Effets de site sismiques

Les effets de site sismiques correspondent à une amplification des ondes sismiques dans les couches géologiques proches de la surface de la Terre [1]. Le mouvement du sol en surface peut être fortement amplifié lorsque des conditions géologiques défavorables sont réunies (e.g. sédiments). Les destructions dues à un séisme sont alors largement aggravées comme dans le cas du séisme de 1985 à Mexico. Dans le cas des bol de gelée que l'on agite.

Cet article définit brièvement le phénomène, présente l'exemple du séisme de 1985 à Mexico, propose une analyse théorique du phénomène (via les ondes mécaniques) et détaille quelques résultats de recherche sur les effets de site sismiques à Caracas.

Définition du phénomène

Fig.1 : Amplification d'ondes sismiques (SH) dans une couche horizontale : différents champs d'ondes. Seismic wave amplification (SH-waves) in a horizontal layer: various wavefields.

Au cours de leur propagation, les ondes sismiques sont réfléchies et réfractées à l'interface entre les différentes couches géologiques (Fig.1).

L'exemple de la Figure 1 illustre ce phénomène d'amplification des ondes sismiques pour des couches géologiques horizontales. On considère un demi-espace élastique homogène (en vert) sur lequel repose une couche de sédiments élastique d'épaisseur constante (en gris). Une onde de cisaillement d'amplitude atteint l'interface entre le demi-espace et la couche sédimentaire avec une incidence . Elle donne ainsi naissance à :

  • une onde réfléchie dans le demi-espace inférieur d'amplitude et d'incidence
  • une onde réfractée (ou transmise) dans la couche supérieure d'amplitude et d'incidence

L'onde réfractée dans la couche donne elle-même naissance à une onde réfléchie sur la surface libre d'amplitude et d'incidence . Cette onde sera réfléchie et réfractée plusieurs fois à la base et au sommet de la couche. Si la couche est moins rigide que le demi-espace, l'amplitude en surface peut être supérieure à et conduire à une amplification des ondes sismiques ou effets de site sismiques. Lorsque les interfaces entre les couches géologiques ne sont pas horizontales, il est également possible d'étudier les effets de site sismique en prenant en compte les effets de bassin dus à la géométrie complexe du remplissage sédimentaire [2].

Dans cet article, on propose quelques exemples d'effets de site sismiques observés ou simulés lors de grands séismes ainsi qu'une analyse théorique du phénomène d'amplification.

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