel. Comparaison avec les observations (station NBOR).

Discussion : comparaison avec les lois d’atténuation


4. Discussion : comparaison avec les lois d’atténuation

Estimer les mouvements du sol lors d’un séisme pour une magnitude et une distance hypocentrale donnée, est un objectif fondamental pour réaliser les scénarii de risque sismique. Ces derniers sont très importants pour apporter des éléments décisifs dans l’aménagement du territoire et pour la création de plans de gestions de crise. Ces estimations sont également nécessaires pour le génie parasismique afin de bâtir des structures susceptibles de résister à de tels mouvements.

Les lois d’atténuation sont une manière simple et efficace pour obtenir une estimation des mouvements du sol en tout point lors d’un séisme. Cependant, il est essentiel d’être conscient de deux points importants :

• tout d’abord les lois d’atténuations utilisées, sont des lois établies pour un contexte tectonique précis. Elles ne sont théoriquement valables que pour les zones pour lesquelles elles ont été établies (Japon, Californie ou Italie pour les plus proches). Au niveau de la région niçoise, il n’existe actuellement pas de lois d’atténuation adaptées. Cependant certaines ont été développées pour le contexte européen (Ambraseys et al., 1996 et 2005, Berge-Thierry et al., 2003, Bragato et Slejko, 2005), mais l’application de ces lois à la France et plus précisément pour les Alpes Maritimes ne peut être satisfaisante dans la mesure où le contexte tectonique est propre à chaque région.

• de plus, même si une telle loi existait, il est important de rappeler que des lois d’atténuation sont empiriques. Elles sont basées sur de multiples enregistrements de séismes à différentes distances. Elles permettent uniquement de donner des estimations des mouvements du sol attendus pour certains types de sols à une distance donnée de l’hypocentre.

Néanmoins, l’utilisation des ces lois d’atténuation présente un intérêt non négligeable pour la gestion du risque sismique puisqu’elles permettent de donner des estimations du mouvement du sol en un site donné. Mais l’utilisation seule de ces lois n’est pas suffisante. Il est essentiel de coupler ces lois avec des méthodes de simulations de mouvements forts du sol, permettant ainsi de tenir compte du contexte tectonique de la région d’étude en modélisant la propagation des ondes dans le milieu.

Pour cette étude, 12 lois d’atténuation ont été utilisées (cf. figure 32). Les références complètes pour chacunes d’entre elles se trouvent dans la partie bibliographie du rapport et sont récapitulées brièvement au tableau 5.



ABREVATIONS REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES MAGNITUDE

aetal05 Ambraseys et al. (2005) Mw > 5.0 aetal96 Ambraseys et al. (1996) 4.0 < Ms <7.9 as97 Abrahamson et Silva (1997) 4.4 < Mw <7.4

betal97 Boore et a l. (1997) 5.3 < Mw <7.7 bs05 Bragato et Slejko (2005) 2.5 < Ml <6.3 c97 Campbell (1997) 4.7 < Ms < 8.1 cb03 Campbell et Bozorgnia (2003) 4.7 < Mw < 7.7

letal01 Lussu et al. (2001) 3.5 < Mjma < 6.3 setal97 Sadigh et al. (1997) 3.8 < Mw < 7.4 setal99 Spudich et al. (1999) 5.1 < Mw < 7.2 sp96 Sabetta et Pugliese (1996) 4.6 < Ms < 6.8

Tableau 5 : références bibliographiques pour les lois d’atténuation.

Figure 32 : spectres de réponse en accélération pour les lois d’atténuation. En bleu, spectre issu de la méthode hybride. En rouge, spectre issu des observations à la station NBOR.

Le spectre de réponse de la simulation issue de la méthode hybride est présenté à la figure 32 avec celui des observations réelles du séisme de février 2001 ainsi que les spectres correspondant aux différentes lois d’atténuation utilisées. Le constat est clair, le spectre de réponse pour la méthode hybride (en bleu) est plus faible que celui des



observations. Les méthodes de simulations développées pour cette étude ont donc tendance à sous estimer l’accélération subit par le sol. Une des explications à cette différence entre les spectres de réponse est la nature du sol considéré en terme de vitesses et de densité. En effet, la station NBOR réelle est installée sur un sol où les vitesses et la densité sont plus faibles que celle du modèle 3D de cette étude.

