ct seismes09 2 - univ-brest.frjacdev/pdf/ct09_seismes2.pdfprévision des tremblements de terre: la...

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Plan• 1. Le séisme : rupture sur une faille

– 1A. Elasticité des roches -> contraintes -> rupture

– 1B. Types de mouvements

– 1C. Le rebond élastique (Ried 1910) : Les phases inter -, co-, post-sismiques, le cycle

• 2. Séismes: évaluation, distribution temps-espace, lois d’échelle– 2A. Mesures - Principes de localisation

– 2B. Magnitude, intensité, correspondances entre failles actives et magnitudes

– 2C. Distribution dans le temps et l’espace: liens avec la vitesse relative des plaques

• 3. La protection contre le risque sismique– 3A. Notions d’aléa et de vulnérabilité

– 3B. Prévision des tremblements de terre: la prédiction court, moyen, long terme par l’analyse des cycles et par la modélisation

– 3C. Prévision du mouvement du sol: la prévention – Exemple de la France

– 3D. Génie parasismique

FrFrééquence des squence des sééismes: ismes: connu depuis quelques annconnu depuis quelques annéées es àà

quelques siquelques sièècles, selon les cles, selon les

magnitudes magnitudes

Magnitude Ms > 8 7 6 5 4 3

Nombre au-dessus de la magnitude Ms

1 à 2 20 100 1500 7500 plus de 100 000

Nombre moyen de séismes dans le monde chaque année

�2. Séismes: évaluation, distribution temps-espace, lois d’échelle

– 2C. Distribution dans le temps et l’espace: liens avec la vitesse relative des plaques

Grands séismes, quand?

2

Recul dans le temps: paléosismologie

–2C. Distribution dans le temps et l’espace: liens avec la vitesse relative des plaquesGrands séismes, quand?

O. Bellier, CEREGE

La La palpalééosismologieosismologie : un travail : un travail

de de «« terrassierterrassier »»

TranchTranchéées es àà travers la travers la

trace de failletrace de faille

Les niveaux successifs au contact de la faille = histoire sismiqLes niveaux successifs au contact de la faille = histoire sismiqueue

–2C. Distribution dans le temps et l’espace: liens avec la vitesse relative des plaques

O. Bellier, CEREGE

Grands séismes, quand?

3

Faille de San Andreas

Glissement cumulatif sur le site de Wrightwood (Weldon, 2004)

Exemple


Marqueurs gMarqueurs gééomorphologiques omorphologiques

ddéécalcaléés et dats et datéés : vitesse (V=d/t)s : vitesse (V=d/t)

Recul dans le temps: Géomorphologie

Classique sur 10.000

à 100.000 ans


O. Bellier, CEREGE

4

- Séismes superficiels -> effets dévastateurs sur constructions

- Mais peu de séismes permettent une observation directe de la rupture…

Les séismes, où?

–2C. Distribution dans le temps et l’espace: liens avec la vitesse relative des plaquesGrands séismes, où?

Les séismes de subduction

Accumulation de

contraintes au cours

des temps

géologiques,

dépendant de la

vitesse interplaque et

des propriétés de

résistance des roches

90% de la sismicité mondiale est produite dans les zones de

subduction

–2C. Distribution dans le temps et l’espace: liens avec la vitesse relative des plaquesGrands séismes, où?

5

Principes de déplacement inter- et co-

sismiques aux subductions

• Mouvements horizontaux et verticaux

Position de la côte (Cascades)

Déplacements des plaques: mesures “géologiques”

comparées aux mesures géodésiques

160

20

110

12

⇒ Mouvement stable des grandes plaques à l’échelle de 3Ma

⇒ De quelques fractions de mm/an à plus de 15 cm/an !

–2C. Distribution dans le temps et l’espace: liens avec la vitesse relative des plaques

6

Les séismes de subduction

V rapide -> plus fréquents! (cycles courts)

–2C. Distribution dans le temps et l’espace: liens avec la vitesse relative des plaquesSéismes de

magnitude

Mw>8.5 de

1900 à 2004

1. Chili 05/22/1960 - Mw 9.5

2. Alaska 03/28/1964 - Mw 9.2

3. Russie 11/04/1952 - Mw 9.1

4 . Sumatra 26/12/2004 Mw 9.0

5. Alaska 03/09/1957 - Mw 8.8

6. Equateur 01/31/1906 - Mw 8.8

7. Iles Kuriles 11/06/1958 - Mw 8.7

8. Inde 08/15/1950 - Mw 8.7

9. Alaska 02/04/1965 - Mw 8.6

10. Indonésie 02/01/1938 - Mw 8.5

�3. La protection contre le risque sismiqueA. Notions d’aléa et de vulnérabilité

Risque sismique

Aléa sismiqueAmplitude, durée et fréquence du

mouvement du sol (y compris effets

topographiques, d’amplification)

