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Effondrement de bâtiments à Bourmedès lors du séisme du 21 mai 2003 (Algérie, 2003). © BRGM

EFISPEC3D : prédiction numérique des sismogrammes pour le risque sismique

19.01.2015
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.

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.

Simulation 3D à l'aide du code open source EFISPEC3D

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. Simulation 3D de la propagation des ondes sismiques dans la région de Sélestat (Bas-Rhin) s'appuyant sur la représentation des formations géologiques superficielles, dans le cadre du programme RGF (Référentiel Géologique de la France). © BRGM

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.

De par sa distribution en open-source, EFISPEC3D se diffuse hors BRGM avec plus de 50 téléchargements depuis avril 2014 dans 9 pays : France, Etats-Unis, Chine, Espagne, Japon, Grèce, Irlande, Inde et Nouvelle-Zélande. EFISPEC3D est notamment utilisé par le Disaster Prevention Research Institute (DPRI) de l’université de Kyoto, Japon, pour étudier l’effet de la forme d’un bassin sédimentaire sur la réponse dynamique des sols et son impact potentiel sur la répartition des dommages au bâti.

RÉFÉRENCES SCIENTIFIQUES

BRGM - 3 avenue Claude-Guillemin - BP 36009 45060 Orléans Cedex 2 - France Tél. : +33 (0)2 38 64 34 34