Veille scientifique sur les systèmes d’alerte sismique précoce · Mots clés: Alerte sismique précoce, veille scientifique, France, risque sismique, prévention, séisme En bibliographie,

Veille scientifique sur les systèmes d’alerte sismique précoce

Rapport final

BRGM/RP-61391-FR Août 2012


Rapport final

BRGM/RP-61391-FR Août 2012

Étude réalisée dans le cadre des projets de Service public du BRGM 2011 (convention n°2100472261)

S. Auclair

Vérificateur :

Nom : Olivier BOUC

Date : 30/07/2012

Signature :

Approbateur :

Nom :

Date : 26/10/2012

Signature :

En l’absence de signature, notamment pour les rapports diffusés en version numérique, l’original signé est disponible aux Archives du BRGM.

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I

M 003 - AVRIL 05

Mots clés : Alerte sismique précoce, veille scientifique, France, risque sismique, prévention, séisme

En bibliographie, ce rapport sera cité de la façon suivante :

Auclair S. (2012) - Veille scientifique sur les systèmes d’alerte sismique précoce. Rapport final. BRGM/RP-61391-FR, 86 p., 21 fig., 3 tabl., 1 ann. © BRGM, 2012, ce document ne peut être reproduit en totalité ou en partie sans l’autorisation expresse du BRGM.

Veille scientifique sur les systèmes d’alertes sismiques précoces

BRGM/RP-61391-FR Ŕ Rapport final 3

Synthèse

L’occurrence d’un séisme n’est pas prévisible dans l’état actuel de nos connaissances. Il existe néanmoins des systèmes d’alerte sismique permettant de détecter l’arrivée d’un séisme majeur en temps réel et de déclencher certaines actions de prévention (fermeture de vannes, alerte à la population, …) en à peine quelques secondes. C’est le cas notamment au Mexique et au Japon.

D'une manière générale, les informations concernant l’alerte sismique précoce sont nombreuses, en particulier dans les revues scientifiques où le nombre de publications consacrées à cette thématique a augmenté de manière exponentielle depuis quelques années. En effet, l’alerte sismique précoce constitue un outil puissant de mitigation du risque sismique qu’il devient de plus en plus aisé de mettre au point à mesure que les technologies liées au transfert de l’information en temps-réel progressent. Cependant, le concept même d’alerte sismique précoce, qui repose sur des méthodologies nombreuses et en constante évolution, est assez complexe et fait appel à des notions aussi bien scientifiques que socio-économiques (ex. question de l’acceptabilité des fausses alertes, etc.).

Dans ce contexte, le Ministère de l'Écologie, du Développement Durable et de l'Énergie (MEDDE) a confié au BRGM la réalisation d’une veille scientifique permettant de répertorier les études en cours au niveau mondial sur le thème de l’alerte sismique précoce ainsi que les nouveaux dispositifs émergents, et de juger des capacités novatrices de ces derniers et de leur applicabilité au territoire français.

Après une analyse de l’imposante base documentaire constituée pour les besoins de l’étude (cf. Tableau 3), ce rapport présente ensuite en détails les principales voies de recherche et leurs enjeux, ainsi que les principaux projets menés sur ces systèmes innovants. Dans un second temps, la question de l’utilisation opérationnelle de ces systèmes est étudiée, avec le souci d’identifier les innovations ou les nouvelles orientations des systèmes d’alerte sismique précoce (ou « Earthquake Early Warning Systems » - EEWS) présentant un intérêt particulier pour la France.

Principaux enseignements

Mobilisant de nombreuses équipes de recherche dans le monde au travers de projets, la thématique de l’alerte sismique précoce tend de plus en plus à « sortir des laboratoires » pour s’inscrire dans une dimension plus opérationnelle. De méthode théorique de mitigation du risque sismique telle qu’imaginée par Cooper en 1868, l’alerte sismique précoce est ainsi devenue une réalité dans certains pays comme au Japon ou au Mexique. Cependant, de nombreux EEWS présentent encore des difficultés à passer le stade de démonstrateur du fait de nombreux obstacles d’ordre technique, juridique ou autre, alors que la pertinence et l’applicabilité même du principe d’EEWS régional est encore en question dans certaines régions à sismicité modérée. A noter que la diffusion des EEWS régionaux est aujourd’hui fortement freinée par le fait qu’il n’existe pas encore de filière organisée proposant de systèmes clés-en-main


4 BRGM/RP-61391-FR Ŕ Rapport final

efficaces. A l’inverse, l’alerte sismique « onsite » est quant à elle beaucoup plus mature pour une utilisation opérationnelle, dans la mesure où elle repose sur des principes simples et éprouvés qui ont pu être repris à leur compte par des sociétés qui proposent à la vente - et avec plus ou moins de sérieux - des systèmes d’alerte prêts à l’emploi.

L’examen des rares études menées en France concernant l’alerte sismique précoce, complété par l’expérience acquise à l’étranger dans des contextes comparables, permet de dresser les grandes lignes des perspectives d’utilisation des EEWS sur le territoire national (cf. Tableau 2 reporté ci-dessous) :

- Il apparait notamment que si le contexte antillais est incontestablement le plus propice à l’implantation d’un EEWS régional en France, l’évolution rapide des technologies est susceptible de rendre possible la mise au point de systèmes d’alerte pour des régions à sismicité plus modérée telles que les Pyrénées ou les Alpes, où les enjeux sont nombreux.

- Concernant l’alerte sismique précoce onsite, celle-ci semble en revanche dès aujourd’hui adaptée au contexte français, où elle semblerait pouvoir répondre à un certain nombre de besoins déjà exprimés par des utilisateurs potentiels.

Outre les systèmes d’alerte « à demeure » ayant pour fonction de protéger des enjeux fixes dans la durée, une perspective intéressante semblerait de doter la France de systèmes d’alerte onsite mobiles permettant de protéger les équipes déployées sur le terrain en période de crise sismique.

Tableau 2 – Tableau de synthèse des perspectives d’application des EEWS sur le territoire

français. Symbologie : - positif ; ! - positif avec réserves ; - négatif ; ? - à préciser.

Antilles

(zone sismicité 5) Métropole

(zone sismicité 4)

Régional Faisabilité !

Besoin ? !

Onsite Faisabilité

Besoin

Répliques Faisabilité

Besoin



Sommaire

1. Introduction ............................................................................................................ 9

1.1. ORIGINE ET OBJECTIFS DE L’ALERTE SISMIQUE PRECOCE ..................... 9

1.2. DIFFERENTS TYPES DE SYSTEMES D’ALERTE PRECOCE SELON LES BESOINS ET LE CONTEXTE SISMIQUE ....................................................... 10

1.2.1. Systèmes d’alerte dédiés à des cibles spécifiques ................................. 10

1.2.2. Systèmes d’alerte régionaux .................................................................. 11

1.2.3. Systèmes « hybrides » ........................................................................... 11

2. Veille scientifique ................................................................................................. 13

2.1. MISE EN ŒUVRE DE LA VEILLE SCIENTIFIQUE ......................................... 13

Un sujet de recherche très actif et de plus en plus mondialisé ......................... 13

2.2. PRINCIPAUX AXES DE RECHERCHE ........................................................... 15

2.2.1. Evaluation de l’agression sismique au niveau des cibles à protéger ....... 15

2.2.2. Surveillance sismique ............................................................................. 22

2.2.3. Critères d’émission d’alertes .................................................................. 24

2.2.4. Utilisation de l’alerte ............................................................................... 27

2.3. RETOUR D’EXPERIENCE .............................................................................. 29

2.3.1. Retours d’expérience ............................................................................. 29

2.3.2. Articles de synthèse ............................................................................... 29

3. L’alerte sismique précoce vue à travers des projets de recherche .................. 31

3.1. PROJET TRINET .............................................................................................. 31

3.2. PROJET SAFER ............................................................................................. 32

3.3. PROJET REAKT ............................................................................................. 34

3.4. PROJET SISPyr .............................................................................................. 36

3.5. PROJET ALERT-ES ........................................................................................ 37

3.6. PROJET EDIM ................................................................................................ 38

3.7. PROJET EWS TRANSPORT .......................................................................... 39

4. Du concept à l’outil opérationnel ........................................................................ 41



4.1. SYSTEMES D’ALERTE REGIONAUX ............................................................. 41

4.1.1. Les EEWS régionaux dans le monde ..................................................... 41

4.1.2. Verrous à lever pour un usage opérationnel ........................................... 41

4.2. SYSTEMES D’ALERTE ONSITE ..................................................................... 45

4.2.1. Les EEWS onsite dans le monde ........................................................... 45

4.2.2. Verrous et perspectives .......................................................................... 48

5. Etat des lieux et perspectives en termes d’applicabilité de l’alerte sismique précoce pour la France ........................................................................................ 49

5.1. SYNTHESE DES TRAVAUX MENES EN FRANCE ........................................ 49

5.1.1. Principaux enseignements du projet SISPyr ........................................... 49

5.1.2. Etude préliminaire de faisabilité d’un EEWS aux Antilles françaises ....... 58

5.2. PERSPECTIVES POUR LE TERRITOIRE FRANÇAIS ................................... 59

5.2.1. Alerte précoce régionale ......................................................................... 59

5.2.2. Alerte précoce onsite .............................................................................. 60

5.2.3. Nouvelles technologies et outils alternatifs ............................................. 61

6. Conclusion ............................................................................................................ 63

7. Références ............................................................................................................ 65

7.1. ARTICLES SCIENTIFIQUES ET ACTES DE COLLOQUES ............................ 65

7.2. OUVRAGES .................................................................................................... 75

7.3. RAPPORTS TECHNIQUES............................................................................. 75

7.4. THESES .......................................................................................................... 76

7.5. AUTRES REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ............................................. 77

7.6. RESSOURCES INTERNET ............................................................................. 77



Liste des illustrations

Figure 1 Ŕ Classification des EEWS selon leur conception et leur mode d’utilisation. ................ 12

Figure 2 Ŕ Représentation schématique des différentes configurations d’EEWS. ...................... 12

Figure 3 Ŕ Evolution du nombre de publications annuelles d’articles scientifiques ayant trait à l’alerte sismique précoce (recherche effectuée parmi les articles publiés dans des revues scientifiques à comité de lecture). .................................................................................... 14

Figure 4 Ŕ Répartition des articles scientifiques traitant de l’alerte sismique précoce selon le pays des cas d’étude reportés (recherche effectuée parmi les articles publiés dans des revues scientifiques à comité de lecture). .................................................................... 15

Figure 5 Ŕ Grandes familles de paramètres utilisés pour l’estimation rapide de la magnitude dans le cadre de systèmes d’alerte sismique précoce : paramètres de pic

(Pd et Pv), de période (c et p), intégrés (CAV et IV2), de pic « moyenné » (Va). Figure modifiée d’après Satriano et al. (2011a). ..................................................................................... 19

Figure 6 Ŕ Détails d’une unité (capteur MEMS + système d’acquisition + système de transmission) du système SOSEWIN (photo : GFZ-Potsdam). ................................................... 23

Figure 7 Ŕ Schéma du principe d’alerte précoce « onsite » proposé par Kanamori (2005) ........................................................................................................................................... 25

Figure 8 Ŕ Schéma du principe d’alerte précoce « onsite » proposé par Zollo et al. (2010) ........................................................................................................................................... 25

Figure 9 Ŕ Impact des fausses alertes par types d’actions prises par un système d’alerte sismique précoce (source : Iervolino, 2011). .................................................................. 26

Figure 10 Ŕ Schéma synthétique de la structuration du projet EDIM (source : http://www.cedim.de/EDIM.php). ................................................................................................. 38

Figure 11 Ŕ Carte globale d’aléa sismique figurant les régions dotées de systèmes d’alerte sismique opérationnels (bleu), et celles en ayant en phase de test (vert). (Allen et al., 2009). ................................................................................................................................. 41

Figure 12 Ŕ Représentation schématique illustrant le principe des services commerciaux de notification de l’alerte régionale au Japon, issue du site internet de l’un des opérateurs certifiés (source : http://www.jcom.co.jp/english/services/jishin.html). ............... 45

Figure 13 Ŕ Quelques exemples parmi les nombreux EEWS onsite commercialisés. ................ 46

Figure 14 Ŕ Evolution du temps nécessaire au traitement des données pour les différents systèmes d’alerte développés par SDR depuis les années 1980, et principaux utilisateurs de chacun de ces systèmes (source : Nakamura et al. 2011). ................................. 47

Figure 15 Ŕ Présentation du système FREQL-light (source : http://222.146.3.80/english/disaster_09.html). ............................................................................. 47

Figure 16 Ŕ Exemple d’EEWS proposé par Secty Electronics pour un groupe de bâtiments à enjeux (source : http://www.secty-electronics.de/secty-lifepatron-example-apartment-building-hotels-industries+M52087573ab0.html). ...................................................... 48

Figure 17 Ŕ Corrélations empiriques liant différents paramètres proxy (c, pmax

, Pd et Pv) avec la magnitude locale du LDG pour les séismes pyrénéens (source : Auclair et al., 2012 a). ........................................................................................................................................ 50



Figure 18 Ŕ Enregistrements sismiques du séisme de Bigorre du 1er avril 2010 (Ml=4.4), et évaluation évolutive de la magnitude à partir de différents proxy calculés sur les premières secondes de l’onde P (source : Auclair et al., 2012a). ................................... 53

Figure 19 Ŕ Evaluation des performances théoriques d’un EEWS pyrénéen reposant sur un réseau régulier avec une maille triangulaire de 30 km de côté. Les résultats sont exprimés sous la forme des délais d’alerte (i.e. temps séparant l’arrivée de l’alerte et celle des ondes S) attendus au niveau de l’extension maximale de la zone d’intensité VI.(source : d’après Auclair et al., 2012a). .................................................................................. 55

Figure 20 Ŕ Evaluation du délai d’alerte dans le cas d’un séisme similaire à celui du 2 février 1428 (source : Auclair et al., 2012a)................................................................................. 55

Figure 21 Ŕ Délais d’alerte théoriques pour un séisme de scénario correspondant au séisme du 29 novembre 2007, avec en vert les stations utilisées pour l’élaboration de l’alerte précoce (source : Auclair et Bertil, 2009). ........................................................................ 59

Liste des tableaux

Tableau 1 Ŕ Liste des potentiels utilisateurs français d’un EEWS Pyrénéens (source : Auclair et al., 2012a). ................................................................................................................... 56

Tableau 2 Ŕ Tableau de synthèse des perspectives d’application des EEWS sur le

territoire français. Symbologie : - positif ; ! - positif avec réserves ; - négatif ; ? - à préciser. ........................................................................................................................................ 61

Tableau 3 Ŕ Liste des principaux documents à caractère scientifique traitant de l’alerte sismique précoce rassemblés dans le cadre de la présente étude. Catégories retenues pour le classement thématiques des documents : « Acqu. » = acquisition ; « Magn. » = estimation magnitude ; « Int. » = estimation intensité ; « Loc. » = estimation localisation séisme ; « Alerte » = critères d’émission de l’alerte ; « Perf. » = estimation des performances d’un EEWS ; « Ut. » = Etude de la manière dont utiliser l’alerte précoce ; « Synth. » = documents de synthèse. ......................................................................................... 86

Liste des annexes

Annexe 1 Analyse synthétique de la base documentaire ........................................................... 79



1. Introduction

L’occurrence d’un séisme n’est pas prévisible dans l’état actuel de nos connaissances. Il existe néanmoins des systèmes d’alerte sismique permettant de détecter l’arrivée d’un séisme majeur en temps réel et de déclencher certaines actions de prévention (fermeture de vannes, alerte à la population, …) en à peine quelques secondes. C’est le cas notamment au Mexique et au Japon.

D'une manière générale, les informations concernant l’alerte sismique précoce sont nombreuses, en particulier dans les revues scientifiques où le nombre de publications consacrées à cette thématique a augmenté de manière exponentielle depuis quelques années. En effet, l’alerte sismique précoce constitue un outil puissant de mitigation du risque sismique qu’il devient de plus en plus aisé de mettre au point à mesure que les technologies liées au transfert de l’information en temps-réel progressent. Cependant, le concept même d’alerte sismique précoce, qui repose sur des méthodologies nombreuses et en constante évolution, est assez complexe et fait appel à des notions aussi bien scientifiques que socio-économiques (ex. question de l’acceptabilité des fausses alertes, etc.).

Dans ce contexte, le Ministère de l'Écologie, du Développement Durable et de l'Énergie (MEDDE) a confié au BRGM la réalisation d’une veille scientifique permettant de répertorier les études en cours au niveau mondial sur le thème de l’alerte sismique précoce ainsi que les nouveaux dispositifs émergents, et de juger des capacités novatrices de ces derniers et de leur applicabilité au territoire français.

Après une analyse de l’imposante base documentaire constituée pour les besoins de l’étude (cf. Tableau 3), ce rapport présente ensuite en détails les principales voies de recherche et leurs enjeux, ainsi que les principaux projets menés sur ces systèmes innovants. Dans un second temps, la question de l’utilisation opérationnelle de ces systèmes est étudiée, avec le souci d’identifier les innovations ou les nouvelles orientations des systèmes d’alerte sismique précoce présentant un intérêt particulier pour la France.

1.1. ORIGINE ET OBJECTIFS DE L’ALERTE SISMIQUE PRECOCE

En 1868, Cooper pose les bases d’un nouvel outil visant à alerter « précocement » San-Francisco de l’imminence de l’arrivée d’ondes destructrices engendrées par un séisme survenu à une centaine de kilomètres de la ville. La base physique du système imaginé par Cooper est simple : les forts mouvements du sol sont dus aux ondes de cisaillement (ondes S) et aux ondes de surface qui les suivent, lesquelles ondes sismiques se propagent moins vite que les ondes électromagnétiques.

Un peu plus d’un siècle plus tard, le concept de Cooper a été repris pour donner naissance aux systèmes d’alerte sismique précoce (ou « Earthquake Early Warning Systems » - EEWS), lesquels permettent de fournir une alerte dès les premières secondes suivant l’occurrence d’un séisme.



Si, dans l’état actuel des connaissances, la prédiction des séismes n’est pas possible à l’échelle de temps des contingences humaines, le principe d’EEWS offre en revanche une alternative intéressante permettant de limiter l’exposition des enjeux à l’aléa sismique. Au niveau du public, et moyennant une information et des formations adaptées, l’alerte précoce peut être un outil utile permettant d’adopter des mesures protectrices en mesure de réduire significativement les pertes humaines. Au niveau organisationnel, des mesures automatiques de mise en sécurité peuvent également être instaurées, permettant de limiter les dégâts lors de l’arrivée des mouvements forts, ainsi que les suraccidents.

