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IIIème SYMPOSIUM ESG, GRENOBLE

30 Août - 1er Septembre 2006

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ContexteContexteLes séismes figurent parmi les catastrophes les plus meurtrières: de 1950 à 1999, on a

dénombré près de 700000 victimes, dont 70% sont dues aux effondrements de bâtiments.

L’expérience des séismes récents montre pourtant que ce tribut n’est pas inéluctable: une

bonne réglementation bien appliquée, avec une menace bien évaluée, permet une

réduction considérable des pertes humaines.

Les progrès de la sismologie au cours des dernières décennies offrent aujourd’hui une

bonne compréhension a posteriori des caractéristiques des mouvements sismiques

vibratoires. Le défi est maintenant de les estimer a priori pour des séismes futurs .

Les effets de site jouent un rôle capital dans l’amplification des ondes sismiques et de

leurs conséquences (Mexico, 1985; Kobe, 1995; Izmit, 1999). Ils doivent donc être bien

appréhendés. Cet aspect s’avère crucial pour certains sites particuliers, en forme de vallée

ou bassin, dont la cuvette grenobloise constitue un exemple remarquable .

Le congrès ESG2006 réunira les meilleurs spécialistes mondiaux à Grenoble pour faire le

point sur les effets de site, sur leur variabilité spatiale et temporelle, et sur les méthodes

d’estimation des vibrations sismiques pour de forts séismes.

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SOMMAIRE

I. RETOUR D’EXPERIENCE1. Les effets de site

2. Quelques exemples

II. LE SYMPOSIUM E.S.G.

1. Le groupe ESG

2. Les précédents congrès

3. Spécificité du congrès 2006

III. LE

1. Présentation

2. L’équipe risque sismique

3. Publications / responsabilités

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I. RETOUR D’EXPERIENCE

1. Les effets de site

Le mouvement du sol généré par un séisme est maximal à l’épicentre et décroît avec la distance à la source du

tremblement de terre.

Toutefois, le mouvement du sol peut varier localement en raison de la topographie ou de la constitution du sous-

sol.

Ainsi, les enregistrements des vallées sédimentaires montrent une amplification des ondes sismiques. On parle

alors d'effet de site local.

Le terme d’effet de site se réfère donc à l’amplification du mouvement sismique à la surface de roches

sédimentaires, typiques des vallées alpines.

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2. Quelques exemples d’effets de site

Le séisme de Mexico

Le 19 septembre 1985, un séisme de magnitude 8,1 se

produit sur la côte pacifique du Mexique, au niveau de la

zone de subduction de la plaque Pacifique à une trentaine

de km de profondeur.

La ville de Mexico, pourtant à 400 km de l’épicentre, est

durement secouée par les ondes émises par la rupture.

Les destructions très importantes et les pertes humaines

(environ 25000 victimes) sont dues à la conjonction de

plusieurs facteurs:

a/ Mexico est en partie construite sur un lac asséché qui a

la particularité d’amplifier fortement les ondes sismiques et

d’augmenter la durée de la sollicitation sismique: c’est

l’effet de site.

b/ La fréquence de vibration des bâtiments est la même

que celle du bassin sédimentaire. Les vibrations des

bâtiments sont donc amplifiées jusqu’à la destruction.

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Le séisme de Kobé

Le 17 janvier 1995, un séisme de magnitude M=7,2 dévaste

la ville de Kobé, au Japon.

On dénombre plus de 5000 victimes et environ 30000

blessés, pour la plupart liées à l’effondrement des bâtiments

et des structures. Le coût de ce séisme est estimé à 100

milliards de dollars.

La violence de la rupture a généré des accélérations

supérieures à 0.8g par endroit, ce qui explique en partie

l’ampleur des chiffres précédents.

Le phénomène d’amplification est dû à la conjonction de

plusieurs facteurs:

a/ la localisation géographique de Kobe, construite près d’un

bassin sédimentaire qui amplifie les ondes sismiques et

allonge la durée des sollicitations.

b/ La rupture s’est produite sur une faille méconnue qui

traverse la ville. Si le foyer de la rupture est situé à une

profondeur de 13 km, la rupture en atteignant la surface a

généré des déplacements métriques.

