Analyse des incertitudes dans une estimation probabiliste de l'aléa sismique, exemple de la France

Céline BEAUVAL, thèse de doctorat des sciences de la Terre, soutenue le 16 décembre 2003 à l'Université de Grenoble I

Cette thèse propose une nouvelle méthodologie permettant d’une part d’identifier les paramètres clefs qui contrôlent l’estimation de l’aléa sismique probabiliste, et d’autre part de quantifier l’impact des incertitudes de ces paramètres sur les estimations d’aléa. Estimer l’aléa sismique probabiliste consiste à déterminer les périodes de retour de dépassements du mouvement du sol. La méthode de Cornell-McGuire est utilisée dans cette étude. Dans un premier temps, la dépendance de la b-value (pente de la courbe de récurrence) avec l’intervalle de magnitude utilisé est mise en évidence. La forte dépendance obtenue dans le Sud-Est de la France conduit à modéliser la récurrence des séismes à partir des magnitudes supérieures à 3.5, dans une optique conservatrice. Par ailleurs, les incertitudes sur les déterminations de magnitude et de localisation sont modélisées et quantifiées : la variabilité résultante sur les estimations d’aléa est comprise entre 5 et 25% (= COV, coefficient de variation), selon le site et la période de retour considérés.

Une étude d’impact est ensuite menée afin de hiérarchiser les impacts sur l’aléa liés aux choix de quatre paramètres : la corrélation intensité-magnitude, les magnitudes minimales et maximales contribuant à l’aléa et la troncature de la relation d’atténuation du mouvement du sol. Les résultats à 34 Hz (PGA) indiquent que la magnitude maximale est le paramètre le moins influent (de 100 à 10000 ans) ; tandis que la corrélation intensité-magnitude et la troncature des prédictions du mouvement du sol (>2¾) jouent un rôle clef quelle que soit la période de retour considérée (produisant chacun une diminution de l’aléa jusqu’à 30% à 10000 ans). Une augmentation de la magnitude minimale contribuant à l’aléa, de 3.5 à 4.5, peut également produire des impacts non négligeables à courtes périodes de retour, entrainant une diminution des valeurs d’aléa jusqu’à 20% à 475 ans.

Enfin, la variabilité totale des estimations d’aléa, due aux choix combinés des quatre paramètres, peut atteindre 30% (COV, à 34 Hz). Pour des fréquences plus faibles (<5Hz), la variabilité totale augmente et la magnitude maximale devient un paramètre important. Ainsi, la variabilité des estimations due aux incertitudes de catalogue et aux choix de ces quatre paramètres doit être prise en compte dans toute étude d’estimation de l’aléa sismique probabiliste en France. Cette variabilité pourra être réduite en élaborant une corrélation intensité-magnitude plus appropriée, et en recherchant une manière plus réaliste de prendre en compte la dispersion du mouvement du sol.