Génération d'accélérogrammes synthétiques large-bande par modélisation cinématique de la rupture sismique

Computing broadband accelograms using kinematic rupture modeling

• Auteur / Autrice : Javier Antonio Ruiz Paredes
• Direction : Pascal Bernard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géophysique interne
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Institut de physique du globe (Paris ; 1921-....)

Mots clés

Mots clés libres

Source sismique

Modélisation cinématique

Accélérogramme large-bande

Mouvements forts

Effet de directivité

Fonction de Green empirique

Résumé

Afin de rendre les modélisations cinématiques de la rupture sismique plus réalistes au regard des modèles dynamiques, des contraintes physiques ont été introduites. Pour améliorer la modélisation de la vitesse de glissement sur le plan de faille, une évolution du modèle k-2 estproposée qui consiste à décomposer le glissement en sous-événements au travers d'une analyse par bandes de k. Ce modèle permet d'obtenir des vitesses de glissement proches d'une fonctionde type Kostrov, en préservant un spectre rayonné en w2 avec des amplitudes proportionnelles au coefficient de directivité Cd à hautes fréquences. Pour mieux contrôler les effets de directivité, un modèle cinématique basé sur une description de sources composites et sur une loi d'échellerégissant l'extension de la zone de nucléation des sous-événements est proposé. Ce modèle permet de réduire le coefficient de directivité apparent à une fraction de Cd, et de reproduirel'écart-type des relations d'atténuation. Afin de rendre les modèles de sources sismiques plus réalistes, une vitesse de rupture variable compatible avec la physique de la rupture doit être introduite. L'approche suivie qui relie analytiquement l'énergie de fracturation, le glissement et la vitesse de rupture, se traduit par une augmentation des pics d'accélérations modélisés à distance proche. Enfin, pour mieux rendre compte de la complexité de l'interaction du champ d'ondes avec le milieu géologique, une approche semi-empirique combinant le modèle de sources composites et des fonctions de Green Empiriques est proposée. Les simulations obtenues pour le séisme de Yamaguchi (Mw 5,9) reproduisent les principales caractéristiques du mouvement du sol

In order to make the broadband kinematic rupture modeling more realistic with respect to dynamic modeling, physical constraints are added to the rupture parameters. To improve the slip velocity function (SVF) modeling, an evolution of the k-2 source model is proposed, which consists to decompose the slip as a sum of sub-events by band of k. This model yields to SVFclose to the solution proposed by Kostrov for a crack, while preserving the spectral characteristics of the radiated wavefield, i. E. A w2 model with spectral amplitudes at high frequency scaled to the coefficient of directivity Cd. To better control the directivity effects, acomposite source description is combined with a scaling law defining the extent of the nucleation area for each sub-event. The resulting model allows to reduce the apparent coefficient of directivity to a fraction of Cd, as well as to reproduce the standard deviation of the new empirical attenuation relationships proposed for Japan. To make source models more realistic, avariable rupture velocity in agreement with the physics of the rupture must be considered. The followed approach that is based on an analytical relation between the fracture energy, the slip and the rupture velocity, leads to higher values of the peak ground acceleration in the vicinity ofthe fault. Finally, to better account for the interaction of the wavefield with the geological medium, a semi-empirical methodology is developed combining a composite source model with empirical Green functions, and is applied to the Yamaguchi, Mw 5. 9 earthquake. The modeled synthetics reproduce satisfactorily well the observed main characteristics of ground motions