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Sarah Touhami a le plaisir de vous inviter à sa soutenance de thèse intitulée :

“Numerical modeling of seismic field and soil interaction: application to the sedimentary basin of Argostoli (Greece)”

Mardi 18 février 2020 à 14h

Amphithéâtre I, Rez-de-chaussée du bâtiment Eiffel, CentraleSupélec

8 Rue Joliot Curie, 91190 Gif-sur-Yvette

Résumé

Une prédiction de la réponse sismique des structures de génie civil (telles que les centrales nucléaires ou les barrages), doit faire face à plusieurs difficultés majeures compte tenu de la complexité du problème traité. Pour cela, la simulation de la source, la propagation des ondes sismiques et les effets de site, ont dernièrement été étudiés par différentes approches. Récemment, des méthodes combinées avec des ordinateurs massivement parallèles se sont avérées très efficaces pour modéliser la propagation des ondes sismiques depuis la source jusqu’au site, dans des environnements géologiques tridimensionnels complexes. Cependant, la précision reste limitée en raison du caractère multi-échelle du problème et des grandes incertitudes sur les données à introduire dans le modèle (i.e. la caractérisation géométrique et cinématique de la source sismique, le modèle géologique et numérique du chemin de propagation). Pour cela, l’utilisation d’un modèle numérique régional capable de simuler le phénomène sismique de la source au site permettrait de mieux comprendre et de classer l’origine de ces incertitudes.

Ce travail vise à étudier numériquement l’effet de la géologie locale et régionale sur la réponse sismique d’un bassin et plus particulièrement le site d’Argostoli situé sur l’île de Céphalonie (Grèce). Dans un premier temps, le code numérique utilisé dans ce travail (SEM3D) est vérifié à l’aide de trois cas canoniques. Les résultats obtenus montrent un bon accord avec les solutions de référence. Dans les cas d’un modèle numérique avec diverses échelles ou avec des géologies complexes, l’un des points clefs est la conformité du maillage numérique avec les interfaces géologiques, ce qui se traduit par l’augmentation du coût numérique. Grâce aux caractéristiques de la méthode numérique utilisée, pour contourner cette difficulté, une approche possible est l’utilisation des maillages “non-conformes” ou “not-honouring”. Une étude paramétrique sur la faisabilité de cette approche est ainsi réalisée afin de mettre en évidence l’influence de certains paramètres numériques sur les résultats obtenus.

Par la suite, des études paramétriques de plusieurs scenarii sismiques sur le site d’Argostoli ont été réalisées. Concernant le chargement sismique, deux types de sources ont été étudiés: des sources ponctuelles et des failles étendues. L’étude avec les sources ponctuelles révèle un phénomène d’amplification et de piégeage des ondes dans le bassin, conduisant à un signal complexe et allongé, avec une énergie importante par rapport à une étude avec une géologie simplifiée. Pour le second type de source, la faille modélisée est proche de la surface. Cela permet d’étudier les effets du bassin et du champ-proche sur la réponse sismique du site. En effet, le mouvement du sol à proximité d’une faille peut être différent du mouvement du sol observé loin de la source sismique. D’après les résultats obtenus, l’effet du bassin est plus marqué mais avec une amplification plus forte et des fréquences de résonance différentes. De plus, l’effet du champ-proche a été mis en évidence, marqué par de fortes impulsions de vitesse à certains endroits du bassin. L’ordre de grandeur des spectres de réponses obtenus est comparable à ceux obtenus lors de séismes de magnitude semblable qui ont eu lieu en 2014 au même endroit.

Dans la dernière partie, une étude paramétrique sur des aspects numériques liées à la précision du calcul a été réalisée. Cette étude a permis d’augmenter la résolution fréquentielle de 7 Hz à 10 Hz avec des caractéristiques mécaniques de sols mous avec la même taille de domaine. Ces simulations ouvrent plus de questions sur l’interdépendance de la finesse de la résolution des données physiques et des maillages pour les calculs numériques.

En conclusion, cette thèse correspond à une première étape dans la caractérisation numérique de la réponse sismique du bassin d’Argostoli et les effets dus au bassin, au type de source et à leurs interactions.

Composition du jury

Luis-Fabian BONILLA HIDALGO, Directeur de recherche, IFSTTAR – Rapporteur
Jean-François SEMBLAT, Professeur, ENSTA – Rapporteur
Catherine BERGE-THIERRY, Ingénieure de recherche, CEA – Examinatrice
Roberto PAOLUCCI, Professeur, Politecnico di Milano – Examinateur
Pierre Yves BARD, Directeur de recherche, IFSTTAR – Examinateur
Didier CLOUTEAU, Professeur, CentraleSupélec – Directeur de thèse
Fernando LOPEZ-CABALLERO, Maître de Conférences, CentraleSupélec – Co-endadrant