Quelques soit la loi d’atténuation le spectre de réponse est plus important que celui simulé ou encore que celui des données réelles (sauf pour bs05 etletal01). Pour la plus part, les lois ne sont pas adaptées au contexte européen (sauf aetal05, aetal96, betal03 et bs05) et particulièrement au contexte des Alpes du Sud-Est. Celles-ci ont été développées pour la Californie ou encore le Japon où le contexte tectonique et la sismicité associée sont bien différents des Alpes du Sud-Est. Par ailleurs ces lois sont applicables pour des magnitudes beaucoup plus élevées que le séisme de 4.57 simulé. La loi d’atténuation la plus adaptée ici semble être celle développée par Bragato et Slejko, 2005 (en vert sur la figure 32). Cependant elle n’est plus pertinente pour les longues périodes où le spectre de réponse de la loi sous-estime l’accélération subit réellement pour le sol. A l’inverse, pour le spectre simulé, la loi d’atténuation sur-estime l’accélération, ce qui peut être considéré comme un facteur de sûreté pour le génie parasismique.

Conclusion


5. Conclusion

Les simulations du séisme de 25 février 2001 (M4.5) à Nice ont été abordées en utilisant la méthode de différences finies (Aochi et Madariaga, 2003) et la méthode stochastique (Boore, 2003). Pour la première, un modèle de couches de la région niçoise a été construit (environ 30km x 30 km x 25km) en combinant deux modèles existants. Le code de la FDM a été amélioré afin de modéliser la topographie et de traiter le fichier de paramètres incluant les données géologiques. Après quelques tests préliminaires concernant la technique numérique (ceci est résumé dans le rapport intermediaire, Le Puth, 2005), plusieurs types de simulations ont été réalisées en combinant les deux methodes :

Etape 1 : méthode FDM en supposant une source ponctuelle.

Etape 2 : méthode FDM en supposant une faille finie d’après les résultats de la rupture dynamique (Ide et Aochi, 2005).

Etape 3 : méthode FDM + méthode stochastique (méthode hybride).

Malgré le développement du code, l’effet de topographie n’était pas pris en compte dans les résultats présentés dans ce rapport final, car les précisions numériques, à cause de l’irrégularité de la topographie, n’étaient pas suffisantes pour les discussions. Les résultats des simulations de l’étape 1 montrent l’importance du choix de la fonction de source (en terme de contenu fréquentiel). Pour l’étape 2, les résultats montrent que pour de la rupture dynamique, il est nécessaire de considérer une faille finie pour la FDM (il ne faut pas simplifier une faille en une source ponctuelle au risque de perdre des informations dans le domaine fréquentiel) pour un séisme modéré (M4.5). Quelques paramètres ont également été trouvés afin d’améliorer les simulations d’Ide et Aochi (2005) pour obtenir de meilleurs résultats associés à l’énergie des ondes sismiques libérées. Enfin la dernière étape, permet de combiner les points forts de chacune des méthodes mises en place et de fournir un accélérogramme cohérent avec les données réelles. La méthode hybride offre donc un résultat très pratique pour les applications en génie civil.

Des améliorations sont encore à développer pour la méthode FDM, en apportant des connaissances nouvelles sur la modélisation de la source, sur le milieu de propagation afin de réaliser parfaitement les accélérogrammes. L’application des ces résultats est primordiale pour les études de risque sismique ou encore pour le génie parasismique. Ainci cette étude constitue un point de départ pour des recherches futures.

Conclusion


Bibliographie


6. Bibliographie

Abrahamson N. A., Silva W. J., 1997. Empirical response spectra attenuation relations for shallow crustal earthquakes. Seismological Research Letters, vol. 68, n°1, pp 94-127. Ambraseys N. N., Simpson K. A., Bommer J. J., 1996. Prediction of horizontal response spectra in Europe. Earthquake Engineering and structural Dynamics, vol. 25, pp 371-400. Ambraseys N. N., Douglas J., Sarma S. K., Smit P. M., 2005. Equations for the estimation of strong motions from shallow crustal earthquakes using data from Europe and the middle East : horizontal peak ground acceleration and spectral acceleration. Bulletin of Earthquake Engineering, n°3, pp 1-53 Aochi H., Madariaga R., 2003. The 1999 Izmit, Turkey, Earthquake: Nonplanar Fault Structure, Dynamic Rupture Process, and Strong Ground Motion, Bull. Seism. Soc. Am., 93, 1249-1266. Aochi H., Douglas J., 2006. Testing the validity of simulated strong ground motion from the dynamic rupture of a fault system, using empirical equations, Bulletin of Earthquake Engineering, 4, 211-229.

