Article de recherche / Research Article

Déplacements et rotations du sol lors de forts séismes à proximité de failles actives : apports des capteurs accélérométriques^*

Near-field displacement and rotations estimated from strong-motion accelerometers

Département TEGG d’EDF-CEIDRE, 905 avenue du Camp de Menthe, 13097 Aix-en-Provence cedex 02, France

^☆ Auteur correspondant : emmanuel.javelaud@edf.fr

Résumé

Lors de forts séismes ou près de failles actives, le sol subit des déplacements et rotations dont les amplitudes peuvent être importantes à la fois pendant et après le séisme. L’appréciation de ces mouvements du sol est fondamentale pour la prédiction des tsunamis, l’estimation des déformations du sol, ainsi que pour le dimensionnement des structures qui se trouvent à proximité de failles actives. Les déplacements peuvent être mesurés par différents moyens tels que topographiques ou géodésiques (InSAR, GPS), mais ces méthodes classiques se limitent essentiellement à la surface de la Terre et aux endroits où le géomètre peut accéder. Dans cet article, nous présentons la possibilité de calculer les déplacements ainsi que la rotation permanente du sol à partir d’accélérogrammes. L’intérêt d’utiliser les accéléromètres en complément des méthodes habituelles réside dans le nombre important d’instruments installés à l’échelle mondiale en des endroits très variés (à la surface, dans les structures, au fond de puits ou sur le fond marin) ainsi qu’au très faible pas d’échantillonnage des enregistrements, en général 100 à 200 Hz. La méthode proposée est tout d’abord validée en des lieux où coexistent des accéléromètres et des mesures classiques. Cela permet de vérifier la justesse des déplacements et rotations permanentes calculés, puis d’utiliser cette méthode là où seuls les accéléromètres peuvent être installés. Des implications pour le dimensionnement des structures sont présentées.

Abstract

During large earthquakes, tectonic movements along faults generate in their near-field important deformations, including transitory and permanent displacements, as well as tilting of the surface. An accurate knowledge of the ground motions is important for tsunami prediction, the estimation of ground strain, as well as for the design of structures. Several methods exist to quantitatively measure the ground deformation generated in the near-field of large earthquakes. They include topographic surveys and geodetic techniques (InSar, GPS), but these methods are limited to the Earth surface and to places where the surveyors have access. Here, we show the possibility to estimate coseismic displacements and permanent rotations from strong-motion accelerometers. Using accelerometers besides traditional techniques is interesting because of the large number of instruments deployed worldwide in a variety of different places (on the surface, within structures, boreholes or on the seafloor), and also because of the high sampling frequency of the records, usually 100 to 200 Hz. The proposed method is validated in places where collocated accelerometers and externals measurements exist. It allows estimating the accuracy of the calculated displacements and rotations, then to use this method where accelerometers only can be installed. The implications for the design of structures are given.