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II. LE SYMPOSIUM E.S.G.

1. Le groupe de travail international:

« Effects of Surface Geology » on Seismic Motion (ESG)

Les exemples précédents de séismes montrent que les conditions locales d’un site affectent l’amplitude et la

durée des enregistrements sismiques.

En effet la réponse des sols aux sollicitations sismiques est fortement dépendante de leurs caractéristiques

géotechniques et géologiques.

Sur ce constat, l’IASPEI (International Association of Seismology and Physics of the Earth’s Interior ) et l’IAEE

(International Association of Earthquake Engineering) ont mis en place dès 1986 un groupe de travail sur les

effets des couches géologiques de sub-surface : Effects of Surface Geology (ESG).

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Les effets des séismes proviennent des vibrations associées aux ondes émises par le glissement soudain des

deux lèvres d’une faille. Ces vibrations sont caractérisées par leur fréquence et leur amplitude ; les ondes qui

les propagent sont quant à elles caractérisées par leur nature (compression ou cisaillement) et par leur vitesse

de propagation (de l’ordre du kilomètre par seconde).

Les objectifs du groupe de travail ESG sont multiples. Il faut évaluer la nature, l’amplitude et la durée des

vibrations générées par les séismes, et ce en tenant compte de la spécificité de chaque site.

A terme, il sera nécessaire de prendre en compte ces effets de la sub-surface dans les études spécifiques

associées aux ouvrages d’importance critique. Enfin, il sera nécessaire de les inclure dans la définition des

normes parasismiques.

Le groupe de travail ESG s’appuie fortement sur l’analyse de cas réels et sur la modélisation numérique des

effets de source, de propagation et de site qui tous affectent le mouvement du sol.

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2. Les précédents symposiums de l’ESG

Odawara (Japon )

Le premier symposium de l’ESG s’est déroulé à

Odawara, au Japon, du 25 au 27 Mars 1992.

L’objectif en était d’évaluer la cohérence et la

pertinence des différentes méthodes de simulation

numérique pour quantifier les effets de site liés à

la sub-surface.

Deux sites test avaient été retenus: les vallées

d’Ashigara (Japon) et de Turkey Flat (Californie).

Les résultats présentés lors de ce congrès ont été

publiés sous la forme d’actes de colloque.

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Yokohama (Japon)

Le second symposium de l’ESG s’est déroulé à

Yokohama du 1er au 3 décembre 1998.

Il s’agissait également lors de ce congrès de

résumer l’avancée des différentes recherches

depuis 1992 dans le domaine du risque sismique.

Les tests ont porté sur les séismes de Northridge

(1994, Californie) et de Kobé (1995, Japon).

Les thèmes abordés ont porté sur les effets de site

mais aussi sur les relation empiriques de

l’atténuation du mouvement du sol avec la

distance à la source.

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3. Spécificité du congrès ESG 2006, Grenoble

Après deux éditions au Japon, le groupe international ESG a souhaité que la troisième édition se déroule sur un

autre continent. Le site de Grenoble, connu pour ses effets particuliers, et pour la qualité de ses scientifiques du

risque sismique, a été coopté lors de la dernière réunion de Vancouver en août 2004.

Le symposium ESG de 2006 s’inscrira dans la lignée des précédents, avec :

� un état de l’art des recherches récentes menées dans le domaine de l’estimation des mouvements

sismiques, au travers de conférences invitées, d’exposition de nombreux posters, et de tables rondes.

� Des comparaisons de simulations numériques entre elles et/ou avec des données d’observation. Le

développement de nouvelles techniques numériques, notamment à Grenoble au sein du LGIT, permet

aujourd’hui de simuler le mouvement sismique plus précisément et jusqu’à des fréquences de plusieurs

hertz qui sont celles des bâtiments. Deux sites au minimum sont d’ores et déjà retenus: la cuvette

grenobloise et de nouveau Turkey Flat, suite au séisme de Parkfield du 28/09/2004.

