RAP - Informations

III^ème Journées techniques et scientifiques du RAP

Centre de Physique des Houches

29 mai 2006 – 31 mai 2006

Document de synthèse

Philippe Guéguen

Novembre 2006

Introduction

Le GIS-RAP a souhaité renouveler l’organisation des journées scientifiques et techniques autour de l’activité du RAP. Ces journées, réunissant l’ensemble des partenaires du GIS et les représentants des tutelles, sont organisées tous les deux ans. Elles initient une dynamique RAP pour encourager les échanges, les développements et les initiatives communes. Elles permettent à la fois :

1. de présenter des travaux de recherche concernant la compréhension et l’analyse de l’aléa et de la vulnérabilité sismique en France ;

2. de poser les points de blocage scientifiques et techniques qui entourent le fonctionnement et l’exploitation du réseau ;

3. de créer une dynamique au sein des membres du RAP afin de résoudre ces difficultés.

Ces journées ont été structurées en ateliers, animés par des coordinateurs ayant à charge de faire un état des lieux de leur atelier, des besoins à mettre en œuvre pour améliorer le fonctionnement et la valorisation du RAP. Des temps d’échange et de synthèses ont été prévus. D’autre part, ces journées ont été l’occasion de présenter les nouveaux développements techniques liés au fonctionnement et à la maintenance des stations du RAP ainsi qu’à la gestion de la base de données. Des opérations et des nouveaux axes de recherche ont également été initiées lors de ces journées. Tandis que les premières journées ont accueilli une quarantaine de personnes, les deux dernières éditions ont accueilli plus de 65 personnes, montrant le rôle fédérateur du GIS-RAP depuis quelques années, un des objectifs énoncés dès sa création.

Programme

29 mai 2006	Accueil et inscriptions
29/05 AM	13h30-15h00 - Session Plénière 1	Accueil et introduction	Bruno Feignier
	Chairman : Bruno Feignier	Le point de vue du MEDD	Philippe Sabourault
		Le point sur le réseau	Philippe Guéguen
	15h30-17h30 - Session Plénière 2	Le séisme de Vallorcines (8 septembre 2005, Ml=4.9): contexte sismotectonique et analyse des répliques	François Thouvenot et al.
	Etudes sur les forts séismes récents en France	Le séisme de Chamonix de 1905: données macrosismiques et instrumentales, mécanisme au foyer et traces de faille	Michel Cara et al.
	Chaiman: Martin Vallée François Beauducel	Le séime des Saintes du 21 décembre 2004 (Guadeloupe, Mw=6.3) et sa séquence de 27000 répliques	François Beauducel et al.
		Le séisme des Saintes: données macrosismiques, adaptation des procédures d'enquêtes aux Antilles	Michel Cara Christophe Sira
		Etude de la source des séismes majeurs des Saintes (21/11/2004 et 14/02/2005) par modélisation déterministe et empirique	Bertrand Delouis Martin Vallée
	17h30 - 18h00	Discussions- Conclusions
30/05 Matin	8h30-10h00 - Session plénière 3	La base de données du RAP : état des lieux et perspectives	Catherine Péquegnat
	La vie du réseau : Base de données -	La station Titan3F (256)	Javier Revilla Mickael Langlais
	Evolutions techniques - les DOM-TOM	Sismicité régionale et réseau RAP en Nouvelle Calédonie	Pierre Lebellegarde
		Sismicité régionale et réseau RAP à Mayotte	Pascal Dominique
	Chairman: Pascal Dominique Marc Régnier	Le RAP aux Antilles: spécificités, traitements automatiques et première lois d'atténuation	François Beauducel et al.
		Le réseau du Conseil Général de la Martinique: structure et premiers résultats	Bernard Naigre John Douglas
		Séisme de Wallis et Futuna de 1993	Marc Régnier
	10h30-12h30 - Session scientifique 1 -	Simulation du mouvement sismique dans le bassin Grenoblois par la méthode des fonctions de Green empiriques	Matthieu Causse
	Mouvements forts/mouvements faibles	Modélisation d'accélérogrammes large-bande en combinant un modèle cinématique de source avec des FGE	Javier Ruiz
	Chairman: John Douglas - Françoise Courboulex	Simulation de séismes de magnitude modérée dans la ville de Nice	Carine Kohrs-Sansorny -
		Simulation stochastique d'accélérogrammes large-bande	Fabian Bonilla
		Mouvements faibles/mouvements forts : le cas de la durée des signaux	John Douglas
		Peut on utiliser les modèles empiriques issus des mouvements faibles pour prédire les mouvements forts ?	Fabrice Cotton
		Confronter estimations d'aléa sismique probabilistes aux observations : est-ce possible en France à partir des données accélérométriques?	Céline Beauval
	10h30 - 12h30 - Session Technique 1 – Evolution et perspectives techniques	La Titan3F - Procédures Autour d'Inter - Evolutions techniques	Jean-Michel Douchain - Mickael Langlais
30/05 AM	13h30-14h15 - Session plénière Spéciale	Analyse des données accélérométriques pour la caractérisation de l'aléa sismique en France métropolitaine	Stéphane Drouet

	14h15-15h15 - Session plénière 4	Spectres de réponse et grandeurs utilisées en génie parasismique	Pierre-Yves Bard
	Effets sur structures	Estimation de la vulnérabilité du bâti existant: apport des modélisations physiques et numériques	Didier Combescure
	Chairman: Philippe Guéguen	Comportement dynamique de l'hôtel de ville de Grenoble à partir d'enregistrements et de modèles simples	Clotaire Michel
	15h30-17h00 - Session scientifique 2	Atténuation du mouvement sismique avec la profondeur à Hualien (Taiwan)	Bruno Hernandez
	Effets de site	Valuation for practical use of S-wave velocity structures estimated by surface wave inversion applied to microtremors and hammer-generated waves	Seiji Tsuno
	Chairman : Emmanuel Chaljub Fabian Bonilla	Conditions de site des statins accélérométriques: premier bilan	Philippe Guéguen
		Mesure des effets de site dans la vallée grenobloise	Cécile Cornou
		Modélisation numérique des effets de site dans la vallée grenobloise	Emmanuel Chaljub
	15h30 - 17h00 - Session technique 2 Base de données	InBdsis - Les volumes SEED	Catherine Péquegnat
	17h00 - 17h30	Discussion - Conclusions
31/05 Matin	8h30 - 10h00 - Session plénière 5 – Magnitude de moment	Détermination conjointe de la magnitude de moment et du mécanisme au foyer, application à quelques séismes français	Bertrand Delouis
	Chairman : Bertrand Delouis - Fabrice Cotton	Calcul de la magnitude de moment de quelques séismes français résents	Stéphane Nechtschein
	10h15 - 11h30 - Session plénière 6	Détermination des Intensités macrosismiques en France: évolution des méthodes du BCSF depuis 1999.	Christophe Sira
	Intensité, relations avec les mouvements du sol (PGA, PGV, ...)	Cartes macrosismiques transfrontalières entre la France, la Suisse et l’Allemagne: exemples sur 4 séismes de 2003 à 2005.	Michel Cara
	Chairman : Michel Cara - Annie Souriau	Intensités macrosismiques et effets de site: tests sur 3 séismes récents du nord-est de la France	Antoine Schlupp
		Corrélation Intensités PGA – Corrélations avec les relations "classiques" et celles utilisées pour les "shakemaps" en Californie	Pierre-Yves Bard
		Séismes ressentis: Relations entre intensités, magnitudes, accélérations et fréquences dominantes	Annie Souriau
	11h30 - 12h30 Session plénière 7	Synthèse et perspectives	Bruno Feignier

Lundi 29/05 – 13h30-15h00 - Session Plénière 1

Coordinateur : Bruno Feignier

Accueil et introduction - B. Feignier

Bruno Feignier, Président du GIS-RAP rappelle les objectifs que s’était fixé le GIS-RAP lors de sa création. Il souligne la nécessité d’un réseau accélérométrique en France, qui malgré une sismicité modérée, contribue à la compréhension de l’aléa et de la vulnérabilité sismique en France. Le pari de dimensionner un réseau accélérométrique sensible est payant par le nombre d’informations et de connaissances qu’il apporte. Il présente le programme de ces journées, en rappelant le rôle important qu’elles jouent dans le fonctionnement du réseau RAP. Elles doivent être le lieu d’échange entre chercheurs et ingénieurs concernés par le risque sismique en France.

Le point de vue du MEDD - P. Sabourault

Philippe Sabourault, représentant le Ministère de l’Ecologie et Développement Durable, rappelle que comme depuis sa création, le RAP est une priorité du ministère. Il apprécie que les actions présentées chaque année par le GIS aboutissent en conformité avec ses objectifs scientifiques et techniques. Le MEDD continuera à soutenir le RAP, même si l’objectif initial fixé à 100 stations installées sur le territoire français a été atteint. Il reste à l’écoute des propositions du GIS-RAP et il encourage ce dernier à initier un nouveau projet fédérateur à moyen ou long terme, projet qui sera considéré avec bienveillance par le ministère.

