Simulation 3D d’un séisme de faible magnitude en Grèce
Le code open source EFISPEC3D, développé depuis fin 2009 par le BRGM puis en collaboration avec la société Intel France, est dédié au calcul des sismogrammes en milieu géologique 3D complexe, à des fins de prédiction de l’aléa sismique local pour des projets de recherche.
Durant le siècle dernier, la sismologie est devenue une science quantitative grâce aux interactions considérables entre les explorateurs, les théoriciens et les numériciens. Elle est constituée de nombreuses disciplines telles que la sismogénèse, la sismotectonique, ou la sismologie globale.
Parmi ces disciplines, la prédiction numérique des sismogrammes vise à quantifier l’aléa sismique local, via la résolution de l’équation fondamentale tridimensionnelle (3D) du mouvement. Cette discipline est en plein essor depuis l’avènement du calcul haute performance. Elle se base sur l’enregistrement temporel des ondes sismiques qui se propagent dans le sol.
Cette quantification de l’aléa sismique est d’autant plus importante dans les zones de sismicité modérée comme certaines régions de France, où le nombre de séismes enregistrés est parfois insuffisant pour prédire empiriquement l’intensité des vibrations du sol.
La prédiction numérique des sismogrammes
La prédiction des sismogrammes (aussi appelée prédiction des mouvements du sol) annonce l’évolution temporelle du sol causée par le passage des ondes sismiques. Ces prédictions s’opèrent par le biais de modèles empiriques, déterministes ou stochastiques.
Pour les modèles déterministes, l’équation fondamentale du mouvement des particules en milieu solide déformable permet de calculer l’évolution temporelle du sol causée par la propagation des ondes sismiques qui émanent de la rupture d’une faille et voyagent au travers de la croûte terrestre pour venir frapper la surface de la Terre.
Lorsque la complexité du milieu s’accroit (ex : interfaces courbes, hétérogénéités locales), le recours aux méthodes numériques est indispensable à la résolution de l’équation fondamentale du mouvement pour calculer les vibrations du sol associées à un évènement sismique. Les sismologues parlent alors de prédiction numérique de sismogrammes.
Le code open source EFISPEC3D
Parmi les méthodes numériques existantes, la méthode des éléments finis spectraux, introduite dans les années 90 en sismologie, est une approche précise et performante pour résoudre numériquement l’équation fondamentale du mouvement.
Basé sur cette méthode, le code open source EFISPEC3D (Éléments FInis SPECtraux 3D - © BRGM), développé depuis fin 2009 par le BRGM puis en collaboration avec la société Intel France, est dédié au calcul des sismogrammes en milieu géologique 3D complexe, à des fins de prédiction de l’aléa sismique local pour des projets de recherche ou en appui aux partenaires publics et privés.
Simulation 3D de la propagation des ondes sismiques dans le Bas-Rhin
Des applications dans plusieurs zones d’étude
EFISPEC3D a notamment été utilisé dans le cadre du programme RGF (Référentiel Géologique de la France), pour le démonstrateur RGF Vosges-Fossé Rhénan, afin de simuler, sur une zone d’étude de 51 x 38 km, environ 200 000 sismogrammes générés par un séisme de magnitude Mw = 5.0 sur un segment de la faille Rhénane.
Le BRGM collabore aussi activement avec les partenaires du projet E2VP (Euroseistest Verification and Validation Project coordonné par le CEA, ISTerre, AUTH et ILL), pour étudier la complexité de la propagation des ondes sismiques dans le bassin sédimentaire de Mygdonia, Grèce.
EFISPEC3D est aussi un outil dédié à l’appui aux partenaires publics et privés. Il est au cœur de projets de microzonage sismique nécessitant des calculs 3D.
EFISPEC3D possède une double licence CeCILL V2 et GNU GPL V3.
Références scientifiques
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- De Martin, F., Chaljub, E., Thierry, P., Sochala, P., Dupros, F., Maufroy, E., Hadri, B., Benaichouche, A., Hollender, F. (submitted) Influential parameters on 3-D synthetic ground motions in a sedimentary basin, Geophysical Journal International.