� Des tests d’un genre nouveau sur les méthodes de reconnaissance des sols. En particulier, les

méthodes utilisant le bruit de fond sismique, qui ont connu un essor important ces dernières années, seront

testées au travers d’analyses comparatives en aveugle.

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Pour le 3ème Symposium ESG qui se tiendra à Grenoble,

l’un des sites test sera le bassin grenoblois.

La ville de Grenoble est construite sur un bassin sédimentaire

typique des vallées alpines.

Les ondes sismiques sont facilement piégées dans le bassin et

peuvent donc générer en surface de fortes amplifications du

mouvement du sol ainsi qu’une augmentation de leur durée

(effet de site).

Des études antérieures ont montré l’effet du remplissage

sédimentaire de la vallée. Ces mêmes travaux ont aussi

montré que dans plusieurs zones, il semble exister une couche

superficielle d’une vingtaine de mètres d’épaisseur qui répond

indépendamment du remplissage sédimentaire.

Cette formation superficielle semble présente sur une grande

partie de l’agglomération, mais avec une épaisseur et des

caractéristiques mécaniques variables: elle pourrait expliquer la

variabilité du mouvement du sol à haute fréquence sur des

échelles inférieures à cent mètres.

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III. Le Laboratoire de Géophysique Interne et Tectonophysique (LGIT)

1. Présentation de l’Observatoire et du LGIT

Les recherches menées à l’Observatoire de Grenoble

contribuent à la compréhension des mécanismes fondamentaux

des systèmes naturels, à la reconstitution de leur origine et de

leur évolution, à l’étude des interactions de ces systèmes naturels

avec les activités humaines. La prévision des changements futurs,

qui en découlent, représente des enjeux de sociétés importants

en termes d’environnement et de développement durable.

Le Laboratoire de Géophysique Interne et Tectonophysique

(LGIT) s’implique dans l’étude des problèmes de société, dont le

risque sismique, et dans les problèmes fondamentaux des

sciences de la Terre. Le LGIT est associé à de nombreux

partenaires nationaux, européens et internationaux au sein de

réseaux d’excellence soutenant les grands projets de recherche.

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2. Rôle et actions de l’équipe risque sismique du LGIT de Grenoble

L'équipe risque sismique est une des cinq équipes de recherche du LGIT. Elle allie des chercheurs et enseignants

du CNRS, de l’IRD, du LCPC, et de l’Université Joseph Fourier.

Elle a pour objectif la quantification des vibrations du sol et à l'évaluation de leurs effets sur les constructions en cas de fort séisme, thèmes peu abordés dans le cadre de laboratoires académiques.

Elle propose un travail de recherche pluridisciplinaire centré autour de la problématique du risque sismique. Cette orientation résulte des efforts passés du laboratoire pour s'intégrer dans la communauté du génie parasismique et

travailler sur les données sismologiques de mouvements fort.

L’équipe, en contact avec tous les acteurs et chercheurs du domaine du risque sismique, peut permettre une

meilleure articulation entre recherche fondamentale et appliquée.

Par rapport aux axes de recherches des autres équipes internationales, l’équipe risque sismique a choisi d'orienter

plus spécifiquement son travail sur les effets de site 3D des vallées de montagne (étroites et profondes à la

différence de bassins sédimentaires de type Los Angeles ou Tokyo) et sur l'utilisation du bruit de fond en réseau

particulièrement bien adapté à l'évaluation de l'aléa sismique dans les pays à sismicité modérée.

Elle est la première équipe sismologique à travailler sur les effets "site-ville" et a démarré une collaboration sur ce

thème avec l'UNAM de Mexico.

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Responsabilités scientifiques:

Le LGIT (Observatoire de Grenoble) participe à de nombreux projets européens (en collaboration avec la Suisse, l’Italie, l’Allemagne, la Slovaquie).

Le Réseau Accélérométrique Permanent (avec le soutien du MEDD): Le RAP est un réseau accélérométrique dédié aux études du mouvement fort sismique et au génie parasismique via la collecte et la gestion d'enregistrements sismiques. Il est fort de 100 stations, organisées en réseaux régionaux, y compris les Antilles.