Baroux E., N. A. Pino, Valensise G., 2003. Source parameters of the 11 june 1999,Lambesc (Provence, southeastern France) earthquake: a reappraisal based on macroseismic, seismological, and geodetic observations. Journal of Geophysical Research, 108(B9), 2454, doi : 10.1029/2002JB002348,2003.

Berge-Thierry C. Cotton F., Scotti O., Griot-Pommera D. A., Fukushima Y., 2003. New empirical spectral attenuation laws for moderate European earthquakes. Journal of Earthquake Engineering, vol.7, n°2, pp 193-222.

Bernard P., 2003. Qu’est ce qui fait trembler la terre ? A l’origine des catastrophes sismiques. Edition EDP Sciences, 287 pages.

Bertrand E., Deschamps A., 2000. Lithospheric structure of the southern French Alps inferred from broadband analysis. Physics of the Earth and Planetary Interiors vol122, pp. 79-102.

Boore D. M., 1996. SMSIM : Fortran programs for simulating ground motions from earthquakes, Version 1.0, USGS Open-File Repport 96-80-A.

Boore D. M., 2003. Prediction of ground motion using the stochastic method, Pure Appl. Geophys. 160, 635-676.

Bibliographie


Boore D. M, Joyner W. B., 1997. Site amplifications for generic rock sites. BSSA, vol.87 No2, pp. 327-341.

Boore D. M., Joyner W. B., Fumul T. E., 1997. Equations for estimating horizontal response spectra and peak acceleration from western North America earthquakes : a summury of recent work. Seismological Research Letters, vol. 68, n°1, pp 128-153.

Bour M., Bertrand E., Dominique P., Mouroux P., Sabourault Ph.,2002. An advanced approach to earthquake risk scenarios with applications to differents European towns: seismic hazard assessment for the city of Nice, projet Risk-UE

Bragato P. L., Slejko D., 2005. Empirical ground motion attenuation relations for the Eastern Alps in the magnitude range 2.5-6.3. BSSA, vol 95, n°1, pp 252-276.

Calais E., Carrier A., Buffet G., 1993. Comparaison de données de nivellement et de positionnement par GPS : application à la détermination du géoïde dans les Alpes-Maritimes. C. R. Acad. Paris, 317, pp 1493-1500.

Campbell K. W., 1997. Empirical near source attenuation relationships for horizontal and vertical components of peak groud acceleration, peak ground velocity and pseudi absolute acceleration response spectra. Seismological Research Letters, vol. 68, n°1, pp 154-179.

Campbell K. W., Bozorgnia Y., 2003. Updated near-source ground motion (attenuation) relation for the horizontal and vertical components of peak ground acceleration and acceleration response spectra. BSSA, vol.93, n°3, pp 1413.

Cara M., 2001, Bureau central sismologie français, Note préliminaire : Séisme de Nice du 25 février 2001.

Chaumillon E., Deverchère J., Réhault J. P., Guegen E., 1994. Réactivation tectonique et flexure de la marge continentale Ligure (Méditerranée occidentale), C. R. Acad. Sci., Paris, 319, pp 675-682.

Collino, F., Tsogka, C., 2001, Application of perfectly matched absorbing layer model to the linear elastodynamic problem in anisotropic heterogeneous media, Geophysics, 66(1), 294-307.

Debelmas J., 1974. Géologie de la France. Masson, Paris, 540 pages.

Freeman S.A., Irfanoglu A., Paret T.F, 2004. Earthquake engineering intensity scale : a template with many uses. 13th world conference on earthquake engineering, Vancouver, B.C., Canada, August 1-6 2004, paper No 1667.

Furumura T., Kennet B. L. N., Koketsu K., 2003. Visualization of 3D wave propagation from the Tottori-ken Seibu Japans earthquake: observation and numerical simulation. BSSA, vol 93 No2, pp. 870-881.

Bibliographie


Graves R.W, 1996. Simulating seismic wave propagation in 3D elastic medio using staggered-grid finite differences. BSSA, vol 86 No4, pp. 1091-1106.

Ide S., Aochi H., 2005. Earthquakes as multi-scale dynamic ruptures with heterogeneous fracture surface energy. Journal of Geophysical Research. 110, B11303, doi:10.1029/2004JB003591.

Jousser P., Neuberg J., Jolly A., 2004. Modelling low-frequency volcanic earthquakes in a visco-elastic medium with topography. Geophys. J. Int, 159, pp 776-802, doi : 10.1111/j.1365-246X.2004.02400.x.