Le point sur le réseau - P. Guéguen

Philippe Guéguen, directeur du GIS-RAP, présente les actions engagées par le GIS au cours des deux dernières années. Introduisant son exposé par deux résultats scientifiques importants extraits des données du RAP, il présente ensuite le bilan des installations des nouvelles stations en 2004-2005 ainsi que le contenu de la base de données du RAP accessible sur le web (Fig. 1). En 2006, 121 stations sont installées en Métropole, aux Antilles et vers deux nouveaux territoires d’outremer que sont la Nouvelle-Calédonie et Mayotte. La base de données contient maintenant plus de 16000 enregistrements dont ceux des séismes majeurs récents (crise des Saintes et Vallorcines). Il présente ensuite les nombreux projets scientifiques régionaux, nationaux, européens et internationaux qui se servent des données du RAP. Il souligne en particulier le rôle fédérateur des actions pilotes du RAP ainsi que la nécessité de poursuivre la création de groupes de travail RAP consacrés à des problématiques spécifiques. Enfin, sans en présenter les résultats, il mentionne les travaux de thèse de Stéphane Drouet, première thèse « labellisée » RAP qui est un des moyens les plus efficaces pour valoriser l’acquisition des données du réseau depuis 10 ans. A ce titre, il souhaite que le RAP puisse enclencher une nouvelle thèse sur un sujet qui devrait émerger de ces journées.

Métropole et Antilles

Nombre d’enregistrements dans la base de données du RAP

Figure 1 : Localisation des stations du RAP en métropole et aux Antilles et contenus de la base de données du RAP.

Lundi 29/05 – 15h30 - 17h30 - Session Plénière 2

Etudes sur les forts séismes récents en France

Coordinateurs: Martin Vallée – François Beauducel

Le séisme de Vallorcines (8 septembre 2005, Ml=4.9): contexte sismotectonique et analyse des répliques - F. Thouvenot (LGIT), J. Fréchet (IPGS), M. Frogneux (IPGS), N. Deichmann (SED) et M. Cara (IPGS)

François Thouvenot présente la séquence du séisme de Vallorcines du 8 septembre 2005, d’un point de vue expérimental ainsi que quelques effets induits. Il s’est produit dans une zone qui présente une activité continue depuis 1989 (Fig. 2). D’après F. Thouvenot, la position et le mécanisme au foyer du séisme de Vallorcine (décrochement dextre sur un azimut N55°E) est en accord avec le régime sismotectonique des massifs cristallins externes. L’analyse des répliques montre qu’il a rompu un segment de 3 km x 2 km d’une faille jusque là inconnue (« faille de la Loriaz »). 401 répliques ont été localisées en 4 mois. Les incertitudes de localisation ont été inférieures à 150 m pour les 305 répliques qui se sont produites alors que le réseau temporaire de 27 stations était déployé, en collaboration entre le LGIT, l’IPGS et le service Suisse (SED). Le séisme a déclenché des répliques sur deux failles secondaires situées à 2 et 5 km au NW de la faille principale.

Le séisme de Chamonix de 1905: données macrosismiques et instrumentales, mécanisme au foyer et traces de faille – M. Cara (IPGS), P.-J. Alasset (IPGS), L. Rivera (IPGS) et J. Van der Woerd(IPGS).

Figure 3 : Sismogramme observé à Göttingen le 29 avril 1905 et synthétique calculé pour un mécanisme au foyer identique à celui de la faille de la Remuaz, avec un Mw=5.5.

Michel Cara présente des comparaisons macrosismiques entre 4 événements importants des Alpes du Nord : Chamonix (1905), Grand Bornan (1994), Epagny (1996) et Vallorcines (2005). Il utilise en particulier une relation reliant intensité macrosismique et magnitude (M = a I + b log R + cR + d), la différence des intensité à la même distance du séisme pouvant représenter la différence entre les magnitudes (DM = a D I, avec a~0.45). Ils introduisent également des comparaisons entre 4 hypothèses de mécanismes au foyer, compatibles avec la tectonique de la région, pour tenter de simuler le seul enregistrement du séisme historique de 1905 (Fig. 3). Les conclusions de leur étude montre que la magnitude macrosismique de 1905 est de l’ordre de 5.5 à 6, avec un Mw de 5.5. D’autre part, sur les 4 mécanismes étudiés, celui de la Remuaz donne le meilleur accord, soit une faille normale enracinée sous le fond de la vallée.

Le séisme des Saintes du 21 décembre 2004 (Guadeloupe, Mw=6.3) et sa séquence de 27000 répliques – François Beauducel et al., IPGP/BRGM.

François Beauducel présente la crise des Saintes et détaille à la fois l’ensemble des répliques enregistrées, les effets induits ainsi que la gestion de la crise sismique. Après un bref rappel de la sismicité instrumentale des Antilles et du contexte sismotectonique, la séquence des répliques est présentée. Tandis qu’en 2003 457 séismes régionaux ont été localisés (M comprise entre 2 et 6.4), l’année 2004 et 2005 ont vu 13500 et 12900 séismes se produirent. La plupart bien évidemment sont en relation directe avec le séisme principal du 21 novembre 2004 (M=6.3) puisque environ 25000 répliques dans la zone des Saintes ont été enregistrées. Le RAP-IPGP avait 11 stations opérationnelles, le PGA maximal ayant été enregistré est de 0.164g, l’accélération estimée aux Saintes (qui ne disposait pas de station accélérométrique) étant d’environ 0.5g (Fig. 4). Le nombre important de répliques après le choc principal a saturé les mémoires des stations, comme on s’y attendait, et avec la saturation des lignes téléphoniques, de nombreuses répliques ont été perdues. Mais le choc principal a été récupéré, mission première du RAP. Deux nouvelles stations ont été installées sur les Saintes juste après le choc principal, qui ont montré des accélération très fortes pour des séismes modérés mais proches. Au cours des 30 jours qui ont suivi le séisme, des « mini-crises » se sont produites, relançant les répliques. Des mouvements de terrain ont été observés dans le secteur de Guadeloupe et Saintes, ainsi qu’un petit tsunami sur l’archipel des Saintes. Depuis le séisme, le volcan La Soufrière montre une activité plus soutenue que précédemment.

Le séisme des Saintes: données macrosismiques, adaptation des procédures d'enquêtes aux Antilles – Michel Cara et Christophe Sira (IPGS)

Figure 5 : Intensités macrosismiques suite au Séisme des Saintes (21 décembre 2004, M=6.3). source : BCSF.

Après un bref rappel des différentes intensités, de leur signification, de leur utilité et de la façon de les estimer, M. Cara présente quelques exemples de dommages observés aux Antilles, après la crise des Saintes. Les intensités observées sont comprises entre IV et VIII, avec des anomalies relevées à proximité des côtes au Sud et à l’Ouest de la Guadeloupe, traduisant certainement des effets de site locaux (Fig. 5). Il rappelle que jusqu’à maintenant il n’existait pas de formulaire standard BCSF pour les Antilles, ce séisme étant ainsi l’occasion de normaliser les procédures d’enquêtes pour cette région. Ils ont observé en particulier que l’habitat était très vulnérable (implantation sur des terrains à forte pente, matériaux de qualité mécaniques variables, pas d’application des règles parasismiques…). Ils constatèrent également des difficultés dans la collecte d’information (connaissance exact du nombre de bâtiments difficile, retour faible vers les mairies des effets produits sur les bâtiments des particuliers, difficulté d’accès rapide aux différentes îles) mais ils estiment que cette enquête, par le nombre de retours de questionnaires, a permis de sensibiliser (un peu plus encore) la population et les acteurs locaux au risque sismique. Des développements en collaboration avec l’OVSG permettront la mise en ligne automatique de l’information sismologique concernant les Antilles sur le site du BCSF, le développement d’une cartographie automatique des intensités et de systématiser les procédures d’enquête (seuil de déclenchement, procédure, diffusion).

Etude de la source des séismes majeurs des Saintes (21/11/2004 et 14/02/2005) par modélisation déterministe et empirique – Bertrand Delouis et Martin Vallée (Geoscience Azur)

Bertrand Delouis présente une modélisation déterministe du choc principal des Saintes et de la plus forte réplique du 14 février 2005. Pour cela il utilise un modèle cinématique simple permettant d’explorer l’ensemble des paramètres de la source. Il utilise les données RAP intégrées en déplacement. Il suit deux approches différentes : (1) la première fixe l’hypocentre et recherche le mécanisme au foyer, le plan de rupture, la position de la rupture et sa vitesse ; (2) la deuxième fixe le mécanisme au foyer et le plan de rupture et recherche l’hypocentre, la position et la vitesse de la rupture. Dans les deux cas, le critère de sélection des solutions est l’ajustement des formes d’onde issues des enregistrements accélérométriques (Fig. 6). Ces deux approches permettent une bonne estimation de la position de l’hypocentre, montre le degré de complexité de la source mais de permet pas de déterminer le plan de rupture (choix entre les deux).

