Thèse doctorat : Géographie et Sciences de la Terre et de l'Univers : Strasbourg 1 : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 15 p.

Le patrimoine architectural urbain exceptionnel des petites villes italiennes de Noto (Sicile), d'Assise (Ombrie), et de Gémone (Frioul), est soumis à un risque sismique majeur : la probabilité d'occurrence d'un tremblement de terre est forte, et la vulnérabilité des territoires est très grande. Toutefois, les politiques de conservation du patrimoine peuvent constituer des instruments efficaces de gestion du risque. Pour cela, il est essentiel que les communes définissent des priorités de gestion, en prenant en compte différentes échelles spatiales et temporelles, dans le cadre de politiques urbaines sélectives. La comparaison de trois communes permet de mettre en relief les similitudes et les contrastes entre les choix et les résultats de politiques urbaines différentes menées dans des contextes comparables.

Il a été observé maintes fois dans les enquêtes post-sismiques que les structures ayant des fréquences similaires à celles du sol de fondation présentent des dommages beaucoup plus importants (Caracas 1967, Mexique 1985, Pujili, Equateur 1996; L'Aquila 2009). Cette observation de bon sens n'est cependant que très peu, ou de façon très indirecte, prise en compte d'une part dans les réglementations parasismiques (échelle du bâtiment), et d'autre part dans les études de risque et de scénario à l'échelle urbaine. On assiste ainsi souvent à un niveau de précision incohérent entre les études d'aléa, qui sont maintenant à même de cartographier de manière fiable les fréquences de sol, les possibilités actuelles en matière d'analyse du comportement dynamique des bâtiments, et les cartes de vulnérabilité et de risque finales. Une analyse numérique complète pour étudier l'effet de coïncidence entre les fréquences du sol et du bâtiment est effectuée. Un ensemble de 887 profils de sol réalistes est couplé avec un total de 141 oscillateurs élastoplastiques à un degré de liberté, et leurs réponses combinées (non linéaires) sont calculées à la fois pour un comportement de sol linéaire et non-linéaire, pour un grand nombre (60) de signaux d'entrée avec différents niveaux de PGA et contenu fréquentiel. Les dommages associés sont quantifiés sur la base du déplacement maximal comparé à la fois par rapport aux déplacements élastiques et ultimes, selon les recommandations du projet européen RISK-UE (Lagomarsino et Giovinazzi, 2006), et par rapports aux dommages obtenus dans le cas d’un bâtiment similaire situé sur le substratum rocheux. La corrélation entre les incréments de dommages entre sol et rocher et un certain nombre de paramètres simples mécaniques et de chargement est ensuite analysée en utilisant une approche de réseau neuronal. Les résultats soulignent le rôle clé joué par le rapport de fréquence bâtiment / sol, même lorsque le sol et la bâtiment se comportent de manière non linéaire; d'autres paramètres importants sont le niveau de PGA, le contraste d’impédance sol/rocher et la ductilité du bâtiment. Une enquête numérique spécifique basée sur la simulation du bruit ambiant pour l'ensemble des 887 profils indique également que l'impact du contraste d’impédance sol/rocher peut être cohéremment remplacée en utilisant l'amplitude du rapport H/V. Aussi l'effet de coïncidence apparaît comme une observation importante, non seulement dans la réponse de l'analyse des sites linéaires, mais aussi dans la réponse d'un site non-linéaire: en dépit d'un niveau important de non-linéarité atteint la coïncidence spectrale se produit, mais à un rapport de fréquence décalé vers des valeurs inférieures. La méthode élaborée permet une mise en œuvre très facile, en utilisant des mesures de vibrations ambiantes, tant au niveau du sol et à l'intérieur des bâtiments. Un exemple d'application très illustratif est représenté pour la ville de Beyrouth (Liban). / It has been observed repeatedly in post-seismic investigations that structures having frequencies close to foundation soil frequencies exhibit significantly heavier damages (Caracas 1967, Mexico 1985, Pujili, Ecuador 1996; L’Aquila 2009). However, these observations are generally not taken directly into account neither in present-day seismic regulations (small scale), nor at large-scale seismic risk analysis. We thus encounter frequently an incoherent precision level between hazard studies that are capable of reliably mapping the ground frequency, the actual possibilities of analyzing the dynamic behavior of the building, and the final vulnerability and risk maps. A comprehensive numerical analysis to investigate the effect of coincidence between soil and building frequencies is performed. A total of 887 realistic soil profiles are coupled with a set of 141 elastoplastic oscillators with a single degree of freedom and their combined (non-linear) response are computed both for linear and non-linear soil behavior, for a large number (60) of input signals of various PGA levels and frequency contents. The associated damage is quantified on the basis of the maximum displacement as compared to both yield and ultimate post-elastic displacements, according to the RISK-UE European project recommendations (Lagomarsino and Giovinazzi, 2006), and compared with the damage obtained in the case of a similar building located on bedrock. The correlation between this soil/rock damage increment and a number of simplified mechanical and loading parameters is then analyzed using a neural network approach. The results emphasize the key role played by the building/soil frequency ratio even when both soil and building behave non-linearly; other important parameters are the PGA level, the soil/rock impedance contrast and the building ductility. A specific numerical investigation based on simulation of ambient noise for the whole set of 887 profiles also indicates that the impact of soil/rock impedance contrast may be satisfactory replaced using the amplitude of H/V ratio. Moreover the effect of coincidence appears to be an important observation not only in the linear site analysis response but also in the nonlinear site response: in spite of a large nonlinearity level reached spectral coincidence occurs, however at a shifted frequency ratio towards lower values. The elaborated method allows a very easy implementation, using ambient vibration measurements both at ground level and within buildings. A very illustrative example application is shown for the city of Beirut (Lebanon).

