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Modélisation numérique des mouvements sismiques du sol

Numerical Modeling

Les modélisations sismiques sont mises en œuvre là où les enregistrements manquent, c’est-à-dire en particulier pour les séismes provoquant de 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.

Figure: Variation spatiale du paramètre de chute de contrainte pour les séismes enregistrés au cours des dernières décennies en Suisse

Mouvements du sol pour des séismes courants et extrêmes

La prévision des mouvements du sol provoqués par les séismes est un élément central, aussi bien pour l’analyse probabiliste que pour le calcul déterministe de l'aléa sismique. Une modélisation correcte du mouvement du sol représente un véritable défi pour de grands séismes rares en raison du nombre relativement restreint d’enregistrements à proximité de la rupture.

Une prise en compte des principes physiques essentiels pour la modélisation du mouvement du sol offre un grand potentiel d’amélioration. Ceci s’effectue en reliant des modèles d’atténuation du mouvement du sol spécifiques du site et des modélisations déterministes du processus de rupture et de la propagation des ondes pour des scénarios de séismes réalistes. Un développement tenant compte des caractéristiques géologiques locales est une condition préalable à une modélisation fiable.

Modèles d’atténuation des mouvements du sol (GMPE)

À l’aide de modèles stochastiques basés sur la simulation, et grâce à une description de la source sismique, de la propagation des ondes et de l’influence du site local, on obtient des formes d’ondes typiques. Un modèle de ce type adapté à la Suisse a été développé au cours des dernières années, vérifié et appliqué au modèle de l'aléa sismique de la Suisse. Il permet un grand nombre d’applications avec les données de séismes enregistrées importantes pour l’analyse de l'aléa. Les principales améliorations à apporter dans les années qui viennent concernent le modèle de sources utilisé, la modélisation des grands tremblements de terre avec des surfaces de failles étendues, l’introduction de magnitudes alternatives à Mw, les modèles physiques d’atténuation sur le site, les modèles de description du mouvement du sol en profondeur, l’amélioration de la description des effets de champ proche ainsi que de la méthodologie de développement de modèles stochastiques.

Modélisation de scénarios et limites des mouvements du sol

Un sous-projet vise à modéliser les scénarios typiques de tremblements de terre envisageables en Suisse. La modélisation se base sur la physique de la rupture et sur la propagation complexe des ondes. Des évènements extrêmes en champ proche sont également simulés, et les valeurs limites de mouvement du sol sont étudiées. Pour les sédiments meubles à la surface de la Terre, l’amortissement non linéaire et les ruptures de matériaux, notamment par liquéfaction des sols, représentent des limites importantes pour le mouvement maximal possible du sol.

Des développements dans le domaine de la simulation numérique du comportement anélastique, plastique et non linéaire ont déjà été réalisés, et doivent être poursuivis en mettant en œuvre les nouvelles possibilités de la modélisation 3D ; ils comprennent notamment les surfaces de rupture hétérogènes, la simulation des caractéristiques variables des matériaux et de dispersion des ondes sismiques qu’elles engendrent, ainsi que la modélisation des hautes fréquences.

Numerical Modeling
Déformations plastiques qui se produisent lors de forts tremblements de terre sur la surface de faille et dans les sédiments meubles (séisme de magnitude 7.8 sur le sud de la faille de San Andreas en Californie)