De son côté, Martin Vallée présente l’étude de la source du choc principal par fonction de Green empirique (Fig. 7). Pour cela, il utilise 4 petits séismes enregistrés par le RAP, entre 30 et 70km de distance et qui se rapproche le plus du choc principal (localisation à proximité du choc principal, mécanisme similaire et magnitude autour de 5). Il observe un bon accord entre les deux approches employées (modèles de propagation théorique et fonction de Green empirique). La durée de la source du séisme des Saintes est ainsi estimée à 7-8s et la source est constituée de 2 zones principales de relâchement du moment. Malheureusement, là encore, le plan de faille actif parmi les 2 plans nodaux ne ressort pas clairement de cette étude. Il envisage finalement de poursuivre l’exploration de la source en particulier en améliorant le couplage des deux approches.

Figure 6 : fonction source et mécanisme au foyer du séisme des Saintes (21/11/2004) obtenus avec les données du RAP-IPGP

Figure 7 : Fonctions source calculées dans l’hypothèse du modèle cinématique correspondant au plan plongeant vers le NE pour les stations PRFA et PIGA (RAP-IPGP) par fonctions de Green empiriques

Mardi 30/05 – 8h30-10h00 - Session plénière 3

La vie du réseau : Base de données - Evolutions techniques - les DOM-TOM

Coordinateurs: Pascal Dominique – Marc Régnier

La base de données du RAP : état des lieux et perspectives – Catherine Péquegnat (LGIT)

Figure 8 : Architecture de la base de données du RAP en 2006

Catherine Péquegnat présente l’état des lieux de la base de données du RAP. Après une rapide présentation de l’architecture actuelle du site central (Fig. 8), elle présente les évolutions informatiques, avec en particulier un point sur l’implantation du NetDC, tout le système de mise à jour de la base et l’intégration des nouvelles données par Rsync. D’autre part, un « upgrade » des machines informatiques est évoqué pour un passage à des processeurs 64bits. En plus de l’interface web utilisateurs, un nouvel accès aux données sous forme d’archives pré-préparées est maintenant disponible (QuickAccess). Ces deux dernières années, un outil SIG couplé à la base a été développé (BDSig) pour le site central ainsi qu’un outil de gestion des stations et des channels (InBDsis). Des informations viendront également compléter la base de données, en enrichissant les informations décrivant les événements et la description des conditions de site.

La station Titan3F (256) – Javier Revilla et Mickael Langlais (LGIT)

Figure 9 : Schémas de fonctionnement de la T3 (haut) et de la T3F (bas)

Javier Revilla présente les tests effectués au LGIT pour comprendre le fonctionnement de la Tian3F décidé par le bureau du GIS-RAP ainsi que ses problèmes de fonctionnement. Il rappelle que le développement de cette station devait permettre des enregistrements plus longs (augmentation de la mémoire de 8Mo à 256Mo) sans modifier considérablement leur fonctionnement et leur gestion (Fig. 9). Après un rappel du plan d’action choisi pour mener ces tests, J. Revilla expose les problèmes rencontrés : la station n’occupe que 63% de la mémoire utile (soit environ 2x80Mo par partition), les partitions ne cyclent pas mais « swappent » (effacement instantané de la mémoire de 80Mo de la partition 1 quand la partition 2 est remplie), il est impossible de communiquer avec la station quand elle est en mode d’écriture du tampon de 8Mo vers une partition de 80Mo (avec des temps d’inhibition qui peuvent atteindre plusieurs minutes) et des instabilités apparaissent quand le tampon de 8Mo est entièrement rempli (en général quand la station enregistre en permanence – situation de crise – car le taux de transfert du tampon vers la CF est lent) avec en particulier une inhibition de la station pouvant atteindre 1 heure. Les problèmes sont essentiellement dus au fait que la station T3F a été adaptée de la Titan3.

Mickael Langlais présente ensuite les échanges avec Agecodagis et les modifications faites par le constructeur suites aux disfonctionnements observés. Sur la base des remarques faites au constructeur (Mémoire utile trop faible, communication PC-Station aléatoire, taux de transfert « Tampon vers Carte flash » trop lent, problème de gestion de la mémoire), ce dernier a apporté quelques améliorations, à savoir un nouveau système de fichiers de 2 partitions de 103Mo, une nouvelle priorité de la communication au détriment du transfert de la mémoire tampon vers la carte flash, une augmentation du taux de transfert (~6ko/s) et la limitation du remplissage du tampon à 5Mo. Les tests ont permis de recommander l’utilisation de la CF en 2 partitions et de permettre de configurer la CF en mode cyclé. Avec ces améliorations, une version 600 est maintenant disponible qui remplit les fonctionnalités demandées par le bureau du GIS-RAP. Des stations sont en court de déploiement sur le réseau RAP-LGIT et elles peuvent être fournies aux centres régionaux suivant une procédure à mettre en place.

Sismicité régionale et réseau RAP en Nouvelle Calédonie – Pierre Lebellegarde (IRD)

Parmi les nouveaux réseaux du RAP, celui de Nouvelle Calédonie, géré par l’IRD sera constitué à terme de 5 stations T3F couplées à des Episensor FBA. Pierre Lebellegarde présente l’activité de la zone, avec en particulier une zone de subduction très rapide à l’Est, caractérisée par des vitesses de convergences de l’ordre de 120mm/an. Cette subduction génère régulièrement des séismes de magnitude supérieure à 6. D’autre part, une activité locale se produit au Sud de l’Ile, proche de Nouméa, avec des séismes de magnitudes plus modérées. Il a donc été décidé de déployer des stations dans l’agglomération de Nouméa. Actuellement 4 stations sont en fonctionnement et une dernière est en court d’installation (Fig. 10).

Sismicité régionale et réseau RAP à Mayotte – Pascal Dominique (BRGM)

Pascal Dominique présente le contexte sismotectonique de Mayotte où deux stations RAP sont installées. Mayotte, située à proximité de contacts de plaques, a déjà subi des séismes par le passé, d'intensité comprise entre 4 et 7.5, le maximum recensé en 1993 lors d'un séisme de magnitude 5 situé à proximité de l'archipel. Deux stations RAP gérées par le BRGM sont installées, la première sur l'aéroport de Pamandzi-Dzaoudzi et la seconde sur l'île de Grande Glorieuse (Fig. 11).

Figure 10 : Localisation des stations RAP-IRD en Nouvelle-Calédonie

Figure 11 : Localisation des stations RAP de Mayotte.

Le RAP aux Antilles: spécificités, traitements automatiques et première lois d'atténuation – François Beauducel, Sara Bazin et Mendy Bengoubou-Valérius (IPGP/OVSG)

Après un rappel du contexte tectonique et de la sismicité historique, François Beauducel souligne que les missions de l’observatoire sont l’enregistrement de la sismicité régionale et la participation aux études fondamentales, la publication des bulletins de phases et d’hypocentres, l’envoi de communiqués lors des secousses ressenties et l‘information préventive (médias, grand public, éducation, …). Il présente ensuite l’état des stations accélérométriques du RAP que l’IPGP gère aux Antilles ainsi que des stations installées dans le cadre du CDSA. F. Beauducel rappelle en particulier que ces stations acquises dans le cadre d’un projet FEDER seront intégrées à la base de données du RAP. Il développe ensuite les procédures mises en place à l’OVSG pour l’identification des stations et la gestion des installations, ainsi que pour l’estimation empirique des intensités. A partir des données accélérométriques du RAP, une loi B3 a été développée afin de donner rapidement une première estimation des intensités probables (Fig. 12).

Le réseau du Conseil Général de la Martinique: structure et premiers résultats – Bernard Naigre (CGMA) et John Douglas (BRGM)

Bernard Naigre présente le réseau du Conseil Général de Martinique. Déployé depuis une vingtaine d'années, ce réseau est constitué de 26 stations accélérométriques, dont 4 compatibles au matériel RAP et interrogées par l'IPPG/OVSM (Fig. 13). Ce réseau a été mis en place afin d'enrichir les données de mouvement du sol sur le territoire et pour étudier les phénomènes sismiques. Il est essentiellement installé dans des bâtiments publics tels que des écoles gérées par le CGMA. Des programmations de nouvelles installations sont prévues en 2006-2007, en particulier l'instrumentation d'un nouvel hôpital et la modernisation des stations existantes. Des conventions existent entre le CGMA et l'IPGP ainsi qu'avec le GIS-RAP pour l'échange et la diffusion des données. C'est pourquoi depuis 2003, les données sont intégrées à la base de données du RAP. John Douglas présente l'analyse de ces données de 1996 à 2004 (rapport BRGM RP-53906-FR) au travers la comparaison de spectres observés et de spectres obtenus à partir de relations d'atténuation empiriques.


Figure 12 : Exemple de simulation des intensités aux Antilles obtenue par une loi B3 élaborée à partir des données du RAP-IPGP. Source : OVSG	Figure 13 : Localisation des stations accélérométrique du Conseil Général de Martinique, d’après CGMA.