Lavender A. R., 1988. Fourth-order finite-difference P-SV seismograms. Geophysics, 53, pp 1425-1436.

Le-Puth J., 2005. Simulation numérique de séisme : exemple de Nice (06, Alpes-Maritimes). Rapport intermédiaire, BRGM

Lussu P., Bard P. Y., Cotton F., Fukushima Y., 2001. Seismic design regulation codes : contribution of K-net data to site effect evaluation. Journal of earthquake Engineering, vol.5, n°1, pp 13-34.

Marin S. Avouac J. P., Nicolas M., Schlupp A., 2004. A probabilistic approach to seismic hazard in metropolitain France. BSSA, vol.94 No6, pp. 2137-2163.

Réhault J. P., Olivet J. L., Auzende J. M. , 1974. Le bassin nord-occidental Méditerranéen : structure et évolution, Bull. Soc. Géol. Fr., (7), pp 281-294.

Ritz J. F., Hoang Trong P., Rebai S., Philip H., Herquel G., 1990. Le séisme du 26 décembre 1989 en Méditerranée, au large de la Côté d’Azur : tectonique en compression, perturbation de contraintes et inversion tectonique au niveau d’une marge continentale. C. R. Acad. Sci., Paris, 31O, pp 1505-1512.

Robertsson J., 1996. A numerical free-durface condition for elastoic/viscoelastic finite-difference modelling in the presence of topography. Geophysics, 61, 6, pp 1921-1934.

Robertsson J., Blanch J., Symes W., 1994. Viscoelastic finite-difference modelling, Geophysics, 59(9), pp 1444-1456.

Sabetta F., Pugliese A., 1996. Estimation of response spectra and simulation of non stationnary earthquakes ground motions. BSSA, vol. 86, n°2, pp 337-352.

Sadigh K., Chang C. Y., Egan J. A., Makdisi F., Youngs R. R., 1997. Attenuation relationships for shallow crustal earthquakes based on California strong motion data. Seismological Research Letters, 68 (1), pp 180-189.

Sansorny-Kohrs C., 2005. Modélisation de la source sismique et sommation de petits séismes pour l‘évaluation des mouvements forts : application à une meilleur estimation de l’aléa sismique dans le sud-est de la France. Thèse de l’Université de Nice-Sophia Antipolis, 168 pages.

Bibliographie


Spudich P. Joyner W. B, Lindh A. G., Boore D. M., Margaris B. M., Fletcher J. B., 1999. SEA99. A revised groud motion prediction relation for use in extensional tectonic regimes. BSSA, vol. 89, n°5, pp 1156-1170.

Terrier M., Blès J. L., Godefroy P., Dominique P., Bour M., Martin C., 2000. Zonation of metropolitain France for the application of earthquake-resistant building regulations to critical facilities. Part 1 : seismotectonic zonation, Journal of Seismology, vol. 4, n°3. pp 215-230.

Tessmer E. Kosloff D., Behle A., 1992. Elastic wave propagation simulation un the presence of surface topography. Geophys., J. Int., 108, pp 621-632.

Wells, D. L. and Coppersmith, K. J. (1994). New empirical relationships among magnitude, rupture length, rupture width, rupture area, and surface displacement. Bulletin of the Seismological Society of America, 84: 4, 974–1002.

ANNEXES


7. ANNEXES

Annexe 1 : Fichiers de paramètres pour simulations

A - Méthode FDM

Différentes coordonnées

Il s’agit de reproduire les effets du séisme du 25 février 2001 dans la région de Nice. Le modèle choisi représente une zone de 30 km x 30km environ (cf. figure 32). Les informations sismiques sont normalement données en degrés (latitude, longitude), cependant dans le programme elles sont données en Lambert 3 sud (coordonnées métriques).

Figure 33 : emprise du modèle dans la région de Nice. L’hypocentre se trouve en bordure du modèle.

L’origine du modèle dans les simulations (X0, Y0) est pris à

• (X, Y) = (988025, 145075) en Lambert 3 soit (7 13°E, 43.50°N)

Point d’origine

ANNEXES

60 BRGM– Rapport final

Les coordonnées de l’épicentre sont tirées d’après l’analyse du LDG. Elles sont également définies en Lambert 3 sud.

• (X, Y) = (1014949.42, 145168.58) en Lambert 3 soit (7.47°E, 43.51°N) soit (26924.42 m, 93.58 m) dans les simulations.