L'arc des Petites Antilles situé sur la bordure nord-est de la plaque Caraïbe, résulte d'un phénomène de subduction, les plaques américaines plongeant sous celle de la Caraïbe avec une vitesse de 2 cm/an. Les Antilles Françaises représentent la région française où le risque sismique est le plus important. Ce travail dont l'objectif est d'améliorer la connaissance de l'aléa sismique dans les Antilles Françaises, repose sur les données du Réseau Accélérométrique Permanent (RAP) et sur celles du « Centre de Données des Antilles Françaises ». L'analyse de ces données permet de mieux contraindre la sismicité de l'arc. Deux zones de très faible sismicité sont mises en évidence : au nord près des Iles Vierges et au sud entre Sainte-Lucie et Grenade. D'autres points sont aussi résolus : imagerie de la subduction le long de l'arc, relations entre la sismicité superficielle et la tectonique active, variations de la pente (b-value) de la loi de Gutenberg-Richter. Le séisme majeur du 21 novembre 2004 Mw=6.3 est au cœur des deux derniers chapitres. Plusieurs aspects y sont présentés : macrosismicité avec l'évaluation d'intensités EMS98 obtenues du dépouillement de formulaires individuels recueillis pour les Iles des Saintes, et relocalisation par la méthode de maître/esclave du choc principal et de sa plus forte réplique du 14 février 2005, de façon à mieux contraindre l'imagerie de la source du choc principal, étape primordiale pour la dernière partie portant sur la modélisation des signaux du choc principal des Saintes. Nous tentons dans cette dernière partie de modéliser les enregistrements de mouvements forts avec une approche semi-empirique en se basant sur un modèle stochastique large-bande et proposons l'utilisation de plusieurs Fonctions de Green Empiriques (FGE) sélectionnées parmi les répliques du séisme des Saintes.

linéarités de comportement des sols Cette thèse traite de la réponse locale de bassins sédimentaires à des mouvements sismiques faible et fort en utilisant la modélisation numérique (SEM et FEM). A faible niveau de distorsion, des configurations théoriques 3D et 2D sont prises en compte pour l'étude des effets de site linéaires: dans le cas de bassins 3D à symétrie de révolution, on identifie les conditions d'existence de la «résonance 3D» en fonction des paramètres géométriques et rhéologiques. Dans le cas 2D, la réponse sismique de deux vallées alpines est modélisée: les résultats sont cohérents avec les phénomènes observés dans la réalité. A fort niveau de distorsion, la formulation théorique 3D d'un modèle viscoélastique non linéaire (VNL) est proposée. Son implémentation par la méthode des éléments finis dans le cas 1 D permet de l'appliquer à un cas réel (Kushiro, 1993). Les résultats obtenus sont comparés à ceux d'autres modèles (linéaire équivalent et élastoplastique) et à l'enregistrement réel de surface.