Mardi 30/05 – 10h30 - 12h30 - Session scientifique 1

Mouvements forts/mouvements faibles

Coordinateurs: John Douglas et Françoise Courboulex

Simulation du mouvement sismique dans le bassin Grenoblois par la méthode des fonctions de Green empiriques – Matthieu Causse (LGIT/LDG)

Figure 14 : (noir) Simulation par la méthode des fonctions de Green empiriques du mouvement sismique produit par un séisme de magnitude 5.5 à 15 km de Grenoble à la station OGDH (médiane +/-s) et (couleur) spectres EC8 pour les classe de sol C et B à Grenoble.

Matthieu Causse présente des simulations aveugles réalisées par fonction de Green empiriques (fge) pour prédire le mouvement sismique dans le bassin de Grenoble. Après une discussion sur la variabilité du mouvement sismique pour des couples magnitude/distance identiques et illustrée par des données du réseau japonais KickNet, M. Causse présente le développement d’une méthode de simulation extraite de Pavic et al. (2000) et calée sur les relations empiriques de prédiction de Ambrasey et al. (2005). Cette méthode suit trois étapes : 1) détermination du mouvement sismique médian au rocher ; 2) détermination de la variabilité en accord avec le modèle empirique ; 3) calcul du mouvement sismique au sédiment. Cette méthode est appliquée à Grenoble pour un scénario de magnitude 5.5 situé à 15km. La comparaison aux spectres des EC8 montre une sous-estimation réglementaire en particulier pour les hautes périodes (Fig. 14). Des pistes sont présentées pour améliorer la fonction source des simulations, en particulier en introduisant un modèle cinématique plus complexe considérant une distribution du glissement statique (Herrerro et Bernard, 1994), une vitesse de rupture constante et une montée du glissement selon Tinti et al. (2005) compatible avec la dynamique de la rupture. Enfin, des perspectives sont envisagées, en particulier vers les méthodes de simulation par fonction de Green hybride, alliant les simulations hautes fréquences des fge et les simulations basses fréquences des méthodes des éléments spectraux.

Modélisation d'accélérogrammes large-bande en combinant un modèle cinématique de source avec des FGE – Javier Ruiz (IRSN/IPGP)

Figure 15 : Simulation du mouvement du sol à OGMU pour un scénario de séisme magnitude 6 à 15km par fonction de Green hybride.

Javier Ruiz présente des simulations hybrides par fge et méthodes numériques 1D. Après un rappel du principe de la simulation cinématique du mouvement du sol (fonction source, modèle de glissement, vitesse de rupture puis fge numérique ou empirique), il présente des simulations réalisées à partir d’un modèle de source composite à distribution fractale et d’un processus de propagation dans un demi espace infini 1D. Il compare ainsi le PGA simulé aux relations empiriques classiques (Ambrasey et al., 2005 ; Sabetta and Puliese, 1996) qui montrent une grande dispersion des PGA traduisant ainsi la grande variabilité du mouvement sismique. J. Ruiz poursuit par des simulations à la station OGMU (RAP-LGIT) par fge hybrides pour enrichir les prédictions basses fréquences par des méthodes numériques (Fig. 15). Le scénario est un séisme de magnitude 6 à 15 km de Grenoble. Il montre ainsi que le couplage des deux méthodes permet de prédire l’ensemble de la gamme de fréquence du spectre et semble bien adaptée à la prédiction du mouvement sismique.

Simulation de séismes de magnitude modérée dans la ville de Nice – Carine Kohrs-Sansorny et Françoise Courboulex (Geoscience-Azur)

Figure 16 : Simulation par la méthode des fge des spectres calculés à la station NASL pour les séismes de scénario de magnitude 5.7 et 6.3, pour différent rapport de chute de contrainte entre la fge et la cible (C=1.0, 2.8 et 5.5) et comparaison aux spectres réglementaires des EC8.

Après une introduction présentant l’activité sismique de ces dernières années ainsi que les effets de séismes historiques dans la région niçoise, Françoise Courboulex présente les résultats de prédiction de mouvements forts par la méthode des fonctions de Green empirique. Deux approches stochastique et stochasto-cinématique sont utilisées. La fonction de green ainsi que les simulations doivent respecter une fonction source en –w² et la fonction source numérique doit avoir la même forme que le rapport théorique des spectres. Le schéma de sommation doit ainsi être choisi de façon à respecter au mieux ces conditions. Après plusieurs schémas de sommation testés pour la fonction source, un schéma de sommation d’ordre de 4 est choisi qui permet d’ajuster au mieux le spectre de référence. Ensuite la source est divisée en 4 sous failles contenant n dislocations. Cette étude est appliquée pour simuler un séisme de magnitude 5.7 à 10 km au Nord de Nice et un séisme de magnitude de magnitude 6.3 à 25 km au Sud de Nice. Après une test de sensibilité des simulations obtenues en fonction des paramètres sources de la fge et du séisme cible (en particulier fréquence coin et chute de contrainte), F. Courboulex compare les prédictions aux spectres réglementaires des EC8. Ces résultats montrent en particulier à la station NALS (RAP-AZUR) des amplifications importantes, au-delà des règles (Fig. 16).

Simulation stochastique d'accélérogrammes large-bande - Fabian Bonilla (IRSN), Guillaume Pousse (IRSN/LGIT), Fabrice Cotton (LGIT) et Ludovic Margerin (LGIT)

Figure 17: Génération de spectres de réponse synthétiques par la méthode de Sabetta et Pugliese (gauche) et la méthode hybride présentée par F. Bonilla

Fabian Bonilla présente tout d’abord quelques méthodes de générations d’accélérogrammes synthétiques, notamment la méthode de Boore qui génère des spectres de réponse correct mais pour des formes d’onde incorrect, et la méthode Sabetta et Pugliese qui est largement déficitaire en basse fréquence. Il propose ensuite une méthode hybride basée sur les études de Pousse (2005) avec un model en w², une fréquence fmax qui dépend de la diminution de la fréquence centrale et l’amplitude du spectre qui dépend de Pa(t) (puissance instantanée). Il propose ensuite une comparaison avec les données du KNet pour un set de données correspondant à des séismes de magnitude 5.5 enregistrés à 30km par une station sur un site de classe C. Il conclut en disant que la méthode hybride permet la génération rapide d’accélérogrammes synthétiques. Ces derniers sont calculés sur la base des propriétés statistiques des observations. Le model en w² aide à mieux contraindre les basses fréquences (Fig. 17) ce qui permet à ce moment là l’intégration en vitesse et en déplacement, très utile en sismologie de l’ingénieur.

Mouvements faibles/mouvements forts : le cas de la durée des signaux – John Douglas (BRGM)

Figure 18 : Calcul de la durée efficace relative de quelques données du RAP et comparaison avec la loi de Abrahamson and Silva (1996) en fonction de la distance épicentrale.

Après une présentation de plusieurs définitions de calcul de la durée du mouvement du sol, John Douglas présente plusieurs lois Magnitude/durée pour différentes valeurs de magnitudes et de distances épicentrales. En particulier, il montre des valeurs de durée « à seuil » pus fortes que celles prédites par Kawashima & Aziawa (1989): De même, il montre des différences importantes entre les durées efficaces relatives (5-95% Intensité d’Arias) et celles prédites par la loi de Abrahamson & Silva (1996), et cela quelque soit le type de sol et la distance (Fig. 18).

Peut on utiliser les modèles empiriques issus des mouvements faibles pour prédire les mouvements forts ? – Guillaume Pousse (IRSN/LGIT), Fabrice Cotton (LGIT), Fabian Bonilla (IRSN) and Franck Scherbaum (U-Postdam)

Fabrice Cotton rappelle que les stations accélérométriques ont été développées pour enregistrer des séismes de mouvements forts sans saturer. Pour cette raison, le nombre d’enregistrements accélérométriques de mouvement fort reste faible, même si des efforts d’instrumentation ont été faits depuis 2001. Du fait de ce manque de donnée de mouvement fort, les modèles de prédiction empiriques issus de bases de données de régions à forte sismicité sont toujours utilisés en Europe et en particulier en France. Les premières données accélérométriques significatives française (séisme de Nice de 2001) ont cependant montré des atténuations plus fortes avec la distance que celles prédites par ces modèles établis sur la base des mouvements forts « non français ». Ces observations ont posé la question de la pertinence des modèles de prédiction du mouvement sismiques basés sur des bases de données non françaises. F. Cotton décrit ensuite les résultats d’une étude récente (Pousse et al., 2006) basée sur l’utilisation des données japonaises du réseau Kick-Net. Il montre ainsi (Fig. 19) que suivant la magnitude considérée, l’atténuation est plus rapide pour les séismes de magnitude plus faible, en relation directe avec le coefficient b de la formulation classique des relations empiriques. Ces conclusions montrent que l’extrapolation des relations d’atténuation du mouvement du sol en dehors de leurs domaines de validité n’est pas possible. Ces résultats peuvent expliquer la surestimation des spectres de réponse des mouvements faibles (observations de Nice) par les relations établies sur la base de mouvements forts. Ces différences peuvent selon lui aussi s’expliquer par la chute de contrainte différente selon la magnitude des séismes.

