Champ d'ondes, variabilité spatiale et cohérence des mouvements sismiques : effets en champ proche et en vallée alluviale

La variation spatiale du mouvement sismique a des effets significatifs sur la reponse dynamique des structures de genie civil de grandes dimensions. Dans la pratique courante, l'excitation du mouvement sismique le long de la fondation de la structure est consideree uniforme, approche cependant inadequate pour les structures de large portance au sol localisees a proximite des failles ou sur des sites presentant une structure du sous-sol lateralement heterogene. Cette these se propose donc de comprendre les facteurs clefs controlant localement la variabilite spatiale du mouvement sismique, avec en ligne de mire la mise en place de recommendations en vue d'incorporer ces effets dans l'estimation de l'alea sismique et le dimensionnement des structures. La premiere partie de cette these s'interesse a la composante intra-evenement de l'ecart-type de la distribution du mouvement sismique en champ proche a l'aide de simulations numeriques du mouvement sismique pour des sources etendues presentnat une cinematique de rupture realiste. Les resultats suggerent que la variabilite intra-evenement depend significativement du type de rupture, cette variabilite augmentant avec la distance pour les ruptures bilaterales et diminuant pour les ruptures unilaterales. La seconde partie traite de la caracterisation de la composition du champ d'onde dans la vallee de Koutavos-Argostoli, qui est une vallee de petite dimension et d'epaisseur sedimentaire faible, situee sur l'ile – sismiquement active - de Cephalonie en Grece. Les champs d'onde generes par 46 seismes, ayant des magnitudes variant entre 2 et 5 et des distances epicentrales jusqu'a 200 km, ont ete analyses a partir de l'enregistrement par deux reseaux denses de capteurs sismologiques. L'algorithme de traitement d'antenne MUSIQUE est utilise pour extraire la vitesse, l'azimut, le type et la polarisation des ondes dominantes se propageant a travers le reseau. Les resultats montrent clairement d'importantes diffractions d'ondes de surface aux bords de vallee au-dela de la frequence de resonance de la vallee. Tandis que les ondes de Love dominent clairement le champ d'ondes proche de la frequence de resonance, les ondes de Rayleigh dominent a plus haute frequence dans des gammes de frequences etroites. Par ailleurs, un excellent accord est observe entre les champs d'onde de surface diffractes localement et les caracteristiques d'amplification du site. La “coherence decalee” de la partie la plus energetique du signal a ete quantifiee pour chaque paire de stations du reseau. En general, la coherence calculee sur les composantes horizontales diminue avec la distance entre stations et la frequence. La coherence sur la composante verticale indique des valeurs relativement fortes a haute frequence. Les valeurs de coherence apparaissent tres faiblement correlees a la magnitude, l'azimut et la distance epicentrale du seisme, mais sont au contraire liees aux caracteristiques geometriques de la vallee. La coherence est systematiquement plus forte pour les couples de capteurs orientes selon la direction parallele a l'axe de la vallee, et moins forte pour des couples de capteurs orientes dans la direction perpendiculaires. Cette observation est en accord avec les resultats du traitement d'antenne: la predominance d'ondes de surface diffractees sur les bords de la vallee conduit a des mouvements en phase le long de la direction parrallele a l'axe de la vallee. Les resultats de cette these apporte des elements de comprehension sur la variabilite spatiale du movement sismique et ouvrent de nombreuses perspectives d'application.