CE31 - Physique subatomique, sciences de l'Univers, structure et histoire de la Terre

Réseau dense pour l'estimation des effets de site sismiques – DARE

Utilisation de réseaux sismiques denses pour l’estimation des effets de site en zone de sismicité faible à modérée – Application au paléo-canyon Messinien du Rhône

Les couches géologiques superficielles modifient le mouvement sismique enregistré en surface et généré par un séisme en profondeur, pouvant causer des amplifications notables. Ces « effets de site » peuvent présenter une grande variabilité spatiale. Des études dites site-spécifiques sont donc nécessaires pour prendre en compte correctement ce phénomène en un site donné. Elles sont toutefois généralement considérées comme difficiles à mettre en œuvre dans les zones de sismicité faible à modérée.

Enjeux et Objectifs : Proposer de nouvelles approches pour l’étude des effets de site basées sur l’exploitation de réseaux sismiques denses et l’analyse du bruit sismique ambiant

Le projet DARE propose d’exploiter les données de 2 réseaux sismiques denses complémentaires installés sur le paléo-canyon Messinien du Rhône (vallée du Rhône - France) où se situent des infrastructures à risque. Ces données seront utilisées pour étudier l’apport de méthodes innovantes, combinant en particulier des réseaux denses et l’utilisation du bruit sismique ambiant pour l’étude des effets de site. L’exploitation de réseaux denses aidera à améliorer la résolution spatiale des études et à caractériser les effets liés à la géométrie complexe du canyon. Le bruit ambiant sera étudié comme source de données alternative. Le bruit présente en effet un intérêt évident dans les zones de sismicité faible à modérée, où les séismes modérés et forts ont une grande période de retour, nécessitant des campagnes d’enregistrement sur de longues durées. <br />Ce projet vise à étudier l’apport de ces méthodologies pour la mise en œuvre, dans ces contextes de sismicité, d’études site-spécifiques reposant sur des campagnes sismiques relativement courtes. Au-delà de l’apport de connaissances sur le canyon étudié, le projet contribuera plus généralement à améliorer l’étude des effets de site en termes 1) de développement méthodologique, 2) de compréhension des processus physiques à l’origine de l’amplification sismique observée au sein de structures géologiques complexes et 3) d’observations sur des vallées sédimentaires profondes d’Europe de l’Ouest. <br />Nous étudierons également l’apport d’une approche site-spécifique telle que développée dans ce projet dans une démarche d’évaluation de l’aléa sismique, en particulier en comparaison d’approches dites « ergodiques », issues de bases de données mondiales et traditionnellement utilisées dans les zones de sismicité faible à modérée. A plus long-terme, la multiplication de ce genre d’études permettra de mieux comprendre les conditions d’application et les limitations de ces approches ergodiques dans l’estimation des effets de site.

Afin de caractériser le milieu géologique et son impact sur le mouvement sismique, les données de 2 campagnes sismiques complémentaires seront exploitées. La première campagne, menée par l’IRSN en amont du projet ANR, consiste en 400 petits capteurs autonomes (« seismic nodes ») déployés sur une zone de 10 km x 10 km pendant 1 mois. Cette campagne visait à enregistrer le bruit sismique ambiant généré par des sources locales et globales. Pour compléter cette première acquisition, une seconde campagne sera menée au sein du projet DARE, consistant à déployer 50 stations sismiques large-bande sur la même zone pendant 9 mois. Cette seconde campagne vise à enregistrer la sismicité (locale, régionale et mondiale). Ces 2 campagnes aux échelles temporelles complémentaires permettront entre autres de comparer les résultats obtenus à partir de l’analyse du bruit ambiant et de la sismicité.
En parallèle, plusieurs approches seront utilisées pour estimer les effets de site. La première approche repose sur une estimation dite « empirique » basée sur l’analyse des mouvements sismiques enregistrés lors des 2 campagnes mentionnées ci-dessus. La deuxième approche est basée sur la simulation du mouvement du sol à l’aide de modélisations numériques de la propagation des ondes dans un modèle de sol.
Cette stratégie combinant différentes approches (empirique & numérique) et différents types de données sismiques (bruit ambiant & sismicité) permettra de proposer de nouvelles méthodes pour caractériser les effets de site, de les confronter et d’évaluer leur intérêt, ainsi que leurs incertitudes et limitations. L’application de cette approche intégrée dans la vallée du Rhône permettra également une estimation robuste des effets de site dans notre zone d’étude.
Ce projet franco-allemand (budget de 700 840 euros financé à hauteur de 53,9 % par l’ANR et 47,1 % par son homologue allemand) regroupe des spécialistes des différents champs de sismologie et de géologie couverts par le projet.

