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23 novembre 2006 QSHA - WP3. 23 novembre 2006 > 2 Echelle des phénomènes sismiques Surface libre Faille (séisme) « SOURCE » « PROPAGATION » Radiation.

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1 23 novembre 2006 QSHA - WP3

2 23 novembre 2006 > 2 Echelle des phénomènes sismiques Surface libre Faille (séisme) « SOURCE » « PROPAGATION » Radiation des ondes sismiques « SITE » M6 : ~ 10 km, < 10 sec M7 : ~ 30 km, sec Regionale : 10 km, sec Nationale : 100 km, > 1 min Globale : la Terre, > heures Locale : dizaines m, sec « STRUCTURE » Locale : m, sec Effet spécifique du site local associé au mouvement fort Une série de phénomènes en milieu continu

3 23 novembre 2006 > 3 Source = BIEM Propagation = FDM Site = FEM Onde3D Grilles décalées (4 ème ordre en espace) Milieu élastique Géométrie de faille non planaire GEFDYN (École Centrale Paris – BRGM) Réponse sismique non linéaire Outils numériques au brgm Couplage FDM-FEM : Injection/absorption des ondes sur frontières

4 23 novembre 2006 > 4 Nos outils - Ondes3D > FDM (méthode de différences finies) Milieu élastique hétérogène (avec un coefficient datténuation) Grilles décalées structurelles (4 ème ordre en espace) « PML absorbing condition » pour frontières Écrit en langage C Code parallélisé (MPI)

5 23 novembre 2006 > 5 Nos outils - GEFDYN > FEM (méthode de éléments finis) Géométries complexes (2D/3D) Milieux hétérogènes multiphasiques (fluide-solide ou air-fluide-solide) Différentes lois de comportement possibles pour étudier la réponse non linéaire des géomatériaux (séismes, mouvements de terrains, phénomènes de liquéfaction, etc.) : EP, VP… Différents types déléments (linéaires/quadratiques) : – Éléments « volumiques » fluides/solides (1/2/3D) – Éléments de structure (poutres, barres, plaques,…) – Éléments de contacts, discontinuités (joints avec lois non linéaires, split node) – Éléments rigides (chocs, impact de blocs) – Éléments de frontière (CL) : Frontière absorbante (approximation paraxiale dordres 0, 1) Chargements hydrauliques (suintement) / mécaniques (linéiques, surfaciques) Différents types danalyses (statique/dynamique, excavation/construction par couches, THM, etc.) Écrit en langage Fortran Code parallélisé (MPI)

6 23 novembre 2006 > 6 > Simulation grande échelle en partant de la source FDM : propagation sans tenir compte de la complexité locale Impédance spectrale (vitesse + vecteur contrainte) + condition absorbante imposées sur frontière > Simulation locale (échelle site) FEM : simulation incluant les configurations complexes (matériaux, topographie, etc.) Couplage FDM – FEM

7 23 novembre 2006 > 7 Problème 2D P-SV (point source) Simulation grande échelle Simulation échelle site 110 éléments paraxiaux à la base Mêmes pas entre FDM/FEM (espace, temps) Milieu homogène linéaire élastique Vs = 1500 m/s, Vp = 3200 m/s, ρ = 2280 kg/m 3 Zone modèle FEM Couplage FDM – FEM :alidation 2D Couplage FDM – FEM : validation 2D Impédance spectrale (vitesse + vecteur contrainte) + condition absorbante sur

8 23 novembre 2006 > 8 Multiples réflexions dondes... De Martin et al. (2006) Couplage OK ! Couplage FDM – FEM :alidation 2D Couplage FDM – FEM : validation 2D

9 23 novembre 2006 > 9 Vitesse (m/s) Onde sismique

10 23 novembre 2006 > 10 > Sédiment (3D-BRGM) + Bedrock (presque 1D) > Bedrock (1D) nx 599 ny 718 nz 140 x y z dx 50 dy 50 dz 50 nodata_value out SA SA SA SA SA …. …. BRGM/CDG Bertrand & Deschamps (2001) etc Delouis (Géosiences Azur, pers. comm.) A améliorer dans QSHA! Simulation grande échelle – Nice ( collaboration brgm – Géosciences Azur)

11 23 novembre 2006 > 11 > Centre historique de Nice Taille physique : 2km x 2km x 180m Milieu continu avec prise en compte de la topographie et différentiation des formations géologiques de surface : 1 rocher + 5 alluvions (sables, argiles) Mésozoïque Pliocène Alluvions 1km Surface dérosion Messinienne Calculs FEM Simulations FEM 3D - Nice (échelle site)

12 23 novembre 2006 > 12 > La taille des éléments par couche dépend : des vitesses des ondes (dispersion numérique) => pour Nice, [3-24] m de la fréquence maximale attendue pour le séisme (entre 0-15Hz) => Ici : 0-9Hz (limitations essentiellement hardware et CPU…) Simulations FEM 3D - Nice (échelle site)

13 23 novembre 2006 > 13 > Modèles homogènes (validation, faisabilité) : Séisme en mer fév (Mw=4.1) Plage : 0-5Hz (9500 pas de temps) Calculs drainés + élasticité + condition rocher rigide : ~ éléments hexaédriques linéaires (~20m) => ~ ddls ~ éléments tétraédriques linéaires (~25m) => ~1.2M ddls ~1.3 Millions éléments tétraédriques quadratiques (3m ~ 24m) => ~5M ddls Temps : – Hexaèdres: 38h (cluster brgm 12 processeurs), 8h (cluster Inria 32 processeurs) – Tétraèdres: Lin. 10h (cluster brgm 8 processeurs), Quad. 50h (cluster Inria 80 processeurs) Sorties : – vecteurs a/v/u aux nœuds : 500 Mo/vecteur – tenseurs contraintes / déformations aux points de Gauss : plusieurs Go/tenseur Mémoire totale requise/calcul : environ 22 Go (lin), 120Go (quad) Simulations FEM 3D - Nice (échelle site)

14 23 novembre 2006 > 14 > Couplage FDM-FEM : Améliorer la condition dabsorption – pour éliminer les ondes parasites : paraxiaux dordre supérieur ? – Passer à une formulation implicite (stabilité, non linéaire) Validations 2D avec topographie et 3D > Aléa Nice : Modèle « réel » : – couplage avec FDM pour input motion (condition rocher déformable) => séisme Mw=6.5 (modifié par FGE) – loi non linéaire pour alluvions (elast. nlin. + MC cyclique) > Aléa Grenoble Perspectives QSHA

15 23 novembre 2006 > 15 Benchmark ESG 2006 (Grenoble) Vue 3D Vue en plan du bassin grenoblois 2 sources ponctuel (M2.8, M2.9) 2 sources étendues (M6) Modèle standard : 30 km x 30 km x 10 km, s = 100m, t = 0.005s, soit 11M grilles x 2800 étapes = 2h sur 8 CPUs brgm Modèle fin : 30 km x 30 km x 6 km, s = 50m, t = 0.003s, soit 50 M mailles x étapes = 18h sur 16 CPUs brgm > Bedrock (1D layer) + forme de bassin (3D) + sédiment (1D)

16 23 novembre 2006 > 16 Estimation « empirique » et « simulation numérique » sur le mouvement fort Anomalies dans le bassin dues à la « structure » Anomalies au rocher due à la « source » Amplification importante par rapport au loi empirique Perspectives QSHA


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