Ce mémoire présente à la fois un état des lieux de la recherche scientifique sur le sujet, en réponse à une certaine demande sociale, une synthèse de notre propre activité, et un positionnement scientifique dans le champ de la géographie des risques. Il est alimenté par des réflexions théoriques et méthodologiques plus ou moins abouties, mais illustrées par des résultats concrets issus de nos recherches. Il laisse le champ à des questionnements scientifiques à portée opérationnelle et à des perspectives de recherche visant à mieux caractériser les systèmes de vulnérabilité aux catastrophes naturelles et faciliter ainsi les modes d'évaluation intégrée et spatialisée des risques naturels. Evaluation intégrée, car la vulnérabilité y est appréhendée selon des approches multi-critères propres à caractériser les multiples facettes et facteurs qui la déterminent. Evaluation spatialisée, car le risque est mis en carte, de différentes façons et à différentes échelles, toujours selon une démarche intégrée où se combinent, critères de vulnérabilité, enjeux et aléas.

La partie superficielle des zones de subduction (0-10 km de profondeur) a longtemps été considérée comme asismique. Cependant la découverte de séismes très basses fréquences dans cette zone, ainsi que la propagation très superficielle de la rupture cosismique lors du séisme de Tohoku-Oki (Japon) remettent en question cette hypothèse jusqu’alors largement admise. L’une des raisons pour lesquelles le potentiel sismogénique de cette zone est mal contraint réside dans le fait que les processus qui y règnent sont complexes, mêlant déformation et diagenèse (principalement la transformation des argiles de type transition smectite vers illite), et ainsi difficilement reproductibles en laboratoire. Au cours de cette thèse, des expérimentations en presse triaxiale sur échantillons smectitiques (représentatifs des matériaux accrétés dans les prismes d’accrétion) et illitiques ont été réalisées sous différentes conditions de pression de confinement (de 50 à 200 MPa) et de température (20°C et 300°C). Ces expériences ont été menées afin d’identifier les modes de déformation de ces échantillons, et de déterminer les effets couplés de cette déformation et de la diagenèse sur la rhéologie de ces roches et notamment leur potentiel à générer des instabilités de glissement. Dans ces expériences, le style de déformation est à chaque fois similaire, avec, tout d’abord, une localisation progressive de la déformation le long d’une zone de cisaillement, puis formation d’une fracture. Malgré cette constance dans le style de déformation, le comportement rhéologique des échantillons, lui, est drastiquement opposé entre les expériences à 20 et à 300°C, avec un comportement exclusivement durcissant à 20°C (i.e. stable) quel que soit la minéralogie, et un comportement qui évolue systématiquement vers du stick-slip (i.e. instable) à 300°C (pour les échantillons smectitiques). Ces résultats montrent que la réactivité chimique des smectites au cours de la diagenèse (activée dans les expériences à 300°C) conditionne la formation d’instabilités de glissement. Nous proposons que la réactivité chimique des smectites dans les zones de subduction pourrait promouvoir la propagation de la rupture cosismique vers la surface. / The shallow portion of subduction zones (0-10 km depth) has long been considered as unable to store and release seismic energy. However, the detection of very-low frequency earthquakes in this zone, as well as the propagation of the coseismic rupture to the trench during the Tohoku-Oki earthquake, question this hypothesis. The difficulty to assess the seismogenic potential of this shallow portion lies principally in the complexity of the processes that occur in this zone, combining deformation and diagenesis (especially the smectite-to-illite transition), and hence not easily reproducible in laboratory. In order to analyse the mechanical properties of the shallow portion of subduction zones, triaxial tests have been performed with smectitic and illitic samples, under confining pressure between 50 and 200 MPa and at temperature of 20 and 300°C. The aim of these experiments was to identify the deformation modes of such sedimentary material and to determine the effects of deformation and diagenesis on rheology of these materials and on the rock potential to exhibit instable failure. In the experiments, deformation operates under the same pattern with a progressive localisation from shear band to fracturation. Even if the deformation style does not differ much between experiments, the rheology of the samples tested at 20°C and at 300°C contrasts drastically. Indeed, while the samples (smectitic and illitic) tested at 20°C show exclusively a strengthening behaviour (i.e. stable), the smectitic samples tested at 300°C exhibit a rheology that systematically evolves from strengthening to stick-slip behaviour (i.e. unstable). These results indicate that the chemical reactivity of smectite under diagenetic conditions (diagenesis is activated in the experiments conducted at 300°C) constitutes a weakening mechanism promoting unstable sliding. Finally, we propose that, at the subduction zone scale, the chemical metastability of smectite could promote the propagation of the coseismic rupture to the very shallow portion of accretionary prisms.

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.