A venir

A venir

Mouvements sismiques : amplification sous surveillance (magazine Pour La Science, Juin 2021) - www.pourlascience.fr/sr/article-partenaire/mouvements-sismiques-amplification-sous-surveillance-21924.php

L’aléa sismique représente un enjeu scientifique majeur compte tenu des conséquences potentielles sur les personnes et les infrastructures. Le développement méthodologique dans ce domaine est donc particulièrement important. Nous nous concentrons ici sur les « effets de site » qui correspondent à la modification du mouvement sismique due à la géologie locale, pouvant causer des amplifications notables. Ces effets de site peuvent présenter une grande variabilité d’un site à l’autre. C’est pourquoi les études dites « site-spécifiques » peuvent permettre d’améliorer significativement la prédiction de l’aléa en un site donné, en comparaison des estimations dites « ergodiques », issues de bases de données mondiales. Les études site-spécifiques sont toutefois généralement considérées comme difficiles à mettre en œuvre dans les régions telles que la France ou l’Allemagne, où les séismes modérés à forts ont une grande période de retour. Le projet DARE propose d’exploiter les données de 2 réseaux sismiques denses complémentaires (centaines de capteurs) installés sur un bassin sédimentaire kilométrique dans la vallée du Rhône. Ces données seront utilisées pour étudier l’apport et l’intérêt de méthodes innovantes, combinant traitements de réseaux denses et utilisation du bruit ambiant, pour ouvrir de nouvelles perspectives sur la mise en œuvre d’études site-spécifiques, impliquant des campagnes sismiques relativement courtes, dans des contextes de sismicité faible à modérée. La densité de capteurs proposée aidera 1) à améliorer la résolution spatiale des études d’imagerie, et donc la connaissance du sous-sol et 2) à caractériser la variabilité du mouvement sismique et les effets de site multidimensionnels au sein du bassin. Nous proposons d’adopter une approche combinant différentes techniques (numérique & empirique) et différents types de données sismiques (bruit ambiant & sismicité). Cette stratégie nous permettra de proposer de nouvelles méthodes pour caractériser les effets de site, de les confronter et d’évaluer leur intérêt, ainsi que leurs incertitudes et limitations. L’application de cette approche intégrée dans la vallée du Rhône permettra une estimation robuste des effets de site sismiques dans une zone où se situent plusieurs infrastructures à risque. Au-delà de l’apport de connaissances sur ce bassin spécifique, les résultats du projet DARE contribueront plus généralement à améliorer l’estimation des effets de site en termes 1) de développement méthodologique, 2) de compréhension des processus physiques à l’origine de l’amplification sismique observée au sein des bassins sédimentaires et 3) d’observations sur des bassins kilométriques d’Europe de l’Ouest. Les résultats « site-spécifiques » obtenus dans le projet DARE seront confrontés à des estimations basées sur des approches ergodiques, communément utilisées dans les études d’aléa sismique, en particulier dans les zones à faible sismicité. Cette comparaison permettra de comprendre les conditions d’application et les limitations de l’utilisation de telles approches ergodiques dans l’estimation des effets de site.

Coordinateur du projet

Madame Bérénice Froment (Pôle Santé Environnement - Direction Environnement)

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

UP University of Potsdam / Institute of Earth and Environmental Science
GFZ German Research Centre for Geosciences / Section 2.6 (Seismic Hazard and Risk Dynamics)
PSE-ENV Pôle Santé Environnement - Direction Environnement
ISTERRE Institut des Sciences de la Terre

Aide de l'ANR 370 440 euros
Début et durée du projet scientifique : mars 2020 - 36 Mois

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