Ce nouvel outil a été rendu possible grâce à la modernisation des réseaux de surveillance sismique, et le développement de la sismologie « temps réel ». En effet, il est désormais techniquement possible de disposer, quelques secondes après un séisme, d’informations quant à sa puissance, sa localisation, et ses effets.

1.2. DIFFERENTS TYPES DE SYSTEMES D’ALERTE PRECOCE SELON LES BESOINS ET LE CONTEXTE SISMIQUE

L’importante littérature scientifique consacrée au sujet de l’alerte sismique précoce présente différentes approches et stratégies qui peuvent à première vue paraitre « concurrentes », notamment en ce qui concerne l’instrumentation nécessaire à la surveillance sismique. Il est cependant possible de distinguer les différents grands types d’EEWS en adoptant une approche basée sur les notions « d’agresseur » et « d’agent vulnérable », le premier étant le séisme et le deuxième la cible à alerter.

Chacun de ces deux agents (« agresseurs » et « vulnérables ») peuvent selon les cas, soit être circonscrits dans des zones bien délimitées, soit au contraire occuper de vastes zones. Ainsi, deux configurations sont possibles pour les séismes : une configuration relativement favorable pour l’implantation d’un EEWS où les sources sismiques sont bien identifiées et à une certaine distance de la zone à protéger (grands systèmes de failles), et une seconde configuration Ŕ plus courante Ŕ de sismicité plus diffuse pouvant dans certains cas être observée au sein même de la zone vulnérable. De même, l’objet de la protection peut tout aussi bien être une cible clairement identifiée et relativement peu étendue (site industriel, équipe de secours en intervention, etc.) Ŕ on parle alors d’EEWS « spécifique » Ŕ, que constitué de multiples « agents vulnérables » répartis sur une zone plus étendue, ou « région » (pays, ville, centre urbain, etc.) Ŕ on parle alors d’EEWS « régional » Ŕ (cf. Figure 1 et Figure 2).

1.2.1. Systèmes d’alerte dédiés à des cibles spécifiques

Lorsqu’un EEWS a pour vocation d’alerter une cible spécifique, les moyens d’instrumentation mis en place sont systématiquement centrés sur cette cible. Il s’agit le plus souvent d’une station unique assurant en continu l’acquisition et l’analyse des mouvements du sol : cette configuration est connue sous la dénomination anglo-saxonne d’EEWS spécifique « onsite ». Dans ce cas, la station peut être placée relativement proche du site ciblé (ex. système UrEDAS avec capteurs implantés à quelques dizaines de mètres des lignes ferroviaires à protéger - Nakamura, 1988 Ŕ cf. paragraphe 4.2.1).



Cependant, dans quelques cas particuliers, l’approche par « front detection » (voir paragraphe suivant) peut être utilisée pour des EEWS spécifiques (cf. Xu et al., 2003). Dans ce cas, un réseau de stations est disposé autour de l’installation, à une distance suffisamment importante (30 à 60 km : Wieland et al., 2000) pour que tout séisme survenant en dehors de cette zone soit précédé d’une alerte. Ce type de système d’alerte reste néanmoins marginal car lourd à mettre en place, dans la mesure où il nécessite que soit développé un réseau de stations dédié à une installation donnée. Cette approche n’est retenue que dans le cas d’installations critiques situées dans des zones à très forte sismicité (ex. centrale nucléaire d’Ignalina en Lituanie, ou le site de stockage de gaz de Revithoussa en Grèce).

1.2.2. Systèmes d’alerte régionaux

Dans le cas des systèmes d’alerte régionaux, les EEWS reposent systématiquement sur des réseaux de capteurs, et non sur un appareil unique comme cela peut être fait dans le cas des EEWS spécifiques. Afin de maximiser le temps utile pour mettre à profit l’alerte précoce (durée séparant la réception de l’alerte et l’arrivée des ondes sismiques destructrices), l’objectif est de détecter l’occurrence du séisme le plus tôt possible.

Lorsque les séismes surviennent toujours au sein d’une zone bien délimitée et que l’on sait par conséquent d’où « vient le danger », la stratégie adoptée est celle de capter et d’analyser le « front d’ondes » sismiques lors de sa propagation de la zone épicentrale vers la zone cible. Pour ce faire, les moyens d’acquisition sismique doivent être disposés entre cette cible et l’épicentre du séisme de manière à former une sorte de « barrière » : on parle alors de systèmes « front detection ».

Cependant, dans la plupart des cas la sismicité est plus diffuse et ne permet pas de connaitre a priori la provenance de « l’agression sismique ». Dès lors, le réseau de surveillance sismique doit être distribué sur l’ensemble de la zone à protéger de manière à être en mesure de détecter l’occurrence d’un séisme au plus tôt, quel que soit l’endroit où celui-ci survienne.

1.2.3. Systèmes « hybrides »

Si, comme souligné précédemment la majorité des EEWS spécifiques reposent sur une analyse à partir d’une unique station sismique et que les systèmes d’alerte régionaux reposent au contraire sur des réseaux, il est cependant à noter que ce découpage n’est pas forcement figé, à l’image des systèmes qualifiés « d’hybrides » qui fonctionnent comme des EEWS à station unique lorsqu’une seule station sismique a détecté le séisme, puis comme des systèmes régionaux classiques lorsque des enregistrements sont disponibles au niveau de plusieurs stations.



Figure 1 – Classification des EEWS selon leur conception et leur mode d’utilisation.

Figure 2 – Représentation schématique des différentes configurations d’EEWS.



2. Veille scientifique

2.1. MISE EN ŒUVRE DE LA VEILLE SCIENTIFIQUE

Afin de pouvoir obtenir une vision aussi large que possible sur la recherche menée sur le thème de l’alerte sismique précoce, nous nous sommes dans un premier temps attaché à réaliser une synthèse bibliographique exhaustive des articles scientifiques publiés sur le sujet dans les revues scientifiques à comité de lecture. Cette analyse a conduit à recenser, acquérir et analyser 121 articles scientifiques publiés entre avril 1994 et juillet 2012.

Cette base documentaire a dans un second temps été enrichie de nombreux autres documents à caractère scientifique :

Ouvrages spécialisés ;

Thèses de doctorat ;

Rapports techniques ;

Actes de colloques.

Les articles ainsi rassemblés, complétés par les documents additionnels les plus pertinents, ont ensuite été analysés et classés selon les thématiques abordées : la synthèse de cette analyse est présentée dans le Tableau 3 en Annexe 1.

Un sujet de recherche très actif et de plus en plus mondialisé

Une première analyse globale de cette base documentaire met en évidence que l’alerte sismique précoce fait l’objet d’un intérêt croissant de la part de la communauté scientifique qui lui consacre chaque année plus d’articles (Figure 3) ; au point de constituer aujourd’hui une thématique à part entière dans les revues scientifiques spécialisées.

Les premiers travaux consacrés à cette thématique datent du milieu des années 1980, lorsque Nakamura développa pour les trains à grande vitesse japonais les bases de l’alerte sismique précoce. Jusqu’au début des années 2000, et malgré la conduite de programmes de recherche sur le sujet (cf. chapitre 3) et l’utilisation opérationnelle d’EEWS au Japon et au Mexique, très peu d’articles scientifiques ont été consacrés au sujet de l’alerte sismique précoce. Ce n’est qu’en 2003 qu’un article d’Allen et Kanamori dans la revue Science sur la potentialité de doter la Californie d’un EEWS a réellement permis à la thématique d’émerger de manière persistante dans les revues scientifiques, avec à partir de cette date une « explosion » du nombre d’articles (cf. Figure 3).



Figure 3 – Evolution du nombre de publications annuelles d’articles scientifiques ayant trait à l’alerte sismique précoce (recherche effectuée parmi les articles publiés dans des revues

scientifiques à comité de lecture).

Un examen rapide de la situation géographique des cas d’étude présentés dans les publications répertoriées souligne également que de nombreux pays se sont penchés sur la problématique de l’alerte sismique précoce (cf. Figure 4). Parmi les territoires les plus étudiés sous l’angle de l’alerte sismique précoce, quelques pays se dégagent nettement : il s’agit du Japon, des Etats-Unis, de l’Italie et de Taïwan. Tous correspondent à des régions très sismiques disposant aujourd’hui de systèmes d’alerte opérationnels ou en passe de l’être (cf. paragraphe 4.1).

Il est cependant intéressant de noter l’apparition de plus en plus de cas d’étude relatifs à des pays à sismicité plus modérée tels que l’Allemagne. Cette évolution traduit en premier lieu une certaine maturité des méthodologies mises en place, mais également la démocratisation progressive de la technologie de la sismologie dite « temps-réel », tant d’un point de vue technique que financier. La rencontre de ces deux facteurs autorise aujourd’hui un élargissement progressif du champ d’application de l’alerte sismique précoce à des territoires a priori moins favorables à l’alerte sismique précoce.

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Année de publication



Figure 4 – Répartition des articles scientifiques traitant de l’alerte sismique précoce selon le pays des cas d’étude reportés (recherche effectuée parmi les articles publiés dans des revues

scientifiques à comité de lecture).

2.2. PRINCIPAUX AXES DE RECHERCHE

L’alerte sismique précoce est un sujet d’étude transverse qui repose sur différentes thématiques faisant chacun l’objet de travaux de recherche. En particulier, la dimension résolument opérationnelle de l’alerte précoce fait intervenir des notions aussi bien scientifiques que socio-économiques (ex. question de l’acceptabilité des fausses alertes, etc.).

L’imposante littérature scientifique existant à ce jour et rassemblée dans le cadre de cette étude est ici analysée au travers des principaux axes de recherche correspondant aux questions clés de l’alerte sismique précoce.

2.2.1. Evaluation de l’agression sismique au niveau des cibles à protéger

Tout système d’alerte repose en premier lieu sur l’évaluation de la dangerosité d’une situation pour, s’il y a lieu, procéder dans un second temps à l’émission d’une alerte. Pour ce qui est du phénomène sismique, c’est le plus souvent l’agression sismique qui est retenue pour représenter la situation dangereuse. Il s’agit donc d’évaluer en quelques secondes le niveau probable de cette agression à l’échelle du site ou de la région surveillé(e) par l’EEWS afin de juger de la nécessité ou non d’émettre une alerte.

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Pays d'application



D’un point de vue des méthodes utilisées dans le traitement de la donnée donnant lieu à l’alerte précoce, l’approche « onsite » qui utilise l’enregistrement d’une unique station diffère grandement de l’approche par réseau qui intègre les signaux enregistrés sur différentes stations. En effet, puisque les EEWS « onsite » n’apportent qu’une vision ponctuelle, ils ne sont pas tenus d’évaluer la puissance du séisme et seul les effets attendus au niveau de la station sont généralement évalués. Au contraire, afin de pouvoir émettre une alerte étendue, les EEWS régionaux doivent estimer l’opportunité de l’alerte non seulement au niveau de chacune des stations disposant d’un enregistrement du séisme, mais également dans l’ensemble de la zone cible. Pour ce faire, les EEWS régionaux procèdent dans un premier temps à la localisation de l’événement et à l’évaluation de sa magnitude, pour ensuite estimer si l’alerte est justifiée ou non (simple seuil en magnitude, évaluation des niveaux d’intensité, etc.).

Localisation rapide des séismes

Problématique

Les méthodes traditionnelles de localisation automatique 3D des séismes (longitude, latitude, profondeur) reposent le plus souvent sur l’analyse des temps d’arrivée des différentes phases du signal sismique enregistré en de nombreuses stations. Dès lors, il s’est avéré nécessaire de développer de nouvelles approches permettant une localisation très rapide de l’hypocentre des séismes à partir des premières secondes du signal enregistré au niveau d’un nombre restreint de stations. Ces approches alternatives se doivent par ailleurs d’être en mesure de gérer différentes problématiques inhérentes à l’analyse en temps-réel de données : hétérogénéité du temps de latence de transmission des données selon les stations, identification erronée de l’arrivée des ondes P, etc. A noter cependant que certains EEWS utilisent des algorithmes de détection non spécifiques à l’alerte sismique précoce, ayant été mis au point pour l’analyse de données en temps-réel (ex. logiciel EarthWorm de l’USGS).

Etat des lieux de la recherche

Plusieurs méthodologies de localisation automatique des séismes dédiées à l’alerte sismique précoce ont été proposées ces dernières années et sont aujourd’hui couramment utilisées. Celles-ci se basent sur l’approche classique de recherche de l’hypocentre sur une grille 3D, en ajoutant comme information supplémentaire la liste des stations n’ayant pas encore enregistré le séisme (Rydelek et Pujol, 2004 ; Horiuchi et al., 2005). Cua et Heaton (2007) puis Satriano et al. (2008) ont ensuite fait évoluer la méthode en y introduisant le concept de cellule de Voronoi. Rosenberg (2009) a pour sa part récemment proposé une méthodologie de localisation rapide entièrement basée sur une extension du diagramme de Voronoi et ne nécessitant aucun a priori sur le modèle de vitesse.

Ces méthodes de localisation sont par nature évolutives dans la mesure où chaque nouveau « déclenchement » de station apporte une information supplémentaire censée raffiner la localisation.



Bien que la localisation rapide de l’épicentre du séisme soit essentiellement une problématique liée aux EEWS régionaux, il est à noter que certains systèmes onsite procèdent également à cette localisation, représentée sous la forme du couple distance épicentrale / azimut du train d’ondes (cf. Nakamura, 1988 ; Odaka et al., 2003).

Perspectives

Aujourd’hui, les méthodes de localisation rapide de l’hypocentre sont relativement matures et suffisamment robustes pour une utilisation opérationnelle. En outre, elles peuvent être appliquées dans n’importe quel contexte et ne nécessitent donc pas d’étude spécifique de régionalisation.

En revanche, dès lors que l’on s’intéresse à des séismes de magnitude importante impliquant de grandes ruptures de failles pouvant atteindre plusieurs centaines de kilomètres, l’hypothèse de la source ponctuelle n’est plus valable et il est nécessaire de prendre en compte la géométrie de la rupture. Dans le but de raffiner les estimations des mouvements forts utilisées pour juger de la pertinence de l’alerte, des recherches sont donc menées sur l’estimation rapide de la géométrie de la rupture (Böse et al., 2008).

Principales références

- Satriano et al. (2007, 2008) - Horiuchi et al. (2005)

Evaluation rapide de la magnitude des séismes

Problématique

Comme pour le cas de la localisation des séismes, les méthodes traditionnelles de calcul de la magnitude ne sont pas adaptées à des fins d’alerte précoce. La magnitude représentant l’énergie dissipée par un séisme, son évaluation repose classiquement sur l’analyse de l’ensemble du signal sismique en un nombre aussi important que possible de stations sismologiques. Par conséquent, les premières estimations rapides de magnitude ne sont généralement pas disponibles avant plusieurs minutes après l’occurrence du séisme, soit bien après que les mouvements forts aient été enregistrés et aient causés des dommages.


L’estimation rapide de la magnitude d’un séisme quelques secondes seulement après l’initiation de la rupture le long de la faille occupe un rôle central dans le champ de l’alerte sismique précoce. De très nombreuses méthodes ont ainsi été développées, qui se basent sur des relations empiriques reliant la magnitude à différents indicateurs calculés à partir des premières secondes du mouvement sismique : généralement, seules les premières secondes de l’onde P sont analysées, mais il est de plus en plus fréquemment fait appel à l’onde S afin d’affiner l’alerte précoce avec le temps.



Bien qu’empiriquement relativement robuste, ce principe d’estimation de la magnitude avant même la fin de la rupture soulève des questions quant au caractère déterministe du processus de rupture et par conséquent de la magnitude. Ce débat anime la communauté sismologique depuis de nombreuses années, sans que personne n’ait pu y apporter de réponse définitive. Tout du moins, des hypothèses ont-elles pu être avancées afin de tenter d’expliquer les corrélations empiriques observées entre la magnitude et différents indicateurs calculés sur les premières secondes du signal sismique.

Ainsi, Zollo et al. (2006) indiquent que statistiquement, les fractures associées à des dynamiques de chute de contraintes importantes ont une probabilité accrue de se propager sur de longues distances et de générer des mouvements sismiques de plus grande amplitude, justifiant ainsi l’usage de paramètres d’amplitude pour la détermination en temps-réel de la magnitude. D’autre part, les séismes de faible magnitude irradient une énergie plus haute fréquence que les séismes plus importants, permettant ainsi d’utiliser le contenu fréquentiel du signal pour estimer la magnitude.

Différents paramètres calculés sur les premières secondes du signal ont donc été avancés pour servir de « proxy » de la magnitude finale des séismes. Les paramètres

les plus utilisés à ce jour sont les paramètres fréquentiels pmax (fréquence dominante

introduite par Nakamura en 1988 et popularisée par Allen et Kanamori en 2003) et c (fréquence moyenne introduite par Kanamori en 2005), ainsi que le paramètre d’amplitude Pd (pic de déplacement introduit par Wu et Kanamori en 2005). Cependant, de nombreux autres paramètres ont également été introduits dans la littérature scientifique (cf. Figure 5 ci-dessous), et certains auteurs recourent volontiers à la combinaison de plusieurs proxys : pour plus de détails sur les différentes méthodologies développées pour l’estimation rapide de la magnitude, le lecteur pourra se référer aux synthèses réalisées par Allen et al. (2009), Satriano et al. (2011a) et Auclair et al. (2012a).



Figure 5 – Grandes familles de paramètres utilisés pour l’estimation rapide de la magnitude dans le cadre de systèmes d’alerte sismique précoce : paramètres de pic (Pd et Pv), de période

(c et p), intégrés (CAV et IV2), de pic « moyenné » (Va). Figure modifiée d’après Satriano et al. (2011a).

Perspectives

Si les principales méthodologies existantes pour évaluer la magnitude dans le cadre d’EEWS sont relativement robustes, les relations empiriques à considérer doivent encore être calibrées au cas par cas. En effet, bien que des efforts soient entrepris pour établir des relations de références mondiales (ex. Zollo et al., 2010), des différences notables apparaissent encore selon la provenance des données utilisées pour établir ces corrélations (possible influence des conditions locales, du type d’instrumentation sismologique, etc.).

En parallèle à ces efforts de généraliser les équations prédictives de la magnitude, certains auteurs poursuivent leur recherche de nouveaux proxys alternatifs plus adaptés à l’évaluation rapide de la magnitude. Ainsi, plusieurs nouveaux paramètres

ont-ils été proposés ces dernières années parmi lesquels : pdmax (Hildyard et Rietbrock,

2010), IV2 (Festa et al., 2008 ; Olivieri et al., 2008 ; Lancieri et al., 2011), inversion du spectre de réponse en déplacement (Caprio et al., 2011).