Vulnérabilité sismiqueEffets des mouvements du sol

sur les vies, les constructions

humaines et l’environnement

Calcul des magnitudes Calcul des intensités

Calcul d’un spectre de réponse Définition de normes parasismiques

Zonage et microzonage sismique

Recherche fondamentale

Alerte (BCSF, Strasbourg)Génie civil, études

AFPS, CETE, BRGM…

« Taille » du séisme Effets ressentis et

produits en surface

7

Effets de site:

notions de base

Aléa

TOPOGRAPHIQUES D’AMPLIFICATION

(du sous-sol)

EFFETS INDUITS

Structure et état

du sous-solVallées, sommets

-Liquéfaction

-Glissements de

terrain

-Chutes de blocs

-Tarissement ou

jaillissement d’eau

Nigata, Japon23/10/04 M 6.5

Effets topographiques évalués sur la côte de Nice pour un séisme en mer

Modèle de propagation sous Mexico

–3A. Notions d’aléa et de vulnérabilité

Notion d’accélération maximale

Le pic d’accélération (PGA :Peak Ground Acceleration) : maximum en amplitude du signal enregistré à une station sismique

Important pour le calcul de la réponse des structures à un séisme…Paramètre de référence pour ingénieurs du génie parasismique

Vulnérabilité


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Quelques chiffres

Aujourd’hui: 400-

1000 morts, 1

milliard €

401909Lambesc

6.4

Dégâts: 15

milliards €60001995Kobé

7.2

Constructions

inadéquates25 0001988Spitak

6.9

Accompagné

d’un tsunami –

Epicentre et

magnitude?

60 0001755Lisbonne

7 à 8 ?

RemarquesVictimesAnnéeSéisme,

magnitude

11 000 à 20 000 morts par an en moyenne


« Cycle » sismique : modèles

- Temps de retour: quelques

dizaines à quelques milliers

d’années

- Cycle: régulier? NON

- Magnitude: identique? NON

- Variations: vitesse, état du plan

de rupture (friction, contrainte),

dimensions des zones de

rupture

Résistance des failles

-> CE MODELE de SEISME CARACTERISTIQUE ne

fonctionne pas : trop simple

-> Transformation difficile en modèle prédictif

Temps de retour

Temps de retour

A. Modèle théorique (dans un monde idéal…)

3B. Prévision des tremblements de terre: la prédiction court,moyen, long terme par l’analyse des cycles et par la modélisation

9

Zones de Subduction

Vitesses rapides: quelques cm/anDomaines continentaux

Vitesses lentes: quelques mm/an

Deux grands modèles actuelsB. Modèles +/- empiriques

« Cycle » sismique : modèles

1 cm/an

3B. Prévision des tremblements de terre: la prédiction court, moyen, long terme par l’analyse des cycles et par la modélisation

> <

(en amas)

- Exemple 1 (CT): Chine: OUI (Haicheng 1975), NON (Tangshan 1976, > 300 000 morts)

�3. La protection contre le risque sismique

– 3B. Prévision des tremblements de terre: la prédictioncourt, moyen, long terme par l’analyse des cycles et par

la modélisation

19 octobre 1989, Mw 7.1

4

Frequency of Earthquakes

Most attempts to predict the frequency of earthquakes

rely on the assumption that the forces creating earthquakes

are constant and long-lived.

[i.e. the slow but inexorable movement of the plates]

EXAMPLE: San Francisco 1906 (Reid)

Movement over 50 years = 10 feet

(prior to the earthquake)

Therefore, years/foot movement = 5 years

Movement during earthquake = 20 feet

Predicted Frequency (20 x 5) = 100 years

CONCLUSION: There might be an earthquake on

this part of the San Andreas fault every 100 years or so.

ParkfieldParkfield is located on a 15 mile segment of the San

Andreas fault. Small earthquakes (5.5 – 5.6) have

occurred here regularly, almost every 22 years.

As a consequence of this regularity it has been under intense scrutiny

by the U.S. Geological Survey.

1800

2000Parkfield (San Andreas): Probabilité élevée d’un

séisme -> attendu depuis les années 1980…

- Exemple 2

(MT):

- Court terme (< 1mois):

Précurseurs- Microséismes

- Déformations lentes

- δδδδ niveau d’eau - δ δ δ δ radon - δ δ δ δ champ électromagnétique…- Moyen terme (< 20 ans):

Approches statistiques

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Cycles – Identification de LACUNES SISMIQUES

Illustration: Quelle menace sur Istanbul et sa région ?