Ces travaux, menés en région PACA, visent à comprendre comment amener les individus à se protéger du risque sismique. Dans ce cadre, nous avons exploré les effets comportementaux de la substitution de soi à autrui, puis observé les comportements effectifs de protection lors d’une étude de terrain. En interprétant la consigne de substitution en termes de comparaison sociale, le paradigme repose sur une distinction entre la contrôlabilité des effets d’un séisme et l’incontrôlabilité de son occurrence. Après avoir activé un élément central ou périphérique de la représentation sociale des séismes, il s’agit dans un premier temps d’inviter les individus à évaluer la probabilité des effets d’un séisme en consigne de substitution, et ensuite à évaluer la probabilité d’occurrence d’un séisme en consigne standard. Sous l’effet d’un biais d’optimisme comparatif, les individus déclarent systématiquement une probabilité des effets d’un séisme supérieure en consigne de substitution qu’en consigne standard. De même, selon un principe de consistance cognitive, ils déclarent une probabilité d’occurrence d’un séisme supérieure après avoir évalué la probabilité de ses effets selon une consigne de substitution. Les comportements de protection étaient ensuite mesurés à l’aide de la version française de l’échelle de préparation aux séismes. Les comportements de protection auto-déclarés sont significativement plus favorables suite à une réponse en consigne de substitution plutôt que standard. Toutefois, les effets du paradigme sur les comportements effectifs de protection sont plus mitigés. / The goal of this research, conducted in the PACA region, was to understand how to lead individuals to adopt earthquake protection behaviour. To this end, we explored the behavioural effects of self-other substitution, and observed actual protection behaviours in a field study. By interpreting self-other substitution in terms of social comparison, the paradigm relies on a distinction between the uncontrollability of an earthquake and the controllability of its consequences. After having activated a central or peripheral element of the social representation of earthquakes, participants are required to evaluate the probability of an earthquake’s effects in a substitutive context, and then the probability of an earthquake in a standard context. Comparative optimism leads participants to declare that the effects of an earthquake are more probable in a substitutive rather than standard context. Furthermore, a cognitive consistency principle seems to lead participants to declare that an earthquake is more likely after having evaluated the probability of its effects in a substitutive rather than standard context. Protection behaviours were measured using the French version of the Earthquake Readiness Scale. Self-declared protection behaviours were more favourable after a substitutive rather than standard answer. However, the effects on actual behaviours are mixed.

La diffraction tridimensionnelle (3D) des ondes sismiques par des structures à géométrie bidimensionneUe (2D) est étudiée par la méthode indirecte d'éléments de frontière (IBEM, pour Indirect Boundary Element Method). Les ondes incidentes peuvent arriver en dehors du plan 2D et, en conséquence, la diffraction est 3D avec couplage de tous les types d'onde. Ce travail est divisé en trois parties. La théorie de IBEM et son extension aux problèmes de diffraction 3D par des structures 2D sont présentées dans la première partie. La deuxième est consacrée à l'application de la méthode pour l'étude de la diffraction et de l'amplification par des reliefs topographiques et des vallées sédimentaires. La dernière partie consiste en l'étude d'une suture lithosphérique et en une simulation numérique de la diffraction des ondes de surface par cette suture. Les résultats majeurs de ce travail sont à la fois de nature théorique et pratique. IBEM s'avère être une méthode précise et rapide pour simuler la diffraction 3D par des structures 2D. Elle est numériquement stable et permet le calcul du champ d'onde complet en prenant en compte le transfert d'énergie entre différentes types d'ondes. IBEM semble ainsi être un outil prometteur pour l'interprétation de données sismologiques. L'analyse de données ainsi que les simulations numériques de la propagation d'ondes au travers de reliefs topographiques et de vallées sédimentaires montrent que: 1) les effets 3D sont importants, 2) l'amplification dûe aux reliefs topographiques est faible, et 3) des ondes diffractées sont émises du sommet des reliefs. Enfin, nous avons mis en évidence un changement rapide de la structure lithosphérique sous la zone Sorgenfrei-Tomquist par analyse d'ondes de Rayleigh de longue période. La simulation numérique montre que les ondes de Rayleigh incidentes sur une telle suture sont transmises ou réfléchies sous la forme d'ondes de surface ou de volume.