- Allen et Kanamori (2003)



- Böse et al., 2008 - Kanamori (2005) - Shieh et al. (2008) - Wu and Kanamori (2005) - Zollo et al. (2006)

Evaluation de la sévérité des secousses – cas des EEWS régionaux

En ce qui concerne la question de l’estimation de la sévérité des secousses réalisée dans le cadre d’EEWS régionaux, celle-ci Ŕ bien qu’importante Ŕ ne constituait pas jusqu’à très récemment un champ de recherche à part entière, dans la mesure où elle repose le plus souvent sur l’usage des désormais classiques relations de prédiction des mouvements du sol avec comme données d’entrée les estimations préliminaires de localisation et de magnitude (cf. paragraphes précédents).

Cependant, plusieurs articles se sont penchés sur le sujet ces dernières années car cette étape demeure une grande source d’incertitude pour l’alerte sismique précoce (ex. Hoshiba et al., 2010 ; Iwakiri et al., 2011). Notons par exemple l’approche proposée par Zollo et al. (2010) permettant une évaluation de l’étendue de la zone de

dommages en croisant les paramètres c et Pd.

EEWS « onsite »

Problématique

Outre le fait qu’elle est très facile à mettre en œuvre, l’alerte sismique précoce « onsite » permet également de contourner le problème de localisation précise de l’évènement sismique et d’évaluation de sa magnitude, en se concentrant directement sur une estimation de l’agression sismique à venir. Ainsi, à partir de paramètres identiques à ceux utilisés comme proxy de magnitude par les EEWS régionaux, les systèmes « onsite » procèdent à l’évaluation de l’ampleur maximale des mouvements sismiques à venir.

En outre, les EEWS onsite permettent de s’affranchir en partie du phénomène de « zone d’ombre » qui traduit l’inefficacité des systèmes régionaux à fournir une alerte précoce dans la zone épicentrale du fait de l’arrivée très rapide des ondes S. En effet, le gain de temps dans l’acquisition et l’analyse des données permis par l’approche onsite autorise un usage à faible distance de l’épicentre, là-même où les dommages sont les plus importants.


Si l’évaluation de l’ampleur maximale des mouvements sismiques à venir se résume pour certains auteurs à déduire une valeur maximale (PGA, PGV ou PGD) à partir du pic observé sur les premières secondes de l’onde P, la tendance générale est aujourd’hui de combiner un indicateur d’amplitude avec un indicateur fréquentiel de manière à prendre en compte de manière implicite la magnitude du séisme.



Opérationnel pour les trains à grande vitesse japonais dès 1990, le système onsite « UrEDAS » (Urgent Earthquake Detection and Alarm System Ŕ cf. Nakamura, 1988) qui évalue le pouvoir destructeur à partir d’estimation de paramètres du séisme a ainsi été amélioré de manière à être en mesure d’évaluer directement la nocivité du signal sismique au niveau de la station (selon une approche différente de celle illustrée sur la Figure 7, p. 25). Nommé « Compact UrEDAS », ce nouveau système onsite opérationnel depuis 1997 procède ainsi directement à une évaluation empirique de l’intensité du séisme, laquelle sert seule de critère de déclenchement de l’alerte (Nakamura et Saita, 2007 ; Nakamura et al., 2011).

Alors que les bases du principe d’alerte sismique précoce ont été posées par le système UrEDAS et que l’approche régionale s’est depuis largement inspirée des méthodologies mises en œuvre pour l’alerte onsite, le phénomène inverse s’observe depuis peu avec une valorisation des nombreuses avancées effectuées dans le domaine de l’alerte précoce régionale à des fins d’alerte onsite. Ainsi, dans une étude parue au début de l’année 2012, Böse et al. proposent une adaptation de leur méthodologie nommée PreSEIS (Böse,2006 ; Böse et al., 2008) pour l’alerte onsite, en se basant sur une approche d’apprentissage par réseaux de « neurones virtuels ».

Perspectives

Plus simple par nature, l’approche d’alerte précoce onsite évolue aujourd’hui assez peu, et l’on constate donc dans les revues scientifiques plus de cas d’étude de tests de la méthodologie onsite que d’articles méthodologiques. Il est cependant intéressant de noter les recherches menées récemment visant à réaliser une évaluation plus poussée de la sollicitation dynamique des bâtiments, de manière à pouvoir raffiner les critères d’émission de l’alerte précoce pour les structures étudiées : ainsi, se basant sur une instrumentation dédiée d’un bâtiment cible, Picozzi (2012) propose un système d’alerte permettant l’estimation des spectres de réponse élastique à chacun de ses étages (voir aussi Iervolino, 2011).

Mais la voie de recherche la plus intéressante demeure certainement celle consistant à intégrer l’approche onsite au sein d’EEWS régionaux, en mettant au point des systèmes hybrides considérant à la fois les stations individuellement et comme faisant partie de réseaux (cf. Kanamori, 2005 ; Iervolino et al., 2006). Citons à ce titre le très intéressant article de Zollo et al. (2010) qui propose une méthodologie hybride illustrée pour le séisme italien de l’Aquila du 6 avril 2009. Cette méthode Ŕ qui a récemment été testée avec succès sur des données japonaises (Colombelli et al., 2012) Ŕ permet tout à la fois de définir extrêmement rapidement un niveau d’alerte au niveau de chaque station, et d’évaluer l’étendue probable de la zone sinistrée.

Notons également les recherches visant à développer des systèmes « onsite » à bas-coûts reposant sur des capteurs micro-électroniques MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems). Ce détournement d’accéléromètres micro-électroniques développés par l’industrie de la téléphonie, de l’informatique ou encore de l’automobile, rend possible la transposition de l’approche onsite à un usage individuel (cf. Horiushi et al., 2009).




- Nakamura, 1988 - Nakamura et Saita, 2007 - Nakamura et al., 2011 - Kanamori, 2005

2.2.2. Surveillance sismique

Problématique

Les EEWS doivent nécessairement être basés sur des moyens d’observations fiables, automatiques, continus et disposant d’une transmission en temps-réel des données enregistrées. Cela suppose donc de disposer de capteurs, de systèmes d’acquisition et de moyens de communication adaptés, répondant à des exigences de performances souvent plus fortes que celles retenues pour les réseaux de surveillance sismologiques traditionnels. Ces exigences peuvent se résumer au travers de deux impératifs : grande fiabilité et faible latence. Pour plus de détails sur les besoins d’instrumentation inhérents à l’alerte sismique précoce, le lecteur pourra se référer à l’étude d’Auclair et al. (2012a).

L’acquisition sismologique nécessaire à l’alerte sismique précoce est dans ses grandes lignes similaire aux besoins traditionnels des observatoires de surveillance sismique. Pour ce qui est des capteurs, et du fait des gammes de fréquences investiguées, les EEWS doivent cependant reposer sur des sismomètres large-bande ou des accéléromètres, la préférence étant donnée à ce deuxième type d’appareil qui présente moins de risque de saturation en cas d’enregistrement de mouvements forts. Concernant l’enregistrement des données, celle-ci doit impérativement être continue Ŕ et non-pas sur seuil de déclenchement Ŕ mais cela ne constitue plus une particularité et tend à devenir un standard dans les observatoires sismologiques. La spécificité de l’acquisition des EEWS réside donc plus dans les besoins de mise à disposition de la donnée, laquelle doit avoir lieu en temps-réel avec une latence aussi faible que possible.


Les EEWS régionaux étant le plus souvent basés sur des réseaux modernes très performants, peu de travaux de recherche sont véritablement consacrés à la manière d’optimiser l’instrumentation, et les quelques articles abordant le sujet se limitent le plus souvent à décrire les principales caractéristiques du réseau (Weber et al., 2007 ; Iannaccone et al., 2010 ; Hsiao et al., 2011, etc.), avec dans certains cas des considérations sur la manière dont optimiser la répartition spatiale des stations (Oth et al., 2010) ou de sécuriser la transmission temps-réel des données vers un/des centre(s) d’analyse.

La principale initiative de recherche appliquée concernant l’acquisition sismique pour l’alerte sismique régionale (et onsite) est celle qui a été menée dans le cadre des projets SAFER et EDIM (cf. paragraphes 3.2 et 3.6 respectivement) pour mettre en



place un nouveau type d’EEWS basé sur des capteurs MEMS (cf. Fleming et al., 2009 et Figure 6). Connectés les uns les autres au moyen de connexions sans-fil dans un schéma d’auto-organisation (i.e. le réseau est capable de s’adapter automatiquement aux changements de configuration du réseau : ajout de nouvelles stations, panne ou destruction de certaines autres au moment du séisme, etc.), ces capteurs forment un réseau non-centralisé (i.e. absence de centre de traitement des données qui sont partagées au niveau de chaque station). Testé avec succès à Istanbul, ce prototype d’EEWS qui porte le nom de SOSEWIN (Self-Organizing Seismic Early Warning Information Network) a été imaginé de telle sorte à pouvoir fiabiliser l’alerte d’une part en multipliant les sites de mesures du fait du moindre coût des capteurs utilisés, et d’autre part en ayant recours à un mode de transmission de la donnée très flexible.

A noter que SOSEWIN a également été appliqué à la surveillance de l’intégrité de bâtiments à enjeux tels que le pont à suspension traversant le Bosphore, des bâtiments situés à l’Aquila, ou encore des installations ferroviaires.

Figure 6 – Détails d’une unité (capteur MEMS + système d’acquisition + système de transmission) du système SOSEWIN (photo : GFZ-Potsdam).

Perspectives

L’enjeu principal des technologies support sur lesquelles reposent les EEWS est sans nul doute d’évoluer de manière à pouvoir simplifier et rendre plus accessible le déploiement de réseaux de surveillance sismique temps-réel. Cela passe en premier lieu par la conception de capteurs sismologiques à bas-coûts permettant, pour des gammes fréquentielles données, l’enregistrement fiable d’un certain nombre de paramètres du signal utiles à l’élaboration d’une alerte sismique (valeurs de pic d’amplitude, fréquence dominante, etc.). Les capteurs MEMS semblent aujourd’hui en bonne voie pour pouvoir répondre à ces objectifs, avec des coûts de plus en plus faibles et des performances toujours croissantes (cf. Cochran et al., 2011).

D’autre part, un soin particulier devra être porté à la manière dont les données acquises par ces capteurs seront diffusées/partagées, en gardant comme objectif principal la fiabilité de l’accès aux données en cas de séisme. La multiplication des capteurs rendue possible par les MEMS oblige en particulier à considérer de nouvelles procédures de communication plus flexibles.


- Fleming et al., 2009



- Horiushi et al., 2009 - Oth et al., 2010

2.2.3. Critères d’émission d’alertes

Problématique

Quelle que soit les méthodologies qu’ils utilisent, tous les EEWS procèdent à une estimation (quantitative ou non) du pouvoir destructeur des séismes, laquelle est associée à une incertitude. Généralement, de tels résultats d’évaluation évolutive d’aléa seraient transmis aux acteurs concernés, accompagnés d’indications permettant à ces derniers d’en apprécier la validité. Dans ce schéma classique, il revient à chaque destinataire et sur la base de critères qui lui sont propres, d’agir en réponse à ces informations techniques par des décisions aussi adaptées que possible. Le meilleur exemple de ce schéma est représenté par le secteur de la prévision météorologique, domaine où chacun peut moduler ses activités quotidiennes en fonction de prévisions accompagnées d’indices de confiance.

Le champ de l’alerte précoce sismique diffère cependant de ce cadre général dans la mesure où les délais d’alerte que peuvent offrir les EEWS sont beaucoup trop courts pour que des utilisateurs aient le temps d’élaborer une réponse adaptée à l’alerte (hormis le cas spécifique des alertes à la population). Par conséquent, des mesures automatiques doivent le plus souvent être mises en place, et l’alerte précoce devient dans les faits le déclencheur de ces actions. Cette spécificité des EEWS sismiques rend le processus d’émission de l’alerte particulièrement critique dans la mesure où il porte à lui seul tout le poids de la décision opérationnelle. Pour ces raisons, et comme le soulignent Satriano et al. (2011), la notification de l’alerte doit être adaptée à chaque utilisateur et doit reposer autant que possible sur une évaluation du risque d’alertes manquées et de fausses alertes. A noter que l’émission d’une alerte sismique précoce relève d’un nécessaire compromis entre rapidité d’émission et fiabilité.


Certains systèmes ont recours à des procédures de déclenchement de l’alerte relativement simples basés sur le dépassement de valeurs seuil, tel que le schéma d’alerte onsite proposé par Kanamori (2005) et représenté sur la Figure 7, ou celui proposé par Zollo et al. (2010) représenté sur la Figure 8.



Pd (cm) c (s) Type d'alerte

>0.5 >1.0 Le séisme est vraisemblablement destructeur à proximité de la station mais également à plus grande distance

<0.5 >1.0 Le séisme n'est pas destructeur à proximité de la station mais peut l'être ailleurs

>0.5 <1.0 Le séisme n'est destructeur qu'à proximité de la station

<0.5 <1.0 Le séisme n'est pas destructeur

Figure 7 – Schéma du principe d’alerte précoce « onsite » proposé par Kanamori (2005)

Figure 8 – Schéma du principe d’alerte précoce « onsite » proposé par Zollo et al. (2010)

Cependant, de manière à répondre au mieux aux enjeux posés par l’alerte sismique précoce en termes d’impacts et de coûts des actions qui doivent être prises en réponse, deux préoccupations principales sont à considérer lors de la mise en place d’une procédure d’émission des alertes :

1. Quelle est la probabilité de déclencher une fausse alerte ou au contraire de manquer une alerte compte-tenu des enregistrements sismiques disponibles ?

2. Quel seuil d’activation considérer pour un utilisateur donné et quelle est son aversion au risque (i.e. son acceptabilité des fausses alertes et des alertes manquées) ?



Concernant le premier point, de nombreux travaux ont déjà été menés sur la quantification des incertitudes des estimations. L’approche commune consiste à exprimer les évaluations de sévérité des secousses sismiques dans un schéma probabiliste : une densité de probabilité peut ainsi être attribuée à chaque paramètre évalué, tel que la magnitude (cf. Cua, 2005 ; Iervolino et al., 2006 ; Cua et Heaton, 2007 ; Lancieri et Zollo, 2008), la localisation (cf. Satriano et al., 2009), le PGA (cf. Iervolino et al., 2006), le PGV (Wang et al., 2012), etc. Ces probabilités peuvent alors être utilisées afin de déduire les probabilités conditionnelles de fausse alerte et d’alerte manquée associées à l’utilisation de différentes valeurs seuil d’activation, lesquelles probabilités peuvent servir de base à la définition d’arbres décisionnels automatiques adaptables à chaque utilisateur en fonction de sa propre acceptabilité du risque. L’idée sous-tendue par cette formulation probabiliste est de pouvoir décider de l’opportunité d’émettre une alerte au regard d’objectifs de performances propres à chaque enjeu. Une synthèse très complète de cette approche est fournie par Satriano dans un récent article publié en 2011.

Concernant l’aversion au risque, les travaux menés à ce jour ont tous pris le parti d’aborder le problème sous un angle « économique » par la réalisation de bilans comptables de type « analyse coûts/bénéfices ». Ainsi, en réalisant une estimation des coûts des alertes manquées et des fausses alertes (cf. Figure 9) ainsi que des bénéfices attendus d’une alerte valide, et en croisant ces estimations avec les probabilités conditionnelles de ces différentes situations, les auteurs définissent des arbres décisionnels (cf. Grasso et al., 2007 ; Iervolino et al., 2007 ; Iervolino, 2011 ; Wang et al., 2012).

Figure 9 – Impact des fausses alertes par types d’actions prises par un système d’alerte sismique précoce (source : Iervolino, 2011).



Perspectives

Alors que les outils méthodologiques permettant de combiner les différentes estimations « précoces » de manière à fournir une information pertinente et contextualisée (i.e. évaluation de paramètres utiles à la prise de décision accompagnés d’estimation de l’incertitude) sont maintenant développés et peuvent facilement être utilisés dans des procédures de prise de décision automatiques, c’est aujourd’hui la question de l’interface avec les utilisateurs qui se pose.

La réponse à cette question n’est plus du seul ressort de la communauté scientifique travaillant traditionnellement sur les EEWS, et nécessite au contraire une implication accrue des sciences sociales et économiques. Ainsi, il s’agit d’une part d’expliciter la notion d’acceptabilité de l’alerte (qu’il s’agisse d’une alerte valide, d’une fausse alerte ou d’une alerte manquée), et d’autre part d’intégrer toutes les parties prenantes et en premier lieu les utilisateurs finaux, de manière à les rendre acteurs du processus de décision (automatique ou non) donnant lieu à l’émission et à la diffusion des alertes sismiques précoces. Ces problématiques devraient notamment être étudiées dans le cadre du projet européen REAKT (cf. paragraphe 3.3).


- Iervolino, 2011 - Grasso, 2007

2.2.4. Utilisation de l’alerte

Problématique

L’alerte précoce ne doit pas être considérée comme une fin en soi, et son utilité ne peut être jugée qu’au regard de l’utilisation effective qui peut en être faite. Les EEWS peuvent en effet être divisés en deux composantes essentielles que sont l’analyse scientifique et la diffusion/utilisation de l’alerte (Nigg, 1995). Ainsi, aussi fiable et précoce que soit l’alerte, si celle-ci n’est pas relayée de manière satisfaisante ou si les destinataires ne prennent pas de mesures adaptées en réponse à sa réception, un EEWS pourra à raison être qualifié d’inefficace.

Très souvent, l’aspect utilisateur est cependant négligé lors de la conception et la mise en place d’EEWS, l’ensemble des efforts étant concentrés sur les questions techniques permettant d’émettre une alerte. A titre d’exemple, le système mexicain SAS qui est en fonctionnement depuis 1991 et qui est capable de fournir des alertes près d’une minute avant l’arrivée des ondes destructrices au niveau de la ville de Mexico, est souvent montré du doigt pour l’absence de stratégie d’identification des utilisateurs potentiels et de leurs besoins : absence de stratégie jugée comme étant le principal facteur limitant de l’efficacité du système (Suárez et al., 2009). En effet, ce ne doit pas être aux utilisateurs de s’adapter au système, mais bien à l’inverse au système de répondre et de se plier à des besoins exprimés et non-supposés, faute de quoi les utilisateurs seront a priori moins nombreux et ne pourront en avoir qu’un usage limité.