Le programme de simulation permet de sortir des enregistrements par l’intermédiaire de stations de réception fictives. Une trentaine de stations sont simulées dont 5 d’entre elles correspondent à des stations réelles du réseau accélérométrique permanent (RAP) placées à Nice (cf. figure 24 : NLIB, NALS, NROC, NPOR, NBOR). Le tableau 4 représente les coordonnées de 5 stations réelles.

STATION X, Y (m) en Lambert 3 Elévation (m)

NLIB 996856.465, 168548.611 18.000

NALS 996446.796, 167299.835 6.000

NROC 999149.220, 169354.160 22.000

NPOR 998692958, 167545.923 5.000

NBOR 1000040.508, 166625.470 191.000

Tableau 6 : coordonnées en lambert 3 sud des stations réelles.

Fichiers d’entrée des simulations

• Méthode FDM avec une source ponctuelle simple : tests des sources sismiques dans un milieu homogène 3D �� exemple de la source 2Hz

Fichier d’entrée : nice3d3.h #define NDIM 4 /* NDIM == 2 or 4 */

#define PRM "nice3d2.prm" /* fine mesh, each Q */

#define X0 988025

#define Y0 145075

#define XMAX 300 /* to east */

#define XMIN -10

#define YMAX 360 /* to north */

#define YMIN -10

#define ZMAX 12 /* upward */

#define ZMIN -100

#define TMAX 5000 /* time step */

#define delta 10 /* PML boundary condition */

#define reflect 0.001

#define f0 1 /* attenuation Q */

Coordonnées d’origine du modèle : X0 = 988025 m Y0 = 145075 m

ANNEXES


Emprise du modèle : Xmax = 300

Xmin = -10

Ymax = 360

Ymin = -10

Zmax = 10

Zmin = -100

T = 3000 � nombre d’étapes de temps

Fichier des paramètres : nice3d2.prm ./test2Hz/

./source4.5.prm

./source4.5.hist

./nice3d2.sta

100. 0.016

2

0. 0. 2100. 0.

1730. 1000. 2100. 300.

Fichier de sortie : test2Hz

Fichier paramètres de source : source4.5.prm � coordonnées de l’hypocentre

Fichier historique de la source : source4.5-2.hist � oM& et Mw

Fichier paramètres stations : nice3d2.sta � coordonnées et espacement

Maillage = 100 (m) étape de temps ∆t = 0.016s

Nombre de couches : 2 Critère de Graves : d’après les valeurs présentées ci-dessus, ∆t doit être inférieur à 0.028 secondes. L’intervalle de temps choisi pour les simulations suivantes est de 0.016 secondes pour un calcul sur 3000 étapes, soit sur 48 secondes.

Fichier source4.5.prm : 1

1014949.42 145168.58 -5000.000

1 1014949.42 145168.58 -5000.000

Fichier source4.5-2.hist : M0 = 0.596E+16

Mw = 4.450

51

1.0000 0.0100

1 237.0000 46.00000 79.00000

0.0000000000000000E+000 4068693300561.849 32549546404494.66

� vers l’Est

� vers le Nord

� positif vers le haut

ANNEXES


109854719115169.6 260396371235957.8 508586662570229.4

878837752921356.9 1395561802092711. 2083170969887662.

2966077416109580. 4068693300561839. 5415430783047804.

7030702023370855. 8936884834684079. 1.1109567057184102E+016

1.3477546558111085E+016 1.5967586858054935E+016 1.8506451477605525E+016

2.1020903937352735E+016 2.3437707757886470E+016 2.5683626459796610E+016

2.7685423563673030E+016 2.9369862590105630E+016 3.0663707059684295E+016

3.1493720492998910E+016 3.1786666410639360E+016 3.1493720492998910E+016

3.0663707059684290E+016 2.9369862590105625E+016 2.7685423563673030E+016

2.5683626459796610E+016 2.3437707757886470E+016 2.1020903937352735E+016

1.8506451477605515E+016 1.5967586858054927E+016 1.3477546558111082E+016

1.1109567057184102E+016 8936884834684079. 7030702023370855.

5415430783047804. 4068693300561836. 2966077416109577.

2083170969887662. 1395561802092711. 878837752921356.9

508586662570229.4 260396371235957.3 109854719115169.3

32549546404494.79 4068693300561.849 0.0000000000000000E+000

D’après la solution CMT de SED, une magnitude simulée est de 4.45 qui correspond à un moment sismique Mo = 5.96 x 1015 N.m.

