Projet ANR-06-BLAN-0283 – MUSE : Dynamic and multi-scale homogenization for wave propagation, seismic imaging and rupture propagation.
Programme : Programme blanc (BLANC) 2006
Année de financement : 2006
Coordinateur du projet : INSTITUT DE PHYSIQUE DU GLOBE DE PARIS (INSTITUT DE PHYSIQUE DU GLOBE DE PARIS)
Partenaires : Institut de physique du globe; Université Pierre et Marie Curie
Montant : 220000.0 euros
Date de début : 2006
Durée : 36 mois
Résumé : L'objet de la sismologie est l'étude et l'utilisation des ondes sismiques sur une large bande de fréquences et longueurs d'ondes, i.e., transitoires de déformation, enregistrées en surface pour imager l'intérieur de la terre et comprendre les processus associés à l'émission d'ondes, i.e. tremblements de terre. Les ondes enregistrées en surface contiennent l'essentiel de l'information concernant la source du tremblement de terre et le milieu de propagation. Que ce soit pour la recherche fondamentale ou pour des applications industrielles, le but est de construire des méthodes pour prédire ou extraire cette information basées sur une compréhension physique et mécanique du processus de rupture et de propagation des ondes. Dans ce cadre, le but de ce projet est d'étudier et d'utiliser l'aspect multi-échelles de 3 domaines de la sismologie intimement liés.  1)Le problème direct en propagation d'ondes. Être capable de prédire le déplacement du sol dans un modèle de terre et pour une source sismique donnée est fondamental aussi bien comprendre les formes d'ondes observées, que pour les études de risques sismiques mais aussi pour l'imagerie sismique (cf derniere section). Grâce à l'introduction récente de méthodes numériques puissantes, comme les éléments spectraux, pour résoudre l'équation des ondes dans des milieux complexes, il est maintenant possible de modéliser la forme d'onde complète pour une bande de fréquences donnée dans des modèles complexes. Toutefois, une des principales difficultés à laquelle on se heurte avec ces méthodes est qu'il est nécessaire de mailler le milieux hétérogène en respectant les interfaces pour obtenir une bonne précision. Bien souvent, ce maillage exige un effort démesuré, faute de savoir remplacer les details du milieux par un équivalent effectif. L'objectif de cette partie est donc de trouver le milieu effectif ainsi que les équations effectives d'un modèle pour une simulation dans une bande de fréquences données. Ces problèmes multi-échelles sont très étudiés et bien connus en mécanique des matériaux et ont donné lieu à la théorie de l'homogénéisation des milieux périodiques. Nous proposons d'appliquer ces techniques au cas dynamique et non périodique. Pour vérifier la faisabilité de ce projet, nous avons étudié de façon préliminaire le cas d'un milieu stratifié non périodique traversé par une onde de cisaillement transverse. Les résultats sont très encourageants.  2)La rupture dynamique. Un enjeu pour les sismologues et les ingénieurs est la compréhension physique et mécanique des différentes phases de la rupture dynamique le long d'interfaces préexistantes, ou zones de faiblesse: l'initiation sous chargement statique ou dynamique, la propagation et l'arrêt. De nombreuses avancées ont été réalisées ces dernières années dans le cadre conceptuel du frottement et de la cohésion, de surfaces de rupture préexistantes. Dans ce cadre, l'énergie de fracturation est généralement comprise comme une propriété matérielle de la surface de rupture. Cela conduit aujourd'hui à un certain nombre de paradoxes entre observations sismologiques et expérimentales qui obligent à reconsidérer le problème de la rupture comme résultant d'un processus dynamique à l'échelle d'une interface, impliquant des effets d'endommagement statique et dynamique, de fusion localisée, et de pressurisation fluide. L'énergie de fracturation devient alors une propriété effective de l'interface. L'objectif de cette partie est donc d'obtenir ces propriétés effectives grâce au développement de méthodes multi-échelle dans un cadre de dynamique non-linéaire. Associé à ce problème, il est essentiel de pouvoir disposer de d'outils numériques permettant de simuler efficacement la rupture dynamique ,la radiation haute fréquence associée et les interactions dynamiques entre interfaces non co-planaires (kink, branchement, saut).  3)Le problème inverse: imagerie sismique. Être capable de construire une image de certaines propriétés élastiques de la t..