Réseau Accélérométrique Mobile: En 1989, l'Institut National des Sciences de l'Univers décidait d'une action concernant le développement d'un réseau accélérométrique mobile. Ce réseau est destiné à enregistrer les mouvements "forts" du sol, principalement en champ proche. C’est le réseau d’intervention post-sismique par excellence. Outil national, il est néanmoins géré par l’équipe risque sismique.

SISMOVALP: Le projet européen Sismovalp a pour objectif d’améliorer la gestion du risque sismique dans les vallées alpines.

SISMALP: Le projet Sismalp, lancé en 1987 avec un financement provenant de l'Institut national des sciences de

l'Univers (CNRS), de la Délégation aux risques majeurs (ministère de l'Environnement), du conseil général de

l'Isère et de la région Rhône-Alpes, visait à l'établissement d'un réseau de plusieurs dizaines de stations

sismologiques automatiques réparties sur l'ensemble du Sud-est de la France, du lac Léman à la Corse. Les

buts étaient de surveiller la sismicité régionale et d'en mieux comprendre la sismo-tectonique, de mieux estimer

le risque sismique, de mieux connaître la structure profonde de la lithosphère alpine, de constituer enfin une

banque de données homogène pour permettre des recherches fondamentales sur la source sismique.

3. Responsabilités scientifiques et publications

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Projet Interreg « Alp-GPS-Quakenet » : Ce projet consiste à mettre en place un réseau GPS permanent,

d’estimer l’aléa sismique pour améliorer les modèles de déformation des Alpes (complémentaire de Sismovalp)

et de mettre en place des projets pilotes.

Production scientifique:

Le LGIT a pour règle de publier ses résultats scientifiques dans des revues internationales. Sur ces trois dernières années, le LGIT a publié plus de 200 articles de rang A.

Quelques exemples d’articles :

Scherbaum F., Cotton F., and Smit P. (2004)

On the Use of Response Spectral-Reference Data for the Selection and Ranking of Ground-Motion Models for Seismic-Hazard Analysis in Regions of Moderate Seismicity: The Case of Rock Motion /Bull Seism. Soc Am./ *94* (6), 2164-2185.

Voisin C., Cotton F. et Di Carli S. (2004)A unified model for dynamic and static stress triggering ofaftershocks, antishocks, remote seismicity, creep events, and multisegmented rupture - art. no. B06304 /Journal of Geophysical Research Solid Earth/ *109* (B6), NIL_12-NIL_23.

Cornou, C., Bard PY. et Dietrich M. (2003)

Contribution of dense array analysis to the identification and quantification of basin-edge induced waves, Part II: application to Grenoble basin (French Alps) / BSSA 93, (6), 2624-2648.

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Bouchon M. et Vallee M. (2003)

Observation of long supershear rupture during the magnitude 8.1 Kunlunshan earthquake /Science/ *301*

(5634), 824-826.

Cornou C. et Bard PY. (2003) Site-to-bedrock over 1D transfer function ratio: An indicator of the proportion of edge-generated surface

waves? - art. no. 1453 /Geophysical Research Letters/ *30* (9), NIL_5-NIL_8.

Campillo M. et Paul A. (2003)

Long range correlations in the seismic coda /Science/ *299*, 547-549.

Gueguen P., Cornou C., Bard PY. et Dunand F. (2003)

Origine des bouffées haute énergie observées sur le bassin de Grenoble / VIth National Seminary AFPS,

Ecole Polytechnique Palaiseau, France.

Lebrun B., Hatzfeld D. et Bard PY. (2001)

A site effect study in urban area: experimental results in Grenoble (France) / Pageoph 158: pp 2543-2557.

Scherbaum F., Riepl J., Bettig B., Ohrnberger M., Cornou C., Cotton F. et Bard PY. (1999) Dense array measurements of ambient vibrations in the Grenoble basin to study local site effects / AGU Fall

meeting, San Francisco.

