MASTER MSROE
MÉCANIQUE DES SOLS ET DES ROCHES DANS LEUR ENVIRONNEMENT
2005-2006
École Nationale des Ponts et Chaussées
RAPPORT DE PROJET D’INITIATION A LA RECHERCHE
AMPLIFICATIONS SISMIQUES DUES AUX EFFETS DE SITE
Chloé ARSON
L’exemple d’effet de site le plus connu est celui du séisme de Michoacan, qui a eu lieu au Mexique en 1985. Les dégâts étaient bien plus importants dans le bassin sédimentaire de Mexico City que sur le rocher affleurant. À Lima, au Pérou, les accélérogrammes enregistrés lors du tremblement de terre de 1974 ont montré que les déplacements de deux points de la surface situés à égale distance de l’épicentre pouvaient être très différents. En 1988, le séisme de Kirovakan, en Arménie, s’est montré plus dévastateur dans la partie de la vallée où la couche sédimentaire est la plus épaisse (Bielak et al., 1999). L’intensité du séisme de Loma Prieta, en 1989, n’a pas été également ressentie sur l’ensemble du site. Ces disparités ont été expliquées par les amplifications locales dues à la présence de sédiments non consolidés.
Séisme de Michoacan (Mexique) 1985
Après le tremblement de terre de Kobe en 1995, les dégâts les plus importants ont été relevés dans une surface de forme allongée parallèle à la faille à l’origine du séisme, à la frontière entre une zone rocheuse et un bassin sédimentaire. Aujourd’hui, la plupart des chercheurs ont écarté l’hypothèse de la proximité de la faille pour expliquer le phénomène, qu’ils attribuent plutôt à un effet de bassin (Bard et Riepl-Thomas, 2000).
Séisme de Kobe (Japon) 1995
Après tous ces événements, deux grandes catégories d’effets de site ont été mises en évidence. L’effet topographique est lié à la forme et aux dimensions du relief. L’effet géologique est principalement caractérisé par la nature stratigraphique des sols et par le niveau de remplissage des vallées sédimentaires. L’effet de site se manifeste par des modifications du mouvement sismique en surface, dues aux conditions géotechniques et topographiques locales d’un site donné par rapport au mouvement observé sur un site « voisin », correspondant à des conditions de référence (Nguyen, 2005).
L’étude des effets de site ne concerne que la propagation des ondes mécaniques, qui affecte directement les secousses. Les phénomènes physiques qui provoquent de grands déplacements irréversibles, comme la liquéfaction des sols ou les grands glissements de terrain, sont ici hors sujet (Bard et Riepl-Thomas, 2000). Les sites concernés sont les villes construites dans les vallées sédimentaires (comme Mexico City ou Kirovakan) ou près de grandes failles géologiques (comme San Francisco ou Osaka), ainsi que les ouvrages bâtis près d’irrégularités topographiques (par exemple les ponts, les barrages, les oléoducs et les gazoducs). Le microzonage consiste à diviser le site en zones caractérisées par des combinaisons de paramètres dépendant de la nature du sol et du relief.
Cette mesure préventive n’est applicable que lorsque l’on dispose de nombreuses données géologiques et mécaniques sur le sol. Dans les règlements parasismiques actuels, il est recommandé de multiplier l’accélération maximale amax du site et le spectre d’accélération maximale normalisée Sa/amax par un coefficient de sécurité qui dépend de la catégorie du sol. Les paramètres utilisés pour la classification sont la rigidité du sol, l’épaisseur des couches sédimentaires et la célérité des ondes de cisaillement dans le sol. L’effet de site topographique n’est pas pris en compte.
L’enjeu des recherches en cours est de quantifier l’effet de site pour construire en toute sécurité.
Nous commencerons par recenser les techniques d’évaluation des effets de site, avant d’étudier l’influence de la topographie sur l’amplification du mouvement sismique. Puis nous rappellerons les équations caractérisant l’effet de la stratigraphie sur la réponse d’une colonne de sol unidimensionnelle. Ensuite nous nous intéresserons à des bassins sédimentaires modélisés en deux dimensions. Enfin, nous résumerons les résultats de quelques études paramétriques portant sur la combinaison des effets du relief et de la géologie sur la réponse d’un site à une sollicitation sismique.