Article de recherche / Research Article

Peut-on modifier l’effet de site sismique ?

Can seismic site effect be modified?

¹ EDF-DI-TEGG, 905 av. du Camp de Menthe, 13097 Aix-en-Provence Cedex 02, France
² IMSIA (UMR9219), CNRS, EDF, CEA, ENSTA Paris, Institut Polytechnique de Paris, 91120 Palaiseau, France

^* Auteur de correspondance : emmanuel.javelaud@edf.fr

Résumé

Réduire le mouvement sismique atteignant les ouvrages de surface par modification de l’effet de site sismique est une solution innovante pour contribuer à répondre aux objectifs de protection parasismique. Cela peut être obtenu par modification du sol dans la masse pour réduire l’effet de site lithologique ou bien par la mise en place de dispositifs d’atténuation des ondes de surfaces pour réduire l’effet de site géométrique. Des difficultés pratiques doivent encore être résolues, dont l’identification des situations où réduire le mouvement sismique peut être utile en lien avec le type d’ondes (de volume/de surface) concernées, la faisabilité pratique des travaux envisagés, et la nécessité d’intégrer le comportement non-linéaire du sol dans les études spécifiques d’effet de site sismique. Cet article propose un cadre permettant d’évaluer l’intérêt pratique d’une réduction de l’effet de site sismique. Il fait le lien entre les capacités à modifier les caractéristiques mécaniques des sols à l’échelle de petits bassins sédimentaires, et d’autre part les études spécifiques des effets de site lithologique 1D et géométriques 2D/3D. Dans les conditions restrictives d’une configuration tabulaire 1D ou d’un bassin de forme géométrique 2D simple, il explore, pour un chargement sismique donné, les possibilités de modification du mouvement sismique en surface. Quatre profils de sols types sont considérés : trois sols de caractéristiques mécaniques croissantes (module de Young effectif, amortissement effectif) et un quatrième profil comprenant la purge des formations superficielles. Les résultats permettent d’apprécier les effets respectifs d’une atténuation des ondes de surface se propageant horizontalement et des ondes de volume à propagation verticale.

Abstract

A reduction of the seismic movement that reaches surface structures by modification of the seismic site effect is an alternative way to ensure the seismic protection of structures. It can be obtained by soil improvement to reduce the lithologic seismic site effect or by installing engineered barriers to reduce the surface waves generated by 2D/3D geometric site effect. Some practical difficulties remain, including the identification of situations where a reduction of the seismic movement can be useful in relation to the wave types (body/surface waves) concerned, the practical feasibility of the site work, and the need to integrate the soil complex non-linear behavior (including damping) beyond elasticity for specific seismic site effect evaluation. This paper provides a framework for evaluating the practical usefulness of a reduction of the seismic site effect. It makes the link between the practical feasibility of modifying the soil mechanical characteristics on site, and specific evaluation of 1D lithologic and 2D/3D geometric seismic site effects. In the restrictive conditions of 1D tabular layers or of a 2D sedimentary basin of simple geometry, this paper investigates, for a given seismic input, the possibilities to modify the seismic motion on the surface. Four soil profiles are considered: three of increasing mechanical characteristics (effective Young modulus, effective damping) and a fourth profile where the superficial layer is removed. The results allow to discuss the respective effects of an attenuation of the surface waves travelling horizontally and of the body waves travelling vertically.