Dans la plupart des cas, l’utilisateur de l’EEWS n’est considéré que par le prisme des usages potentiels que les scientifiques pressentent en fonction du temps disponible avant l’arrivée des secousses (cf. Figure 9). Cette approche à sens unique de la communauté scientifique a permis de pré-identifier des grandes familles d’utilisateurs potentiels et d’échanger avec eux.

Au-delà de cette approche, certains projets d’étude de faisabilité d’EEWS ont eu pour objectif d’entamer une démarche proactive de consultation des potentiels utilisateurs afin de comprendre leurs problématiques propres, leur attentes (ou au contraire leur absence d’attentes), ainsi que leurs besoins. Cette démarche s’est notamment traduite par la réalisation d’enquêtes visant à recueillir des éléments propres à orienter la conception d’EEWS adaptés aux utilisateurs (cf. Goltz, 2002 ; Auclair et al., 2012a).

Petit à petit, certains de ces utilisateurs se sont finalement approprié le concept d’EEWS, et l’ont intégré à leurs programmes de recherche et de développement en rejoignant parfois des projets de recherche plus importants en partenariat avec la communauté scientifique (cf. chapitre 3). Ces recherches donnent lieu à des études relatives à l’utilisation opérationnelle de l’alerte précoce, soit en se pliant au cadre assez rigide d’un système existant, soit au contraire en assujettissant le système d’alerte à proprement parler et ses performances à leurs besoins réels.

Perspectives

Pour ce qui est de l’usage de l’alerte sismique précoce, l’enjeu est aujourd’hui de faire des utilisateurs de véritables acteurs de manière à les impliquer non-seulement dans la définition et le développement de nouveaux usages, mais également dans la procédure de développement des systèmes d’alerte.


Identification des besoins et des utilisateurs :

- Riopelle et al., 2001 ; - Auclair et al., 2012a.

Exemples d’utilisation ayant donné lieu à des travaux scientifiques :

- Isolateurs sismiques « intelligents » (cf. Fujita et al. 2011, Maddaloni et al., 2011) ;

- Contrôle automatique de systèmes électroniques (cf. Kokawa et al., 2006) Ŕ application notamment dans le milieu industriel avec fermeture automatique de canalisations (cf. Salzano et al., 2009) ;

- Procédures de mise en sécurité dans des immeubles de grande hauteur (cf. Kubo et al., 2011) ;

- Gestion du trafic autoroutier (cf. Maruyama et al., 2009 a et b).



2.3. RETOUR D’EXPERIENCE

En parallèle des articles scientifiques traitant des nouveaux développements intervenant dans les grands champs de recherche identifiés au chapitre 2.2, deux types d’articles donnent un éclairage particulièrement intéressant et important sur les EEWS : les articles de retour d’expérience (REX) et les articles de synthèse et de mise en perspective.

2.3.1. Retours d’expérience

Dès lors qu’un outil devient opérationnel, il devient primordial d’effectuer de fréquents points de situation permettant de dresser un bilan objectif de ses performances, de manière à pouvoir faire évoluer le système dans une logique d’amélioration continue. A ce titre, les REX réalisés par plusieurs auteurs sur le fonctionnement d’EEWS sont particulièrement intéressants. Au-delà des REX techniques très spécifiques à telle ou telle composante de l’alerte précoce (localisation, estimation magnitude, etc.), les bilans les plus intéressants sont ceux consacrés aux performances de systèmes opérationnels, et qui permettent d’évaluer l’ensemble de la chaine de l’alerte précoce, depuis les considérations le plus techniques jusqu’à l’utilisation effective de l’alerte, en passant par les performances des EEWS en termes de fiabilité (i.e. proportion de fausses alertes et d’alertes manquées).

Le lecteur pourra notamment consulter les articles de REX sur les EEWS régionaux mexicain (Espinosa-Aranda et al., 2009 et 2011) et japonais (Doi, 2011), ainsi que sur le système onsite UrEDAS (Nakamura et al., 2011).

Les principaux enseignements de ces REX ayant une portée générale sont explicités un à un dans le chapitre 4.

2.3.2. Articles de synthèse

Les articles de synthèse (ou « review » en anglais) sont également intéressants dans la mesure où ils donnent accès à des visions instantanées de l’état des lieux de la problématique de l’alerte sismique précoce ainsi que de ses grands enjeux.

Les deux principaux articles de synthèse consacrés à la thématique de l’alerte sismique précoce sont à ce jour ceux d’Allen et al. (2009) et de Satriano et al. (2011a). Notons également le récent article de Gasparini et al. (2011) qui propose une mise en perspective intéressante au regard de l’expérience acquise lors du projet européen SAFER (cf. paragraphe 3.2).



3. L’alerte sismique précoce vue à travers des projets de recherche

Il convient de porter une attention particulière aux projets de recherche, lesquels constituent aujourd’hui le principal moteur de la recherche et portent l’essentiel des publications scientifiques. En effet, l’examen de ces seules publications ne permet pas de rendre compte de la portée réelle des projets dont le but n’est pas seulement de permettre des avancées méthodologiques ou des applications de pointe, mais également de fédérer des communautés et de nouer des partenariats, avec le plus souvent de fortes dimensions territoriales.

Comme bon nombre d’autres sujets d’étude, l’alerte sismique précoce a donc bénéficié Ŕ et continue de bénéficier Ŕ de ces projets plus ou moins grands pour avancer, tant au niveau méthodologique qu’applicatif.

Afin de permettre une meilleure visibilité de la dynamique de la thématique, nous dressons donc dans ce chapitre un tour d’horizon non-exhaustif de projets de recherche tout ou partie consacrés à l’alerte sismique précoce, avec un accent donné aux projets menés en Europe.

3.1. PROJET TRINET

Initié dans le but de doter la Californie d’un EEWS, le projet TriNet (1997-2001) a finalement dû faire face à deux types d’obstacles :

- En premier lieu, l’analyse socio-économique menée dans le cadre du projet a permis de mettre en évidence des problèmes liés à l’absence de cadre réglementaire adapté ;

- Parallèlement, les questions scientifiques et techniques se sont avérées plus complexes qu’envisagées, notamment au vu des technologies alors disponibles.

Pour autant, des travaux importants ont pu être menés dans le cadre du projet TriNet, notamment sur des questions peu abordées ailleurs. En particulier, un important volet socio-économique a été conduit afin d’évaluer la manière dont un EEWS pourrait être adopté par des utilisateurs en Californie, et comment ceux-ci pourraient en tirer profit par la prise de mesures adaptées.

Découpage du projet et sujets traités (Goltz, 2002) :

1. Enquête aux utilisateurs - (cf. Riopelle et al., 2001) - Acceptabilité de l’alerte précoce ; - Méthodes et protocoles pour la réception et la communication de

l’alerte ;



- Usage possible de l’alerte ; - Perception des avantages et des limitations du système ; - Différences par secteur d’activité des utilisateurs.

2. Etat de l’art sur l’alerte précoce (non sismique) - (cf. Tierney, 2000) - Leçons des systèmes d’alerte précoce aux risques naturels existants ; - Impact des fausses alertes et des alertes manquées sur le

comportement des utilisateurs ; - Utilisation de l’alerte précoce au travers des systèmes automatisés ; - Equité en termes d’alerte entre les territoires couverts par un EEWS.

3. Organisation et gestion d’un EEWS, et cadre réglementaire - (cf. ABS, 2001) - Cadre réglementaire et autorités compétentes - Organisation et gestion.

4. Pilote d’EEWS

3.2. PROJET SAFER

En Europe, l’essentiel des travaux menés ces dernières années dans le champ de l’alerte sismique précoce l’ont été en relation (plus ou moins directe) avec le projet SAFER, qui a constitué le premier projet scientifique à grande échelle en Europe consacré au sujet. Entre 2006 et 2009, ce projet a ainsi mobilisé plus d’une centaine de scientifiques.

Financé par la Commission Européenne dans le cadre de son 6e Projet Cadre (FP6), le projet SAFER (Seismic Early Warning for Europe) avait pour objectif général de développer des outils et des connaissances pour augmenter les capacités d’alerte sismique précoce de l’Europe, au travers notamment de plusieurs sites pilotes. Pour ce faire, le consortium SAFER était composé de 23 partenaires issus de 11 pays européens et du bassin Méditerranéen (Allemagne, Italie, Grèce, Roumanie, Suisse, Norvège, France, Pays-Bas, Islande, Turquie et Egypte). La particularité de ce projet tient dans sa dimension multidisciplinaire faisant appel aussi bien à des expertises dans le champ de la sismologie, de l’ingénierie géotechnique et des structures, de l’informatique et des statistiques, avec de la recherche fondamentale aussi bien qu’appliquée.

Tour d’horizon des travaux menés dans le cadre du projet SAFER :

1. Détermination en temps-réel (quelques secondes) de la puissance d’un séisme ainsi que de son potentiel destructeur ;



2. Implémentation de la technologie ShakeMap dans plusieurs grandes métropoles euro-méditerranéennes1 ;

3. Détermination rapide (quelques minutes) de caractéristiques avancées du séisme1 ;

4. Estimation en temps-réel de l’ampleur des mouvements sismiques à venir ;

5. Développement d’un EEWS basé sur la population :

Proposition d’une méthodologie (SOSEWIN : Self-Organizing Seismic Early Warning Information Network2) basée sur des capteurs sismologiques à bas coûts utilisant une communication sans-fil, lesquels peuvent être installés directement chez et par les citoyens Ŕ cf. Fleming et al., 2009 ;

6. Détection en temps quasi-réel de l’initiation d’une activité sismique « précurseur »1 ;

7. Proposition de procédures permettant de décider quand émettre une alerte précoce ;

8. Amélioration des capacités à émettre une alerte sismique précoce dans cinq grandes métropoles euro-méditerranéennes :

a. Athènes : Avant le projet SAFER, aucun effort particulier n’avait été fait pour développer un EEWS en Grèce. Le projet SAFER a notamment permis de développer un prototype d’EEWS hybride (cf. chapitre 1.2.3) pour la région du Golfe de Corinthe.

b. Bucarest : La principale avancée du projet SAFER pour Bucarest concerne la détermination rapide de la magnitude pour les séismes survenant dans la région de Vrancea, l’évaluation des mouvements sismiques et l’intégration dans le système d’alerte de cartes de mouvements du sol et de dommages.

c. Le Caire : Pour le Caire, le projet SAFER s’est focalisé sur les composantes amont de l’alerte sismique précoce, plutôt que sur la mise au point et l’implémentation d’un EEWS. Ainsi, le Caire a été doté de la technologie ShakeMaps de l’USGS, et des reconnaissances ont permis d’évaluer l’ampleur des effets de site ainsi que de réaliser des diagnostics de vulnérabilité en vue de pouvoir réaliser des scénarios de dommage.

1 Sujet en dehors de la notion d’alerte sismique précoce telle que définie dans le cadre de la présente

étude

2 Le développement de SOSEWIN est partagé entre les projets SAFER et EDIM (cf. paragraphe 3.6)



d. Istanbul : Déjà dotée d’un prototype d’EEWS au lancement du projet SAFER, Istanbul a servi de site pilote au développement et au test de la méthodologie SOSEWIN (Fleming et al., 2009), laquelle a pu être confrontée au système en place et pourrait à terme y être intégrée.

e. Naples : Tirant profit d’une étude de faisabilité de EEWS lancée quelques années plutôt par la protection civile italienne, le projet SAFER a accompagné le développement du prototype PRESTo (cf. Satriano et al., 2011 b), avec un important travail consacré aux aspects liés à l’ingénierie parasismique et à la prise de décision automatique (cf. paragraphe 2.2.3). A ce jour, le système PRESTo constitue sans aucun doute le pilote le plus avancé d’EEWS en Europe, et l’un des plus dynamiques au monde en termes de recherches appliquées dédiées à l’alerte sismique précoce.

Site internet

www.saferproject.net

Partenaires

Partenaires français3 :

1. GéoAzur

2. Centre Sismologique Euro-Mediterranéen (CSEM)

Liste exhaustive des partenaires : www.saferproject.net/doc/partnership.htm

Financement

Commission Européenne (programme FP6)

3.3. PROJET REAKT

Financé par la Commission Européenne dans le cadre de son 7e Projet Cadre (FP7), le projet REAKT (Strategies and tools for Real Time EArthquake RisK ReducTion) (2011-2014) s’inscrit dans la continuité du projet SAFER (cf. paragraphe 3.2), avec pour principal objectif l’amélioration de l’efficacité des outils et méthodes de mitigation du risque sismique en temps-réel. Il vise à établir un cadre sur la manière dont utiliser conjointement toutes les informations évolutives relatives au risque sismiques, telles que le suivi des répliques, les alertes précoces ou encore les « diagnostics » de

3 Dans le cadre du projet SAFER, les partenaires français n’ont pas été impliqués dans la problématique

propre à l’alerte sismique précoce, mais plutôt sur des aspects de « sismologie temps-réel »

http://www.saferproject.net/

http://www.saferproject.net/doc/partnership.htm



vulnérabilité en temps-réel. Toutes ces informations doivent en effet être combinées dans un cadre probabiliste tenant compte des incertitudes, de manière à pouvoir être utilisées pour des prises de décision rapides.

Par conséquent, l’alerte précoce ne constitue que l’une des composantes du projet REAKT dont les principaux objectifs sont indiqués ci-dessous :

1. Meilleure compréhension des phénomènes physiques conditionnant l’évolution de la sismicité à plus ou moins court terme (de quelques minutes à quelques mois) ;

2. Développement, calibration et tests de modèles probabilistes de « prévision sismique opérationnelle »4 ;

3. Développement de courbes de fragilités évolutives pour différents types d’ouvrages ;

4. Développement de modèles d’estimation des pertes en temps-réel, applicables aux précurseurs, aux chocs principaux et aux répliques ;

5. Mise au point d’une méthodologie d’aide à la prise de décision optimisée en réponse aux différentes informations disponibles en temps-réel, de manière à faciliter le choix de mesures adaptées par les utilisateurs ;

6. Etude du contenu et des modes de diffusion des alertes et informations temps-réel ;

7. Application à différentes types d’utilisateurs (transports ferroviaires, industries, hôpitaux, ponts, écoles, etc.).

Pour répondre à ces objectifs, un module est spécifiquement dédié aux EEWS. S’inscrivant dans la droite ligne des travaux initiés dans le cadre du projet SAFER, ce module vise notamment à renforcer la fiabilité des systèmes d’alerte, et à développer des applications d’ingénieries pouvant être utilisées de manière automatique. A noter également une tâche consacrée aux EEWS mobiles.

Site internet

www.reaktproject.eu

4 Sujet en dehors de la notion d’alerte sismique précoce telle que définie dans le cadre de la présente

étude

http://www.reaktproject.eu/



Partenaires

Au total, le projet REAKT regroupe 23 partenaires issus de 15 pays (dont 5 non-européens).

Partenaires français5 :

1. Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) ; 2. Centre Sismologique Euro-Mediterranéen (CSEM) ; 3. BRGM.

Liste exhaustive des partenaires : www.reaktproject.eu/index.php?option=com_content&view=article&id=49&Itemid=89#

Financement

Commission Européenne (programme FP7)

3.4. PROJET SISPyr

Mené de 2009 à 2012, le projet Interreg SISPyr (Système d'Information Sismique des Pyrénées Ŕ cf. Auclair et al., 2012a/b) a pour principal objectif de permettre la mise en commun des données sismologiques au niveau des Pyrénées et d’améliorer la couverture du massif par les différents réseaux en favorisant un passage progressif des stations à une transmission en temps-réel. Afin de tirer profit au maximum des avantages offerts par la sismologie temps-réel, le projet SISPyr vise également à mettre en place un module de calcul de ShakeMaps, et à évaluer la faisabilité d’un EEWS pyrénéen. Cette évaluation de faisabilité s’est orientée selon deux grands axes relatifs à 1) la faisabilité technique d’un EEWS pyrénéen, et 2) à l’opportunité de doter les Pyrénées d’un tel outil.

Concernant l’étude de faisabilité technique, celle-ci a reposé en premier lieu sur la validation des méthodes empiriques de détermination rapide de la magnitude en utilisant des données sismiques exclusivement pyrénéennes. Pour ce qui est de l’évaluation de l’opportunité de la mise en place du système dans la région pyrénéenne, les travaux entrepris se sont orientés selon deux directions. Dans un premier temps, une analyse des performances théoriques d’un tel outil a été menée afin d’identifier dans quelle mesure les réseaux sismologiques temps-réel pyrénéens sont adaptés à la mise en œuvre d’un tel outil. Puis, dans un second temps, une enquête a été réalisée auprès d’industriels identifiés comme « utilisateurs potentiels » de l’alerte précoce sismique, avec pour objectif d’évaluer leur perception du système, leurs attentes ainsi que les actions envisagées en réponse à une alerte précoce.

5 Dans le cadre du projet REAKT, les partenaires français n’ont pas été impliqués dans la problématique

propre à l’alerte sismique précoce, mais plutôt sur des aspects de « sismologie temps-réel », de diagnostics de vulnérabilité et d’outils d’aide à la décision

http://www.reaktproject.eu/index.php?option=com_content&view=article&id=49&Itemid=89



Le projet SISPyr demeure à ce jour le seul projet de recherche concernant les EEWS appliqué à la France. Plus de détails sur les résultats obtenus dans ce projet concernant la faisabilité d’un EEWS pyrénéen sont présentés dans le paragraphe 5.1.1.

Site internet

www.sispyr.eu

Partenaires

Au total, le projet SISPyr regroupe 5 partenaires français et espagnols.

Partenaires français :

1. BRGM ; 2. Observatoire Midi-Pyrénées (OMP) 6.

Liste exhaustive des partenaires : www.sispyr.eu

Financement

- FEDER (Fonds européen de développement régional) via le programme INTERREG IVA 2007Ŕ2013 France-Espagne-Andorre ;

- Avec le soutien de la région Languedoc-Roussillon.

3.5. PROJET ALERT-ES

Le principal objectif du projet ALERT-ES (Sistema de Alerta Sismica Temprana: Aplicacion al Sur de España7 - cf. Buforn et al., 2012) est d’étudier la faisabilité d’un EEWS pour les séismes survenant dans le sud de l’Espagne au niveau du Golfe de Cadiz. Le projet repose sur deux grands axes : le développement d’algorithmes d’estimation rapide de la magnitude, et leur implémentation dans un système d’analyse en temps-réel de la donnée sismologique (test de la méthodologie PRESTo). Une expérience pilote sera menée dans le cadre du projet sur la base de stations sismiques installées sur la côte ainsi que de stations de fond de mer (OBS).