Fichier nice3d2.sta : coordonnées de 38 stations, dont 5 correspondant aux stations réelles du RAP. L’espacement est de 200 m entre les stations fictives.

38

996856.465 168548.611 0.0

996446.796 167299.835 0.0

999149.220 169354.160 0.0

998692.958 167545.923 0.0

1000040.508 166625.470 0.0

1000000.0 146000.0 0.0

1000000.0 148000.0 0.0

1000000.0 150000.0 0.0

1000000.0 152000.0 0.0

1000000.0 154000.0 0.0

1000000.0 156000.0 0.0

1000000.0 158000.0 0.0

1000000.0 160000.0 0.0

1000000.0 162000.0 0.0

1000000.0 164000.0 0.0

1000000.0 166000.0 0.0

1000000.0 168000.0 0.0

1000000.0 170000.0 0.0

1000000.0 172000.0 0.0

1000000.0 174000.0 0.0

1000000.0 176000.0 0.0

1000000.0 178000.0 0.0

1000000.0 180000.0 0.0

988000.0 169000.0 0.0

990000.0 169000.0 0.0

992000.0 169000.0 0.0

994000.0 169000.0 0.0

996000.0 169000.0 0.0

998000.0 169000.0 0.0

1000000.0 169000.0 0.0

1002000.0 169000.0 0.0

1004000.0 169000.0 0.0

1006000.0 169000.0 0.0

ANNEXES


1008000.0 169000.0 0.0

1010000.0 169000.0 0.0

1012000.0 169000.0 0.0

1014000.0 169000.0 0.0

1016000.0 169000.0 0.0

A partir des dimensions du modèle 3D, définies précédemment, et les paramètres ci-dessus, le temps de calcul de la simulation est de l’ordre de 2h45.

• Méthode FDM avec une source ponctuelle simple : tests des sources sismiques dans un milieu hétérogène 3D �� exemple de la source 2Hz

Fichier d’entrée : nice7.h #define NDIM 4 /* NDIM == 2 or 4 */

#define PRM "nice7-finite.prm" /* fine mesh, each Q */

#define X0 988025

#define Y0 145075


#define XMIN 30


#define YMIN -50


#define ZMIN -250





Fichier des paramètres : nice7-finite.prm ./nice7-2Hz/

./source4.5.prm

./source4.5.hist

./nice3d2.sta

100. 0.005

6

0. 0. 2300. 0.

2450. 1400. 2300. 100.

3600. 2500. 2500. 100.

6840. 4000. 2950. 300.

6400. 3700. 2750. 300.

8000. 4500. 3330. 300.

Fichier de sortie : nice7-2Hz

Fichier paramètres de source : source4.5.prm

Fichier historique de la source : source4.5-2.hist

Fichier paramètres stations : nice3d2.sta


ANNEXES


Nombre de couches : 6

Critère de Graves : d’après les valeurs présentées ci-dessus, ∆t doit être inférieur à 0.006 secondes. L’intervalle de temps choisi pour les simulations suivantes est de 0.005 secondes pour un calcul sur 6000 étapes, soit sur 30 secondes.

D’après la solution CMT de SED, une magnitude simulée est de 4.45 qui correspond à un moment sismique Mo = 5.96 x 1015 N.m.

A partir des dimensions du modèle 3D, définies précédemment, et les paramètres ci-dessus, le temps de calcul de la simulation est de l’ordre de 8h.

• Méthode FDM : cas d’une source dynamique ponctuelle et sur faille finie

Fichier d’entrée : nice7.h #define NDIM 4 /* NDIM == 2 or 4 */

#define PRM "nice7-finite.prm" /* fine mesh, each Q */

#define X0 988025

#define Y0 145075


#define XMIN 30


#define YMIN -50


#define ZMIN -250





Fichier des paramètres : nice7-finite.prm ./nice3418/

./source3418.prm

./moment_03418hist

./nice3d2.sta

100. 0.005

6

0. 0. 2300. 0.

2450. 1400. 2300. 100.

3600. 2500. 2500. 100.

6840. 4000. 2950. 300.

6400. 3700. 2750. 300.

8000. 4500. 3330. 300.

Fichier de sortie : nice3418

Fichier paramètres de source : nice3418.prm

Fichier historique de la source : moment_03418.hist

ANNEXES


Fichier paramètres stations : nice3d2.sta


Nombre de couches : 6

Critère de Graves : d’après les valeurs présentées ci-dessus, ∆t doit être inférieur à 0.006 secondes. L’intervalle de temps choisi pour les simulations suivantes est de 0.005 secondes pour un calcul sur 4000 étapes, soit sur 20 secondes.