Confronter estimations d'aléa sismiques probabilistes aux observations : est-ce possible en France à partir des données accélérométriques? – Céline Beauval (Géoscience Azur)

Figure 20 : Durée d’observation minimale en fonction de la période de retour

Céline Beauval rappelle que des incertitudes très fortes existent sur l’estimation de l’aléa probabiliste. Elle se demande ainsi s’il est possible de contraindre ces évaluations par des observations faites en particulier en France. Après une présentation de la signification et de la définition de l’évaluation probabiliste en général, elle présente quelques tests préliminaires effectués sur quelques stations du RAP. Elle montre ainsi qu’il n’y a pas de confrontations possibles entre observations et prédictions pour des accélérations à 475 ans de période de retour avant environ 20000 ans d’observation. En France, la comparaison est possible (i.e. on peut estimer que les taux observés sont fiables) pour des niveaux d’accélération très faible (~0.001g) mais elle s’interroge alors sur la possibilité d’extrapoler cette comparaison pour des niveaux plus forts (Fig. 20). Ses premiers résultats semblent néanmoins confirmer que cette comparaison pourrait être effectuée, dans des zones sismiquement très actives, même si les périodes de retour sont courtes.

Mardi 30/05 – 10h30 - 12h30 - Session technique 1

Evolutions et perspectives techniques

Coordinateurs: Jean-Michel Douchain et Mickael Langlais

Cette session a été l’occasion de faire le bilan des différents outils disponibles au sein du RAP. Tout d’abord, les soft de maintenance des stations ont été présentés :

· Jtcs pour la configuration des stations via le port série ;

· xsef sous linux ;

· Jtitanrel pour la mise à jour du soft interne des stations.

Ensuite les « softs » développés au niveau du site central, et disponibles pour l’ensemble des partenaires du RAP, ont été présentés, en particulier Autour d’Inter pour la gestion de l’interrogation des stations et InBDSis pour le suivi des stations. Enfin, J.-M. Douchain et M. Langlais ont rappelé que la liste de diffusion isis n’était pas assez utilisée alors qu’il ne faut pas hésiter à faire remonter les dysfonctionnements auprès d’Agecodagis.

Un état des lieux de l’instrumentation a ensuite été fait, avec des propositions de conserver des Titan3 sur les sites peu bruités et d’installer les stations Titan3F, maintenant opérationnelles, si l’on souhaite conserver des durées d’enregistrement plus longs ou si les sites sont bruités. Néanmoins, il a été rappelé que les communications téléphoniques, avec la Titan3 ou la Titan3F, restent trop lentes et qu’il faut essayer d’améliorer ce point. Une solution peut être de connecter la station à l’ADSL avec une gestion du continue par le soft TITacq.

Ils rappellent enfin que des évolutions techniques sur le réseau sont à prévoir et qu’il est nécessaire de mettre en place un groupe de travail technique RAP pour envisager sereinement le futur, tout en sachant que peu de stations Titan3 ou 3F peuvent être construites encore par le constructeur.

Mardi 30/05 – 13h30 - 14h15 - Session plénière spéciale

Analyse des données accélérométriques pour la caratérisation de l'aléa sismique en France métropolitain

Thèse de doctorat de Stéphane Drouet

Ce travail est consacré à l’étude des données accélérométriques du RAP collectées en France métropolitaine pour fournir des éléments d’entrée aux études d’aléa sismique. L’utilisation en France des lois de prédiction des mouvements forts issues de régions très actives nécessite des ajustements. En particulier, une échelle homogène de magnitude est indispensable pour l’utilisation de ces modèles. D’autre part, les stations du réseau RAP nécessitent une classification en terme de réponse du mouvement du sol. Enfin, les phénomènes d’atténuation au niveau de la France doivent être quantifiés.

Figure 21 : Relation entre magnitude locale RéNaSS et LDG et les magnitudes de moment estimées au cours de la thèse de S. Drouet (2006).

Pour ce faire, à l’aide de plusieurs méthodes d’inversion, l’influence de la source sismique, de l’atténuation et des effets de site dans les spectres de Fourier du déplacement des ondes S pour des données de mouvement faible ont été testés. Une première méthode linéaire, appliquée aux données pyrénéennes, a permis de déterminer les magnitudes de moment, les effets de site, l’atténuation géométrique et une relation entre fréquence coin et magnitude. Une inversion génétique (non linéaire) autorisant une dépendance de l’atténuation anélastique avec la fréquence a ensuite été utilisée. Enfin, une inversion de Newton (inversion globale non-linéaire) est mise en place pour déterminer simultanément tous les paramètres impliqués, en particulier les magnitudes de moment et les effets de site des stations du RAP. Ces résultats permettent d’obtenir une loi unique pour la magnitude de moment sur l’ensemble de la France métropolitaine (Fig. 21).

Enfin les résultats précédents (magnitudes et effets de site) ont été exploités pour effectuer un classement des modèles de prédiction des mouvements sismiques forts. Un résultat majeur concerne la caractérisation des fonctions de site des stations accélérométriques du RAP.

Mardi 30/05 – 14h15 - 15h5 - Session plénières 4

Effets sur structures

Coordinateur: Philippe Guéguen

Spectres de réponse et grandeurs utilisées en génie parasismique - Pierre-Yves Bard (LGIT)

Figure 22 : Spectres de réponses réglementaires des EC8 pour une zone 2b et en fonction des types de sol.

Pierre-Yves Bard présente quelques grandeurs utilisées en génie parasismique et calculées à partir des données accélérométriques. Les plus simples sont les pga, pgv et pgd. Il rappelle que les dommages sont en général observés pour des valeurs de pga, pgv et pgd compris entre 0.1 et 2g, 0.1 et 2m/s et 1cm à quelques dizaines de centimètres. Il rappelle que ces valeurs sont très dépendantes de la fréquence du signal et la corrélation avec les dommages n’est pas évidente. Il rappelle la définition des spectres de réponse (Fig. 22) qui reste un indicateur difficilement maniable mathématiquement car très non linéaire. Il aborde ensuite les pseudo-spectres de réponse qui permettent des relations simples entre accélération et déplacement, ces paramètres étant très utilisés par la communauté des ingénieurs. Il fait le lien entre la simulation des structures par approche push-over (force/déplacement) et la représentation similaire du mouvement du sol (PSA/PSD). Ce lien permet en particulier d’évaluer la performance de la structure en fonction de la demande et il est souvent utilisé pour des estimations d’intégrité ou de vulnérabilité des structures. Il finit par quelques expressions d’intensité et de durée de signaux, des paramètres à utiliser avec précaution mais qui permettent de caractériser les enregistrements par des indicateurs de nocivité qui peuvent être comparés aux dommages observés.

Estimation de la vulnérabilité du bâti existant: apport des modélisations physiques et numériques - Didier Combescure (CEA)

Figure 23 : Courbe de capacité (à gauche) de la structure mur en béton du programme CAMUS III et représentation du point de performance (à droite) en considérant un scénario de Nice à 0.83g et un scénario du type Melendy Ranch à 1.67g.

Cette présentation, faite par Didier Combescure, est un peu atypique dans la communauté de la sismologie. Mais l’accélérométrie étant utilisée par les ingénieurs, des ponts doivent exister entre ces deux communautés. En particulier, D. Combescure rappelle le rôle des calculs et des essais dans le diagnostic du bâti existant. Il rappelle également le principe du dimensionnement qui repose sur le calcul linéaire élastique et la prise en compte des dispositions constructives. Ces dernières, difficiles à modéliser, sont en général validées par le retour d’expérience, les essais en laboratoire et les calculs non linéaires sur des structures types. Il rappelle que d’après le retour d’expérience, les structures résistent aux séismes par le contreventement et par leur ductilité, c’est-à-dire leur capacité à se déformer. Construire parasismique revient ainsi (1) à empêcher les modes de rupture fragile de se développer en choisissant les modes de rupture les plus dissipatifs (par exemple, éviter les ruptures par effort tranchant ou la ruine des planchers et de la toiture) et (2) à maîtriser les dispositions constructives (par exemple, méthodes de ferraillage du béton armé, chaînages de la maçonnerie, support des solives d’un plancher..). Pour le bâtit existant, une méthode largement employée consiste à réaliser des simulations push-over. Cela revient à appliquer un chargement horizontal statique à la structure, à déterminer la courbe de capacité de la structure puis à comparer avec un spectre Sa/Sd du mouvement du sol (Fig. 23). Le point d’intersection entre la capacité de la structure et la demande est appelé point de performance de la structure. Il peut être utilisé comme un indicateur de l’état de la structure après un séisme.

Comportement dynamique de l'hôtel de ville de Grenoble à partir d'enregistrements et de modèles simples - Clotaire Michel (LGIT)

Figure 24 : Enregistrement et simulation du mouvement au sommet de l’hôtel de ville de Grenoble lors du séisme de Vallorcine du 08 septembre 2005.