6 Dans le cadre du projet SISPyr, l’OMP n’a pas été impliqué dans la problématique propre à l’alerte

sismique précoce, mais plutôt sur des aspects d’instrumentation sismologique et de caractérisation de la source sismique

7 Système d’alerte sismique précoce : application au sud de l’Espagne

http://www.sispyr.eu/

http://www.sispyr.eu/



3.6. PROJET EDIM

L’objectif du projet EDIM (Earthquake Disaster Information system for the Marmara region) était d’étendre la couverture de l’EEWS d’Istanbul déjà existant (IERREWS - Istanbul Earthquake Rapid Response and Early Warning System) à l’échelle de la région de Marmara, ainsi que d’améliorer la qualité de l’alerte précoce. Dans les faits, ce projet se divisait en trois sous projets (cf. Figure 10) :

1. Estimation du niveau de fiabilité des alertes précoce et mise à disposition en temps-réel d’informations relatives à la source sismique ainsi que de Shakemaps ;

2. Développement de la méthodologie SOSEWIN (développement partagé avec le projet SAFER Ŕ cf. paragraphe 3.2) ;

3. Intégration des résultats des deux premiers sous-projets au sein d’une infrastructure de géo-information dynamique, et communication de ces éléments auprès des utilisateurs à l’aide d’un outil de visualisation.

Figure 10 – Schéma synthétique de la structuration du projet EDIM (source : http://www.cedim.de/EDIM.php).

Site internet

http://www.cedim.de/EDIM.php

Partenaires

- Université de Karlsruhe (KIT) ; - GFZ-Potsdam - L’université Humboldt de Berlin ;





- L’observatoire et institut de recherche sur les séismes Kandilli (KOERI) de l’université Bogazici d’Istanbul ;

- Les sociétés allemandes lat/lon et DELPHI IMM.

Financement

- Ministère fédéral allemand de l’éducation et de la recherche (BMBF).

3.7. PROJET EWS TRANSPORT

Mené en Allemagne entre 2007 et 2010, le projet EWS Transport (Early Warning Systems for Transport Lines) visait à développer et à tester un EEWS capable de réduire le risque de dommages au niveau d’infrastructures de transport terrestre en cas de séisme. Au-delà de l’exemple du réseau ferroviaire allemand (région de Baden-Württemberg), l’idée portée par ce projet était de proposer des solutions communes à une problématique qui se pose à tous les systèmes de transport exposés au risque sismique (et autres risques naturels).

Les travaux de recherche de ce projet se sont orientés selon trois axes :

1. Utilisation et adaptation de la méthode PreSEIS (Böse et al., 2008 ; Köhler et al., 2009 ; Böse et al., 2012) au cas d’étude de manière à pouvoir procéder rapidement à la détection des séismes, à leur localisation et à l’estimation de leur magnitude, et calcul de Shake-Map (couplé à une instrumentation rapprochée des rails) ;

2. Réalisation de scénarios de dommages couplés à différents niveaux alertes ;

3. Mise en place d’une architecture interopérable d’information et de communication pouvant servir de base au processus de décision.

Les résultats de ce projet ont été intégrés dans un démonstrateur (Earthquake Early Warning Simulator : http://EEWS-transport.iitb.fraunhofer.de/servlet/is/1/) donnant accès à 305 scénarios sismiques différents pour lesquels sont disponibles des simulations d’alerte précoce et de dommages.

Site internet

http://www.EEWS-transport.de/servlet/is/4724/

Partenaires

- Département des systèmes ferroviaires de l’université de Karlsruhe ; - L’Institut de géophysique de l’université de Karlsruhe (KIT) - L’organisme de recherche Fraunhofer IOSB

http://ews-transport.iitb.fraunhofer.de/servlet/is/1/

http://www.ews-transport.de/servlet/is/4724/



Financement

- Ministère fédéral allemand de l’éducation et de la recherche (BMBF) ; - La fondation allemande pour la recherche (DFG) ; - Le programme géo-scientifique allemand de recherche et de développement

« Geotechnologien ».



4. Du concept à l’outil opérationnel

4.1. SYSTEMES D’ALERTE REGIONAUX

4.1.1. Les EEWS régionaux dans le monde

En 2012, seulement cinq pays sont dotés d’EEWS régionaux opérationnels fournissant de manière effective une alerte à des utilisateurs. Outre le Japon et le Mexique qui font figures de modèle dans le domaine, il s’agit de Taïwan, de la Roumanie et de la Turquie. Si ce nombre demeure encore très restreint, de nombreux autres systèmes d’alerte précoce ont été développés ces dernières années et plusieurs sont aujourd‘hui en phase de test en temps-réel (cf. Figure 11), dont deux en Europe : en Italie et en Suisse.

Figure 11 – Carte globale d’aléa sismique figurant les régions dotées de systèmes d’alerte sismique opérationnels (bleu), et celles en ayant en phase de test (vert). (Allen et al., 2009).

Pour plus de détails sur ces systèmes, on peut se référer à l’article d’Allen et al. paru en 2009 dans le volume de Seismological Research Letters consacré aux EEWS, ou au rapport réalisé par le BRGM en 2009 (Auclair et Bertil, 2009).

4.1.2. Verrous à lever pour un usage opérationnel

La carte figurant les régions du monde dotées d’EEWS représentée sur la Figure 11 date de 2009, et bien que de nombreux progrès soient intervenus depuis trois ans, aucun nouveau système d’alerte régional n’est rentré dans sa phase opérationnelle pendant cette période. Cela illustre la difficulté à répondre aux différentes questions que pose l’alerte sismique précoce, depuis les moyens d’acquisition, jusqu’aux questions d’acceptabilité et de responsabilité, en passant par le besoin de fiabilité. Afin



d’être pleinement utiles dans une politique de réduction de la vulnérabilité des sociétés vis-à-vis du risque sismique, les EEWS régionaux doivent donc franchir un certain nombre de barrières, lesquelles peuvent varier selon les contextes.

Barrière phénoménologique

La première des barrières à laquelle doit faire face un EEWS est l’applicabilité même du principe de base. En effet, le système doit être en mesure de pouvoir repérer suffisamment précocement l’occurrence d’un séisme destructeur de manière à pouvoir alerter avec un délai suffisant des utilisateurs. Si l’estimation préliminaire de l’ampleur des séismes en quelques secondes semble aujourd’hui possible dans quasiment tous les contextes, le problème posé par le phénomène de zone d’ombre demeure problématique, et ce tout particulièrement pour les régions marquées par des séismes de magnitudes modérées associés à une atténuation très rapide des dommages avec la distance. En effet, dans ce cas précis, l’alerte précoce tend à ne devenir utilisable qu’à une certaine distance de l’épicentre, là-même où les effets des séismes ne sont plus assez marqués pour justifier l’usage d’un EEWS.

La piste la plus pertinente pour contourner ce verrou semble incontestablement être celle visant à mettre en place des systèmes « hybrides » capables de se comporter comme des systèmes onsite dans les premières secondes, puis comme des systèmes régionaux à mesure que les enregistrements sismiques deviennent plus nombreux.

Barrières liées aux infrastructures

La mise en place d’un EEWS régional suppose de disposer d’un réseau de surveillance sismique dense, moderne et performant. Dans les faits, si de tels réseaux existent dans certains pays fortement sismiques tels que le Japon, cela n’est le plus souvent pas le cas et il est alors nécessaire de le développer. S’il est dans une certaine mesure possible de moderniser et de compléter des réseaux existants, il n’en demeure pas moins que la fiabilité d’un système d’alerte sera d’autant plus importante que celui-ci sera homogène et conçu pour l’alerte précoce. Même si le coût d’installation d’un tel réseau demeure relativement raisonnable au regard de ce que peut permettre d’économiser un EEWS en cas de puissant séisme, cela représente tout de même un coût initial important et long à amortir, qu’il n’est pas toujours aisé de justifier dans des régions où la conscience de l’exposition au risque sismique est faible.

Outre le verrou que peuvent représenter cette mise de départ ainsi que les frais de fonctionnement et d’entretien du système, un autre point qui tend à freiner la mise en place de nouveaux EEWS régionaux réside incontestablement dans le fait que l’alerte sismique précoce est encore largement entre les mains des scientifiques et qu’il n’existe pas de systèmes « clés en main ». En effet, les EEWS reposant sur des infrastructures développées au coup par coup, cela s’accompagne d’une certaine lourdeur pouvant se traduire par des coûts et des délais relativement importants. A noter cependant que concernant le traitement de la donnée et la gestion interactive des systèmes d’alertes, il existe désormais des logiciels facilement exportables tels que



celui développé pour les besoins du système d’alerte italien PRESTo (Satriano et al., 2011), lequel est aujourd’hui en phase de test dans le sud de l’Espagne (cf. Buforn et al., 2012).

La capitalisation des techniques développées de par le monde et qui font peu à peu leurs preuves, ainsi que la multiplication de solutions alternatives basées sur des infrastructures peu couteuses telles que les MEMS devraient à terme simplifier et rendre plus accessible l’accès aux infrastructures de base des EEWS.

Barrières liées à l’utilisation

L’une des questions centrales de l’alerte sismique précoce est celle de son utilisation. Le délai séparant la réception d’une alerte précoce et l’arrivée des ondes sismiques potentiellement destructrices étant dans tous les cas très court (quelques secondes à quelques dizaines de secondes tout au plus), sa mise à profit n’est pas évidente et n’est le plus souvent pas possible pour l’ensemble des enjeux en présence. L’une des premières étapes à considérer lors d’une étude de faisabilité d’EEWS devrait par conséquent être l’identification d’utilisateurs potentiels, puis l’instauration d’un dialogue avec eux afin d’identifier leurs besoins. Par ailleurs, un accompagnement de ces utilisateurs est également nécessaire afin de les aider dans le choix de mesures adaptées en réponse aux alertes, et au besoin à la mise en œuvre de ces mesures.

Par ailleurs, l’utilisation d’un outil Ŕ quel qu’il soit Ŕ est toujours conditionné par sa fiabilité ainsi que par la confiance qu’en ont les utilisateurs. En plus du nécessaire travail scientifique portant sur l’amélioration de la robustesse des EEWS (fiabilité du réseau et des moyens de communication, minimisation des incertitudes, etc.), il est également très important de bien établir avec chaque utilisateur son profil d’acceptabilité des incertitudes afin de mettre en place des procédures d’alerte qui lui soient réellement adaptées, ainsi que de communiquer sur les avantages mais aussi les limites du système.

Ces barrières à l’utilisation sont encore plus fortes dans le cas des régions à sismicité modérée où les périodes de retour des séismes destructeurs justifiant l’usage d’un EEWS sont relativement longues. En effet, si l’usage adéquat d’une alerte précoce tous les 10 à 20 ans peut a priori être intéressant sur le bilan comptable, il n’en reste pas moins très difficile de garantir l’opérationnalité du système sur d’aussi grandes durées - sans possibilité de calage ni d’ajustement par l’expérience -, et encore plus délicat de sensibiliser les utilisateurs dans la durée pour que ceux-ci soient en mesure d’utiliser l’alerte de manière appropriée le jour J.

Barrière juridique

La barrière juridique est certainement aujourd’hui l’un des principaux points bloquant le passage de certains pilotes d’EEWS en phase opérationnelle. Comme tout nouvel outil innovant, l’alerte sismique précoce doit en effet faire face à une absence de cadre



réglementaire encadrant les droits et devoirs de chacune des parties (scientifiques, opérateurs de télécommunication, utilisateurs, éventuels prestataires, etc.).

Préalable nécessaire à la mise en place de systèmes d’alerte dans la plupart des sociétés modernes, la définition de ce cadre réglementaire doit notamment permettre de répondre aux questions de l’égalité du droit d’accès à l’alerte précoce, et de la responsabilité liée à la diffusion et à l’utilisation de l’alerte.

A part au Japon et à Taïwan, aucun EEWS opérationnel, en cours de développement ou même à l’étude ne couvre l’ensemble du territoire d’un pays. Dès lors, pour les pays dont le droit s’appuie sur le principe d’égalité des citoyens comme aux Etats-Unis, se pose la question de la légalité même de systèmes d’alertes ne pouvant pas garantir à chaque citoyen le même niveau de protection. Ainsi, dans le cadre du projet TriNet (cf. paragraphe 3.1), le développement d’un pilote d’EEWS californien a dû être suspendu avec pour raison principale cette question de droit.

Concernant la définition des responsabilités, celle-ci est indispensable de manière à garantir la sécurité juridique de chacun. Ce travail doit permettre d’aborder en particulier les questions suivantes :

- L’opérateur du système d’alerte est-il tenu à une obligation de moyens ou de résultats ?

- Comment gérer les incertitudes, et comment les communiquer ?

- Quelles sont les devoirs de chacun en termes de « porter à connaissance » de l’alerte précoce (y compris pendant une phase pilote), au niveau de l’opérateur comme de l’utilisateur ayant des responsabilités (ex. proviseur, responsable de la sécurité de transports en commun, etc.) ? En particulier, la notion d’alerte restreinte (i.e. à destination de destinataires restreints) est-elle acceptable ?

Exemple du Japon (cf. Kamigaichi et al., 2009)

Au Japon, le JMA (Japan Meteorological Agency) est depuis octobre 2007 officiellement en charge de fournir des alertes sismiques précoces aux autorités, à certains responsables chargés de la sécurité dans différents organismes, ainsi qu’à la population. En plus des alertes émises directement par le JMA à certains utilisateurs, celui-ci met également à disposition des alertes utilisables par des systèmes de notification commerciaux (alarmes individuelles, notification par SMS, etc.).

Afin d’accompagner et d’encadrer cette nouvelle mission, le JMA a fait amender la « loi sur les services météorologiques » régissant la diffusion d’informations relatives aux risques météorologiques, sismiques, volcanologiques et océanographiques, afin de :

- Définir clairement les responsabilités du JMA et des autres organisations impliquées dans les phases d’émission et de transmission ;



- Etablir un cahier des charges techniques applicable à tout service commercial de notification d’alertes8 (exemple en Figure 12) : si ces services peuvent procéder à leurs propres estimations des délais d’alerte et de l’ampleur des secousses (dans la mesure où ces estimations ne sont pas trop éloignées de celles du JMA), ils sont en revanche tenus d’utiliser les paramètres de la source déterminés par le JMA (localisation, magnitude et temps origine). Au début de l’année 2009, 54 opérateurs de diffusion d’alertes sismiques précoces étaient certifiées conformes aux standards du JMA (Kamigaichi et al., 2009).

Figure 12 – Représentation schématique illustrant le principe des services commerciaux de notification de l’alerte régionale au Japon, issue du site internet de l’un des opérateurs certifiés

(source : http://www.jcom.co.jp/english/services/jishin.html).

4.2. SYSTEMES D’ALERTE ONSITE

4.2.1. Les EEWS onsite dans le monde

Alors que les EEWS régionaux demeurent relativement peu nombreux, les systèmes onsite sont incontestablement plus utilisés de manière opérationnelle du fait de leur facilité d’installation et d’utilisation, sans qu’il soit pour autant possible d’avoir un aperçu clair de cette utilisation ailleurs qu’au Japon.

Il est en particulier important de signaler que du fait de ses caractéristiques, le principe d’EEWS onsite peut facilement être décliné sous forme de produits « clés-en-main », et c’est la raison pour laquelle il a rapidement été repris pour être commercialisé. Ainsi, une simple recherche sur internet permet de trouver de très nombreuses sociétés qui proposent à la vente une multitude de systèmes d’alerte onsite (cf. exemples sur la Figure 13). A noter que certains des modèles proposés combinent à la fois un système d’alerte onsite et un récepteur d’alertes régionales du JMA (cf. Horiuchi et al., 2009).

8 Ce dispositif réglementaire ne s’applique pas aux EEWS onsite, mais seulement aux systèmes de

diffusion de l’alerte régionale.

http://www.jcom.co.jp/english/services/jishin.html



Le premier constat qui peut être fait de l’examen rapide des brochures et références des produits onsite est la grande hétérogénéité concernant le sérieux porté à leur conception. Pour la majeure partie d’entre eux, les références scientifiques sont inexistantes, tout comme les preuves tangibles de leur efficacité (tests en laboratoire, fonctionnement avéré en cas réel), et les performances annoncées totalement irréalistes : ainsi, certains des sites internet consultés vantent des EEWS onsite permettant d’être alerté jusqu’à plusieurs minutes avant l’arrivée des ondes sismiques destructrices... Dans certains cas, quelques références à des vagues travaux scientifiques (souvent très anciens et de qualité contestable) ou à des tests (souvent sommaires et jamais normés) sont présentés comme garants de qualité et de sérieux, mais sans que cela ne soit réellement convaincant.

Figure 13 – Quelques exemples parmi les nombreux EEWS onsite commercialisés.

Deux exemples se distinguent nettement par leur sérieux de cette myriade de sociétés proposant à la vente des EEWS onsite: il s’agit des sociétés japonaise System and Data Research (SDR) et allemande SectyElectronics, lesquelles s’appuient toutes deux sur des partenariats de recherche avec des organismes scientifiques reconnus.

System and Data Research (SDR)

La première de ces deux sociétés, présidée par Y. Nakamura, est surtout connue pour être à l’origine du premier EEWS onsite au monde Ŕ UrEDAS (cf. Nakamura, 1988) Ŕ, ainsi que de nombreux autres modèles largement utilisés de manière opérationnelle au Japon, tant dans le domaine du transport ferroviaire à grande vitesse que de la sécurisation des équipes de secours en cas de répliques (cf. section « EEWS onsite » du paragraphe 2.2.1). Avec plus de 20 ans d’existence, les EEWS développés par SDR ont pu montrer leur efficacité à de nombreuses reprises lors de séismes destructeurs (cf. Nakamura et al. 2011), et n’ont eu de cesse de réduire le temps nécessaire pour la diffusion de l’alerte précoce (cf. Figure 14).

Parmi les EEWS onsite proposés par SDR, il est intéressant de noter le modèle portable FREQL-light qui peut facilement être déployé sur le terrain. Développé en 2005 pour les besoins de l’équipe de secours des pompiers de Tokyo, FREQL-light



accompagne désormais de nombreux services de secours japonais lors de leurs opérations de secours post-sismiques au Japon ou à l’étranger (cf. Nakamura et al. 2011). En cas de réplique, le système FREQL-light permet d’alerter chacun des membres en intervention sur site, lesquels peuvent être équipés de récepteurs dédiés (cf. Figure 15).

Figure 14 – Evolution du temps nécessaire au traitement des données pour les différents systèmes d’alerte développés par SDR depuis les années 1980, et principaux utilisateurs de

chacun de ces systèmes (source : Nakamura et al. 2011).

Figure 15 – Présentation du système FREQL-light (source : http://222.146.3.80/english/disaster_09.html).