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Résumé

� L’analyse des séismes destructeurs dans le monde comme celui du Mexique en 1985 et celui de Kobe en 1995

montrent que les effets de site, les méthodes de construction de l’habitat, l’organisation des secours, la formation

et l’information des populations ont une grande influence sur le fait qu’un séisme est destructeur ou meurtrier.

� C’est dans ce souci permanent de prévenir les risques sismiques que se mettent en place des groupes de travail

tels que l’E.S.G. afin de mesurer l’efficacité des différentes méthodes de simulation sismique et d’établir un état

de l’art environs tous les 5 ans des différentes recherches menées dans ce secteur.

� Le congrès EGS 2006 se tiendra à Grenoble du 30/08 au 01/09 2006. Il réunira les meilleurs spécialistes

mondiaux sur les questions du risque sismique, des effets de site et de la prédiction des mouvements du sol.

� Ce congrès tient toute sa place dans le cadre du futur Plan National Prévention du Risque Sismique annoncé

par le Ministère de l’Environnement et du Développement Durable.

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ANNEXES

a/ Plaquette de l’OSUG (Observatoire de Grenoble)

b/ Comité local d’organisation

c/ Programme du congres ESG 2006

d/ Un groupe international

e/ Budget prévisionnel

f/ Retombées attendues

g/ Contacts

h/ Curriculum Vitae

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Comité local d’organisation ESG 2006, Grenoble

P.Y. Bard Laboratoire Central des Ponts et Chaussées

C. Berge-Thierry Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire

F. Blanc Centre National de la Recherche ScientifiqueM. Campillo Université Joseph FourrierE. Chaljub Observatoire des Sciences de l’Univers de GrenobleC. Cornou Institut de Recherche pour le DéveloppementF. Cotton Université Joseph FourrierM. Dietrich Centre National de la Recherche ScientifiqueD. Fāh Swiss Seismological InstituteB. Feignier Commissariat de l’Energie Atomique-LDGP. Gueguen Laboratoire Central des Ponts et ChausséesP. Kernen Mairie de GrenobleM. Koller RésonanceH. Modaressi Bureau des Recherches Géologiques et MinièresR. Paolucci Politecnico di MilanoR. Perenet Bureau des congrès de GrenobleS. Tadenuma Université Joseph FourrierJ.M. Vengeon Pôle grenoblois des risques naturelsC. Voisin Centre National de la Recherche Scientifique

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Programme du congrès ESG 2006

Arrivée des chercheurs dès le 29/08/06

Réception à l’Hôtel de Ville de Grenoble avec la présence éventuelle de Monsieur le Maire

Mercredi 30/08/06 Jeudi 31/08/06

9h Accueil 9h Séance plénière

10h Cérémonie d’ouverture 10h30 Pause

11h Séance plénière 11h Séance plénière

12h30 Pause déjeuner + posters 12h30 Pause déjeuner + posters

14h Séance plénière 14h Benchmark sur le bassin grenoblois

15h30 Pause 17h Session posters dans le hall principal

16h Benchmark sur Turkey Flat 18h Fin de journée

17h Session posters dans le hall principal

18h30 Fin de journée Soirée : Réception au Musée de Grenoble

Vendredi 01/09/06

9h Benchmark sur le bruit de fond

10h30 Pause

11h Séance plénière

12h30 Pause déjeuner + posters

14h Séance plénière

15h30 Pause

16h Séance plénière

17h30 Session posters dans le hall principal

18h Cérémonie de clôture

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L’ESG: un groupe de travail international

Symposium ESG 98

Yokohama, JAPON

79%

6%

8%2% 4% 1%

japon

usa

europe

asie

amérique

afrique

Symposium ESG 92

Odawara, JAPON

79%

7%

7% 3% 4%0%japon

usa

europe

asie

amérique

afrique

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Budget prévisionnel ESG 2006, Grenoble

DEPENSES Montant TTC RECETTES

espace EUROPOLE 14 090.00 € Subventions envisagées

personnel Partenaires associés: Souhaité Obtenu

dossier securité CNRS

exposition posters 4 715.00 € MEDD

divers 1 065.00 € Sismovalp, fond européen

total HT 24 516.00 € LCPC (proceedings)

total TTC 29 321.14 € Autres contributeurs:

AFPS

restauration (300 couverts) 20 000.00 € le Pôle

repas: 15 euros/pers/jr UJF

pause: 5 euros/pers/jr Ville de Grenoble

Conseil Général

Intervenants invités 25 000.00 € Conseil Régional

(invitations) Métro

IRD

Observatoire

proceedings/circulaires 30 000.00 € total TTC

"musée de grenoble" 2 400.00 € Autres financements

visite guidée 1h30 3 000.00 € Hypothèse Basse Hypothèse Haute

traiteur pour la réception 3 000.00 € inscriptions sur une base de 200 pers. sur une base de 300 pers.

300 euros/personne 60 000.00 € 90 000.00 €

logistique inscription/hbgt 25 000.00 € accompagnateurs sur une base de 10 pers. sur une base de 20 pers.

annexes 150 euros/personne 1 500.00 € 3 000.00 €

personnel 15 000.00 € locations stands sur une base de 5 stands sur une base 10 stands

1500 euros/personne 7 500.00 € 15 000.00 €

excursions sur une base de 30 pers. sur une base de 50 pers.

100 euros/personne 3 000.00 € 5 000.00 €

total TTC 72 000.00 € 113 000.00 €

TOTAL 152 721.14 € TOTAL 147 000.00 € 188 000.00 €

Montant TTC

4 646.00 € 15 000.00 €

15 000.00 €

15 000.00 €

30 000.00 €

75 000.00 €

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Retombées attendues ESG 2006, Grenoble

1- Production scientifique

Les présentations seront publiées sous la forme d’actes de colloque. Les actes de l’ESG servent

traditionnellement de référence pour le calcul du mouvement sismique dans la communauté du génie

parasismique.

2- Amélioration des normes parasismiques

Une partie du congrès sera consacré à l’évolution des normes parasismiques. Le congrès de l’ESG 2006

prend ainsi toute sa place dans le futur Plan National de Prévention du Risque Sismique. Le choix du

site pilote de Grenoble par le groupe de travail de l’ESG offre l’opportunité pour la France de se placer en tête du peloton des pays développés sur la recherche en risque sismique.

3- Coordination des politiques d’instrumentation en matière de risque sismique

4- Formation des jeunes chercheurs et ingénieurs; et mise au niveau international des pratiques françaises au travers des séminaires

5- Retombées économiques

L’organisation du congrès de l’ESG 2006 à Grenoble aura d’importantes retombées économiques pour la

ville de Grenoble. Organisé à la fin Août, hors saison touristique, le congrès nécessitera l’accueil et

l’hébergement en ville de trois cent personnes, dont de nombreux japonais et américains. Sur la base d’une

nuitée et d’un repas par jour, on est en droit d’attendre une manne de 60000 € sur trois jours, hors dépenses particulières liées au tourisme.

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Pour toute information complémentaire, contacter:

Laboratoire de Géophysique Interne et Tectonophysique (LGIT) de Grenoble

Monsieur Pierre-Yves BARD, Ingénieur en Chef des Ponts et Chaussées

Responsable scientifique

Tel : 04.76.82.80.61

Mail : pierre-yves.bard@obs.ujf-grenoble.fr

Monsieur Fabrice COTTON, Professeur Université Joseph Fourrier

Responsable scientifique

Tel : 04.76.82.80.33

Mail : fabrice.cotton@obs.ujf-grenoble.fr

Mademoiselle Shoko TADENUMA, Ingénieur Polytech’Grenoble

Chargée de l’organisation du congrès ESG 2006

Tel : 04.76.82.80.27

Mail : tadenuma.shoko@obs.ujf-grenoble.fr

Adresse géographique : Maison des Géosciences - 1381, rue de la Piscine - Domaine Universitaire

38400 Saint-Martin-D’Hères

Adresse postale : LGIT - BP 53 - 38041 Grenoble cedex 9

Fax : +33 (0)4.76.82.81.01

Site Web : http://www.lgit.obs.ujf-grenoble.fr