Clotaire Michel présente les premières utilisations des données collectées dans l’hôtel de ville de Grenoble, site pilote du RAP. Après un rappel de l’instrumentation en place, il présente une méthode d’estimation des modes de déformation de la structure à partir du bruit de fond. Cette méthode, basée sur la décomposition dans le domaine fréquentiel, consiste à enregistrer simultanément les vibrations ambiantes en différents points de la structure. L’estimation des matrices de densité spectrale permet ensuite leur décomposition en valeurs singulières. Ces valeurs sont une estimation sans biais des déformées modales de la structure. Les pics de la première valeur singulière représentent les degrés de liberté du système, à savoir fréquence, amortissement et déformée modale. Il est ensuite possible à partir d’un signal à la base de l’oscillateur (la structure) et des modes de déformation de simuler la réponse de la structure et ses déformations internes. Des déformations excessives, au-delà du seuil de résistance des matériaux, provoque les premières apparitions de fissures. C. Michel présente une première comparaison du mouvement enregistré au sommet de la structure lors du séisme de Vallorcines et la simulation par convolution de la réponse de la structure obtenue par bruit de fond et du signal enregistré à sa base. La correspondance est très bonne (Fig. 24), avec un respect des amplitudes, des phases les plus fortes et de la durée du signal. C. Michel énonce des perspectives pour la prise en compte de la torsion, pour le suivi des zones identifiées comme étant irrégulières (du point de vue de la déformée modale) dans la structure par l’installation de nouveau capteurs et par l’instrumentation de nouveaux bâtiments.

Mardi 30/05 – 15h30 - 17h00 - Session scientifique 2

Effets de Site

Coordinateurs: Emmanuel Chaljub et Fabian Bonilla

Atténuation du mouvement sismique avec la profondeur à Hualien (Taiwan) - Bruno Hernandez (CEA/DASE), J. Albaric (EOST), Y. Fukushima (Shimizu) et R. Bossu (CEA/DASE)

Figure 25 : Moyenne des rapports des PSA entre la surface et la profondeur et comparaison avec la loi d’atténuation estimée.

Bruno Hernadez nous présente le site test de Hualien à Taiwan où un réseau dense en surface et en profondeur d’accéléromètres a été installé. Il montre sur un exemple de séisme que l’amplitude des signaux décroît avec la profondeur. Une étude systématique est réalisée sur un jeu de 51 données correspondant à des séismes de magnitude supérieure à 5, dont l’hypocentre se situe à moins de 30km. Il montre ainsi sur ce jeu de données que la valeur de cette atténuation dépend de la fréquence et de la profondeur considérée (Fig. 25). Les causes principales de cette variation surface/profondeur sont les interférences entre les ondes montantes et descendantes, l’effet « facteur 2 » de la surface libre ainsi que plus modérément l’effet du gradient d’impédance mécanique. Des lois d’atténuations des PSA ainsi que des fonctions d’amplification entre la surface et la profondeur sont proposées. Ces dernières sont en particulier comparées à des modélisations élastiques 1-D d’ondes planes SH à incidence verticale qui reproduisent au premier ordre les facteurs d’atténuation observés sur les composantes horizontales des données. Enfin, B. Hernandez mentionne que l’écart-type de la relation d’atténuation en PGA est de 0,23 (les capteurs sont identiques les conditions de site homogènes et les (tS-tP) sont cohérents avec la localisation des événements).

Valuation for practical use of S-wave velocity structures estimated by surface wave inversion applied to microtremors and hammer-generated waves - Seiji Tsuno (LGIT)

Figure 26 : Comparaison entre le profil de vitesse obtenu à partir du bruit de fond réseau (méthode SPAC) (Noir) et des par sismique en forage (gris) à deux sites de stations accélérométriques japonaises.

Seiji Tsuno présente une étude réalisée au Japon pour identifier le profil de vitesse des ondes S en surface par la méthode utilisant du bruit de fond sismique. Il rappelle que la détection des Vs est une opération délicate et chère quand des méthodes classiques géotechniques sont employées. La méthode utilisée dans cette étude est la méthode SPAC (Aki, 1957) comparée à une méthode utilisant des données de sismique active et de la sismique en forage. Il observe quelques différences notamment au niveau de la précision sur les interfaces des couches en profondeur définies par des méthodes géotechniques classiques (Fig. 26). Il conclut ainsi que la méthode SPAC est suffisamment précise à basse fréquence pour obtenir les profils de vitesse. Il compare ensuite les réponses 1D des sites à partir des profils de vitesse obtenus par ces différentes méthodes. Il constate des variations faibles (quelques %) entre les différentes réponses, principalement à des fréquences supérieures à 5Hz, ces différences venant essentiellement de la précision et de la résolution en fréquence des courbes de dispersion. Il propose ainsi une méthode pour accéder au profil de vitesse des sites, en mixant le bruit de fond réseau pour obtenir les courbes de dispersion à basse fréquence (profond) et une méthode de reconnaissance active (type SASW) pour la résolution haute fréquence (surface) des courbes de dispersion.

Conditions de site des stations accélérométriques: premier bilan - Philippe Guéguen (LGIT)

Figure 27 : Comparaison des rapports spectraux bruit de fond ou séisme calculés par différentes équipes du group de travail RAP sur les stations OGSR et PYFO.

Philippe Guéguen présente l’état d’avancement des travaux du groupe de travail RAP « Caractérisation des conditions de site des stations du RAP ». Après un bref rappel des objectifs de ce groupe (à savoir tester sur une dizaine de stations plusieurs méthodes de reconnaissances et proposer à terme une procédure de reconnaissance acceptable), P. Guéguen présente quelques exemples de résultats sur les stations testées. La méthode des rapports spectraux utilisant le bruit de fond ou les séismes, quelques soient le processus de calcul, donnent des résultats stables qui permettent d’évaluer au premier ordre si la site présente une amplification ou pas (Fig. 27). Une deuxième approche consiste à utiliser des dispositifs actifs (méthode SASW) ou passifs (bruit de fond réseau) pour obtenir une estimation des profils de vitesse. Ces deux méthodes sont complémentaires, le SASW permettant une estimation des Vs à la surface mais une mauvaise résolution en profondeur, au-delà de la première interface, le bruit de fond réseau (avec la méthode SPAC ou f-k) permettant de mieux contraindre le profil de vitesse moyen à plus grande profondeur. A première approximation, le Vs par le bruit de fond donne une estimation sur les trente premiers mètres d’un Vs moyen, comme au sens de la définition du Vs30 utilisé dans les règles EC8. Enfin, des comparaisons avec des essais géotechniques de type SPT sont présentées sur uniquement quelques stations, le coût de ces essais dépassant le budget disponible. Tandis que les corrélations empiriques entre N_SPT et Vs sont cohérentes aux estimations des Vs par les méthodes géophysiques, il existe également une bonne corrélation entre la profondeur des interfaces superficielles extraites de la géotechnique et du SASW, ainsi que de l’application de la relation simple donnant la fréquence de résonance de la couche superficielle en fonction de son épaisseur et de son Vs (fo=Vs/4H). On s‘aperçoit ainsi de la complémentarité intéressante entre le SASW (pour la surface et les interfaces) et l’analyse du bruit de fond réseau, confirmée également avec l’étude du rapport H/V séisme ou bruit de fond.

Mesure des effets de site dans la vallée grenobloise - Cécile Cornou (LGIT)

Figure 28 : Résonance 2D de la branche Nord-Est du bassin de Grenoble obtenue par l’utilisation du bruit de fond enregistré le long d’un profil.

Cécile Cornou nous présente les résultats d’une expérience récente menée dans le bassin de Grenoble. Elle consiste en l’installation pendant 3 mois de 19 stations temporaires disposées dans le bassin de Grenoble, deux étant installées au rocher. L’objectif de cette instrumentation était de mieux comprendre les effets de site 2D et 3D du bassin, les effets de bord de bassin, l’analyse des sources du bruit et l’analyse de la structure par corrélation du bruit. Ce dispositif était en place lors du séisme de Chamonix (08 septembre 2005). Sur l’ensemble des stations, complété par celles du RAP-LGIT en place depuis 1997 dans Grenoble, elle observe une grande stabilité des effets de site (méthode site sur référence), avec une résonance vers 0.3Hz et des amplifications plus hautes fréquences. Il est intéressant également de voir qu’à quelques mètres seulement, deux stations peuvent montrer des amplifications haute fréquence différentes, conséquence de formations superficielles variables latéralement. Le long d‘un profil, l’utilisation du bruit de fond fait apparaître les résonances 2D radiales et transverses du bassin, ces modes étant les modes dominants dans la bassin (Fig. 28). Elle montre également que suivant la station au rocher considérée pour les rapports site sur référence, des variations apparaissent, ce qui selon elle confirme la difficulté de définir une station comme une référence, le rocher présentant des amplifications (même légères) qui peuvent modifier la réponse des sites. Elle conclut ainsi en encourageant l’installation d’une autre station au rocher à Grenoble et la nécessité de caractériser dans les sites sédimentaires les conditions géologiques et géotechniques au droit même de chaque station.

Modélisation numérique des effets de site dans la vallée grenobloise - Emmanuel Chaljub (LGIT)

Figure 29 : Simulation éléments spectraux des effets de site dans le bassin de Grenoble pour un petit séisme se produisant sur la faille de Belledonne.

