Enrichissement de la caractérisation des sites du RAP via le développement d’une méthode basée sur la polarisation des ondes P

5 mois, février-juin 2020

Lors d’un séisme, des ondes sismiques sont émises par la rupture d’une faille. Ces ondes traversent ensuite la croûte en profondeur et les couches géologiques superficielles. Les effets de site correspondent à la modification du mouvement incident par ces couches superficielles.
L’estimation des effets de site est une étape importante pour l’évaluation de l’aléa sismique en un site donné. Elle peut être réalisée selon différentes méthodes. L’une d’entre elles consiste à calculer l’amplification du mouvement sismique dans une colonne de sol représentative des propriétés du sol sous le site. Dans ce cas, la connaissance de ces propriétés jusqu’au rocher en profondeur est requise. En raison de son influence prépondérante, la vitesse des ondes S constitue le premier paramètre à caractériser.
Différentes méthodes existent pour déterminer les propriétés du sol. Certaines s’appuient sur le déploiement de réseaux en surface permettant d’enregistrer le bruit de fond (e.g., Hollender et al., 2018 ; Garofalo et al., 2016a), d’autres sur des mesures en forage (e.g., Garofalo et al., 2016b). Des publications récentes (Zalachoris et al., 2017 ; Park et Ishli, 2018) ont montré l’intérêt d’étudier la polarisation de l’onde P émise par un séisme lointain (distance régionale ou télésismique) pour retrouver les vitesses des ondes S du sol sous la station d’enregistrement. Ces études s’appuient sur des enregistrements de séismes au Japon et aux Etats-Unis. Afin de tester la capacité de cette méthode à retrouver les propriétés du sol dans certains milieux représentatifs du contexte français, ce stage propose de s’appuyer dans un premier temps sur des simulations numériques de la propagation des ondes dans des milieux 1D correspondant aux profils de vitesse de quelques stations du Réseau Accélérométrique Permanent (RAP ; Hollender et al., 2018). Par exemple, l’influence de l’incidence de l’onde arrivant au rocher en profondeur à la base de la colonne de sol sera testée, ainsi que la capacité de la méthode à retrouver des inversions de vitesse.
Si les tests numériques s’avèrent concluants, cette approche pourra être appliquée à des enregistrements de séismes sur des stations du RAP. Ces stations seront choisies en fonction des données disponibles et du rapport entre le signal et le bruit pour l’onde P des enregistrements disponibles. La base de données utilisée sera celle de Traversa et al. (2019) en cours de finalisation. Une comparaison entre profils de vitesse obtenus et ceux issus de l’étude de Hollender et al. (2018) permettra de discuter les résultats et de conclure sur l’utilisation potentielle de cette méthode pour caractériser les profils Vs sous l’ensemble des stations RAP non encore caractérisées.

Lieu du stage : ISTerre. Des missions à l’IRSN et/ou au CEREMA de Nice (Etienne Bertrand) sont envisageables selon l’avancée des travaux de recherche.

Références bibliographiques :
Hollender F., Cornou C., Dechamp A., Oghalaei K., Renalier F., Maufroy E., Burnouf C., Thomassin S., Wathelet M., Bard P.-Y., Boutin V., Desbordes C., Douste-Bacqué I., Foundotos L., Guyonnet-Benaize C., Perron V., Régnier J., Roullé A., Langlais M., Sicilia D., 2018. Characterization of site conditions (soil class, VS30, velocity profiles) for 33 stations from the French permanent accelerometric network (RAP) using surface wave methods. Bull Earthquake Eng (2018) 16:2337–2365
F.Garofalo, S.Foti, F.Hollender, P.Y.Bard, C.Cornou, B.R.Cox, M.Ohrnberger, D. Sicilia, M.Asten, G.DiGiulio, T.Forbriger, B.Guillier, K.Hayashi, A.Martin, S. Matsushima, D.Mercerat, V.Poggi, H.Yamanak, 2016a. InterPACIFIC project : Comparison of invasive and non-invasive methods for seismic site characterization. Part I : Intra-comparison of surface wave methods. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 82, 222–240
F.Garofalo, S.Foti, F.Hollender, P.Y.Bard, C.Cornou, B.R.Cox, A.Dechamp, M. Ohrnberger, V.Perron, D.Sicilia, D.Teague, C.Vergniault, 2016b. InterPACIFIC project : Comparison of invasive and non-invasive methods for seismic site characterization. Part II : Inter-comparison between surface-wave and borehole methods. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 82, 241–254
Park S. and Ishii M., 2018. Near-surface compressional and shear wave speeds constrained by body-wave polarization analysis. Geophys. J. Int., 213, 1559–1571
Traversa P., Maufroy E., Hollender F., Perron V., Foundotos L., Shible H., Bremaud V., Drouet S., Dauchy C., Hervé F., Guéguen P., Langlais M., Wolyniec D., Péquegnat C., and Douste-Bacqué I. RESIF RAP and RLBP dataset of earthquake ground motion in mainland France. In preparation
Zalachoris G., Rathje E.M., Painec J.G., 2017. VS30 Characterization of Texas, Oklahoma, and Kansas Using the P Wave Seismogram Method. Earthquake Spectra, Volume 33, No. 3, pages 943–961.