Quelles indications sur la probabilité d’occurrence d’un séisme destructeur au

voisinage immédiat d’Istanbul ?

Animation

Activité sismique passée de la FNA =

Faille Nord-Anatolienne

FNA = Plusieurs segments de failles qui rompent en grands séismes les uns à la suite des autres

http://www.ipgp.jussieu.fr


Vitesses actuelles mesurées par GPS (par rapport à l‘Eurasie)

11

© Réalisation AC Laurent-Morillon

From King et al (BSSA, 1994)

Principe

Approche récente: le modèle de la chute de contrainte

de Coulomb


12

From King et al (BSSA, 1994)

…and promotes theM=7.1 Hector Mine

shock 7 yr later

LosAngeles

Hector Mine

First 7 yr of aftershocks

plotted

from Stein(Nature, 2003)

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Modélisation de l’effet des ruptures successives du XXème siècle et du mouvement des plaques autour d’Istanbul

La valeur (ou la couleur) indique si la faille est proche de la rupture (en rouge) ou pas (en bleu).

A: AVANT LES 2 SEISMES DE 1999

B: APRES LES 2 SEISMES DE 1999

Malheureusement, on ne dispose pas d’une prédiction temporelle préciseHubert-Ferrari et al., 2000


Les effets des sLes effets des sééismes : Effets de site ismes : Effets de site

(acc(accéélléérations) rations)

-- Nature gNature gééologique (Roche/sologique (Roche/séédiment) diment)

-- Relief (Cuvette/falaise) Relief (Cuvette/falaise)

-- contenu en eau, granulomcontenu en eau, granuloméétrie, compactiontrie, compaction

ReliefRelief

LiquéfactionLiquéfaction

�3. La protection contre le risque sismique– 3C. Prévision du mouvement du sol: la prévention

Ex.: Mexico 1985

LIQUEFACTION: Augmentation de la pression interstitielle dans les sols sableux saturés - diminution résistance au cisaillement - rupture de la cohésion

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Exemple: Spectre de réponse à un séisme donné en Californie

- Besoin de multiples observations par petits séismes

– 3C. Prévision du mouvement du sol: la prévention

Kobé (Japon): 17 janvier 1995, Mw 7.2Exemple d’effet de site:

Constructions avant Kobé: prévues pour résister à 0.4 g

– 3C. Prévision du mouvement du sol: la prévention

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�3. La protection contre le risque sismique– 3D. Génie parasismique

� Objet de l'association : étude des tremblements de terre, de leurs conséquences sur le sol, sur les constructions et sur leur environnement, et la recherche et la promotion de toutes mesures tendant à minimiser ces conséquences et à protéger les vies humaines.

� En 2000, l'AFPS compte plus de 500 membres individuels et 50 membres collectifs.

AFPS:

http://www.afps-seisme.org/FR

Association régie par la loi du 1er juillet 1901, fondée en 1983

http://www.prim.net/citoyen/definition_risque_majeur/zonage_sismique_france/home.htm

Textes réglementaires applicables


• Protection parasismique:

- pour constructions neuves

- exigence formalisée par l’Etat,

- Application de règles spécifiques

pour ces constructions

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Textes réglementaires applicables


Le territoire français est découpé en 5 zones de sismicité croissante

= Zonage sismique national

(1991)•zone 0: simicité négligeable

•zone I a: sismicité très faible mais non négligeable

•zone I b: sismicité faible

•zone II: sismicité moyenne

•zone III: sismicité forte

Depuis 2009:

Extension du nombre de communes concernées

http://www.planseisme.fr/

Division au niveau cantonal en 5 zones de

sismicité croissante en fonction de la

probabilité d’occurrence des séismes :

• zone de sismicité 0 où il n’y a pas

de prescription parasismique

particulière (la probabilité

d’occurrence d’un séisme y est

négligeable, voire nulle),

• 4 zones Ia, Ib, II et III, où les règles

de construction parasismique sont

applicables.

Créé le 2 décembre 2005

Actualisé le 16 juin 2006

Le nouveau zonage réglementaire n’est pas

encore paru. Il est toujours en cours de

discussion au Ministère de l’Ecologie et du

Développement Durable.

Ce document, publié lors de la conférence de

presse du 21 novembre 2005, est une carte

de l’aléa sismique sur laquelle s’appuiera en

partie le nouveau zonage réglementaire.

En attendant, le précédent zonage reste en

vigueur.

http://www.ecologie.gouv.fr/nouvelle-carte-d-alea-sismique.html

17

Situation en France

Localisation et intensité de la déformation actuelle

18

Règles de construction parasismique


• Règles PS applicables aux bâtiments dites Règles PS92 (NF P 06-013 de décembre 1995)

Ces règles sont imposées par l’arrêté du 29 mai 1997 pour les bâtiments à « risque normal »

Objectif: conférer à l’ouvrage un niveau de protection parasismique tel que la probabilité d’effondrement ou de désordre

structural majeur en cas de séisme reste raisonnablement faible, et tel que les dommages mineurs et non structuraux restent

contenus dans des limites acceptables.