A partir des dimensions du modèle 3D, définies précédemment, et les paramètres ci-dessus, le temps de calcul de la simulation est de l’ordre de 9h.

ANNEXES


B - Méthode stochastique

Sans amplification : fichiers d’entrée

*rho, beta, prtitn, radpat, fs:

3.350 4.5 0.71 0.55 2.0

*spectral shape : source number (1=single corner ; 2=Joyner ; 3=A93 ;4=custom) pf, pd (1-corner spectrum = 1/(1+(f/fc)**pf)**pd; 0.0 otherwise)(usual model: pf=2.0,pd=1.0; Butterworth: pf=4.0,pd=0.5) (Note: power of high freq decay --> pf*pd)

1 2.0 1.0

*spectral scaling : stressc, dlsdm, fbda, amag (stress = stressc*10.0**(dlsdm*(amag-amags))(fbdfa, amagc for Joyner model, usually 4.0, 7.0)(not used for source 3, but placeholders still needed)

80.0 0.0 4.0 7.0

*gsprd: r_ref, nsegs, (rlow(i), a_s, b_s, m_s(i)) (Usually set r_ref = 1.0 km)

1.0

3

1.0 -1.0 0.0 6.5

70.0 0.0 0.0 6.5

130.0 -0.5 0.0 6.5

*q: fr1, Qr1, s1, ft1, ft2, fr2, qr2, s2, c_q

0.1 275 -2.0 0.2 0.6 1.0 88.0 0.9 3.6

*source duration: weights of 1/fa, 1/fb

1.0 0.0

*path duration: nknots, (rdur(i), dur(i)), slope of last segment

4

0.0 0.0

Modèle de source (ici = 1) et fréquences coins associées

Paramètres contrôlant l’échelle d’amplitude spectrale en fonction du modèle de source

Paramètres contrôlant la propagation

Paramètres contrôlant l’atténuation

Durée de source (ici = 0.25 s)

Paramètres du milieu de propagation

ANNEXES


10.0 0.0

70.0 9.6

130.0 7.8

0.04

*site amplification: namps, (famp(i), amp(i))

1

6.0 1.0

*site diminution parameters: fm, akappa, dkappadmag, amagkref

25.0 0.03 0.0 6.0

*low-cut filter parameters: fcut, norder

0.0 2

*rv params: zup, eps_int (int acc), amp_cutoff (for fup), osc_crrctn(1=b&j;2=l&p)

10.0 0.00001 0.001 1

*window params: idxwnd(0=box,1=exp), tapr(<1), eps_w, eta_w, f_tb2te, f_te_xtnd

1 0.05 0.2 0.05 2.0 1.0

*timing stuff: dur_fctr, dt, tshift, seed, nsims, iran_type (0=normal;1=uniform)

1.3 0.005 20.0 640.0 640 0

Fichiers de sortie (extrait)

T A V D

0.000000 7.3761E-05 0.0000E+00 0.0000E+00

0.005000 7.3016E-05 3.6694E-07 9.1890E-10

0.010000 7.2881E-05 7.3168E-07 3.6657E-09

0.015000 7.2003E-05 1.0939E-06 8.2315E-09

T = temps (s) A = accélération (cm/s²) V = vitesse (cm/s) D = déplacement (cm)

Paramètres contrôlant la durée de propagation

Effet d’amplification du site : ici pas d’amplification

Paramètres de filtrage

Paramètres pour le calcul de l’intégration

Paramètres pour la fenêtre de calcul

Paramètres temporels de la simulation (intervalle de temps, nombre de simulation etc..)

ANNEXES


Avec amplification : fichier d’entrée

Depth SVel Dens 1/Q

0.0 1.400 2.3 0.01

0.5 2.500 2.5 0.01

3.0 4.000 2.95 0.03

11.5 3.700 2.75 0.03

16.5 4.500 3.35 0.03

Fichier de sortie

model file: sim.dat

source vel & dens = 4.000E+00 2.950E+00 angle-of-incidence at

source level = 45.0

Density coeffs not specified; assumed dens, vel, low, high =

2.300E+00 1.400E+00 3.350E+00 4.500E+00

akappa_fixed = 0.000E+00

ndepths = 6 nout = 4 frequency below which

halfspace affects avgvel = 5.581E-02

sim-f sim-a

9.486E-01 1.395E+00

2.388E-01 1.124E+00

7.679E-02 1.039E+00

5.581E-02 1.018E+00

ANNEXES


Annexe 2 : Enregistrements du séisme du 25 février 2001

Le réseau RAP-Sud Est est géré par l’UMR Géosciences Azur de l’université de Nice Sophia Antipolis. Le réseau est composé de 11 stations réparties dans le sud de la France.