Dans le contexte du calcul sismique basé sur la notion de performance, lesingénieurs se trouvent confrontés à une tâche difficile pour estimer la performance etévaluer les risques des systèmes sol-structure en interaction. Afin d’accomplir cette tâcheavec succès, toutes les sources d'incertitudes aléatoires et épistémiques doivent être prisesen compte au cours du processus de conception. Ainsi, des méthodes appropriées sontnécessaires pour l'étude de la propagation de l'incertitude des paramètres du systèmedécrivant la structure, le sol, et les charges appliquées aux réponses structurelles endéfinissant des états limites de performance. L’objectif de cette thèse est de contribuer àl’étude du comportement sismique des structures en interaction avec le sol et d’offrir denouveaux outils pour le traitement de problèmes pertinents, orientés vers la nouvellephilosophie de conception parasismique des structures : la conception basée sur laperformance (performance-based design). Cet axe de recherche structure ce travail dedoctorat. La problématique s’inscrit dans le cadre de proposition de modèles simplifiés afind’aborder un problème compliqué tel que l’interaction sol-structure (ISS). Lecomportement non linéaire de la structure est déterminé par une approche capacitive baséesur la performance sismique telle que la méthode N2 proposée par P. Fajfar. Dans saversion originale, cette méthode considère que la structure est encastrée à sa base,négligeant ainsi l’ISS. Il s'agit d'une extension de la méthode N2 et que nous appelleronsN2-ISS. A notre connaissance, il n'existe pas d'études qui ont intégré l'ISS dans ce type deformalisme. Pour examiner la validité et la fiabilité du modèle présenté, une analysecomparative a été faite entre l'approche que nous proposons et trois autres méthodes: 1) laméthode introduite dans le code BSSC 1997, 2) la méthode proposée par Avilès & Perez–Rocha (2003) ainsi que 3) la méthode dynamique temporelle non linéaire. Les résultatsobtenus ont montré que la réponse en déplacement de la structure était assez proche dansles quatre méthodes.Les courbes de fragilité sont établies en tenant compte des effets de l’ISS et desincertitudes associées au chargement (mouvement du sol), aux propriétés de la structure,du sol, et de la fondation (impédances, ...). L’incertitude épistémique est égalementconsidérée de manière indirecte suite à la comparaison entre deux procédures d'évaluationdes états d’endommagements (Méthode de Park & Ang et Méthode de RISK-UE). L'étudea abouti aussi à une caractérisation préliminaire du risque sismique dans une partie de laville d'Oran dont les caractéristiques géologiques et géotechniques étaient disponibles.Cette étude a permis la cartographie du dommage et d'étudier la la vulnérabilité sismiquedes bâtiments. / In the context of performance-based earthquake engineering (PBEE), a challengingtask for structural engineers is to provide performance and risk assessment for structures orsoil-structure interaction (SSI) systems. In order to fulfill this task successfully, all relevantsources of aleatory and epistemic uncertainties must be accounted for during the designprocess. Thus, proper methods are required for the study of uncertainty propagation frommodel parameters describing the structure, the soil, and the applied loads to structuralresponses by defining some performance limit states. The objective of this thesis is tocontribute to the study of the seismic behavior of structures interacting with soil andprovide new tools for the treatment of relevant issues facing the new philosophy of seismicdesign of structures: performance-based design. The objective of this thesis is to contributeto the study of the seismic behavior of structures interacting with soil and provide newtools for the treatment of relevant issues facing the new philosophy of seismic design ofstructures: (performance-based design). This research structure this doctoral work. Theissue is part of proposed simplified models to address a complicated problem such as soilstructureinteraction (SSI). The nonlinear behavior of the structure is determined by acapacitive approach based on the seismic performance as N2 method proposed by P.Fajfar. In its original version, this method considers that the structure is fixed at its base,thus neglecting the ISS. The new proposed method called N2-SSI is an extension of the N2method. To our knowledge, there are no studies that have joined the SSI ISS in this type offormalism. The proposed approach is validated and compared with time history analysis,Building Seismic Safety Council (BSSC) method (NEHRP, 2003), and a method proposedby Aviles and Perez-Rocha (2003). The results obtained showed that the responsedisplacement of the structure was fairly close in the four methods.The fragility curves are established taking into account the effects of the ISS anddifferent uncertainty sources: the load (input ground motion), the soil, the structure and theSSI (impedances, ...). Epistemic uncertainty was investigated through comparison betweentwo different approaches in assessing damage states (Park and Ang and Risk-UE). Thestudy also resulted in a preliminary characterization of the seismic risk in a part of the Orancity, where geological and geotechnical characteristics were available. This study allowedthe mapping of the damage and the study of the seismic vulnerability of buildings.

