Bureau d'évaluation des risques sismiques pour la sûreté des installations (BERSSIN)
Créé en 1976, le Bureau d'évaluation des risques sismiques pour la sûreté des installations (BERSSIN) est implanté sur le site de Fontenay aux Roses. Il expertise les dossiers de sûreté des installations nucléaires et mène des recherches en géologie, géophysique et sismologie pour l’évaluation du risque sismique. Le BERSSIN compte 11 chercheurs et ingénieurs permanents et accueille régulièrement des stagiaires, des étudiants en thèse et des jeunes chercheurs en post-doctorat.
Photo : Céline Gélis, ingénieure au Bureau d'évaluation des risques sismiques pour la sûreté des installations (IRSN/PRP-DGE/SCAN/BERSSIN), met en place un test en parallèle de plusieurs capteurs sismiques avant la réalisation de mesure de bruit sismique en réseau dans la région du Tricastin (photo de la médiathèque IRSN).
Contexte
Contexte et thématiques de recherche
La sûreté des installations nucléaires (réacteur, usine, stockage, centre de recherche) exige une protection adéquate contre les séismes. Prendre en compte le risque sismique dans le dimensionnement des installations nécessite en premier lieu d’évaluer les caractéristiques des séismes susceptibles de survenir et d’estimer les mouvements du sol pouvant en résulter sur les sites sur lesquels elles sont implantées. Ces mouvements du sol définissant l’aléa sismique sont imposés comme sollicitations sismiques pour analyser le comportement des ouvrages ou des équipements en cas de séisme.
Le séisme de Tohoku survenu au Japon en mars 2011 a provoqué un tsunami qui a balayé la côte de la région de Sendai entrainant un accident nucléaire majeur sur la centrale de Fukushima-Daiichi.
Cet accident a remis en question les pratiques établies, en France et à l’international, en matière de prise en compte de l’aléa sismique pour les installations nucléaires. Dans ce domaine, l’IRSN a contribué à établir de nouvelles dispositions pour prendre en compte des niveaux d’aléas plus rares que ceux considérés pour la conception initiale des installations nucléaires. La mise en œuvre d’approches probabilistes pour l’évaluation de l’aléa sismique en France, en complément des approches déterministes qui sont depuis les années 70 la principale référence pour l’expertise de la sûreté des installations nucléaires, comptent aussi parmi les évolutions de pratique initiées.
Le besoin d’approfondir la connaissance et l’appréciation des aléas naturels pouvant affecter gravement les sites nucléaires fait aujourd’hui l’objet d’un large consensus international. Dans ce contexte, le BERSSIN est chargé des missions suivantes :
- Évaluer l'aléa sismique dans le cadre de l'expertise des dossiers de sûreté des installations nucléaires. Ces expertises sont réalisées en France dans le cadre d’appui technique auprès de l’Autorité de sûreté nucléaire (ASN), mais aussi à l’étranger où d’autres guides réglementaires s’appliquent (nationaux, AIEA, US NRC)
- Participer à l'évolution de la réglementation, nationale et internationale dans le domaine de l'aléa sismique pour les installations nucléaires. Le BERSSIN assure également un appui technique auprès du Ministère de l’Ecologie, particulièrement lors de l’évolution des réglementations parasismiques applicables aux bâtiments courants et aux installations classées pour la protection de l’environnement
- Mener des recherches fondamentales et appliquées en lien avec l’expertise afin d'évaluer l'aléa sismique
- Participer à la formation par la recherche des étudiants et ingénieurs (master, thèses, post-doc, ENSTTI)
- Mettre en œuvre des stations sismologiques et géodésiques en partenariat avec les réseaux nationaux de surveillance fédérés par RESIF
l’IRSN collecte des informations scientifiques
Pour en savoir plus sur des séismes notables survenu dans le monde depuis 2001, l’IRSN collecte des informations scientifiques relatives à l’évènement et publie une synthèse de ses effets.
Visitez la page : quelques séismes récents analysés par l'IRSN
En vidéo : 4 Minutes pour comprendre : Le séisme du Teil en Ardèche
Axes de recherche
L’évaluation de l’aléa sismique, quelle que soit l’installation concernée (nucléaire ou non) nécessite :
- caractériser les failles ou à défaut des zones susceptibles de produire des séismes et d’estimer notamment la magnitude (mesure de l’énergie) et la fréquence des séismes potentiels
- décrire la propagation des ondes sismiques depuis leur source jusqu’au site d’intérêt, en tenant compte de la nature géologique des sols sous l’installation (« effets de site »)
- de prendre en compte, à toutes les étapes, la variabilité aléatoire inhérente aux processus sismiques et les incertitudes dues au manque de données et de connaissances scientifiques
- de fournir aux ingénieurs des structures des signaux sismiques correspondant à l’aléa prédit au site d’intérêt pour calculer de manière dynamique la résistance aux séismes des installations
Pour améliorer l’évaluation de l’aléa sismique et des sollicitations induites sur les installations, le BERSSIN mène des études et des recherches, généralement en collaboration avec des organismes scientifiques nationaux ou internationaux.
