Variation régionale de l’atténuation sismique en France métropolitaine

Présentation réalisée lors du séminaire EDF R&D du 29 mars 2017

Résumé :

L’atténuation crustale des ondes sismiques est un paramètre clé dans l’évaluation de l’aléa sismique car elle contrôle à la fois la durée et l’amplitude des mouvements du sol. En France, hormis quelques estimations grandes échelles et locales réalisées sur les principaux massifs montagneux (Alpes, Pyrénées, Massif Central), l’atténuation sismique est mal connue. Dans cet exposé, nous allons voir qu’il est possible de cartographier la variabilité 2D d’atténuation sismique à l’échelle régionale (~100aine km) grâce à la coda sismique. Cette coda, localisée derrière l’onde balistique S, est composée d’ondes qui se sont multi-diffusées dans la croûte hétérogène. Les propriétés de la coda peuvent être utilisées pour distinguer et cartographier les deux mécanismes responsables de l’atténuation sismique courte période (f>1Hz, où f désigne la fréquence) : l’absorption et la diffusion (ou scattering), quantifiés par leur facteur de qualité Q_i et Q_sc, respectivement. Ainsi, nous avons modélisé le transport de l’énergie sismique multi-diffusée de la coda à l’aide de l’équation de transfert radiatif dans un milieu présentant des variations latérales des propriétés de diffusion et d’absorption. En utilisant une approche perturbative, nous avons calculé les noyaux de sensibilité de l’énergie de la coda à des variations spatiales d’absorption et de scattering à 2D, dans le cas où la diffusion est isotrope. Dans un deuxième temps, nous avons mesuré la vitesse de décroissance énergétique de la coda quantifiée par le facteur de qualité de la coda Q_c sur plus de 22 000 sismogrammes collectés en France et en Belgique. L’approche théorique développée dans notre étude nous a permis d’établir une relation approximative entre Q_c et Q_i. Cette relation prend la forme d’une intégrale de Q_i sur le rai direct reliant la source à la station. Nous avons ainsi pu cartographier les variations latérales de l’absorption en France Métropolitaine entre 1 et 32 Hz et nos résultats mettent en évidence qu’elles sont de l’ordre de ±30%. A basse fréquence (f~1Hz), une corrélation claire apparaît entre la géologie de surface et les structures d’absorption : les zones de forte absorption se localisent sur les séries sédimentaires peu consolidées tandis que les régions de faible absorption correspondent au socle affleurant dans le Massif Armoricain, le Massif Central et dans les orogènes comme les Pyrénées et les Alpes. A haute fréquence (~24Hz), cette corrélation disparaît. Nous avons formulé l’hypothèse que la dépendance fréquentielle de la structure en atténuation est due à un changement du contenu ondulatoire de la coda sismique avec la fréquence. Nous avons ensuite exploré l’implication de la variabilité 2D de l’absorption sur l’analyse de la sismicité instrumentale et historique (années<1960). Nos principales conclusions sont les suivantes : (1) les magnitudes locales peuvent être sur- ou sous-estimées quand l’absorption est faible ou forte, respectivement ; (2) les prédictions des intensités macrosismiques sur le territoire français peuvent être significativement améliorées lorsque l’on prend en compte la variabilité 2D de l’absorption. Plus généralement, nos résultats offrent des perspectives d’amélioration de la régionalisation des calculs de l’aléa sismique en France Métropolitaine.