Ce projet de recherche contribue à la caractérisation du mouvement sismique. Le travail s'appuie sur deux réseaux japonais, où les événements retenus ont une profondeur inférieure à 25 km et une magnitude comprise entre 4,0 et 7,3. L'analyse de K-net permet de calculer une relation prédictive d'accélération spectrale afin de tester les formes spectrales forfaitaires de l'Eurocode 8. Nous mettons en évidence le contenu haute fréquence des signaux japonais et le rôle des sols dans l'amplification spectrale à basse fréquence. De plus, nous développons une méthode empirique de génération stochastique d'accélérogrammes synthétiques non-stationnaires qui permet d'obtenir pour une magnitude, une distance et un type de sol, plusieurs enregistrements susceptibles d'être générés au site considéré. Par ailleurs, l'exploitation des enregistrements de profondeur de Kik-net permet d'explorer la question du domaine de validité des modèles prédictifs et de préciser le cas où on extrapole les prédictions. Enfin, nous étudions le comportement non-linéaire des sols.

Les mouvements forts du sol générés par les séismes peuvent être reliés aux caractéristiques de la source sismique (chute de contrainte, vitesse de rupture, etc.), et aux conditions frictionnelles des failles. Ces caractéristiques sont généralement étudiées via l’analyse des enregistrements accélérométriques des grands séismes à basses fréquences (≤ 1 Hz). L'amélioration des réseaux accélérométriques a permis l’enregistrement de nombreux séismes de magnitudes faibles et modérées (Mw ≤ 6,0). Ces enregistrements contiennent des informations dans la bande de hautes fréquences (1 Hz - 50 Hz), qui ne peuvent pas être exploitées avec les méthodes sismologiques classiques.Pour exploiter ces données de mouvements forts des séismes de faible intensité dans l’objectif d’étudier étudier les conditions frictionnelles de l'interface de subduction, nous explorons deux méthodes pour comparer le contenu fréquentiel des séismes: la première basée sur les rapports spectraux et la deuxième basée sur les équations de prédiction du mouvement du terrain (GMPE). Ces méthodes ont été utilisées pour étudier la variabilité spatiale et temporelle du contenu fréquentiel des séismes rompant l'interface de subduction au nord du Chili et au Japon. Leurs avantages et limitations respectifs ont été analysés. Ces comparaisons méthodologiques nous ont a permis de confronter et de valider les résultats, et ainsi de proposer une nouvelle méthodologie fiable basée sur l'analyse des résidus de GMPE pour analyser le contenu fréquentiel des séismes.L'analyse des résultats obtenus a montré une dépendance avec la profondeur du contenu en fréquence des séismes de l’interface de subduction, concordant avec les observations de grandes ruptures de subduction [Lay et al., 2012]. En même temps, des variations du contenu fréquentiel des séismes ont été détectées le long de la fosse de subduction, ce qui nous a conduit à décrire une segmentation latérale de l'interface de subduction. Cette segmentation a été comparée avec la distribution spatiale de la sismicité, à la géométrie de l'interface de subduction et à ses conditions de glissement. Finalement, avant le séisme d’Iquique de 2014 (Mw 8.1) au nord du Chili, nous avons détecté une évolution temporelle du contenu en fréquence des séismes associée à l’occurrence d'un glissement lent précurseur au choc principal. / The strong ground motions generated by earthquakes can be related to the characteristics of the earthquakes source (stress drop, rupture velocity etc..), and therefore to the frictional conditions of the faults. These characteristics are usually studied by analyzing the low frequency band (≤ 1Hz) of the strong motion records of large earthquakes. The improvement of strong motion networks has generated large datasets of records of moderate and low magnitude earthquakes (Mw ≤ 6.0). These records contain informations in the high frequency band (1 Hz – 50 Hz), which cannot be exploited using classical seismological methods.In order exploit the strong motion records of low magnitude earthquakes to study the subduction interface’s frictional conditions, we explore two methods for comparing the earthquakes frequency content: the first one based on spectral ratios, and the second one based on the Ground Motion Prediction Equations (GMPEs). These methods have been used to investigate the spatial and temporal variability of the frequency content of subduction interface earthquakes in North Chile and Japan. Their respective benefits and limitations have been analyzed. These methodological comparisons allowed us to cross compare and validate the results, and to propose a new, reliable methodology based on the analysis of GMPEs residuals to compare the earthquakes frequency content.The analysis of the results showed a depth dependency of the frequency content of subduction earthquakes in agreement with the one derived from large megathrust ruptures [Lay et al., 2012]. Additionally, variations of the earthquake frequency content along trench have been detected, which may drive to a lateral segmentation of the subduction interface. This segmentation has been compared to the spatial distribution of the seismicity, the geometry of the subduction interface and its slippage conditions. Finally, before the occurrence of 2014 Iquique Earthquake Mw 8.1 in North Chile, a temporal evolution of the frequency content of the foreshocks has been detected, associated to a precursory slow slip of the subduction interface.

Ce rapport résume les recherches que j'ai entreprises depuis la fin de mon doctorat de thèse à l'automne 2001. Le travail présenté a été fait dans le cadre de divers projets et en collaboration avec de nombreux chercheurs : l'Imperial College London, Royaume-Uni (2001–2004) ; Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM), France (2004–présent) ; le Centre de recherches pour le génie parasismique (Earthquake Engineering Research Centre) à l'Université d'Islande (2009– 2010). En outre, ce rapport énumère les activités d'enseignement, de supervision et de conseils dans lesquels j'ai été impliqué depuis 2001. Ma recherche s'est principalement focalisée sur la prédiction de mouvements fort du sol à des fins d'ingénierie, soit pour des projets de conception ou de rénovation, soit pour l'évaluation de l'aléa et du risque sismique. La plupart de mes études portent sur l'estimation des mouvements sismiques empiriques par le biais des équations de prédiction de mouvements du sol (GMPEs, aussi appelées modèles de mouvements du sol ou relations d'atténuation). Cette recherche met l'accent sur : l'amélioration des prévisions des mouvements du sol médians et de la variabilité associée ; la quantification, la compréhension et potentiellement la réduction de la variabilité ; l'évaluation et la modélisation de la dépendance régionale des mouvements du sol ; et la confrontation de simulations et d'estimations empiriques. Mes recherches montrent que, bien que des progrès significatifs ont été accomplis au cours des deux dernières décennies dans l'amélioration de la précision des estimations de mouvements du sol médians pour un scénario donné, l'incertitude épistémique reste élevée et cela doit être pris en compte aussi bien dans l'évaluation de l'aléa que du risque sismique. En outre, toutes les méthodes permettant de réduire les écarts-types de GMPEs proposées jusqu'à présent, même si elles semblaient prometteuses, se sont révélées largement inefficaces. Mes études ont démontré que les mouvements sismique du sol peuvent varier considérablement selon les séismes ou les sites d'étude. Cela aussi doit être pris en compte lors de l'évaluation de l'aléa et du risque sismique. Toute tentative de réduire les incertitudes épistémiques et de dériver les GMPEs avec des écartstypes plus faibles sont tributaires d'une part de l'augmentation de la densité des réseaux de mouvements forts ; et d'autre part et peut-être de manière plus importante encore, de l'amélioration de la precision des métadonnées associées aux enregistrements de mouvements forts. Une telle base de données ainsi améliorée devrait conduire à une meilleure compréhension des phénomènes physiques et, de ce fait, à des résultats empiriques concernant l'effet de source, de trajet et de site sur les mouvements sismiques.