Dispositions des Règles PS 92 :

(1) Spécifications d’ensemble: traitement de l’interface entre le sol et la structure et entre blocs de superstructure

(2) Vérification des éléments de structure sous l’effet de l’action sismique de calcul. Un comportement élasto-plastique de ces

éléments est possible, et se traduit par l’utilisation d’un coefficient de comportement

(3) Détails constructifs, améliorant la ductilité des éléments et assurant un bon « liaisonnement » des éléments entre eux.

L’action sismique de calcul est représentée par :

- un mouvement de translation d’ensemble de tous les points du sol à tout instant -> spectre de réponse ;

- un mouvement différentiel, fonction de la distance séparant les points considérés (déplacement relatif dans le plan

horizontal)

L’action réglementaire de calcul correspond à un arbitrage fait par la puissance publique entre le risque relatif à

l’ouvrage, du point de vue de la sécurité publique et de la préservation du potentiel économique, et les dépenses mises à la

charge de la collectivité nationale pour la protection parasismique.

Cadre d’application des règles parasismiques

- Objectif principal de la réglementation : sauvegarde du maximum de vies

humaines pour une secousse dont le niveau d’agression est fixé pour chaque

zone de sismicité.

- La construction peut alors subir des dommages irréparables, mais elle ne doit

pas s’effondrer sur ses occupants.

- En cas de secousse plus modérée, l’application des dispositions définies dans

les règles parasismiques permet de limiter les destructions et, ainsi, les pertes

économiques

->Le zonage répond donc à un objectif de protection parasismique dans des

limites économiques supportables pour la société.

19

Cadre d’application des règles parasismiques

(suite)

- La réglementation parasismique n’intervient pas sur les aménagements

intérieurs susceptibles d’atténuer le danger.

- Les règles parasismiques ne sont applicables que lors de la construction de

bâti nouveau de type B, C ou D (arrêté du 16 juillet 1992) ou lorsque le bâti

ancien fait l’objet de modifications importantes (arrêté du 29 mai 1997).

-Ces règles concernent les bâtiments situés en zone de sismicité Ia, Ib, II ou III.

Les installations de type nucléaire, barrages, ponts, industries SEVESO font

l’objet d’une réglementation parasismique particulière.

L’article 3 de l’arrêté du 29 mai 1997 précise les types de modification qui

imposent des règles aux bâtiments existant modifiés.

Liens


• Associations

•Association Européenne du Génie Parasismique (EAEE): http://www.ins.itu.edu.tr/eaee/eaee.htm

•Association Internationnale du Génie Parasismique (IAEE): http://www.iaee.or.jp/

•Association Française de Génie Civil (AFGC): http://www.afgc.asso.fr

• Centre d’études ou/et de recherches•Earthquake Engineering Research Institue (EERI), USA: http://www.eeri.org/

•Earthquake Engineering Research Center (EERC), Bristol University, Royaume Uni

http://www.cen.bris.ac.uk/civil/research/eerc/index.html

•Pacific Earthquake Engineering Research Center (PEER), Berkeley University, CA, USA:

http://peer.berkeley.edu/

•Multidisciplinary Center for Earthquake Engineering Research (MCEER), Buffalo, NY, USA:

http://mceer.buffalo.edu/

•National Earthquake Information Center (NEIC): http://neic.usgs.gov/

•Incorporated Research Institutions for Seismology (IRIS) : http://www.iris.washington.edu/

•The Consortium of Universities for Research in Earthquake Engineering (CUREE), USA:

http://www.curee.org/

•The Building Seismic Safety Council (BSSC), USA: http://www.bssconline.org/index.html

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-> Aléa: Probabilité d’occurrence d’un mouvement du sol donné: pas de prédiction fiable!

-> Vulnérabilité: effets induits sur les vies et constructions: difficulté d’établir des normes!

Spitak, Arménie, 1988

Kobé, Japon, 1995

Izmit, Turquie, 1999

PROBLEMES:

-> 1. Adéquation des normes (quand elles

existent!): aléa? Effets de site?

-> 2. Application correctes des normes

existantes aux constructions neuves?

-> 3. Problème des constructions antérieures

– CONCLUSION 1:

l’avenir: études intégrées– CONCLUSION 2

ct seismes09 2 - univ-brest.frjacdev/pdf/ct09_seismes2.pdfprévision des tremblements de terre: la...

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