Le bruit de fond est une vibration mécanique de faible amplitude générée par l'activité naturelle et humaine. Cette vibration, en sollicitant les structures de génie civil, permet d'étudier leur comportement dynamique.<br />L'objectif de ce travail de thèse a été de comparer les caractéristiques dynamiques issues de mesures de bruit de fond à des caractéristiques issues de sollicitations de plus fortes amplitudes (e.g. séismes). Cette étude nous a permis de valider la pertinence de cette méthode. Nous avons montré en particulier que les résultats sous bruit de fond peuvent être extrapolés aux résultats sous séismes.<br />Cette méthode a ensuite été appliquée pour tenter d'identifier l'endommagement de structures ayant subi des séismes. Après une première application en laboratoire sur des éléments de structure (poteaux, poutres) subissant un endommagement contrôlé, nous l'avons appliquée à des bâtiments endommagés par le séisme de Boumerdes en Algérie (21/05/2003, Mw 6.8).<br />Enfin, des bâtiments grenoblois et niçois ont été testés par cette méthode. La corrélation de deux paramètres dynamiques essentiels (fréquence et amortissement) a été étudiée pour connaître l'origine de l'amortissement mesuré par cette méthode.<br />Ces résultats montrent que cette méthode est efficace et applicable aux structures de génie civil pour la caractérisation dynamique et l'aide au diagnostic sismique.

Simuler les mouvements du sol produits par un séisme est une étape essentielle pour évaluer l'aléa sismique d'une région. L'objectif de cette étude est de fournir un code simple d'utilisation permettant de simuler de manière efficace les mouvements du sol. <br /><br />Pour s'affranchir de la connaissance du milieu de propagation, nous utilisons la technique des fonctions de Green empiriques. Les mouvements du sol sont alors reconstruits par la sommation des enregistrements de plusieurs petits séismes décalés dans le temps de manière à reconstituer le processus de rupture du gros séisme. La principale problématique de cette étude est la mise en place d'un schéma de sommation efficace permettant de générer des accélérogrammes réalistes dans le domaine temporel et en bon accord avec les lois d'échelles (loi de similitude et modèle en w-2) dans le domaine fréquentiel.<br /><br />Grâce à l'intégration de méthodes statistiques, nous évitons les problèmes majeurs rencontrés classiquement dans ce type d'étude. Nous aboutissons finalement à deux nouvelles méthodes de simulations: une méthode purement stochastique nécessitant la connaissance de seulement deux paramètres concernant le séisme cible (moment sismique et chute de contrainte) et une méthode stochasto-cinématique permettant de reproduire certaines propriétés cinématiques de la rupture sismique sur le plan de faille.<br /><br />Ces deux méthodes sont testées avec succès sur des données réelles (Mexique et Italie). La méthode stochastique est ensuite appliquée pour simuler les mouvements du sol susceptibles d'être produits par deux séismes de magnitude modérée dans la région niçoise: un séisme de magnitude 5.7 à terre (10 km au nord de Nice) et un séisme de magnitude 6.3 en mer (25 km au sud de Nice). Ces simulations mettent en évidence trois points importants: (1) les forts effets d'amplifications sur certains sites à Nice, (2) l'importance des mouvements du sol susceptibles d'être produits par un séisme de magnitude 5.7 à terre et (3) le rôle majeur joué par la valeur de la chute de contrainte du séisme potentiel.

Cette thèse vise à mettre en évidence expérimentalement le mécanisme d'interaction entre une ossature en béton armé et son remplissage en maçonnerie de briques creuses sous sollicitations quasi statiques alternées. L'étude expérimentale montre que la maçonnerie est capable d'absorber une bonne quantité d'énergie et que la rigidité et la résistance de la structure sont augmentées par rapport au cas du cadre vide. Le calcul montre que le cadre rempli peut être convenablement modélisé en remplaçant la maçonnerie par un système de bielles non-linéaires. Le modèle à 3 bielles diagonales parallèles rend mieux compte des efforts internes dans l'ossature.

Dans ce travail on cherche à définir , par la modélisation numérique (logiciel FLAC), les causes à l'origine du déclenchement des mouvements de versant sous sollicitations dynamiques. Plus particulièrement, on s'intéresse aux corrélations entre la distribution des mouvements sismiques au sein des versants ( effet de site) et, le déclenchement et les caractéristiques des mouvements de versant. Les analyses paramétriques d'effets de site et de stabilité des pentes réalisées sur des modèles élémentaires ont montré que, lorsque l'accélération maximale du signal sismique incident est faible, les versants sont plus sensibles aux signaux ssismiques de contenu fréquentiel basse fréquence car ce type de signal sismique génère des amplifications fortes et pérennes sur un plus grand volume sous la crête des versants que les signaux sismiques plus haute fréquence.