Emmanuel Chaljub présente les résultats d’une simulation numérique des effets de site de Grenoble par la méthode des éléments spectraux. Les objectifs de cette étude sont de calculer les effets de site là où il n’y a pas de points de mesures, d’étudier les effets de bords et à terme de comprendre ce qui se passe au niveau de la topographie. Après un rappel de la connaissance de la géométrie et de la structure du bassin, il présente la méthode numérique employée. Cette méthode (éléments spectraux) bien adaptée aux géométries 3D, permet de prendre en compte la topographie, avec une faible dispersion numérique et est bien adaptée au calcul parallèle, ce qui dans le cas de géométries 3D est indispensable pour des calculs importants. E. Chaljub présente les résultats d’une simulation sur un séisme s’étant produit sur la faille de Belledonne (Fig. 29). Il compare en particulier les formes d’onde des enregistrements du RAP aux simulations. Les formes et amplitudes sont reproduites, le calcul étant fiable jusqu’à 1Hz. Il envisage ainsi de monter en fréquence numériquement, ce qui impose une connaissance fine des derniers mètres du remplissage sédimentaire et d’utiliser des méthodes hybrides couplant les éléments spectraux basses fréquence et les fonctions de Green empiriques haute fréquence.

Mardi 30/05 – 15h30 - 17h00 - Session technique 2

Base de données

Coordinateur: Catherine Péquegnat

Mercredi 31/05 – 8h30 - 10h00 - Session plénière 5

Magnitude de moment

Coordinateurs: Bertrand Delouis – Fabrice Cotton

Détermination conjointe de la magnitude de moment et du mécanisme au foyer, application à quelques séismes français - Bertrand Delouis (Géoscience Azur)

Figure 30 : Comparaison des estimations des Mw par différentes méthodes et organismes.

Après un rappel des dimensions permettant de caractériser la source sismique, Bertrand Delouis rappelle que l’ajustement des sismogrammes ou des spectres permet de déterminer M0. Mais pour estimer correctement M0, il faut que les autres paramètres qui contrôlent le mouvement du sol soit bien connus: milieu de propagation des ondes de la source au site inclus (vitesses, atténuation, géométrie…), diagramme de radiation (mécanisme au foyer), effets de propagations de la rupture (directivité) pour les séismes importants. La réponse instrumentale doit également être bien connue. Il mentionne deux méthodes pour déterminer la magnitude de moment : par ajustement des formes d’onde (temporel) ou par ajustement du spectre du mouvement du sol. Pour l’ajustement des formes d’onde, il présente deux méthodes considérant soit un point source soit une source étendue (modèle cinématique). La propagation des ondes est prise en compte par la méthode du nombre d’onde (M. Bouchon). Il présente quelques exemples sur des séismes enregistrés par le RAP. Il aborde ensuite l’estimation du Mw à partir du plateau du spectre basse fréquence des ondes P ou S en déplacement. Il compare ensuite avec d’autres estimations de magnitude provenant d’autres organismes (Fig. 30). Il montre ainsi que les données RAP sont bien calibrées (séisme de Besançon, accord avec stations large bande suisses, + autres cas). Il mentionne que l'inversion conjointe de Mw et du mécanisme au foyer à faible distance épicentrale (< 100 km), avec prise en compte d'un modèle de vitesse optimisé, intègre tous les paramètres requis pour une détermination précise de Mw à basse fréquence, avec un impact faible de l'atténuation anélastique. Il souhaite poursuivre des tests et des comparaisons plus systématiques nécessaires pour les déterminations de Mw à partir des plateaux des spectres pour établir si cette approche rapide est suffisamment fiable. Enfin, il encourage le RAP à favoriser les comparaisons des méthodes, peut-être par la constitution d’un groupe de travail RAP sur Mw.

Calcul de la magnitude de moment de quelques séismes français récents - Stéphane Nechtschein et Oona Scotti (IRSN)

Oona Scotti rappelle le cadre général de l’étude qui consiste à faire le lien entre la magnitude macrosismique et la magnitude de moment. Dans ce contexte, Stéphane Nechtschein s’est consacré au calcul de Mw pour des séismes français récents. Il utilise une liste d’événements pour lesquels des données des réseaux LDG et RAP sont disponibles. La méthode qu’il utilise est basée sur le plateau basse fréquence des spectres du déplacement de l’onde P. Il utilise le modèle de vitesse du LDG, il ne considère que des stations situées en champ lointain, avec la meilleure couverture azimutale et il convertit les composantes verticales en horizontales en utilisant l’approximation pratiquée par les ingénieurs (composante horizontale = 3/2 composante verticale). Il sépare les données entre les plus anciennes (donnes LDG) et les plus récentes (RAP). Il observe ainsi des écart plus importants entre les Mw estimés sur les composantes

Figure 31 : Comparaisons entre les Mw estimés dans cette étude et les Mw d’autres organismes.

verticales (Mwz) et horizontales (Mwx) pour les 4 séismes anciens. Il constate que Mwz légèrement plus proche des Mw0 que Mwx. Enfin, il constate que les Mw sont relativement proches des Mw0 des autres organismes (Fig. 31).

Mercredi 31/05 – 10h15 - 11h30 - Session plénière 6

Intensité, relations avec les mouvements du sol (PGA, PGV…)

Coordinateurs: Annie Souriau et Michel Cara

Détermination des Intensités macrosismiques en France : évolution des méthodes du BCSF depuis 1999 - Christophe Sira (BCSF)

Figure 32 : Iconographies utilisées par le BCSF pour l’identification du niveau de sévérité de la secousse.

Après un rappel des échelles d’intensités utilisées en Europe (Mercalli, Rossi-Forel, MSK, EMS98…), Christophe Sira rappelle la signification des intensités observées. Elles représentent l’importance des mouvements oscillants du sol. Elles sont déterminées à partir des effets sur les personnes, les objets et les bâtiments. Elles sont corrigées de la vulnérabilité des constructions, de la localisation des personnes et de la nature des objets. Elles sont estimées en faisant une moyenne statistique des enquêtes. Les types d’effets pris en compte sont sur les personnes (I - non ressenti à V-VI-saturation), sur les objets (de IV à VII) et sur les constructions de V à XI avec une saturation pour I=X pur les bâtiments de classe de vulnérabilité A). C. Sira décrit ensuite les classes de vulnérbilité de l’EMS98 ainsi que l’échelle de dommages. Puis, il décrit les différentes formes que prennent les enquêtes : les enquêtes administrative (Formulaires papier collectifs diffusées auprès des mairies, des gendarmeries et des pompiers), les enquêtes individuelles (formulaires papiers individuels ou internet) et les enquêtes de terrain (Interview des responsables locaux comme les élus, les services généraux, principaux d’établissement…). L’analyse de données diverses sont également réalisées (rapports préfecture, DDE, AFPS, déclarations des particuliers, Informations média…). C. Sira présente ensuite les évolutions réalisées au BCSF depuis 2004 : affichage des séismes ressentis aux Antilles sur le site Internet du BCSF (www.seisme.prd.fr) (avec les caractéristiques des séismes, la cartographie de la localisation, l’appel à témoignages), création d’un formulaire internet dédié aux Antilles sur site BCSF, création d’une identification du niveau de sévérité de la secousse par iconographie (formulaire internet) (Fig. 32).

Cartes macrosismiques transfrontalières entre la France, la Suisse et l’Allemagne : exemples sur 4 séismes de 2003 à 2005 - Michel Cara (BCSF)

Avant de comparer des cartes macrosismiques réalisées de part et d’autres de frontières, Michel Cara rappelle les procédures en vigueur en France, en Allemagne, en Suisse et en Italie. En France, la procédure est manuelle, réalisée à partir de formulaires collectifs et individuels collectés sous format papier et internet. En Allemagne (Bade-Würtemberg), la procédure est manuelle à partir de formulaires collectifs. Les anciens formulaires basés sur l’intensité MCS ont été ré-interprétés selon l’échelle EMS98. Encore en Allemagne (Sarre, Palatinat), la procédure est manuelle réalisée à partir de formulaires collectifs et individuels. En Suisse, une procédure automatisée est appliquée sur la base d’informations collectées par internet et auprès d’un réseau d’individus collectifs. Un filtrage suivant une loi d’atténuation est ensuite appliqué par ajustement manuel. En Italie, les intensités sont exprimées selon l’échelle MCS et suit une procédure nationale de l’INGV basée sur des formulaires collectifs.

Figure 33 : Comparaison des intensités estimées de part et d’autre des frontières françaises, suisses et allemandes.

Michel Carra compare ensuite sur 4 exemples de séismes récents les valeurs des intensités établies de part et d’autre des frontières par les différents pays (séismes du 22 février 2003-Fig. 33, du 05 décembre2004, du 23 février 2004 et du 08 septembre2005). Il montre ainsi qu’il existe un bon accord aux frontières, montrant ainsi que ces estimations sont stables et ne dépendent que très peu des opérateurs. Cependant, il note que les intensités comparées restent faibles, entre I et V, et qu’il serait intéressant de pouvoir explorer des intensités plus fortes. Il rappelle ainsi que pour les intensités inférieures à VI, il existe des différences inférieures à ½ degré d’intensité entre les échelles EMS98 et MSK, Mercalli et MCS (Molin, 1995). Pour des intensités supérieures à VI, l’échelle EMS98 diffère significativement des autres échelles en particulier à cause de la rigueur dans la prise en compte de la vulnérabilité, de la réduction du facteur subjectif et de la représentation statistique des dégâts.

