Thèse soutenue

Influence combinée des effets de site et du bâti sur le champ d'ondes sismiques en surface

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Auteur / Autrice : Ophélie Rohmer
Direction : Étienne BertrandJulie Regnier
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences de la planète et de l'univers
Date : Soutenance le 18/03/2022
Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Géoazur (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
Jury : Président / Présidente : Françoise Courboulex
Examinateurs / Examinatrices : Étienne Bertrand, Julie Regnier, Françoise Courboulex, Panagiotis Kotronis, Clotaire Michel, Céline Chesnais, Christophe Larroque, Jean-François Semblat
Rapporteurs / Rapporteuses : Panagiotis Kotronis, Clotaire Michel

Résumé

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Depuis plusieurs années, les problématiques portant sur l’interaction sol-structure (ISS) sont étudiées afin d’affiner l’évaluation du risque sismique à l’échelle locale. Cette thèse s’intéresse particulièrement à la quantification des effets de la présence du bâti sur l’aléa sismique local dans une vallée sédimentaire et à la caractérisation de paramètres dynamiques sensibles à l’interaction sol-structure à partir de données expérimentales de vibrations ambiantes et de modèles numériques 3D. Elaboré dans le cadre du projet Ritmica soutenu par l’IDEX JEDI de l’Université Côte d’Azur, l’objectif de ce travail de thèse, financée par le Cerema, est d’évaluer l’impact respectif de la stratigraphie du site, de la géologie et du bâti sur l’aléa sismique. Pour cela, une des zones les plus sismiques et à enjeux forts en France métropolitaine est choisie pour cas d’étude : la basse vallée du Var. De nombreuses expérimentations y ont été réalisées depuis plusieurs années, incluant des instrumentations de bâtiments, d’ouvrages d’art et de sol qui ont permis de définir et décrire la configuration géologique de la vallée et le comportement dynamique de certaines des structures environnantes.Dans l’objectif de mieux caractériser l’aléa sismique dans la vallée du Var en prenant en compte la présence des constructions existantes, plusieurs campagnes de mesures de vibrations ambiantes ont été réalisées sur le bassin et sur le rocher de la vallée et également, au niveau et au sein des plus hauts bâtiments de la zone. Ces données permettent d’une part, de définir le modèle géotechnique 3D de la vallée à partir des données géotechniques et géophysiques disponibles et d’autre part, de calibrer un modèle numérique simplifié de bâtiment dans le but d’établir un modèle 3D en élément finis de la vallée intégrant le bâti en surface. Ce modèle sert ensuite à simuler numériquement la propagation des ondes sismiques dans la vallée du Var en utilisant un séisme simulé. Le modèle de sous-sol de la vallée permet de mieux délimiter l’interface bassin-substratum et les vitesses d’ondes sismiques qui constituent des éléments importants dans l’étude des effets de site. Ce modèle montre que l’épaisseur du bassin augmente du Nord vers le Sud allant de 50 m d’épaisseur à plus de 100 m sous l’aéroport de Nice avec des vitesses Vs moyennes aux alentours de 400 m.s-1. Une étude numérique réalisée à partir de cinq modèles de bâtiment en éléments finis (4 de faible hauteur et un de grande hauteur, en béton armé et maçonnerie) montre que les effets de l’ISS sont plus importants pour les bâtiments de type cantilever et que les irrégularités horizontales de rigidité jouent un rôle majeur dans l’ISS. Les campagnes d’instrumentation de bâtiments dans la vallée du Var ont permis d’obtenir un large jeu de données pour l’identification des comportements dynamiques des bâtiments, l’étude de l’ISS et la caractérisation de la variabilité spatiale du mouvement du sol. Ces campagnes denses permettent de vérifier que le premier mode de déformée des bâtiments, par la suite utilisé dans la calibration de modèle simplifiés à partir d’une relation simple, correspond à un mode de flexion. L’analyse du spectre de basculement et des fonctions du décrément aléatoire est utile pour la caractérisation de l’ISS à partir des séries temporelles verticales à la base des structures. Afin d’étudier l’influence combinée des effets de site et du bâti sur le champ d’ondes sismiques en surface, la propagation des ondes sismiques a été numériquement simulée dans cinq modèles 3D en éléments finis différents calibrés à partir d’enregistrements de vibration ambiante et incluant ou non plusieurs types de configurations de villes.