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Sismologie de l'ingénieur

Les bases nécessaires à l’évaluation locale de l’analyse de l’aléa et des risques sismiques sont élaborées dans le domaine « Sismologie de l’ingénieur ». Ces bases comprennent des catalogues de séismes historiques ou enregistrés instrumentalement, des modèles fiables des mouvements du sol ainsi que des modèles géophysiques à haute définition du sous-sol pour les simulations numériques des séismes, simulations qui permettent l’interprétation d’observations historiques et des enregistrements aux stations sismiques. La sismologie de l'ingénieur élabore des cartes locales de danger (microzonage) et combine ces résultats avec des données de vulnérabilité des bâtiments afin d’effectuer des études de risques fiables. Un accent particulier est mis sur l’étude de phénomènes induits par les séismes tels le déclenchement d’éboulements ou de glissements de terrain, la liquéfaction des sols et les tsunamis lacustres.

Pour élaborer ces bases, la section « Sismologie de l’ingénieur » est divisée en quatre groupes de recherche qui parfois abordent des problèmes qui leur sont propres, mais qui souvent aussi concernent plusieurs groupes. Le directeur de la section est le professeur Dr Donat Fäh.

Ce groupe étudie l’effet des propriétés géophysiques à proximité de la surface et de la morphologie topographique sur le mouvement du sol lors d’un tremblement de terre. Le domaine de recherche combine donc les observations empiriques des réponses sismiques locales avec des mesures géophysiques in situ et des informations indirectes provenant de couches de connaissances diffuses (telles que les cartes géologiques et les modèles numériques d’élévation). Les stratégies d’étude de la relation entre l’amplification du site et la morphologie locale comprennent la modélisation géologique-géophysique conjointe, les analyses statistiques et les techniques d’apprentissage machine.

En général, les applications des études d’amplification locale consistent à mettre en œuvre la couche de réponse du site dans le cadre de projets plus larges d’évaluation des risques sismiques, à des degrés divers, de l’échelle nationale aux études locales à haute résolution (par exemple le microzonage). D’autres applications concernent la représentation de la réponse sismique locale dans les codes de construction parasismique.

Le groupe « Sismologie des mouvements forts et effets de site » développe et applique de nouveaux outils et techniques afin de réaliser des mesures de caractérisation des sites en Suisse. Le groupe est responsable du projet d’amélioration et d’expansion du réseau accélérométrique suisse (SSMNet) jusqu’en 2021. Les propriétés du sous-sol local de chaque nouvelle station sismique permanente sont déterminées à l’aide de mesures géophysiques et géotechniques, ce qui nous permet de mieux interpréter les enregistrements des tremblements de terre des stations. Les efforts du groupe contribuent à l’affinement de l'évaluation de l’aléa sismique suisse.

Le domaine de recherche « Modélisation des mouvements du sol » développe des méthodes pour simuler numériquement l’impact des tremblements de terre. Les modélisations sismiques sont mises en œuvre là où les enregistrements manquent, c’est-à-dire en particulier pour les séismes provoquant des gros dommages et pour les sites à proximité des sources sismiques. Pour ceci, il est possible d’une part d’étalonner des modèles d’atténuation locale des mouvements du sol. D’autre part, il est possible également d’utiliser une modélisation déterministe du processus de rupture et de propagation des ondes pour différents scénarios de séisme. Il est indispensable pour cela de prendre en compte les caractéristiques géologiques locales. Les enregistrements sur les stations sismiques sont utilisés pour étalonner les modèles numériques.

Les tremblements de terre ne sont pas la cause unique des dommages sur les bâtiments et infrastructures : ils peuvent également être causés par des phénomènes secondaires induits, notamment liquéfaction du sol, glissements de terrain ou encore tsunamis lacustres déclenchés par des glissements immergés. C’est l’intérêt essentiel du groupe de recherche « Phénomènes induits par les tremblements de terre ». Un des objectifs consiste à caractériser de tels phénomènes pour l’analyse de l'aléa sismique, ainsi que la détection précoce de mouvements de masse sur la base de signaux sismiques typiques. Un autre aspect est constitué par les précurseurs sismiques à court terme, provoqués par les processus au sein de la croûte terrestre qui peuvent émettre des signaux électromagnétiques et géochimiques.

Le groupe de recherche « Sismologie historique et paléosismologie » analyse les tremblements de terre antérieurs à la mise en service du réseau sismologique moderne au milieu des années 1970. Les connaissances acquises sur des séismes passés nous donnent des indications importantes pour la prévention, et nous permettent de localiser les tremblements de terre et d’évaluer leur intensité. En Suisse, les forts tremblements de terre sont relativement rares, c’est pourquoi nous ne disposons pas encore de données issues d’instruments de mesure. Nous devons donc nous référer à des documents historiques, les analyser par des méthodes scientifiques, comme interpréter par des méthodes paléosismiques les traces géologiques des grands tremblements de terre.