Améliorer l’évaluation de l’aléa sismique et des sollicitations induites sur les installations
Pour améliorer l’évaluation, le BERSSIN mène des études et des recherches, généralement en collaboration avec des organismes scientifiques nationaux ou internationaux.
Les objectifs
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L’objectif est de caractériser les failles ou, lorsqu’on ne les connait pas, les zones sources de séismes en termes de potentiel sismogénique (magnitude, localisation des séismes associés) à l’aide de données suffisamment consolidées. Les travaux menés dans ce domaine couvrent les thématiques suivantes :
- étude de failles actives en France et à l’étranger notamment à partir des traces de ruptures laissées par les séismes à la surface du sol. Un intérêt est porté aux séismes contemporains afin d’établir des relations entre les ruptures de surface observées et la magnitude des séismes. Ceci permet d’estimer les caractéristiques des séismes anciens en fonction des traces de glissement qu’ils ont laissés dans les couches géologiques et ainsi connaitre l’activité géologique des failles. Ces travaux combinent différentes techniques et outils (géomorphologie, imagerie satellite, géologie de terrain, tranchées d’étude paléosismique, géophysique).
- constitution d’une base de données des failles potentiellement actives (BDFA) en France métropolitaine, principalement focalisée autour des sites nucléaires ;
- élaboration d’une base de données des ruptures de faille en surface du sol (Surface Rupture Database : SURE, collecte à l’échelle mondiale) permettant d’établir des relations empiriques utilisées pour calculer l’aléa « déplacement » et l’aléa « mouvement du sol » ;
- l’association de séismes modérés à des failles clairement identifiées n’est pas toujours possible : c’est pourquoi l’IRSN élabore des découpages géographiques de la croûte terrestre en blocs de sismicité « diffuse » et homogène (dits zonages sismotectoniques) à partir des données disponibles (sismicité, nature et amplitude des déformations, nature géologique de la croûte, etc.) ;
- implication dans les réseaux nationaux au travers de Résif - Réseau sismologique & géodésique français (stations sismologiques, stations GPS et mesures géodésiques périodiques) pour contribuer à l’effort national d’acquisition des données et à leur interprétation ;
- élaboration avec EDF et le BRGM d’une base de données de la sismicité historique en France métropolitaine (SisFrance) visant à répertorier les séismes observés dans le passé et évaluer les effets ressentis ou les dommages en termes d’intensité macrosismique ;
- estimation de la magnitude et de la profondeur des séismes de la période historique à partir des intensités macrosismiques (effets des séismes en termes de ressentis ou de dégâts) pour développer des catalogues de sismicité.
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L’objectif est de disposer d’une chaîne de calcul complète permettant de représenter la rupture sur les failles, la propagation des ondes sismiques sur les grands domaines entre les failles et les abords des sites d’intérêt, la propagation/modification de ces ondes dans le contexte géologique local de ces sites (effets de site). Les travaux menés dans ce domaine couvrent les thématiques suivantes :
- modélisation numérique de la propagation de la rupture sur les failles, en tenant compte notamment de paramètres physiques de la rupture en profondeur ;
- adaptation des modèles de prédiction du mouvement sismique au contexte de la France métropolitaine (base d’enregistrements de séismes, mesures de l’atténuation des vibrations sismiques dans le domaine des hautes fréquences (Kappa) ;
- caractérisation des propriétés des couches géologiques au moyen de méthodes d’investigations géologiques et géophysiques (mesures de vibrations associées au bruit ambiant, mesures géophysiques sismiques ou électriques etc) ;
- mesures sismologiques in-situ des variations d’amplitude et de durée des ondes sismiques associées aux effets de site ;
- modélisation numérique de la propagation des ondes sismiques dans des milieux géologiques complexes – effets de site.
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L’objectif est de disposer de moyens de calculs validés et de modèles pertinents permettant de prendre en compte, tant dans des approches déterministes que probabilistes, les incertitudes aléatoires associées aux données ainsi que les incertitudes épistémiques associées aux différentes interprétations faites par des experts. Les travaux menés dans ce domaine couvrent les thématiques suivantes :
- mise en œuvre de méthodes d’élicitation d’experts
- développement d’outils de calcul déterministes et probabilistes de l’aléa sismique intégrant les incertitudes
- adaptation des méthodes de collecte des données géologiques, de modélisation et de prise en compte des failles dans le calcul probabiliste de l’aléa sismique à des niveaux de connaissance et de sismicité variés (propagation de la rupture, Fault2SHA)
- réalisation d’études déterministes et probabilistes d’aléa sismique spécifiques pour des sites d’intérêt ciblés en fonction des besoins d’expertises, de R&D ou d’évolution réglementaire.