Secty Electronics

Beaucoup plus récente est moins connue que SDR, la société SectyElectronics propose depuis peu un EEWS onsite tirant profit des recherches menées dans le

http://222.146.3.80/english/disaster_09.html



domaine par les équipes de GFZ-Postdam, porteuses du pilote SOSEWIN. Dénommée « secty lifePatron », ce système d’alerte est notamment testé en Indonésie dans le cadre d’un projet mené par l’ordre de Malte. En complément du système permettant d’émettre l’alerte précoce, SectyElectronics a également développé toute une gamme de services permettant sa diffusion et son utilisation automatique (fermeture de réseau de gaz, arrêt d’ascenseurs, etc. Ŕ cf. Figure 16).

Figure 16 – Exemple d’EEWS proposé par Secty Electronics pour un groupe de bâtiments à enjeux (source : http://www.secty-electronics.de/secty-lifepatron-example-apartment-building-

hotels-industries+M52087573ab0.html).

4.2.2. Verrous et perspectives

L’alerte précoce onsite est désormais résolument entrée dans sa phase opérationnelle, avec en tête de pont le Japon où son utilisation est la plus large. Ainsi, depuis le simple citoyen jusqu’au chargé de sécurité de site industriel en passant par les services de secours, chacun peut aujourd’hui se procurer un système d’alerte précoce censé l’avertir quelques secondes à quelques dizaines de secondes avant l’arrivée d’ondes sismiques destructrices. La simplicité avec laquelle ces appareils peuvent être achetés et mis en place ne doit cependant pas faire oublier leurs limites, au risque de donner aux utilisateurs une fausse impression de sécurité.

En effet, et comme souligné précédemment, le premier danger de ces appareils réside dans la grande hétérogénéité de leur qualité. Afin de pouvoir dépasser ce problème, il conviendrait qu’un système de certification obligatoire reposant à minima sur des tests sur table vibrante soit mis en place. Faute de ce nécessaire encadrement, certains constructeurs disposent cependant déjà d’une solide expérience ainsi que de tous les gages de sérieux suffisant pour qu’aucun doute ne puisse être porté sur la qualité des EEWS onsite qu’ils proposent. Dès lors, une utilisation raisonnée de ces systèmes semble envisageable en dehors des frontières japonaises où se concentre aujourd’hui l’essentiel des utilisateurs.

http://www.secty-electronics.de/secty-lifepatron-example-apartment-building-hotels-industries+M52087573ab0.html

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5. Etat des lieux et perspectives en termes d’applicabilité de l’alerte sismique précoce

pour la France

5.1. SYNTHESE DES TRAVAUX MENES EN FRANCE

Si quelques systèmes de surveillance sismique associés à des plans d’actions de mise en sécurité ont bel et bien été mis en place en France au niveau de certaines installations à enjeux (centrales nucléaires, ligne ferroviaire à grande vitesse, site industriel), leurs modes de fonctionnement basés sur de simples seuils d’amplitude sont bien différents de celui des EEWS.

En effet, comme pointé précédemment, très peu de travaux ont été menés à ce jour sur l’applicabilité du principe d’EEWS à la France. Ainsi, le projet SISPyr (cf. paragraphe 3.4) et son module consacré à la faisabilité d’un EEWS pyrénéen est le porteur de la seule étude scientifique réalisée à ce jour (cf. Auclair et al., 2012a/b).

5.1.1. Principaux enseignements du projet SISPyr

Estimation en temps-réel de la magnitude

L’exploration d’un important ensemble d’enregistrements sismiques pyrénéens rassemblés pour les besoins du projet SISPyr a permis de mettre en évidence que les principales méthodologies d’évaluation de la magnitude en temps-réel mises au point pour l’alerte sismique précoce sont tout à fait adaptées au contexte pyrénéen (cf. Figure 17). Par ailleurs, et compte-tenu des magnitudes attendues au niveau des Pyrénées, une fenêtre d’analyse de l’onde P extrêmement courte (1 à 2 secondes seulement) semble suffisante pour une évaluation préliminaire de la magnitude, comme le montre le test mené hors-ligne sur les données enregistrées lors du séisme de Bagnères-de-Bigorre du 1er avril 2010 (magnitude locale de 4.4 et intensité épicentrale de IV) Ŕ cf. Figure 18.



Figure 17 – Corrélations empiriques liant différents paramètres proxy (c, pmax

, Pd et Pv) avec la magnitude locale du LDG pour les séismes pyrénéens (source : Auclair et al., 2012 a).

Cependant, il apparait que les données disponibles ne permettent pas de définir des relations empiriques de référence utilisables à des visées d’alerte au niveau pyrénéen, notamment du fait de l’absence de données relatives à des séismes de fortes magnitudes. Par conséquent, si les corrélations établies permettent de valider le concept d’EEWS au niveau pyrénéen, elles ne peuvent en revanche pas être utilisées en cas de forts séismes, lesquels sont précisément l’objet des EEWS.

En effet, le contexte sismotectonique en présence dans les Pyrénées suggérant des magnitudes pouvant atteindre des valeurs proches de 6.5, il convient d’explorer des manières d’étendre les relations établies à une gamme plus étendue de magnitudes. Pour ce faire, l’une des possibilités envisageable est d’utiliser des relations internationales telles que celle établie par Zollo et al. (2010) à partir de données mondiales, qui est globalement cohérente avec les données pyrénéennes.

Valorisation du réseau sismologique existant à des fins d’alerte sismique précoce

Bien que les EEWS régionaux soient généralement basés sur des réseaux de surveillance sismique consacrés, une analyse du réseau temps-réel SISPyr9 montre que les stations en présence pourraient être utilisées à des fins d’alerte sismique précoce. Cependant, la déclinaison opérationnelle d’un tel outil dans les Pyrénées fait face à des obstacles importants. Le premier de ces obstacles réside dans la sismicité

9 Le réseau temps-réel SISPyr est la résultante de l’échange en temps réel des enregistrements sismiques

des stations sismologiques pyrénéennes gérées par l’Observatoire Midi-Pyrénées (OMP), le Bureau de Recherches Géologiques et Minières (BRGM) et les services géologiques espagnol et catalan (respectivement IGN et IGC).



modérée de la région associée à des périodes de retour relativement importantes des séismes destructeurs et à une forte atténuation du pouvoir destructeur des ondes sismiques avec la distance. D’autre part, la couverture aujourd’hui encore limitée du réseau temps-réel ainsi que le temps de latence important de certaines stations constituent un second obstacle Ŕ au demeurant facilement remédiable.

Ainsi, en considérant des séismes d’ampleur croissante et un EEWS reposant sur un réseau de surveillance sismique amélioré avec un capteur tous les 30 km, Auclair et al. (2012a) concluent qu’une alerte précoce ne pourrait vraisemblablement être disponible dans le meilleur des cas que dans la partie externe de la zone sinistrée (définie par une intensité macrosismique supérieure ou égale à VI) et au-delà, pour des événements ayant une magnitude minimale variant entre 5.4 et 5.6 selon les configurations (cf. Figure 19). Ce seuil de magnitude pourrait cependant être revu légèrement à la baisse dans l’hypothèse d’effets de site, lesquels conduiraient à étendre l’extension de la zone sinistrée.

Par ailleurs, la réalisation de scénarios supposant un EEWS basé sur le réseau sismologique existant permet quant à elle de mettre en évidence que ce type d’outil serait de toute évidence pertinent dans le cas de séismes majeurs tels que le séisme historique de Ripollès de 1428 (cf. Figure 20).



Figure 18 – Enregistrements sismiques du séisme de Bigorre du 1er avril 2010 (Ml=4.4), et évaluation évolutive de la magnitude à partir de différents proxy calculés sur les premières secondes de l’onde P (source : Auclair et al., 2012a).



Pour faire face au contexte particulier des Pyrénées, les auteurs suggèrent l’intérêt de l’approche « hybride » capable de réaliser une première analyse « onsite » (à partir d’une station unique) afin de pouvoir alerter extrêmement rapidement les systèmes les plus critiques, puis de raffiner progressivement la fiabilité de l’alerte en intégrant à l’analyse chaque nouvelle station détectant le séisme.

Figure 19 – Evaluation des performances théoriques d’un EEWS pyrénéen reposant sur un réseau régulier avec une maille triangulaire de 30 km de côté. Les résultats sont exprimés sous

la forme des délais d’alerte (i.e. temps séparant l’arrivée de l’alerte et celle des ondes S) attendus au niveau de l’extension maximale de la zone d’intensité VI.(source : d’après Auclair et

al., 2012a).

Figure 20 – Evaluation du délai d’alerte dans le cas d’un séisme similaire à celui du 2 février 1428 (source : Auclair et al., 2012a).



Du besoin d’alerte sismique précoce

Une démarche active de consultation des potentiels utilisateurs a été engagée dans le cadre du projet SISPyr, afin de répondre à la question « Existe-t-il un besoin de disposer d’un système d’alerte sismique précoce pyrénéen ? », et le cas échéant de recueillir des éléments propres à orienter la conception d’un tel système. Pour ce faire, une enquête a été réalisée du côté français des Pyrénées.

En fonction des conditions spécifiques à chaque situation (caractéristiques du séisme, mouvements du sol attendus, délais d’alerte, fiabilité de l’EEWS, sensibilisation des différents acteurs au risque sismique, etc.), le nombre et la nature des utilisateurs possibles pour un EEWS peuvent varier du tout au tout. Aussi, la question des destinataires de l’enquête a été abordée avec le plus grand soin sur la base d’un recensement des potentiels utilisateurs d’un EEWS pyrénéen10 (cf. Tableau 1).

Installations industrielles à forts enjeux

Oléoducs / Gazoducs Installations ICPE et/ou SEVESO

Autres enjeux

Réseau ferroviaire à grande vitesse Autoroutes Aéroports

Hôpitaux (notamment ceux dotés de blocs opératoires)

Alerte publique restreinte

Dans l’hypothèse d’un séisme de forte magnitude survenant dans une zone densément couverte par le réseau de surveillance sismique, il est possible que le délai d’alerte soit suffisant dans certaines zones

relativement éloignées de l’épicentre pour envisager des alertes visant non plus à être suivies de mesures automatiques ou semi-automatiques, mais également par des mesures de mise en sécurité volontaire de

personnes (notamment dans les établissements scolaires dont la population peut facilement être sensibilisée et entrainée).

Ayants droit En complément de la liste d’utilisateurs potentiels d’un EWS pyrénéen dressée précédemment sur la base

d’un besoin présumé, il convient également d’identifier les potentiels destinataires d’alertes précoces n’ayant pas nécessairement usage de l’alerte, mais étant vraisemblablement des « ayant droit » et/ou

pouvant tirer profit de la connaissance de l’alerte :

Centres de secours : SDIS (pompiers)

Sécurité civile : Service Interministériel de Défense et de Protection Civile (SIDPC), échelon zonal (EMZ), départemental (COZ, COD) et éventuellement national (DGSC, COGIC)

Préfecture (cabinet des préfets + PC)

Tableau 1 – Liste des potentiels utilisateurs français d’un EEWS Pyrénéens (source : Auclair et al., 2012a).

10 Il est ici à noter que ces utilisateurs ne sont pas spécifiques aux Pyrénées et seraient les mêmes dans

les autres régions sismiques françaises.



Du fait que de toute évidence, le contexte pyrénéen ne permette pas d’obtenir des délais d’alerte suffisamment importants pour envisager des alertes publiques étendues, il est apparu plus pertinent de ne viser que des utilisateurs en mesure de mettre à profit une alerte sismique précoce par la mise en œuvre de procédures automatiques de sécurisation. C’est donc vers le monde industriel, déjà rompu à la gestion de crise et dans certains cas à la prise de mesures préventives automatiques (cf. CCPS, 1993), que l’enquête a été ciblée, ainsi que vers des gestionnaires de réseaux sensibles (énergie, transports) et de barrages Ŕ nombreux dans les Pyrénées. Avec le soutien des différentes Directions Régionales de l'Environnement, de l'Aménagement et du Logement (DREAL) du massif Pyrénéen, une liste d’une cinquantaine de destinataires a ainsi pu être constituée.

Réalisée sous forme d’interviews téléphoniques avec les responsables sécurité de chaque site ou organisme, cette enquête11 a finalement permis de recueillir l’avis de 11 participants. Même si ce nombre peut paraitre à première vue relativement faible, il est important de noter qu’il recouvre dans les faits une grande partie des enjeux identifiés comme pouvant tirer profit d’une alerte précoce en cas de séisme. Ainsi, comptent notamment parmi les participants : les gestionnaires des réseaux d’électricité et de gaz, de transport ferroviaire à grande vitesse, ainsi que les deux principaux gestionnaires de barrages dans les Pyrénées qui représentent à eux deux près de 40 ouvrages.

Même si l’essentiel des mesures envisagées par les participants en cas d’alerte sismique précoce nécessitent a priori plus de temps que les délais d’alerte envisageables en cas de fort séisme pyrénéen, ces acteurs se sont montrés très intéressés par l’idée de doter les Pyrénées d’un EEWS afin de pouvoir initier des mesures de mise en sécurité le plus tôt possible. En effet, même dans l’hypothèse où ces mesures ne seraient pleinement efficaces qu’après l’arrivée des mouvements forts, leur initiation rapide semblerait pouvoir limiter le risque de sur-accident ainsi que l’ampleur des pertes économiques liées à un séisme. Il est cependant à signaler que du fait de leur expérience, les participants ont tendance à privilégier des actions semi-automatiques à des actions totalement automatiques, de manière à pouvoir agir au cas par cas : l’instauration d’un EEWS nécessiterait donc d’instaurer un dialogue avec cette communauté de manière à faire émerger de nouvelles pratiques compatibles avec des délais d’alerte extrêmement courts.

De manière tout à fait prévisible, les participants indiquent par ailleurs que leur utilisation d’un tel système d’alerte serait conditionnée par sa fiabilité. Pour autant, il ressort de cette enquête que de manière générale les « industriels » contactés ont une plus grande acceptabilité des fausses alertes que des alertes manquées. Autrement dit, du fait des enjeux sociaux-économiques importants que présentent leurs activités respectives, ces potentiels utilisateurs seraient plus enclins à définir des seuils d’alerte sécuritaires que de prendre le risque de « manquer » des séismes destructeurs.

11 Les résultats complets de l’enquête sont présentés en détails dans le rapport de Auclair et al., 2012 a



5.1.2. Etude préliminaire de faisabilité d’un EEWS aux Antilles françaises

Outre le projet SISPyr, notons également l’étude menée en 2009 par le BRGM pour le compte du Ministère en charge de l’Environnement, et traitant de la faisabilité d’un EEWS aux Antilles françaises (cf. Auclair et Bertil, 2009).

Sur la base d’une synthèse des moyens de surveillance sismique existants aux Antilles et d’un rappel de l’aléa sismique régional, des simulations de délais d’alerte théoriques ont été effectuées dans le cadre de cette étude pour différents séismes de scénario représentatifs du contexte sismotectonique de l’arc des Petites-Antilles. La confrontation de ces délais avec les dégâts attendus souligne qu’un tel système d’alerte serait inopérant dans les zones les plus touchées dans le cas d’événements superficiels tel que le séisme destructeur des Saintes du 21 novembre 2004. Au contraire, le rapport montre qu’il semblerait envisageable de fournir des alertes précoces une dizaine de secondes avant l’arrivée des mouvements forts dans le cas de séismes liés à la subduction profonde, semblables au séisme martiniquais du 29 novembre 2007 (cf. Figure 21).

Cependant, les auteurs de cette étude soulignent que les réseaux de surveillance antillais existants ne permettent pas à ce jour d’être utilisés à des fins d’alerte précoce. Outre la modernisation du réseau de surveillance sismique existant et son passage à une transmission temps-réel des données, la mise en place d’un EEWS antillais impliquerait également que soit créé un centre de contrôle capable de centraliser et d’analyser en temps réel les données acquises par les différents réseaux en présence.

Par ailleurs, et bien que l’identification de potentiels utilisateurs antillais n’ait pas été menée dans le cadre de l’étude du BRGM, il n’est pas certain que les enjeux en présence rassemblent suffisamment d’utilisateurs d’un EEWS régional pour justifier les coûts liés à sa mise en place et à son entretien. En effet, la région ne dispose pas d’installations telles que des centrales nucléaires, des lignes ferroviaires à grande vitesse ou d’autoroutes, qui constituent les enjeux types justifiant généralement l’usage d’EEWS. Comme suggéré pour les Pyrénées, des actions automatiques de sauvegarde peuvent néanmoins être envisagées pour des installations de stockage d’hydrocarbures, pour le réseau de distribution du gaz, ainsi que pour certains ouvrages comme les installations portuaires, aéroportuaires et les voies de communication.



Figure 21 – Délais d’alerte théoriques pour un séisme de scénario correspondant au séisme du 29 novembre 2007, avec en vert les stations utilisées pour l’élaboration de l’alerte précoce

(source : Auclair et Bertil, 2009).

5.2. PERSPECTIVES POUR LE TERRITOIRE FRANÇAIS

5.2.1. Alerte précoce régionale

Les récents travaux conduits dans le cadre du projet SISPyr ont permis de montrer que le principe d’EEWS régional est techniquement transposable à des contextes de sismicité modérée tel que celui des Pyrénées. Par ailleurs, à l’image des Pyrénées, les autres régions métropolitaines présentant des niveaux de sismicité comparables (i.e. quart Sud-ouest et Sud de l’Alsace) rassemblent aujourd’hui un certain nombre d’enjeux qui seraient vraisemblablement en mesure de mettre à profit des alertes précoces de quelques secondes seulement. Pour autant, un certain nombre d’obstacles se combinent qui rendent dans les faits difficiles de doter ces régions d’EEWS régionaux : importants coûts de mise en place et d’entretien, difficultés de calibrer le système et de tester les procédures d’émission et d’utilisation de l’alerte, difficultés de sensibiliser les utilisateurs dans le long voire très long termes, nécessité de mettre en place un encadrement juridique de l’usage de l’alerte précoce, etc. (cf. Tableau 2).



Pour ce qui est du cas des Antilles françaises (cf. Tableau 2), la question se pose de manière très différente dans la mesure où la sismicité y est plus importante, et que certains séismes profonds associés à la zone de subduction pourraient sans doute permettre d’obtenir des délais d’alerte intéressants, supérieurs à la dizaine de secondes. En tout état de cause, un EEWS régional spécifique à l’une des îles françaises n’aurait guère de sens du fait des moyens de surveillance nécessaires et de la géométrie des sources sismiques. Il conviendrait par conséquent d’appréhender le problème à l’échelle plus large de l’arc des Petites-Antilles. Aussi, si une telle réflexion devait être engagée, celle-ci devrait considérer :

- D’une part les moyens d’acquisition nécessaires à un tel système et sur la manière dont mettre à profit les moyens existants (modernisation des stations sismologiques en cours, interactions possibles avec les moyens de surveillance des tsunamis, etc.) ;

- D’autre part les besoins en termes d’alerte précoce dans les différentes îles, en considérant les spécificités de chaque territoire.

