Variabilité de la réponse sismique : de la classification des sites au comportement non-linéaire des sols

La configuration geologique des couches de sol proches de la surface peut modifier fortement le mouvement sismique en surface (effets de site lithologiques). Ces effets de sites peuvent etre evalues numeriquement ou empiriquement. Ce travail s'inscrit dans la thematique de l'evaluation des effets de site lithologiques et de la variabilite de la reponse sismique des sites. Il se base principalement sur l'analyse d'enregistrements de seismes. Nous avons etudie dans un premier temps la variabilite de la reponse sismique, par classe de sites et pour des mouvements sismique faibles (variabilite inter-sites), puis une partie de la variabilite inter-evenements en un site, due aux effets du comportement non-lineaire des sols. Enfin, nous avons inverse les courbes de reponse du site afin de preciser a quelles profondeurs le comportement du sol est non-lineaire. La base de donnees accelerometriques KiK-net (Japon) est constituee de 688 forages instrumentes avec un capteur en surface et un autre en fond de puits. Cette configuration en reseau vertical permet de calculer en chacun des sites la courbe de reponse empirique du forage. Ce reseau a ete choisi compte tenu du nombre important de sites instrumentes, du nombre de seismes enregistres (plus de 46 000 enregistrements ont ete recueillis et analyses) et de l'existence de caracterisation geotechnique des sites (profils de vitesse de propagation des ondes de cisaillement et de compression). L'analyse de la variabilite de la reponse sismique par classe de site nous a permis de preciser les parametres qui seraient a mesurer afin d'ameliorer l'evaluation des effets de site. En regime lineaire, il s'agit du gradient du profil de vitesse calcule jusqu'a 30 m (B30) ou 100 m (B100) et de la frequence de resonance fondamentale (f0). Ces parametres pourraient etre utilises afin de reduire la variabilite inter-sites du mouvement sismique en surface (i.e. variabilite dans les GMPEs Equations predictives du mouvement sismique). L'analyse de la variabilite inter-evenement associee au comportement non-lineaire des sols nous a fourni les parametres pertinents pour l'analyse des sites en regime non-lineaire : B30, l'amplification maximale (Apred) et la frequence associee (fpred). Cette analyse a egalement montre : - que le PGA (Peak Ground Acceleration, acceleration maximale du sol) est un parametre pertinent pour l'etude des effets du comportement non-lineaire des sols sur la reponse des sites. - que, quelque soit le site, le comportement non-lineaire des sols affecte la courbe de reponse du site a partir d'accelerations moderees (75 cm/s2 en fond de puits). - que la caracterisation non-lineaire d'un site, en vue de l'evaluation des effets de sites, pourrait etre reduite a la caracterisation des couches de sol superficielles. Cette derniere assertion peut avoir une influence importante pour la caracterisation non-lineaire des sites. Elle a ete confirmee par l'inversion comparee des fonctions de transfert forages lineaires et non-lineaires. Finalement, notre travail a egalement montre :• que l'analyse de sensibilite de la colonne de sol « a priori » est un bon outil pour determiner la resolution de l'inversion compte tenu des informations disponibles ainsi que les parametres du sol controlant les pics d'amplification. • que l'utilisation conjointe de l'analyse de sensibilite et de la comparaison des fonctions de transfert, sans etape d'inversion, pouvait etre suffisante pour evaluer les profondeurs ou le sol peut avoir un comportement non-lineaire important