Figure 34 : Localisation des stations du RAP sur la ville de Nice (d’après le site internet du LGIT-RAP pour la carte A. Carte B : carte géologique simplifiée au 1/50000 tirée du projet RISK-UE).

Les données des 5 stations installées sur la ville de Nice ont été récupérées afin de valider les diverses simulations réalisées au cours du stage. Ces données sont disponibles sur Internet (http://www-rap.obs.ujf-grenoble.fr). Chaque station enregistre les mouvements du sol sur 3 composantes : ENE, ENN et ENZ.

ANNEXES


Figure 35 : enregistrement du séisme du 25 février 2001 : station NBOR.

Figure 36 : enregistrement du séisme du 25 fevrier 2001 : station NALS

ANNEXES


Figure 37 : enregistrement du séism du 25 février 2001 : station NLIB

Figure 38 : enregistrement du séisme du 25 février 2001 : station NPOR.

ANNEXES


Figure 39 : enregistrement du séisme du 25 février 2001 : station NROC.

La station NBOR, pour Nice Mont Boron, constitue la station au rocher, les autres stations étant installées dans la vallée du Paillon. L’effet d’amplification est par ailleurs visible sur les signaux (cf figures 25 et 29). La station NBOR servira donc de station de référence et les résultats des simulations seront comparés avec celle-ci.

Glossaire


Glossaire

AFAQ : Association Française d’Assurance Qualité

ARN : Aménagement et Risques Naturels

BCSF : Bureau Central Sismologique Français

BIEM : Boundary Integral Equation Method

BMG : Bureau Minier Guyanais

BRGG : Bureau de Recherches Géologiques et Géophysiques

BRGM : Bureau de Recherche Géologiques et Minières

BRGGGM : Bureau de Recherches Géologiques, Géophysiques et Minières

BRMA : Bureau de Recherches Minières d’Algérie

BUMIFOM : Bureau Minier de la France d’Outre-Mer

CDG : Connaissances et diffusions géologiques

CFG : Compagnie Française pour le développement de la Géothermie et des énergies nouvelles

COFRAC : Comité français d’accréditation

EPIC : Etablissement Publiques à caractère Industriel et Commercial

ESL : Erosion des Sols et Littoral

FDM : « Finite Differences Method » : méthode par différences finies

GER : Géosciences : exploration et risques

GISOS : Groupement de Recherche sur l’Impact et la Sécurité des Ouvrages Souterrains

INERIS : Institut National de l’Environnement Industriel et des Risques

INGV : Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia

INPL : Institut national polytechnique de Lorraine

IPG : Institut de Physique du Globe

Glossaire


JGS : Japanese Geotechnical Society

JO : Journal Officiel

LDG : Laboratoire de Détection Géophysique

LGIT : Laboratoire de Géologie Interne et de Tectonophysique

MEDD : Ministère de l’Environnement et du Développement Durable

MNT : Modèle Numérique de Terrain

MSK : Medvedev-Sponheuer-Karnik : échelle d’intensité macrosismique

PCRD : Programme Cadre de Recherche et de Développement

PDG : Président Directeur Général.

PML : Perfectly Matched absorbing Layer model

RAP : Réseau Accélérométrique Permanent

R&D : Recherche et Développement

RENASS : REseau National de Surveillance Sismique

RIS : Risque sismique

RISQSIS : projet du BRGM sur le risque sismique : chef de projet Hideo AOCHI

RMT : Risque Mouvement de Terrain

RSC : Risque Sous-sol et Cavités

SED : Schweitzer Erdebendienst Zurich

SGAL : Service Géologique d’Alsace-Lorraine

SGR : Service Géologique Régional

SMSIM : Stochastic Model SIMulation ou Strong Motion SIMulation

TGRS : Très Grande Résolution Sismologique

USGS : United States Geological Survey

Centre scientifique et technique

Service ARN/RIS 3, avenue Claude-Guillemin

BP 6009 – 45060 Orléans Cedex 2 – France – Tél. : 02 38 64 34 34

simulations numériques de séismes: exemple de …infoterre.brgm.fr/rapports/rp-53976-fr.pdf ·...

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