Cette étude, réalisée à l'initiative du gouvernement monégasque, a pour objectif une meilleure connaissance du risque sismique en Principauté de Monaco. Elle utilise les techniques de la géomatique, de l'analyse microstructurale, de la sismotectonique, du microzonage et exploite les archives monégasques sur les effets du séisme Ligure de 1887.<br />L'analyse géomatique de la déformation révèle l'importance des accidents N100-110°E dans la structuration de l'arc de Nice, dont le rôle était jusqu'alors insuffisamment pris en compte dans les modèles sismotectoniques régionaux.<br />Le calcul de l'état de contrainte et l'analyse des champs de déformation ont mis en évidence un changement récent de la dynamique du sud des Alpes maritimes franco-italiennes. Elles paraissent désormais en extension suivant une direction ENE-OSO alors qu'elles étaient en raccourcissement subméridien depuis le Paléogène.<br />Les paramètres du séisme de référence à prendre en compte à Monaco pour l'application de la réglementation parasismique ont été affinés et les résultats du microzonage précisés. L'analyse des archives monégasques a permis de définir, sur Monaco, une intensité macrosismique de 6 EMS-98 pour le séisme ligure de 1887 et a mis en évidence la vulnérabilité du bâti ancien.<br />Cette mise à jour de l'état de la connaissance de l'aléa sismique en Principauté ouvre des pistes nouvelles pour une meilleure prise en compte du risque sismique en Principauté de Monaco.

Téhéran, capitale de l'Iran et ville en pleine expansion démographique comptant déjà environ 8 millions d'habitants, est sous la menace de séismes de magnitude supérieure à 7 sur des failles très proches. L'alea et le risque sismiques y sont donc très élevés et préoccupants, et ont conduits à 'une action de collaboration franco-iranienne sur la tectonique de l'Alborz Central et l'aléa sismique à Téhéran. Dans ce cadre, la présente thèse se focalise sur l'analyse des conditions géotechniques dans l'agglomération de Téhéran, et de leurs conséquences sur les caractéristiques des mouvements sismiques. Dans ce but, une campagne d'enregistrements sismologiques dans l'agglomération a été conduite de février à juin 2002. L'objectif en était la mesure expérimentale des effets d'amplification ou de déamplification du proche sous-sol, dans la perspective, à moyen terme, d'un microzonage sismique à mettre en œuvre par les autorités locales. 13 stations sismologiques ont été installées sur différents sites, choisis en fonction de leur représentativité géotechnique: rocher au nord et à l'Est, sédiments raides dans la partie nord et sédiments plus mous dans la partie sud. En outre, plus de 60 mesures ponctuelles de bruit de fond ont été effectuées pour guider l'interpolation des fonctions de transfert expérimentales obtenues sur les 13 sites. Une premier volet de ce travail a consisté à analyser ces enregistrements en relation avec les caractéristiques géotechniques, au moyen de différentes techniques de traitement visant à l'estimation des effets de site en amplitude et en durée: rapport spectral site/référence; fonction récepteur ou rapport H/V séismes; rapport spectral horizontal/vertical sur le bruit de fond; délai de groupe et sonogramme. Ces traitements ont mis en évidence un effet d'amplification important tant en amplitude qu'en durée sur la plupart des sites considérés et particulièrement au sud-ouest de la ville où le niveau d'amplification atteint jusqu'à 7-8 contrastant aussi avec les valeurs modérées (facteur 2 à 3) prédites dans les études précédentes avec une approche 1D. De plus cette amplification se produit sur une gamme de fréquence très large, démarrant à très basse fréquence (0.3-0.4 Hz). Cette thèse comporte également une comparaison systématique des informations déduites du bruit de fond à celles déduites des enregistrements de séismes, intégrant d'autres données en provenance de plus de 150 sites européens. Cette comparaison montre que malgré la capacité de la méthode H/V à prédire la fréquence fondamentale dans environ 80% des cas, il y a des échecs, notamment dans le cas de Téhéran où les courbes H/V restent plates pour la plupart des sites. Elle met aussi en évidence les fortes différences entre l'amplitude du pic H/V et l'amplification réelle: si la première est quasi-systématiquement inférieure à la seconde, il semble aussi que ces différences soient d'autant plus importantes que l'on s'éloigne d'une stratification horizontale (effets "de vallée"). Enfin le dernier aspect a concerné à la simulation des mouvements forts par la méthode de fonction de Green empirique. Quatre scénarios différents, correspondant à l'occurrence de séismes forts sur les failles de Mosha, Nord-Alborz et Garmsar ont été simulés. Pour ces trois failles un séisme de magnitude Mw = 7.1 est considéré comme le séisme cible; pour la dernière un séisme de magnitude Mw = 7.6 a été aussi envisagé. Les résultats montrent les valeurs d'accélérations maximales assez significatives et des spectres de réponse dépassant parfois le spectre réglementaire actuellement en vigueur, principalement à cause des effets d'amplification.