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L’objectif est de produire des connaissances et des outils nécessaires à la définition de signaux sismiques adaptés aux besoins des analyses de tenue des installations au séisme et d’évaluation du risque sismique. Les travaux menés dans ce domaine couvrent les thématiques suivantes :
- analyse des techniques d’ajustement spectral des signaux sismiques et leurs effets sur les propriétés sismologiques et sur les réponses des structures ;
- étude de la nocivité des signaux sismiques pour identifier quels indicateurs du mouvement du sol sont corrélés avec le comportement d’une structure ;
- développement de méthodologie pour la réalisation d’évaluation probabiliste de sûreté sismique.
Le BERSSIN participe par ailleurs aux projets de recherches de l’IRSN concernant :
- la détection des discontinuités présentes dans le milieu argileux (failles, zones de fracturation et zones perturbées par les travaux d’excavation).
Equipements et techniques
Pour l’étude des séismes et des déformations dans la région de la Moyenne Durance, le BERSSIN dispose d’un réseau permanent de mesures comprenant trois stations sismiques accélérométriques et trois stations GPS permanentes. Les données sont transmises aux réseaux nationaux Résif (RAP et RENAG) qui assurent leur mise à disposition de la communauté nationale.
Le BERSSIN possède également un parc mobile de stations sismologiques utilisé pour caractériser les propriétés géophysiques des couches sédimentaires ou enregistrer des séismes lors de campagnes de mesures temporaires. Le BERSSIN est également équipé de matériel de mesure électrique du sous-sol pour réaliser une cartographie en coupe de la résistivité au travers de failles ou de bassins sédimentaires. Ce matériel peut être mutualisé avec d’autres parcs instrumentaux en collaboration avec d’autres instituts pour réaliser des mesures de plus grande échelle.
Base de données
Programmes de recherche
L'équipe
L'équipe de recherche
- Maria Lancieri, chef de bureau - sismologie
- Hervé Jomard - adjoint au chef du bureau, géologie
- Edward Marc Cushing - géologie
- Stéphane Baize - géologie
- Céline Gélis - sismologie
- Sébastien Hok - sismologie
- Ludmilla Provost - géophysique
- Oona Scotti - sismotectonique
- Aurore Laurendeau - sismologie
- Marguerite Mathey, sismotectonique
Groupes de travail
Partenariats
Partenariats et réseaux de recherche :
- Partenaire du consortium Résif (Réseau sismologique & géodésique français), du RESIF-RAP (Réseau accélérométrique permanant) et du RESIF-RENAG (Réseau National GNSS permanent)
- Partenaire du consortium SISFRANCE (BRGM, EdF, IRSN) : Sismicité historique de la France Métropole
- Membre de l’AFPS (Association française du génie parasismique)
- Universités et écoles : CentraleSupelec, CEREGE, EOST, ENS, GéoAzur, IPGP, U. Grenoble, U. Besançon, U. Montpellier, U. Aachen, U. Chieti
- Organismes publics ou privés : AXA, BRGM, CEA, CEREMA, CNRS, EdF, IFSTTAR, IRD, Mines Paris, etc.
- Instituts de recherche internationaux : INGV (Italie), ORB (Belgique).
- Organisations internationales : AIEA/EESS, INQUA
- Collaborations thématiques transverses à l’IRSN sur les thématiques suivantes : géotechnique, liquéfaction, tsunami, stockage géologique (investigations géophysiques), effets des séismes sur les réseaux de fractures, mouvement sismique pour l’ingénieur, EPS sismique
- Cadre des collaborations : projets ANR (SubChile, DEBATE, ADN, SISCOR, AGIR, REMAKE, PIA SINAPS@), projet Kappa du RESIF-RAP, projets européens (ASAMPSA_E) & conventions et accords de collaborations spécifiques
- Groupes de travail : GT SHARE et GT Aléa de l’AFPS, GT MoVing du RESIF-RAP, INQUA, Fault2SHA, SURE, Vibris, EPOS
Publications
Thèses
Thèses en cours :
- Mathilde Banjan (2019-2022) : Le signal sédimentaire comme élément de caractérisation de l’activité sismique au front des Alpes à l’Holocène
- Marion BAQUES (2019-2022) : Evolution spatio-temporelle de la sismicité de la zone Ubaye/haute-Durance : apports pour la compréhension de la dynamique et de l'évolution des essaims de sismicité en domaine de faible déformation
- Nurmine FIIA (2018-2022) : Aléa probabiliste Rupture de Surface : amélioration de la méthodologie et applications
- Rihab SASSI (2018-2021) : Rupture dynamique 3D sur des géométries de failles complexes pour étudier les aléas rupture de surface et mouvement sismique en champ proche
- Arnaud MONTABERT (2017-2020) : Qualification des mouvements sismiques 2D et 3D vis-à-vis de différentes typologies de bâtiments