Analyse des données accélérometriques de K-net et Kik-net : implications pour la prédiction du mouvement sismique -accélérogrammes et spectres de réponse– et la prise en compte des effets de site non-linéaire

Guillaume POUSSE, thèse de doctorat de l'université Joseph Fourier Grenoble I, spécialité Terre Solide, 235p, soutenue le 27 octobre 2005.

Ce projet de recherche a pour objectif de contribuer à la caractérisation du mouvement sismique à l’intention de l’ingénieur. La construction parasismique est à l’heure actuelle le moyen de prévention le plus sûr face au risque sismique ; elle requiert notamment la connaissance de la nature particulière des charges sismiques. Le travail présenté ici s’appuie sur deux réseaux installés depuis 1996 au Japon - K-net, un réseau de surface, et Kik-net, un réseau en puit - qui constituent à ce jour deux des meilleures bases de données mondiales. Ce travail prend place dans un contexte de sismicité crustale où les événements retenus ont une profondeur inférieure à 25 km et une magnitude comprise entre 4,0 et 7,3.
L’Eurocode 8 est une norme parasismique européenne qui propose des formes de spectres forfaitaires adaptables au contexte de la région et applicables aux constructions conventionnelles.
Notre analyse de la base de données de surface K-net a permis de calculer une nouvelle relation prédictive d’accélération spectrale afin de tester les formes spectrales forfaitaires de l’Eurocode 8. Ce projet de recherche a ainsi permis de les modifier en vue d’une proposition pour l’annexe nationale à l’Eurocode 8. D’autre part, la relation prédictive a permis de mettre en lumière le contenu haute fréquence des signaux accélérométriques japonais et le rôle des sols dans l’amplification spectrale à basse fréquence.
Certaines constructions particulières requièrent plus précisément l’établissement d’accélérogrammes permettant d’en étudier le comportement non-linéaire sous sollicitation sismique. C’est pourquoi le présent travail développe une méthode empirique de génération stochastique d’accélérogrammes synthétiques non-stationnaires qui permet d’obtenir pour un scénario défini par une magnitude, une distance et un type de sol, plusieurs enregistrements susceptibles d’être générés au site considéré. La méthode est calibrée sur une base de données existante et se distingue d’autres méthodes par sa capacité à reproduire la variabilité du mouvement. Les bases de données japonaises K-net et Kik-net, ainsi que la base de données européenne ont servi à la calibration de la méthode.
Dans les zones de sismicité faible à modérée, une question actuelle est celle de la capacité que l’on a de prédire le mouvement lié à un éventuel séisme important. L’exploitation des enregistrements de profondeur de Kik-net permet d’explorer la question du domaine de validité des modèles prédictifs. En particulier, cette étude nous permet de préciser le cas où on extrapole les prédictions. Un autre problème lié aux forts séismes concerne l’apparition ou non du phénomène de non-linéarité des sols, aussi à l’issue de ce travail, nous faisons se propager un grand nombre d’accélérogrammes dans des milieux non-linéaires afin d’étudier ce phénomène. Nous montrons ainsi une diminution de la dispersion des données en surface et nous exhibons un phénomène de déamplification du mouvement de profondeur au cours de sa propagation à travers le sol pour des valeurs maximales d’accélérations autour de 2 m.s^-2.