5.2.2. Alerte précoce onsite

Surveillance de site

Concernant l’alerte précoce onsite (cf. Tableau 2), celle-ci n’a pas bénéficié à ce jour d’étude spécifique à la France. Cependant, tout porte à croire que son utilisation sur le territoire national est tout à fait envisageable pour des installations à forts enjeux telles que des centrales nucléaires ou des sites SEVESO seuil haut, et ce à coûts relativement modestes. L’utilisation de ce type d’EEWS peut se faire soit en ayant recours à des produits commerciaux éprouvés (cf. paragraphe 4.2.1), soit par la mise au point de systèmes dédiés.

La première solution, plus facile à mettre en œuvre mais peut-être moins flexible, nécessiterait tout de même de prévoir une phase de calage de manière à s’assurer de la pertinence des paramètres utilisés pour la caractérisation des séismes, lesquels peuvent varier sensiblement selon les contextes sismotectoniques considérés.

Dans l’optique du déploiement de systèmes onsite ad hoc, il conviendrait d’impliquer les industriels intéressés de se doter d’un tel système d’alerte pour mener une opération partenariale de recherche et de développement visant à définir les paramètres d’analyse et les procédures d’alerte les plus adaptés aux différentes problématiques rencontrées en France en matière de sécurisation « précoce » des enjeux vis-à-vis des séismes.

Utilisation post-sismique – surveillance des répliques

Si les niveaux d’aléa sismique rencontrés en France impliquent des périodes de retour des séismes destructeurs relativement importantes pouvant rendre difficile l’utilisation optimale d’EEWS Ŕ et plus particulièrement d’EEWS régionaux Ŕ, il est un espace



spatio-temporel où la probabilité d’occurrence de séismes forts est particulièrement importante : la région épicentrale dans les jours ou semaines suivant la survenue d’un puissant séisme. Dans ce cas précis, l’occurrence de répliques potentiellement destructrices est d’autant plus probable que les constructions ont déjà été fragilisées par le choc principal, et la sécurité des personnels intervenant au sein des zones sinistrées (sauveteurs, experts en diagnostic d’urgence des bâtiments, sécurité civile, militaires, etc.) est ainsi particulièrement menacée. L’exemple des équipes de secours japonaises et chinoises qui sont accompagnées lors de leurs missions post-sismiques par des EEWS portables pourrait très certainement être mis à profit par certaines équipes françaises confrontées à cette problématique (cf. Tableau 2). Outre une utilisation en France en cas de crise sismique, le recours à ces systèmes dédiés à l’intervention pourrait également être utilisé lors du déploiement d’équipes françaises sur terrain étranger comme cela fut par exemple le cas en Haïti en 2010 ou au Japon en 2011.

Tableau 2 – Tableau de synthèse des perspectives d’application des EEWS sur le territoire

français. Symbologie : - positif ; ! - positif avec réserves ; - négatif ; ? - à préciser.

5.2.3. Nouvelles technologies et outils alternatifs

Comme présenté précédemment dans ce rapport, le domaine de l’alerte sismique précoce est aujourd’hui en pleine évolution du fait notamment de l’utilisation de nouvelles technologies telles que les MEMS. La perspective de pouvoir disposer, à coûts relativement modestes, de très nombreux capteurs interconnectés induit aujourd’hui le développement de nouvelles approches d’alerte sismique précoce (régionale comme onsite) qui pourraient peut-être à terme supprimer certaines barrières à l’installation d’EEWS en régions à sismicité modérée telles que la France métropolitaine. Il conviendra donc de porter un œil attentif à ces développements.

Par ailleurs, si les EEWS constituent à ce jour les outils les plus avancés concernant la protection en temps-réel vis-à-vis du risque sismique, il est important d’avoir conscience qu’ils s’inscrivent en fait au sein d’une famille plus large d’outils « d’information rapide » - ou RRS (Rapid Response Systems), qui peuvent chacun apporter des réponses à certains besoins.

Antilles

(zone sismicité 5) Métropole

(zone sismicité 4)

Régional Faisabilité !

Besoin ? !

Onsite Faisabilité

Besoin

Répliques Faisabilité

Besoin



Ainsi, lorsque les conditions ne permettent pas la production ou l’utilisation d’alertes précoces, une information rapide sur le séisme et ses effets peut être d’une grande aide pour un large spectre d’utilisateurs : services en charge de la gestion opérationnelle de la crise sismique, élus, secours, gestionnaires d’ouvrages à enjeux, etc. En fonction des besoins propres à chaque région, plusieurs types de réponses peuvent être apportés, nécessitant des moyens croissant avec le niveau de détail et la précocité de l’information souhaités :

- Estimation rapide (de l’ordre de la demi-heure) des principales caractéristiques du séisme localisation, profondeur, magnitude) : en France, alerte opérée de manière opérationnelle par le CEA/LDG, à laquelle s’ajoutent des déterminations automatiques d’observatoires régionaux (ex. projet RISE au niveau du massif alpin) ;

- Estimation rapide (première estimation en quelques dizaines de minutes) des niveaux d’intensité ponctuels à partir de témoignages en ligne : en France, service opéré de manière opérationnelle par le BCSF ;

- Réalisation rapide (quelques minutes) de scénarios de dommages et d’impacts : en France, démonstrateur scientifique opérationnel pour l’Est des Pyrénées, opéré par les partenaires du projet Interreg ISARD12 ;

- Réalisation rapide (quelques minutes) de ShakeMaps (i.e. cartes de mouvement du sol et d’intensité) : en France, démonstrateur scientifique en cours de finalisation pour les Pyrénées, opéré par les partenaires du projet Interreg SISPYR (cf. paragraphe 3.4).

Fort des travaux menés sur les EEWS, et en fonction des besoins exprimés par les utilisateurs de l’information sismique rapide, une piste de développement pourrait être de mettre à profit les techniques issues de l’alerte sismique précoce de détermination en temps-réel des caractéristiques des séismes pour améliorer la précocité des RRS. Autrement dit, la combinaison des systèmes dits d’alerte sismique précoce et de réponse rapide pourraient donner naissance à un système alternatif de réponse précoce Ŕ ou EERS (Earthquake Early Response System) Ŕ permettant de diffuser en quelques secondes un premier point de situation, lequel pourrait s’affiner avec le temps.

12 A noter que le système d’information rapide ISARD est utilisé de manière opérationnelle en Espagne

par la sécurité civile de la région de Catalogne.



6. Conclusion

Relativement récente dans sa dimension appliquée, l’alerte sismique précoce constitue désormais un thème de recherche à part entière, riche de plus d’une centaine d’articles spécialisés. Ce pan innovant de l’ingénierie parasismique recouvre dans les faits un large spectre de sujets de recherches, allant depuis l’acquisition sismique, jusqu’à la quantification des incertitudes et des probabilités de faire face à des fausses alertes ou à des alertes manquées, en passant par l’évaluation en temps-réel du potentiel destructeur des séismes, sans oublier de considérer les utilisateurs dans une approche socio-économique.

A ce jour, les principaux défis que tentent de relever les scientifiques semblent être d’une part la mise au point de nouveaux moyens de surveillance sismique miniaturisés et peu-couteux permettant une densification ainsi qu’une plus grande souplesse d’utilisation des réseaux d’alerte, et d’autre part le développement d’outils permettant des prises de décisions automatiques tenant compte à la fois des incertitudes liées à l’alerte et des spécificités de chaque utilisateur du système.

Mobilisant de nombreuses équipes de recherche dans le monde au travers de projets, la thématique de l’alerte sismique précoce tend par ailleurs de plus en plus à « sortir des laboratoires » pour s’inscrire dans une dimension plus opérationnelle. De méthode théorique de mitigation du risque sismique telle qu’imaginée par Cooper en 1868, l’alerte sismique précoce est ainsi devenue une réalité dans certains pays comme au Japon ou au Mexique. Cependant, de nombreux EEWS présentent encore des difficultés à passer le stade de démonstrateur du fait de nombreux obstacles d’ordre technique, juridique ou autre, alors que la pertinence et l’applicabilité même du principe d’EEWS régional est encore en question dans certaines régions à sismicité modérée (cf. paragraphe 4.1). A noter que la diffusion des EEWS régionaux est aujourd’hui fortement freinée par le fait qu’il n’existe pas encore de filière organisée proposant de systèmes clés-en-main efficaces. A l’inverse, l’alerte sismique « onsite » est quant à elle beaucoup plus mature pour une utilisation opérationnelle, dans la mesure où elle repose sur des principes simples et éprouvés qui ont pu être repris à leur compte par des sociétés qui proposent à la vente - et avec plus ou moins de sérieux - des systèmes d’alerte prêts à l’emploi.

L’examen des rares études menées en France concernant l’alerte sismique précoce, complété par l’expérience acquise à l’étranger dans des contextes comparables, permet de dresser les grandes lignes des perspectives d’utilisation des EEWS sur le territoire national (cf. Tableau 2) :

- Il apparait notamment que si le contexte antillais est incontestablement le plus propice à l’implantation d’un EEWS régional en France, l’évolution rapide des technologies est susceptible de rendre possible la mise au point de systèmes d’alerte pour des régions à sismicité plus modérée telles que les Pyrénées ou les Alpes, où les enjeux sont nombreux.



- Concernant l’alerte sismique précoce onsite, celle-ci semble en revanche dès aujourd’hui adaptée au contexte français, où elle semblerait pouvoir répondre à un certain nombre de besoins déjà exprimés par des utilisateurs potentiels.

- Outre les systèmes d’alerte « à demeure » ayant pour fonction de protéger des enjeux fixes dans la durée, une perspective intéressante semblerait de doter la France de systèmes d’alerte onsite mobiles permettant de protéger les équipes déployées sur le terrain en période de crise sismique.



7. Références

7.1. ARTICLES SCIENTIFIQUES ET ACTES DE COLLOQUES

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Zollo A., Amoroso O., Lancieri M. et al. (2010) - A threshold-based earthquake early warning using dense accelerometer networks. Geophysical Journal International, 183, p. 963-974.

Zollo A., Lancieri M., Nielsen S. (2007) - Reply to comment by P. Rydelek et al. on "Earthquake magnitude estimation from peak amplitudes of very early seismic signals on strong motion records". Geophys. Res. Lett., 34, p. L20303.

Zollo A., Lancieri M., Nielsen S. (2006) - Earthquake magnitude estimation from peak

amplitudes of very early seismic signals on strong motion records. Geophys. Res. Lett., 33, p. L23312.

7.2. OUVRAGES

Gasparini P., Manfredi G., Zschau J. (eds) (2007) – Earthquake Early Warning Systems. Berlin: Springer. ISBN/978-3-540-72240-3.

Nigg J.M., 1995. Risk communication and warning systems. In Hortlick-Jones T., A. Amendola and R. Casale (eds.). Naturale Risk and Civil Protection. London : E & FN Spon. Pp. 369-382.

Zschau J., Küppers A.N. (eds) (2003) - Early Warning Systems for Natural Disaster Reduction. Berlin : Springer. xvii, 834 p. International IDNDR-Conference on Early Warning Systems for the Reduction of Natural Disasters (1998 : Potsdam, Germany).

7.3. RAPPORTS TECHNIQUES

ABS Consulting/EQE International (2001) - TriNet Studies & Planning Activities in Real-

Time Earthquake Early Warning. Task 3 report. UCLA Center for Public Health & Disasters. Disaster Research Center, University of Delaware.

Auclair S., Bertil D. (2009) - Systèmes d’alerte sismique : principes et faisabilité aux Antilles françaises. Rapport final. BRGM/RP-56663-FR, 87 p., 37 fig., 3 tabl., 1 ann.

Auclair S., Colom Y., Jara J.A. et al. (2012a) - Feasibility of a Pyrenean earthquake early warning system based on the SISPyr network. Action 5 SISPyr report. 185 p.

http://www.sispyr.eu/IMG/pdf/SISPYR_M5_report_final.pdf.

CCPS (1993) Center for Chemical Process Safety Guidelines for safe automation of chemical

processes. New-York: American Institute of Chemical Engineers.

http://www.sispyr.eu/IMG/pdf/SISPYR_M5_report_final.pdf



Goltz J.D. (2002) - Introducing Earthquake Early Warning in California: A Summary of Social

Science and Public Policy Issues. A Report to OES and the Operational Areas. Governor’s

Office of Emergency Services.

Holden R., Lee R., Reichle M. S. (1989) - Technical and economic feasibility of an earthquake warning system in California. California Department of Conservation - Division of Mines and Geology.

Riopelle D.R., Bourque L.B., Shoaf K.I. (2001) - Survey of Potential Early Warning System Users. (Task 1 Report for the TriNet Policy Studies and Planning Activities in Real-Time Earthquake Early Warning). University of California, Los Angeles, Center for

Public Health and Disaster Relief.

Tierney K.J. (2000) – Implementing a seismic computerized alert network (SCAN) for southern California: lessons and guidance from the literature on warning response and warning systems. University of Delaware Disaster Research Center. Final project report.

Wieland M. (2001) - Global blueprints for change - earthquake alarm, rapid response, and

early warning systems: low cost systems for seismic risk reduction. International Workshop on Disaster Reduction. Reston, VA. August 19-22.

Wieland M., Griesser L., Kuendig C. (2000) - Seismic Early Warning System for a Nuclear Power Plant. Proc. 12th World Conf. on Earthquake Engineering, Auckland, New Zealand, Jan. 31-Feb. 4, 2000.

7.4. THESES

Böse M. (2006) - Earthquake Early Warning for Istanbul using Artificial Neural Networks. University of Karlsruhe. Thesis for the Degree of Doctor of Natural Sciences.

Cua G. (2005) - Creating the Virtual Seismologist: Developments in Ground Motion Characterization and Seismic Early Warning. California Institute of Technology Pasadena, California. Thesis for the Degree of Doctor of Philosophy.

Grasso V.F. (2006) - Seismic Early Warning Systems: Procedure for Automated Decision Making. Università degli Studi di Napoli Federico II. Thesis for the Degree of Doctor of Seismic Risk.

Wurman G. (2010) - Earthquake Early Warning and the Physics of Earthquake Rupture.

University of California, Berkeley. Thesis for the Degree of Doctor of Philosophy in Earth and Planetary Science.

Yamada M. (2007) – Early Warning for Earthquakes with Large Rupture Dimension. California Institute of Technology Pasadena, California. Thesis for the Degree of Doctor of Philosophy.



7.5. AUTRES REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

Cooper J.D (1868) – Letter to editor, San-Francisco Daily Evening Bulletin, Nov. 3, 1868.

7.6. RESSOURCES INTERNET

EDIM (projet) : www.cedim.de/EDIM.php

EEWS japonais du JMA : www.tokyoprevention.com/alerte et www.jma.go.jp/jma/en/Activities/eew.html

ElarmS : www.elarms.org

EWS Transport (projet) : http://ews-transport.iitb.fraunhofer.de/servlet/is/1/

Presto : http://isnet.na.infn.it/presto_index.php et http://isnet.na.infn.it/PRESToWeb/Bulletin.php

REAKT (projet) : www.reaktproject.eu

SAFER (projet) : www.saferproject.net

SISPyr (projet) : www.sispyr.eu/spip.php?article95


http://www.tokyoprevention.com/alerte

http://www.jma.go.jp/jma/en/Activities/eew.html

http://www.elarms.org/

http://ews-transport.iitb.fraunhofer.de/servlet/is/1/

http://isnet.na.infn.it/presto_index.php

http://isnet.na.infn.it/PRESToWeb/Bulletin.php

http://www.reaktproject.eu/

http://www.saferproject.net/

http://www.sispyr.eu/spip.php?article95



Annexe 1

Analyse synthétique de la base documentaire



Auteurs

Titre Année Type Zone d’application Sujet(s) traité(s)

Type EEWS Mots-clés Pays Région Acqu. Magn. Int. Loc. Alerte Perf. Ut. Synth.

