banner-ombre-top
banner-ombre-left
Un bâtiment de typologie poteaux-poutres en béton armé, détruit en torsion, à Yalova lors du séisme de Gölcük le 17 août 1999 (Yalova, Turquie, 1999). © BRGM - Pierre Mouroux

PAP 3D : analyse quantitative tridimensionnelle de l’impact de séismes

01.07.2012
La protection des populations et des biens contre les séismes nécessite une bonne connaissance des effets directs induits par les tremblements de terre. Parmi ceux-ci, les effets de site – notamment la liquéfaction des sols – sont des phénomènes pouvant provoquer des dommages importants aux bâtiments et aux infrastructures exposés. Une évaluation correcte de ces effets est donc cruciale. Elle nécessite de bien appréhender le comportement des sols naturels et des structures en surface, et donc de disposer d’outils de modélisation prédictive validés.

Prévoir l’impact d’un séisme

Cette ambition requiert : de mieux caractériser la géologie profonde et les formations superficielles d’un point de vue physique et mécanique ; de mieux capitaliser les données disponibles, dispersées et souvent hétérogènes ; de pouvoir modéliser en 3D les conséquences d’un séisme à large échelle, en incluant un comportement réaliste des sols (amortissement des ondes, déformations irréversibles…), afin de mieux dimensionner les ouvrages en surface, de mieux évaluer l’influence des interactions sols-structures sur la réponse sismique des sols sous-jacents et de mieux quantifier les incertitudes inhérentes au processus de modélisation, pour une meilleure prise en compte réglementaire.

Analyse des risques sismiques par des outils de simulation 3D performant

Depuis quelques années, le BRGM a développé et mis en place une chaîne d’outils de simulation 3D performants pour l’analyse quantitative du risque sismique à grande échelle. Les outils développés permettent de simuler un scénario de séisme plausible, en modélisant aussi bien les mécanismes complexes se produisant au niveau de la source sismique que la propagation des ondes générées et la réponse sismique des sols et structures en surface. Ces modèles débouchent sur l’évaluation de la vulnérabilité des structures clés d’une agglomération selon des scénarios adaptés au contexte étudié.

Le projet PAP 3D : le modèle tridimensionnel de la région de Pointe-à-pitre/Jarry

Le projet PAP 3D (soutenu par la région Guadeloupe et le BRGM) s’inscrit dans cette dynamique. Il a permis de mettre en œuvre un modèle tridimensionnel de la région de Pointe-à-Pitre/Jarry en Guadeloupe pour réaliser l’analyse sismique quantitative des effets de site et des interactions sol/structure. Des simulations 3D de différents scénarios de séismes (magnitude 6) se produisant sur la faille du Gosier ont été réalisées, afin d’évaluer le risque à différentes échelles, régionale (40 x 40 x 15 km3) et locale (zone urbaine ~ 8 x 7 x 0,1 km3). Les résultats obtenus ont été comparés avec ceux issus des approches conventionnelles (1D). Ce projet montre qu’une telle démarche est réalisable et qu’elle contribue à mieux quantifier les incertitudes.

Visualisation 3D des 4 grandes formations constituant le modèle géologique détaillé de Pointe-à-Pitre.

Une sous-estimation significative des simulations en 1D par rapport aux modèles tridimensionnels

Ce type d’analyse concourt également à améliorer et/ou mieux encadrer les méthodes "simplifiées" (souvent 1D) utilisées en pratique. Outre de nouveaux acquis scientifiques en termes d’analyse des effets de site, le projet PAP 3D souligne, grâce aux comparaisons entre simulations 1D et 3D, une sous-estimation significative de la réponse attendue en surface (ex. : PGA) par les simulations 1D, du fait de la non-prise en compte par ce type d’approches des effets lithologiques et topographiques et de la génération d’ondes de surface. Il a également, via des séminaires techniques tel Sismik-Repssol (09/11/2011 en Guadeloupe), renforcé la prise de conscience des scientifiques et des professionnels sur l’importance de disposer d’une meilleure connaissance du sous-sol et de son intégration dans des modèles 3D.

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