Effet de la variabilité spatiale des propriétés du sol sur la variabilité de la réponse sismique.

Les couches de sol presentent frequemment des heterogeneites spatiales qui proviennent des processus d’erosion, de sedimentation et de l’effet de l’activite humaine. A ces heterogeneites geologiques de premier ordre viennent s’ajouter des heterogeneites de petite echelle au sein d’une meme couche geologique. Sous sollicitation sismique faible ou forte, ces heterogeneites spatiales des proprietes du sous-sol sont susceptibles de conduire a une variabilite spatiale importante des proprietes du mouvement sismique en surface (amplitude, duree, contenu frequentiel, …). Dans cette these, une analyse probabiliste est realisee pour evaluer l’effet de la variabilite spatiale de la vitesse des ondes de cisaillement (V_s) sur la variabilite du mouvement sismique en surface. Pour simplifier, une simple structure de sol 2D (une couche sedimentaire sur un demi-espace) est consideree. La structure 2D de V_s est modelise comme un champ aleatoire en utilisant la methode EOLE (Expansion Optimal Linear Estimation) et 9 modeles probabilistes sont consideres en faisant varier les trois parametres de fluctuation du sol: le coefficient de variation (COV) sur V_s, les distances d'autocorrelation horizontale (θ_x) et verticale (θ_z). Les mouvements sismiques du sol en surface sont simules a l’aide du logiciel de differences finies FLAC2D pour une excitation d'onde plane avec une polarisation SV.Une premiere partie porte sur l’etude de la variabilite en surface de differents indicateurs du mouvement sismique (frequence de resonance, amplification, Intensite d’Arias, duree, correlation spatiale). Nos simulations purement lineaires soulignent l’importance des ondes de surface diffractees localement au niveau des heterogeneites du sol sur ces differents indicateurs et le controle de COV sur leur variabilite. Elles mettent egalement en evidence que, bien que les approches probabilistes 1D reproduisent correctement en moyenne les frequences de resonance fondamentales et les amplifications associees, elles sous-estiment l’amplification a haute frequence, l’Intensite d’Arias et la duree du mouvement sismique ainsi que leur variabilite. La deuxieme partie porte sur la coherence spatiale, calculee sur la phase forte et sur la coda des vitesses simulees en surface. Les resultats montrent que la perte de coherence avec la frequence ou la distance est principalement controlee par COV. A cette perte de coherence globale s’ajoute la presence de fortes coherences dans certaines bandes de frequences etroites causees par les caracteristiques de propagation d’ondes de volume et de surface (resonance des ondes SV, phases d’Airy des ondes de Rayleigh). Ces observations sont coherentes avec les observations sur les donnees reelles du site d’Argostoli en Grece. La troisieme partie s’interesse a la prise en compte du comportement non-lineaire des sols. Le comportement non-lineaire du sol est base sur des tests triaxiaux effectues sur la plaine alluviale de Nahr Beyrouth. L’effet du comportement non-lineaire et de sa variabilite est etudie pour les differents indicateurs du mouvement sismique (Intensite d’Arias, duree, correlation spatiale, coherence decalee).