Diffraction multiple des ondes en milieu aléatoire : application à l'étude de l'effet site-ville

• Auteur / Autrice : Oscar Anil Ishizawa Escudero
• Direction : Didier Clouteau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique des sols, structures et matériaux (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-2021)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sismologie

Villes

Diffraction

Ondes sismiques

Résumé

L'allongement du signal, les amplifications anormales et la viabilité spatiale de la réponse dans les sismogrammes enregistrés dans la ville de Mexico lors du séisme de Michoacàn en 1985 sont des phénomènes qui incitent à s'interroger sur l'importance de l'effet du champ émis par les bâtiments dû aux différentes diffractions lors d'un séisme. La question qui se pose alors est : la présence d'ungrand nombre d'immeubles peut-elle modifier à grande échelle le champ d'ondes sismiques ? Dans cette étude nous nous intéressons directement aux problèmes d'interaction des ondes sismiques se propageant dans un demi-espace stratifié infini avec des structures situées à la surface libre, c'est à dire, au système couplé site-ville. L'originalité de ce travail réside dans l'étude et la caractérisation des régimes de propagation d'ondes sismiques dans une ville en utilisant des outils de la théorie de la propagation d'ondes en milieu aléatoire. La section efficace totale d'un bâtiment isolé est calculée analytiquement et nous sert à définir une distance moyenne approchée de parcours de l'onde entre les hétérogénéités dans la ville, le libre parcours moyen approché laap. Un indicateur du régime de propagation dans la ville est ainsi proposé. En se fondant sur les équations du champ moyen et des corrélations du champs total, on construit un modèle théorique de diffraction multiple qui va nous servir à caractériser le comportement du système couplé site-ville d'une façon rapide et simplifiée. On compare ces résultats avec des statistiques faites à partir des simulations numériques déterministes effectuées à l'aide d'un code de calcul utilisant une méthode de sous-structuration dynamique couplant des éléments finis de frontière (BEM), pour traiter le sol stratifié, et des éléments finis (FEM) qui nous permettent de modéliser les bâtiments. Les principaux résultats obtenus pour le modèle théorique et numérique concernent essentiellement la caractérisation du mouvement sismique en milieu urbain (mouvement au sol dans la ville, champ d'ondes rayonné à l'extérieur de la ville. . . ). L'ensemble de nos résultats confirme l'influence non négligeable de la ville, dans un sens plutôt bénéfique, sur le niveau et la répartition de l'aléa sismique en milieu urbain. Les paramètres étudiés contrôlant l'interaction site-ville sont la répartition des fréquences des bâtiments, les caractéristiques mécaniques du sol, la densité urbaine et la position des bâtiments dans la ville, ainsi que le type d'onde incidente. Ce travail propose donc une analyse théorique et numérique de l'interaction site-ville en prenant le cas de trois modèles de ville.