Vers une approche physique de l'aléa glissement de terrain déclenché par un séisme

Toward a physics-based approach for modeling the onset of for earthquake-induced landslides

• Auteur / Autrice : Hugo Lestrelin
• Direction : Jean-Paul Ampuero
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la planète et de l'univers
• Date : Soutenance le 31/01/2025
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Géoazur (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Jury : Président / Présidente : Luca Lenti
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Paul Ampuero, Luca Lenti, Harsha S. Bhat, Robert Viesca, Enrique Diego Mercerat, Françoise Courboulex, Agnès Helmstetter, Céline Bourdeau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Harsha S. Bhat, Robert Viesca

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nice (Alpes-Maritimes)

Pentes (mécanique des sols)

Séismes

Simulation par ordinateur

Modèles mathématiques

Glissements de terrain

Mots clés libres

Glissement de terrain

Friction rate-and-state

Séisme

Étude de stabilité

Landslide

Rate-and-state friction

Earthquake

Stability assessment

Résumé

Les glissements de terrain déclenchés par des séismes sont une source de risque majeure. C'est un phénomène ubiquiste, et ses conséquences s'étendent des coupures des voies de communication aux tsunamis. Afin de comprendre les processus qui entraînent leur instabilité, nous nous sommes demandé : peut-on modéliser les glissements sur faille préexistante et leur déclenchement sismique à l'aide d'une loi de friction rate-and-state dérivée d'expériences de laboratoire ? Dans un premier temps, nous avons identifié les rôles des propriétés du glissement (friction, épaisseur de la masse sédimentaire...) et de l'onde incidente (fréquence, durée et amplitude) au travers de simulations numériques par la méthode des éléments spectraux, et d'analyses théoriques. En suivant la variable d'état de la loi rate-and-state, il nous est possible de déterminer l'état de stabilité d'un glissement considéré dans le cas d'ondes incidentes mono-fréquentielles. Dans un second temps, nous avons appliqué ces résultats théoriques au cas de la pente sous-marine de l'aéroport de Nice. À l'aide des précédentes études et de récentes carottes sédimentaires forées aux abords de la cicatrice d'arrachement du glissement de 1979 (campagne IFREMER MaRoLyS-PenFeld), et de tests de friction au laboratoire de l'Université La Sapienza à Rome, nous avons contraint les paramètres géomécaniques du glissement dans nos simulations. Ces valeurs, associées à l'utilisation de fonctions de Green empiriques pour les ondes incidentes, nous ont permis d'analyser la stabilité de la pente sous-marine niçoise sous différents scénarios de déclenchement sismique, en particulier des séismes de magnitude 6.5 à différentes distances épicentrales.

Coseismic landslides contribute to casualties and economic losses during earthquakes.This phenomena is ubiquitous, and its consequences range from cutting off road portions to tsunamis. In order to understand the processes that lead to their instability, we asked ourselves: can we model landslides on pre-existing faults and their seismic triggering using a friction law derived from laboratory experiments, the rate-and-state law. In a first step, we identified the roles of the properties of the landslide (friction, thickness of these dimentary mass, etc.) and the incident wave (frequency, duration, and amplitude) through numerical simulations using the spectral element method and theoretical analyses. By following the state variable of the rate-and-state law, we can determine the stability state of a landslide considered in the case of single-frequency incident waves. In a second step, we applied these theoretical results to the case of the underwater slope of Nice airport. Using previous studies and recent sediment cores drilled near the 1979 landslide tear scar (IFREMER MaRoLyS-PenFeld oceanographic campaign), and rate-and-state laboratory tests at University La Sapienza in Rome, we constrained the geomechanical parameters of the landslide in our simulations. These values, combined with the use of empirical Green's functions for incident waves, allowed us to analyze the stability of the Nice submarine slope under different seismic triggering scenarios, in particular earthquakes of magnitude 6.5 with different epicentral distance.