DS10 - Défi des autres savoirs

Les propriétés des failles: une clé fondamentale pour modéliser la rupture sismique et ses effets – FAULTS_R_GEMS

Résumé de soumission

Les séismes font l’objet d’études scientifiques depuis des décennies, et ces études, tant phénoménologiques que théoriques, ont remarquablement fait progresser notre compréhension du processus sismique et notre capacité à en anticiper les effets. Néanmoins, nous sommes toujours dans l’incapacité de prédire avec exactitude la date, le lieu, la magnitude etc. des évènements à venir. Cet objectif semble de fait hors d’atteinte, dû à la grande diversité et la grande complexité des processus physiques mis en jeu lors d’un séisme. Il nous est toutefois possible d’améliorer notre capacité à anticiper certaines propriétés majeures des événements à venir qui participent à leur potentiel dévastateur, comme la longueur maximum de rupture, la magnitude maximum attendue, la distribution et l’amplitude des déplacements et accélérations au sol. De nombreuses études, empiriques et théoriques, sont menées en ce sens. Toutefois, force est de constater que la plupart des modèles actuels ne parviennent pas à reproduire les comportements sismiques observés, ou les anticipent avec des marges d’erreur trop grandes pour permettre une prévention efficace.
Nous suggérons qu’une part importante des défaillances des modèles actuels à reproduire les comportements sismiques réels tient au fait que ces modèles théoriques ignorent ou simplifient de façon extrême les failles tectoniques qui sont à l’origine des séismes. Ces failles “sources” sont en effet généralement représentées dans les modèles comme des plans continus, sans épaisseur, aux propriétés homogènes, insérées dans un milieu élastique également homogène, alors même que les observations géologiques montrent que les failles sont des objets 3D, segmentés latéralement de façon déterministe, entourés de larges “zones d’endommagement” où la croûte est intensément fracturée et donc hétérogène, et dont les propriétés évoluent au cours de leur croissance (“maturité structurale”). Par ailleurs, les observations révèlent que certaines propriétés des séismes sont contrôlées par certaines propriétés des failles citées plus haut. En particulier, l’amplitude des déplacements et des accélérations du sol varie selon le degré de maturité structurale de la faille rompue; le déplacement sismique et la vitesse de propagation d’une rupture augmentent avec le degré d’endommagement des roches crustales autour de la faille rompue.
Des liens étroits existent donc entre propriétés macroscopiques des failles –endommagement pérenne, segmentation latérale, maturité structurale– et certaines propriétés “dévastatrices’ des forts séismes produits. Ces liens étroits impliquent que la physique de la rupture ne peut être comprise et anticipée sans la prise en compte des propriétés des failles sources. Nous proposons donc de développer une nouvelle génération de modèles de rupture, basés sur des concepts différents des formalismes adoptés depuis des décennies: des failles sources 3D, ayant à la fois certaines propriétés génériques et des propriétés anisotropes qui évoluent au cours de la croissance temporelle et spatiale de la faille.
Nous mènerons ce travail en 4 volets: 1) Mesure des propriétés élastiques dans certaines zones endommagées naturelles, car cette connaissance est fondamentale à la mise en place des nouveaux modèles de rupture; 2 & 3) Développement de nouveaux protocoles numériques permettant de prendre en compte les propriétés macroscopiques des failles dans des modèles de rupture dynamique en 3D et de mouvements forts. Ces propriétés seront introduites selon des formalismes numériques dont nous avons déjà développés les fondements; 4) Introduction de la connaissance à priori des propriétés des failles et de scénarios de rupture “réalistes” dans des algorithmes d’alerte précoce que nous développons.
Nous anticipons que les nouveaux modèles construits produiront des réalisations sismiques plus proches des situations réelles, et permettront donc d’améliorer les estimations d’aléa et de risque sismique.

Coordinateur du projet

GEOAZUR (Laboratoire public)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

ETH Zurich
LAMONT DOHERTY EARTH OBSERVATORY
LABORATOIRE MSSMAT - CENTRALE SUPELEC
UNIVERSITE DE PISE
UNAVCO
IRSN
CALTECH
Arizona State University
IPGP Institut de physique du globe de Paris
Centre de Recherche Inria Sophia Antipolis - Méditerranée
GEOAZUR
Laboratoire de Géologie de l'Ecole Normale Supérieure
Institut français des sciences et technologies des transports, de l'aménagement et des réseaux
Université Nice Sophia Antipolis - Laboratoire Jean-Alexandre Dieudonné
Géosciences Montpellier

Aide de l'ANR 494 553 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2017 - 48 Mois

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