Ce mémoire montre la construction de modèles de calcul, pour l'étude de la capacité portante des fondations superficielles soumises à des sollicitations sismiques. La première partie examine la règlementation française (Règles PSG9) et ses évolutions (Recommandations AFPS90), dans le-domaine de la protection parasismique. A partir des données sismologiques et géotechniques concernant le site particulier de Mexico, le second chapitre fournit les paramètres sismiques de la modélisalion. La troisième partie propose le remplacement des effets dynamiques du séisme par des efforts pseudo-statiques équivalents à l'utilisation de l'Analyse Limite, pour déterminer les chargements de rupture, en supposant un comportement rigide-plastique du sol. Les différentes approches sont rappelées ici. La quatrième partie présente les résultats obtenus par les trois méthodes suivantes: une approche statique élastique, un calcul utilisant des lignes de rupture circulaires, un calcul cinématique faisant intervenir une méthode de résolution par éléments finis. L'influence des paramètres de dimension des modèles (L,H,B) est particulièrement mise en évidence. Enfin, une cinquième partie est consacrée au calcul du déplacement permanent résultant d'une secousse sismique. Deux lypes de méthodes sont présentés, supposant toutes un comportement rigide-plastique les premières ne considèrent, comme effet du séisme, qu'une surcharge temporaire au niveau de l'ouvrage, les dernières déterminent le déplacement, à partir d'un accélérogramme artificiel et de coefficients sismiques appliqués à l'ensemble sol-fondation.

Assurer la continuité de services d'un bâtiment hospitalier après un séisme nécessite, au-delà d'une bonne résistance structurelle, l'opérabilité des composants techniques et médicaux indispensables pour maintenir les soins. Dans ce contexte, l'objectif de ce travail de thèse est de fournir aux gestionnaires techniques hospitaliers une méthode globale et de première analyse pour évaluer la vulnérabilité sismique du système hospitalier vis-à-vis d'un séisme "limite de services", générateur de peu de dommages structuraux. La base de ce travail repose sur une méthode existante (Visual Screening method) construite essentiellement sur des données historiques du comportement des divers composants pendant le séisme. Pour compenser le manque de données de retour d'expérience, surtout pour les nouveaux composants, nous proposons une méthode alternative pour apprécier la vulnérabilité d'un composant en place. Cette méthode est basée sur la constitution d'un profil sismique du composant à partir de quinze paramètres caractéristiques influençant sa vulnérabilité tels que la masse, la sensibilité fonctionnelle, etc. La méthode d'analyse multicritère ELECTRE TRI est utilisée pour affecter le composant dans une classe de vulnérabilité prédéfinies (non vulnérable, peu vulnérable, vulnérable et très vulnérable). L'originalité de ce travail repose sur la mise en œuvre d'une analyse de sensibilité automatique du résultat aux paramètres de la méthode ELECTRE TRI, associée à une prise en compte de l'incertitude sur les données saisies par l'utilisateur lors la définition du profil du composant par une simulation de type Monte-Carlo. / To ensure the continuity of hospital's services after an earthquake, it requires, in addition to a good structural resistance, the operability of technical components necessary to maintain the medical care. In this context, the objective of this thesis is to provide for hospital's manager a global and a preliminary approach to assess the seismic vulnerability of the hospital system towards a "limit of services" earthquake that causes slight structural damages. This work is based on an existing method (Visual Screening) which is set up mainly on historical behavior of the various components during earthquakes. To make up for lack of data of feed-back, especially for new components, we propose an alternative method for assessing the vulnerability of a component in situ. This method is based on the composition of component's seismic profile from fifteen characteristic parameters affecting its vulnerability such as mass, functional sensitivity, etc. ELECTRE TRI (multicriteria analysis method) is used to assign the component in a predefined vulnerability class (no vulnerable, little vulnerable, vulnerable and very vulnerable). The originality of this work is the implementation of an automatic sensitivity analysis of ELECTRE TRI parameters. Thus the uncertainties of data entered by the user at the time of component's profile setting are taking into account by Monte Carlo simulation.

Le 10 janvier 2010, un séisme dévastateur a frappé Port-au-Prince, la capitale de la République d‘Haïti et de nombreux camps de déplacés se sont formés à travers la ville. Dans cette thèse, nous utilisons la situation du logement dans cette métropole à la suite du séisme comme observatoire. Ce contexte nous aide à illustrer la pertinence d‘imputer aux acteurs non-étatiques de l‘humanitaire (ANÉH) des obligations juridiques en matière de droits humains qui seraient insubordonnées à celles imputées aux États. Cette démarche cherche à promouvoir le respect et la mise en oeuvre des droits économiques et sociaux des populations vivant dans les camps de déplacés. Nous avons ciblé trois dimensions transversales des droits humains et du droit au logement: le principe de non-discrimination, le droit à la participation et le droit à un recours effectif. Celles-ci sont utilisées pour évaluer les interventions des ANÉH. Ensuite, nous analysons le cadre juridique international des droits de la personne qui s‘appliquait en Haïti à la suite du séisme et nous expliquons dans quelle mesure ce cadre impose des obligations aux ANÉH. La présente étude de cas est alimentée par des entrevues réalisées sur le terrain avec des résidents de trois camps et des membres du personnel des ANÉH. Nos résultats exposent dans quelle mesure les besoins en matière de logement de ces populations sont pris ou non en considération par les ANÉH. Ultimement, nous démontrons la nécessité d‘instaurer un mécanisme de contrôle des ANÉH qui serait indépendant de l‘État où survient la catastrophe.