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Mouvements forts et effets de site

Sismologie des forts tremblements de terre et influence du site

Pour améliorer l’analyse de l'aléa sismiques en Suisse, le SED rénove et étend le réseau de stations de mesure des forts tremblements de terre d’ici 2019. Grâce à des mesures géophysiques et géotechniques, les caractéristiques du sous-sol local de chaque station sont déterminées, ce qui nous permet d’interpréter les enregistrements sismiques obtenus. Pour ces mesures, des procédures spéciales ont été développées, basées entre autres sur l’analyse de l’agitation sismique du sol.

Figure: Concept pour une installation en champ libre
 

Rénovation du réseau des stations de mesure des forts tremblements de terre

Le Conseil fédéral a donné son feu vert au financement de 100 nouvelles stations de mesure de forts tremblements de terre (projet Renewal of the Swiss Strong Motion Network). Ce réseau de stations de mesure sera encore étendu par l’intermédiaire d’autres projets, notamment dans la région de Bâle ou au Liechtenstein, et servira à l’enregistrement des forts tremblements de terre (à partir de la magnitude 2.5). Les stations sont construites dans les régions présentant un risque sismique élevé, notamment dans les grandes agglomérations, et dans les régions ayant vécu des tremblements de terre historiques destructifs. Sur certains sites susceptibles de subir une liquéfaction du sol, des instruments sont également placés dans des forages profonds pour étalonner les modèles numériques.

Les mesures fournissent des informations sur le sous-sol local et participent ainsi à l’analyse de l'aléa sismique. Les effets d’amplification sont calculés après chaque tremblement de terre. Les données sont utilisées pour le microzonage et pour le contrôle des modèles numériques.

En cas de tremblement de terre, il est possible de tracer des cartes des mouvements du sol (ShakeMaps) en temps réel qui servent à l’évaluation des dommages et aident les équipes de secours à se préparer. Les données sont également utiles aux sismologues, ingénieurs et assurances comme base d’évaluation des événements et d’adaptation des normes existantes de construction.

Influence du sous-sol local et mesure des caractéristiques

Les ondes sismiques sont soumises à des amplifications dans les sols meubles, notamment au fond des vallées, pouvant dépasser un facteur 10 par rapport aux sites rocheux. Certains sols saturés d’eau peuvent également se liquéfier et perdre leur capacité porteuse.

Lors du choix du site des stations, on étudie la géologie et d’éventuelles sources de perturbations, ainsi que la variabilité du sous-sol dans la région concernée. Sur le site lui-même, la fréquence de résonance du sol et le profil d’ondes S sont déterminés par des méthodes sismiques passives. Des procédés actifs de mesures sismiques sont également utilisés pour des sols à caractéristiques très variables. Les sites sur lesquels on suspecte des propriétés non linéaires, notamment liquéfaction du sol, sont également étudiés par des méthodes géotechniques comme l’essai de pénétration au cône. La connaissance de la géologie locale et du champ d’ondes sur les sites des stations est importante pour pouvoir utiliser les données des stations de mesure de manière optimale pour l’analyse de l'aléa.

Nouveaux procédés de mesure pour l’évaluation des sites

Des paramètres importants pour l’évaluation d’un site sont la vitesse des ondes de cisaillement dans le sous-sol, l’épaisseur et la composition des sédiments meubles, le niveau de la nappe phréatique ainsi que la topographie de la surface rocheuse et du terrain. Ils influencent le comportement des ondes et sont responsables des phénomènes d’amplification en cas de tremblement de terre.

Pour l’analyse de l'aléa sismique les paramètres les plus importants sont la fréquence de résonance des sédiments meubles et le profil de vitesse des ondes de cisaillement dans le sol. Ces caractéristiques peuvent être déterminées par des méthodes actives comme la sismique de réflexion ou de réfraction, ou par des mesures passives des mouvements du sol provoqués entre autres par le ressac, le vent ou les activités humaines. Les méthodes actives étant souvent difficiles à mettre en œuvre dans les zones urbaines, les méthodes passives y prennent une certaine importance. Au SED, différents procédés de mesure ont déjà été développés dans le passé. À l’avenir aussi, de nouvelles méthodes vont être élaborées pour permettre de déterminer les profils de vitesse des ondes de cisaillement dans les zones urbaines densément peuplées par l’intermédiaire des mouvements naturels du sol.