Intensités macrosismiques et effets de site: tests sur 3 séismes récents du nord-est de la France - Antoine Schlupp (EOST)

La question principale posée par Antoine Schlupp est la suivante : peut-on, à partir des intensités macrosismiques, identifier les effets de site en relation avec les zones sédimentaires non consolidées ? Pour répondre à cette question, les formulaires collectifs et individuels du BCSF collectés lors de trois séismes importants (22 février 2003, 23 février 2004 et 05 décembre2005) sont croisés avec les informations géologiques et sédimentaires. Il montre ainsi que les intensités collectives qui donnent une information représentative d’une surface étendue nécessitent de considérer toute la surface urbanisée. Cependant, les intensités communales ne sont pas classables entre uniquement le rocher et le sédiment alors même que toutes les lois d’atténuation existantes utilisant les intensités communales mélangent des données partiellement au rocher et au sédiment. Les intensités individuelles, quant à elles, montrent la variabilité de « l’intensité » au sein de la commune (Fig. 34). Cette analyse ne démontre pas l’absence d’effets de site mais que l’intensité communale n’est pas la donnée pertinente pour estimer ces effets de sites, du moins avec les niveaux d’intensités observés dans la région. La difficulté de mise en évidence des effets de site peut suggérer que ceux-ci restent faibles, au moins dans les contextes étudiés ici, et qu’ils ne sont qu’un élément parmi d’autres de la variabilité importante du mouvement sismique. Il serait ainsi intéressant d’utiliser uniquement des données en champ proche de séisme associées à des intensités d’au moins deux degrés plus forts que ceux analysés (VII-VIII).

Figure 34 : Intensités ponctuelles déduites des témoignages individuels (petits cercles) et intensités communales (grands cercles) dans la région d’Epinal après le séisme de Rambervillers (22 février 2003) et contours des zones sédimentaires (en bleu : sédiments quaternaires)

Pour cela, il est indispensable de travailler dans des régions à plus forte sismicité que la France métropolitaine. Il note cependant que des mesures accélérométriques denses en champ proche, au rocher et au sédiment, sur les répliques des prochains séismes forts en France ou aux Antilles seraient des plus utiles. Celles-ci apporteraient de nombreuses données quantitatives à comparer aux témoignages individuels et collectifs.

Corrélation Intensités PGA – Corrélations avec les relations "classiques" et celles utilisées pour les "shakemaps" en Californie - Pierre-Yves Bard (LGIT)

Figure 35 : corrélations intensité PGA des données du RAP et comparaisons avec quelques lois internationales

Pierre-Yves Bard mentionne tout d’abord que des tentatives ont été faites pour comparer le risque déduit de l'aléa (convolution avec vulnérabilité) et le risque statistiquement "observé" en termes d'intensité. Il apparaît clairement la nécessité de passer par des corrélations intensité – pga. Il examine ainsi une possibilité immédiate offerte par le RAP et le BCSF sur 7 séismes récents : Guadeloupe Saintes – choc principal (14 sites) - Laffrey 1999 (5) - Nice 2001 (6) - Rambervillers 2003 (9) - Arudy 2003 (1) - Roulans 2004 (10) - Vallorcine 2005 (11). Il établi tout d’abord une première corrélation des intensités et des pga pour les séismes précédents avant de rappeler les lois internationales disponibles dans la littérature. Il rappelle que ces relations sont la base des shake-maps disponibles en Californie. Il montre ainsi (Fig. 35) qu’une grande variabilité existe entre ces lois et les données du RAP et du BCSF. Il considère que d’autres études doivent être menées en particulier avec en croisant d’autres valeurs d’intensités (collectives ou communes), en se focalisant à proximité des stations. Les effets de site, généralement ignorés dans ces lois, devraient également être intégrés, ainsi que des contextes tectoniques différents. Il suggère enfin l’exploration d’autres paramètres (PGV, SI, Arias…) et encourage vivement la poursuite de ces analyses.

Séismes ressentis : Relations entre intensités, magnitudes, accélérations et fréquences dominantes - Anne Souriau (OMP)

Figure 36 : Relation entre le mouvement du sol (pga) et les intensités pour les données du RAP et comparaison à des lois existantes.

Annie Souriau présente une étude récente qui discute de la possibilité ou pas de relier une valeur de pga à chaque intensité. Pour cela, elle utilise un jeu de séismes pour lesquels sont disponibles des pga et des intensités macrosismiques (gamme II à VI). Elle présente tout d’abord une figure représentant la relation entre intensité, distance et magnitude, la pente de la distribution ne variant que très peu. Ensuite, les relations entre pga et distance sont discutées en particulier la pente variable de la régression suivant la magnitude considérée. Ensuite elle discute les relations entre pga et intensités, avec en particulier le constat que à grande distance, une intensité équivalent est obtenue pour un pga plus petit, d’où le rôle certain de la fréquence dans ce qui est ressenti (Fig. 36). Elle s’interroge ainsi sur quel pga et quelle fréquence correspondent à une intensité donnée. Elle conclut que les relations Intensité – PGA n’ont pas grand sens si on ne précise pas la fréquence. Les intensités reflètent le fait que, à accélération égale, l’homme est plus sensible aux basses fréquences qu’aux hautes fréquences. Il est malgré tout remarquable que des notions comme " ressenti par quelques rares individus au repos" (I=II), et "ressenti par quelques personnes à l’intérieur" (I=III), "réveil des dormeurs " etc correspondent approximativement à une échelle logarithmique d’énergie (loi de Weber).

Mercredi 31/05 – 11h30 - 12h30 - Session plénière 7

Synthèse et perspectives

Coordinateur: Bruno Feignier

Bruno Feignier présente une synthèse des différents thèmes abordés lors de ces journées. Il note en particulier l’intérêt de travailler sur la magnitude de moment et sur les intensités, deux thèmes qui ont été largement discutés lors de ces journées et qui mobilisent plusieurs partenaires du RAP. Une demande de co-financement de thèse auprès du MEDD sur un de ces deux thèmes sera donc déposée, l’expérience récente d’un thèse labellisée RAP ayant montré le bénéfice important que l’on peut en attendre sur la connaissance de l’aléa en France. Il rappelle également que la connaissance des conditions de site reste prioritaire pour les années à venir, sachant que c’est avec une bonne connaissance des effets dus au sol que la qualité des données sera améliorée. Il mentionne l’intérêt des sessions portant sur des thèmes plus proches de la communauté des ingénieurs que de celle de la sismologie, ces deux communautés ayant tout intérêt à se rapprocher. Cela peut en particulier passer par la poursuite des instrumentations en immeubles. Il rappelle également que les stations du RAP vont devoir évoluer, certaines ayant plus de 15 ans d’existence. Il faut donc assurer une veille technologique pour commencer à penser au remplacement des stations.

Liste des participants


Agathe Roulle		BRGM
Anne Deschamps		AZUR-Nice
Annie Souriau		OMP-Toulouse
Antoine Schlupp		BCSF
Benjamin Francois		BRGM
Bernard Naigre		CGMA
Bertrand Delouis		AZUR-Nice
Bruno Feignier		CEA
Bruno Hernandez		CEA
Catherine Pequegnat		LGIT
Cecile Cornou		LGIT
Céline Beauval		IRD
Christophe Voisin		LGIT
Christophe Sira		BCSF
Clotaire Michel		LGIT
Didier Bertil		BRGM
Didier Combescure		CEA
Emmanuel Chaljub		LGIT
Fabian Bonilla		IRSN
Fabrice Cotton		LGIT
Francois Beauducel		IPGP
Francois Dunand		GEOTER
Françoise Courboulex		AZUR-Nice
Francois Thouvenot		LGIT
Hormoze Modaressi		BRGM
Javier Revilla		LGIT
Javier Ruiz		IRSN
Jean-Michel Douchain		OPGC
John Douglas		BRGM
Marc Nicolas		LDG
Marc Regnier		IRD
Martin Vallée		IRD
Matthieu Causse		LGIT
Mendy Bengoubou-Valerius		IPGP
Michel Cara		BCSF
Michel Granet		EOST-Strasbourg
Mickael Langlais		LGIT
Nicholas Shapiro		IPGP
Pascal Dominique		BRGM
Pascal Bernard		IPGP
Philippe Guéguen		LGIT
Philippe Sabourault		MEDD
Pierre Lebellegard		IRD
Pierre-Yves Bard		LGIT
Oona Scotti		IRSN
Sébastien Benahmed		OMP-Toulouse
Seiji Tsuno		LGIT
Sophie hatton		LGIT
Stephane Cartier		LGIT
Stephane Drouet		LDG