Alcik et al. An alternative approach for the Istanbul earthquake early warning system

2011 Article Turquie Istanbul

o

Régional

Allen et al. The Status of Earthquake Early Warning around the World: An Introductory Overview

2009 Article

-

o

Allen et Ziv Application of real-time GPS to earthquake early warning 2011 Article USA Californie o o

Allen et Kanamori The potential for earthquake early warning in southern California 2003 Article USA Californie

o

Régional

Arakelyan et Hakobyan The earthquake early warning system of the Armenian Nuclear Power Plant

2000 Conférence Arménie

Onsite

Asgary et al. Estimating willingness to pay for a hypothetical earthquake early warning systems

2007 Article Iran Téhéran

o

Régional

Auclair et al. Feasibility of a Pyrenean earthquake early warning system based on the SISPyr network

2012 Rapport France + Espagne Pyrénées o o

o

Régional SISPyr

Auclair et al. Exploring the feasibility of an early warning system in a moderate seismicity context: case study of Pyrenees

2012 Conférence France + Espagne Pyrénées o o

o

Régional SISPyr

Auclair et Bertil Systèmes d’alerte sismique : principes et faisabilité aux Antilles françaises

2009 Rapport France Antilles

o Régional

Bakun et al. Early warning system for aftershocks 1994 Article USA Californie o

o

Onsite

Balassanian et al. Project of creation of an earthquake early warning system for Armenia

2000 Ouvrage Arménie

Régional

Böse et al. Rapid Estimation of Earthquake Source and Ground-Motion Parameters for Earthquake Early Warning Using Data from a Single Three-Component Broadband or Strong-Motion Sensor

2012 Article

-

o

Onsite PreSEIS

Böse Earthquake Early Warning for Istanbul using Artificial Neural Networks

2006 Thèse Turquie Istanbul

o

o

Régional PreSEIS

Böse et al. Real-time testing of the on-site warning algorithm in southern California and its performance during the July 29 2008 M(w)5.4 Chino Hills earthquake

2009 Article USA Californie

o

o

Onsite

Böse et al. A New Trigger Criterion for Improved Real-Time Performance of Onsite Earthquake Early Warning in Southern California


o

Onsite

Böse et Heaton Probabilistic prediction of rupture length, slip and seismic ground motions for an ongoing rupture: implications for early warning for large earthquakes


-

Böse et al. Earthquake early warning for Bucharest, Romania: Novel and revised scaling relations

2007 Article Roumanie Bucarest

Régional

Böse et al. PreSEIS: A neural network-based approach to earthquake early warning, for finite faults


o

Régional PreSEIS

Brown et al. Development of the ElarmS methodology for earthquake early warning: Real-time application in California and offline testing in Japan

2011 Article USA + Japon Californie

o

o

- ElarmS

Buforn et al. The ALERT-ES Project: an Earthquake Early Warning System for S. Iberia

2012 Conférence Espagne Golf de Cadiz

o

Régional PRESTo, ALERT-ES

Caprio et al. An evolutionary approach to real‐time moment magnitude estimation via inversion of displacement spectra

2011 Article

-

o

Chen et al. Testing a P-Wave Earthquake Early Warning System by Simulating the 1999 Chi-Chi, Taiwan, M-w 7.6 Earthquake

2012 Article Taïwan

o

o

Régional

Chi et al. An efficient alarm Algorithm for earthquake early warning system 2011 Conférence Japon

o

Régional

Colombelli et al. Test of a Threshold-Based Earthquake Early-Warning Method Using Japanese Data

2012 Article Japon

o o

o o

Hybride

Crowell et al. Demonstration of Earthquake Early Warning Using Total Displacement Waveforms from Real-time GPS Networks

2009 Article USA + Japon Californie o o

-

Cua Creating the Virtual Seismologist: Developments in Ground Motion Characterization and Seismic Early Warning

2005 Thèse USA Californie

o

o o

Régional Virtual Seismologist



Cua et al. Real-time Performance of the Virtual Seismologist Earthquake Early Warning Algorithm in Southern California


o

o

o

Régional Virtual Seismologist

Doi The operation and performance of Earthquake Early Warnings by the Japan Meteorological Agency

2011 Article Japon

o

Régional

Erdik et al. Istanbul Earthquake Rapid Response and the Early Warning System 2003 Article Turquie Istanbul

Régional

Espinosa-Aranda et al. Mexico City Seismic Alert System 1995 Article Mexique México

o

o

Régional SAS

Espinosa-Aranda, et al. Evolution of the Mexican Seismic Alert System (SASMEX) 2009 Article Mexique México et Oaxaca o

o o

Régional SASMEX

Espinosa-Aranda, et al. The seismic alert system of Mexico (SASMEX): Progress and its current applications

2011 Article Mexique México et Oaxaca o

o o o

Régional SASMEX

Fahjan et al. Applications of cumulative absolute velocity to urban earthquake early warning systems


Régional

Festa et al. Earthquake magnitude estimation from early radiated energy 2008 Article

-

o

-

Fleming et al. The Self-organizing Seismic Early Warning Information Network (SOSEWIN)

2009 Article Turquie Istanbul o

Régional SOSEWIN

Fujita et al. Intelligent seismic isolation system using air bearings and earthquake early warning

2011 Article

o

-

Gasparini et al. Earthquake early warning as a tool for improving society's resilience and crisis response

2011 Article

-

o -

Goltz Introducing Earthquake Early Warning in California: A Summary of Social Science and Public Policy Issues

2002 Rapport USA Californie

o

Régional

Goltz et Flores Real-time earthquake early warning and public policy: A report on Mexico City's Sistema de Alerta Sísmica

1997 Article Mexique México

Régional

Grasso et al. Automated decision procedure for earthquake early warning 2007 Article

o

-

Grasso Seismic Early Warning Systems: Procedure for Automated Decision Making

2006 Thèse

o

-

Grecksch et Kumpel Statistical analysis of strong-motion accelerograms and its application to earthquake early-warning systems

1997 Article USA

o

-

Heaton A Model for a Seismic Computerized Alert Network 1985 Article

Heindl Peer-to-peer (P2P) Earthquake Warning System Based on Collaborative Sensing

2009 Conférence

o

- MEMS

Hilbring et al. Earthquake early warning for transport lines 2010 Article Allemagne Baden-Württemberg

Onsite PreSEIS, SOSEWIN

Hildyard et Rietbrock T(pd), a Damped Predominant Period Function with Improvements for Magnitude Estimation

2010 Article Chili

o

-

Holden et al. Technical and economic feasibility of an earthquake warning system in California


Régional

Horiuchi et al. Home seismometer for earthquake early warning 2009 Article Japon

o

o

Onsite MEMS

Horiuchi et al. An Automatic Processing System for Broadcasting Earthquake Alarms

2005 Article Japon

o

Régional

Hoshiba et Iwakiri Initial 30 seconds of the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake (M(w) 9.0)-amplitude and tau(c) for magnitude estimation for Earthquake Early Warning

2011 Article Japon

o

Régional

Hoshiba et al. Outline of the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake (M(w) 9.0) -Earthquake Early Warning and observed seismic intensity

2011 Article Japon

o o o

o

Régional

Hoshiba et al. How precisely can we anticipate seismic intensities? A study of uncertainty of anticipated seismic intensities for the Earthquake Early Warning method in Japan

2010 Article Japon

o

o

Régional

Hsiao et al. A new prototype system for earthquake early warning in Taiwan 2011 Article Taïwan

o o

o

Régional

Huang et al. Portable broadband seismic network in Vietnam for investigating tectonic deformation, the Earth's interior, and early-warning systems for earthquakes and tsunamis

2009 Article Vietnam

o

Régional

Iannaccone et al. A prototype system for earthquake early-warning and alert management in southern Italy

2010 Article Italie Irpinia o o

o

Régional ISNet

Iervolino Performance-based earthquake early warning 2011 Article Italie

o

o Régional ERGO

Iervolino et al. Real-time risk analysis for hybrid earthquake early warning systems 2006 Article Italie

o

Régional



Iervolino et al. Expected loss-based alarm threshold set for earthquake early warning systems

2007 Article Italie

o

Régional

Iervolino et al. Earthquake early warning and engineering application prospects 2007 Ouvrage

-

Iervolino et al. Uncertainty in early warning predictions of engineering ground motion parameters: What really matters?

2009 Article Italie Irpinia

o

Régional ISNet

Iglesias et al. The Seismic Alert System for Mexico City: An Evaluation of Its Performance and a Strategy for Its Improvement


o

Régional SASMEX

Ionescu et al. An early warning system for deep Vrancea (Romania) earthquakes 2007 Ouvrage Roumanie

Régional

Iwakiri et al. Improvement in the accuracy of expected seismic intensities for earthquake early warning in Japan using empirically estimated site amplification factors

2011 Article Japon

o

Régional

Jin et al. Research on continuous location method used in earthquake early warning system

2012 Article Chine -

o

Kamigaichi et al. Earthquake Early Warning in Japan: Warning the General Public and Future Prospects

2009 Article Japon

o o o

Régional

Kanamori Real-time seismology and earthquake damage mitigation 2005 Article

-

Koehler et al. Rapid Source Parameter Estimations of Southern California Earthquakes Using PreSEIS


o

o

Régional PreSEIS

Kokawa et al. An adaptive system to control consumer electronics based on earthquake early warning

2006 Conférence Japon

o

-

Kubo et al. Application of an earthquake early warning system and a real-time strong motion monitoring system in emergency response in a high-rise building

2011 Article Japon

o

-

Lancieri et al. Magnitude Scaling of Early-Warning Parameters for the M(w) 7.8 Tocopilla, Chile, Earthquake and Its Aftershocks

2011 Article Chili

o

-

Lancieri et Zollo A Bayesian approach to the real-time estimation of magnitude from the early P and S wave displacement peaks

2008 Article Japon

o

RTMag

Lee et Espinosa-Aranda Earthquake early warning systems: Current status and perspectives 2000 Conférence

o -

Lewis et Ben-Zion Examination of scaling between proposed early signals in P waveforms and earthquake magnitudes

2007 Article Turquie

o

-

Lewis et Ben-Zion Examination of scaling between earthquake magnitude and proposed early signals in P waveforms from very near source stations in a South African gold mine

2008 Article Afrique du Sud

o

-

Lin et Wu Magnitude estimation using the covered areas of strong ground motion in earthquake early warning


o

Régional

Lin et al. Magnitude estimation using initial P-wave amplitude and its spatial distribution in earthquake early warning in Taiwan


o

Régional

Lin et al. Magnitude Estimations in Earthquake Early Warning for the 2010 JiaSian, Taiwan, Earthquake


o

o

Régional

Lockman et Allen Magnitude-period scaling relations for Japan and the Pacific Northwest: Implications for earthquake early warning

2007 Article Japon

o

Lockman et Allen Single-station earthquake characterization for early warning 2005 Article USA Californie

o

Onsite

Maddaloni et al. Semi-active control of the benchmark highway bridge based on seismic early warning systems


o

-

Marmureanu et al. Advanced real-time acquisition of the Vrancea earthquake early warning system

2011 Article Roumanie

o

Régional

Maruyama et al. Effects of Earthquake Early Warning to Expressway Drivers Based on Driving Simulator Experiments

2009 Article

o

-

Maruyama et al. Experiments of Earthquake Early Warning to Expressway Drivers Using Synchronized Driving Simulators

2009 Article

o

-

McGuire et al. Analysis of seafloor seismograms of the 2003 Tokachi-Oki earthquake sequence for earthquake early warning

2008 Article Japon

o

-

Nachtigall et al. The Challenges of using Wireless Mesh Networks for Earthquake Early Warning Systems

2009 Conférence

o

- MEMS



Nagaosa et Moriya An Emergency Earthquake Warning System for Land Mobile Vehicles Using the Earthquake Early Warning


o

Onsite

Nakamura et al. Evaluation of the real-time earthquake information system in Japan 2009 Article Japon

o

Régional

Nakamura et al. On an earthquake early warning system (EEW) and its applications 2011 Article Japon

o

Onsite UrEDAS, FREQL

Nakamura On the urgent earthquake detection and alarm system (UrEDAS) 1988 Conférence Japon

o

Onsite UrEDAS

Odaka et al. New stand-alone and advanced earthquake early warning systems designed to protect railways

2006 Article Japon

o

Onsite

Odaka et al. A new method of quickly estimating epicentral distance and magnitude from a single seismic record

2003 Article Japon

o

o

Onsite

Oh et al. Bayesian Learning Using Automatic Relevance Determination Prior with an Application to Earthquake Early Warning

2008 Article

Olivieri et al. The potential for earthquake early warning in Italy using ElarmS 2008 Article Italie

o

- ElarmS

Olivieri et Schweitzer An Empirical Procedure for Rapid Magnitude Estimation in Italy 2007 Article Italie

o

-

Oth et al. Evaluation and optimization of seismic networks and algorithms for earthquake early warning - the case of Istanbul (Turkey)

2010 Article Turquie Istanbul o

o o

Régional IEEWS

Peng et al. Developing a Prototype Earthquake Early Warning System in the Beijing Capital Region

2011 Article Chine Pékin

o

o

o

Hybride

Picozzi An attempt of real-time structural response assessment by an interferometric approach: A tailor-made earthquake early warning for buildings

2012 Article Italie Aquila

o

Onsite

Rainieri et al. Integrated seismic early warning and structural health monitoring of critical civil infrastructures in seismically prone areas


o

o

-

Riopelle et al. Survey of Potential Early Warning System Users 2001 Rapport USA Californie

o

Régional TriNet, SCAN

Rydelek et Kim A study on feasibility of earthquake early warning in Korea: Determination of locations and magnitudes of events

2010 Article Corée du Sud

o o

Régional

Rydelek et al. Comment on "Earthquake magnitude estimation from peak amplitudes of very early seismic signals on strong motion records" by Aldo Zollo, Maria Lancieri, and Stefan Nielsen

2007 Article Japon

o

Régional

Rydelek et Pujol Real-time seismic warning with a two-station subarray 2004 Article USA

o

Régional

Salzano et al. Risk assessment and early warning systems for industrial facilities in seismic zones

2009 Article

o

o

Sato et Mori Scaling relationship of initiations for moderate to large earthquakes 2006 Article Taïwan + Japon

o

Satriano et al. PRESTo, the earthquake early warning system for Southern Italy: Concepts, capabilities and future perspectives


o

o o

Régional PRESTo, ISNet, RTMag, RTLoc

Satriano et al. Real-time evolutionary earthquake location for seismic early warning


o

ISNet, RTLoc

Satriano et al. Earthquake early warning: Concepts, methods and physical grounds 2011 Article

o

Scrivner et Helmberger Preliminary Work on an Early Warning and Rapid Response Program for Moderate Earthquakes


o

Shieh et al. A comparison of tau(c) and tau(max)(p) for magnitude estimation in earthquake early warning

2008 Article Japon

o

Shieh et al. An examination of tau(c)-Pd earthquake early warning method using a strong-motion building array


o o

o

Onsite

Sokolov et al. On the use of JMA intensity in earthquake early warning systems 2010 Article Japon

o

Régional

Sokolov et al. On estimation of earthquake magnitude in Earthquake Early Warning systems

2009 Article Taïwan + Japon

o

Suarez et al. Performance Evaluation of the Seismic Alert System (SAS) in Mexico City: A Seismological and a Social Perspective


o o

Régional SAS

Tierney Implementing a Seismic Computerized Alert System (SCAN) for Southern California: Lessons and Guidance from the Literature on Warning Response and Warning Systems


o

o o Régional TriNet, SCAN

Toksoz et al. A Prototype Earthquake Warning System for Strike-Slip Earthquakes 1990 Article USA Californie

o

Tsukada et al. Analysis of the envelope waveform of the initial part of p-waves and its application to quickly estimating the epicentral distance and magnitude

2004 Article Japon

o

o

Régional



Wang et al. The uncertainties of a Pd3-PGV onsite earthquake early warning system

2012 Article

o

o

Onsite

Wang et al. Magnitude estimation for early warning applications using the initial part of P waves: A case study on the 2008 Wenchuan sequence

2009 Article Chine Wenchuan

o

Onsite, Régional

Weber et al. An advanced seismic network in the southern Apennines (Italy) for seismicity investigations and experimentation with earthquake early warning

2007 Article Italie Irpinia o

Régional ISNet

Wenzel et al. Potential of earthquake early warning systems 2001 Article Roumanie Bucarest

Régional

Wieland Global blueprints for change - earthquake alarm, rapid response, and early warning systems: low cost systems for seismic risk reduction

2001 Rapport

o

Wolfe On the properties of predominant-period estimators for earthquake early warning

2006 Article

o

Wu et Kanamori Experiment on an onsite early warning method for the Taiwan early warning system


o

Onsite

Wu et Beck Synergistic combination of systems for structural health monitoring and earthquake early warning for structural health prognosis and diagnosis

2012 Conférence

o

o

- ePAD

Wu et al. Quick and reliable determination of magnitude for seismic early warning


o

Wu et al. Magnitude determination using initial P waves: A single-station approach


o

Onsite

Wu et al. Development of an integrated earthquake early warning system in Taiwan - Case for the Hualien area earthquakes


o

Wu et al. State of the art and progress in the earthquake early warning system in Taiwan

2007 Ouvrage Taïwan

o o

o

Onsite / Régional

Wu et Kanamori Development of an earthquake early warning system using real-time strong motion signals


o

Onsite / Régional

Wu et Kanamori Exploring the feasibility of on-site earthquake early warning using close-in records of the 2007 Noto Hanto earthquake

2008 Article

o

Wu et al. Determination of earthquake early warning parameters, tau(c) and P-d, for southern California

2007 Article Japon

o

Onsite

Wu et al. Faster Short-Distance Earthquake Early Warning Using Continued Monitoring of Filtered Vertical Displacement: A Case Study for the 2010 Jiasian, Taiwan, Earthquake


o

o

Onsite

Wu et Teng A virtual subnetwork approach to earthquake early warning 2002 Article Taïwan

o o

Régional VSN

Wu et Zhao Magnitude estimation using the first three seconds P-wave amplitude in earthquake early warning


o

Régional

Wurman Earthquake Early Warning and the Physics of Earthquake Rupture 2010 Thèse USA Californie

o

Régional ElarmS

Wurman et al. Toward earthquake early warning in northern California 2007 Article USA Californie

o

o

Régional ElarmS

Wyss The earthquake closet: rendering early-warning useful 2012 Article

o

Xu et al. Regional seismic hazard for Revithoussa, Greece: an earthquake early warning Shield and selection of alert signals

2003 Article Grèce Athènes

o

o

Onsite

Yamada Early Warning for Earthquakes with Large Rupture Dimension 2007 Thèse

Virtual Seismologist

Yamada et al. Real-time estimation of fault rupture extent using near-source versus far-source classification

2007 Article

Virtual Seismologist

Yamada et Mori Using tau(c) to estimate magnitude for earthquake early warning and effects of near-field terms

2009 Article

o

Yamada et Ide Limitation of the Predominant-Period Estimator for Earthquake Early Warning and the Initial Rupture of Earthquakes

2008 Article

o

Yamamoto et al. On the estimation of seismic intensity in earthquake early warning systems

2008 Article Japon

o

Yamazaki Early warning systems for mitigation of earthquake-related technological risks

2000 Ouvrage

o



Zama et al. Real-Time Prediction of Liquid Sloshing of Oil Storage Tank Based on Earthquake Early Warning


o

o

Zollo et al. A threshold-based earthquake early warning using dense accelerometer networks


o o

o

Hybride

Zollo et al. Earthquake early warning system in southern Italy: Methodologies and performance evaluation


o

o

Régional ISNet, RTMag, RTLoc

Zollo et Lancieri Real-time estimation of earthquake magnitude for seismic early warning

2007 Ouvrage Italie Irpinia

o

Régional ISNet, RTMag

Zollo et al. Earthquake magnitude estimation from peak amplitudes of very early seismic signals on strong motion records

2006 Article

o

Régional

Zollo et al. Reply to comment by P. Rydelek et al. 2007 Article

o

Régional

Tableau 3 – Liste des principaux documents à caractère scientifique traitant de l’alerte sismique précoce rassemblés dans le cadre de la présente étude. Catégories retenues pour le classement thématiques des documents : « Acqu. » = acquisition ; « Magn. » = estimation magnitude ; « Int. » = estimation intensité ; « Loc. » = estimation localisation séisme ; « Alerte » = critères d’émission de l’alerte ; « Perf. » = estimation des

performances d’un EEWS ; « Ut. » = Etude de la manière dont utiliser l’alerte précoce ; « Synth. » = documents de synthèse.

Centre scientifique et technique Direction Risques et Prévention

3, avenue Claude-Guillemin BP 36009 Ŕ 45060 Orléans Cedex 2 Ŕ France Ŕ Tél. : 02 38 64 34 34

Documents

Veille scientifique sur les systèmes d’alerte sismique précoce · Mots clés: Alerte sismique précoce, veille scientifique, France, risque sismique, prévention, séisme En bibliographie,