1Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis WP4 Semi-empirical estimates and quantification of uncertainties (PI : B. Hernandez) WP 4.1.

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1 1Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis WP4 Semi-empirical estimates and quantification of uncertainties (PI : B. Hernandez) WP 4.1 Approaches based on Empirical Green’s Functions (PI : F. Cotton) WP 4.2 Quantifying uncertainties in ground motion estimates (PI : J. Douglas) WP 4.3 Recommendations for fast shaking maps & standard hazard maps (PI : Bruno Hernandez) Quantitative Seismic Hazard Assessment (WP4) CETE med

2 2Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis WP4 Estimation of strong ground motion TheoreticalSemi-empiricalEmpirical Elastic medium (3D) Source model Large motion simulated using small records Basic attenuation relation determined by regression analysis of SMDB Hybrid

3 3Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis Modèles empiriques (relations d’atténuation) : Inconvénient : pas de prise en compte des effets de site spécifiques Simulation numérique Simulation du mouvement sismique en champ proche et en tous points Inconvénients *Propriétés mécaniques du milieu et des interfaces géologiques *Limitation à haute fréquence (f < 2 Hz) Méthode des Fonctions de Green Empiriques Avantage : prise en compte naturelle des effets de site et propagation Inconvénients : *Hypothèse de linéarité *Simulation en champ lointain *Connaissance du processus de rupture *Limitation à basse fréquence (f > 1Hz) Méthode des Fonctions de Green Hybrides WP4 Méthodes de simulation du mouvement sismique

4 4Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis Dynamic of the rupture kinematic of the source Empirical GF Attenuation relation In acordance with observed strong motion by construction Simulation Empirical model Acquisition of accurate parameters is required. Large amount of data already exists. Hybrid GF Physical knowledge Confirmation of derived result 3-D geology, Seismic source … Numerical GF WP4 Estimation of strong ground motion

5 5Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis Variabilité du mouvement sismique Réseaux de stations au Japon (KNET) Comment obtenir une estimation médiane et une variabilité en accord avec le retour d’expérience ? Variabilité pour M=5.4, D=30km, sol de type C (Pousse et al., 2005) WP4.1 Problématique

6 6Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis W4.1 EGF : « direct » method Causse et al. 2007

7 7Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis WP4.1 FGE : Méthode « directe » Résultats : loi de distribution et variabilité obtenues Causse et al. 2007 Variabilité surestimée à basse-fréquence: paramètres de la rupture mal contraints. Valeurs médianes des paramètres non calibrées: valeurs médianes de SA(f) sur/sous-estimées ?

8 8Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis WP4.1 FGE : Méthode « inverse » Causse et al. 2007

9 9Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis C=1 C=4 WP4.1 FGE : Méthode « inverse » Mouvement médian et écart-type au rocher (Mw=5.5, d=15km) Causse et al. 2007

10 10Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis WP4.1 FGE : Méthode « inverse » Mouvement médian et écart-type au sédiment (Mw=5.5, d=15km) Causse et al. 2007

11 11Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis Conclusions : Effets de site spécifiques (1 station de référence + 1 station au sédiment proche) + compatibilité avec les études probabilistes au rocher en France. Nécessité de calibrer les prédictions (C ≠ 1). Sigma (Ambraseys, 1996) = sigma (intraséismes)? Limites : Rapport S/B basse-fréquence (f<1Hz) * couplage éléments spectraux Cinématique simple * modèle k -2 WP4.1 FGE Causse et al. 2007

12 12Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis Méthode des Fonctions de Green Hybrides Simulation large-bande au sédiment (Mw=5.5, d=15km) Causse et al. 2007 FGH

13 13Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis WP4.1 Approche semi-empirique Objectifs Valider le modèle de sources composites en comparant les prédictions avec des observations Définir l’apport des FG empiriques par rapport aux FG numériques Théorème de représentation = Rayonnement de la source Modèle composite (Spectre en  2 proportionnel à %C d, fonction de glissement cohérente avec modèle dynamique) * Propagation FG synthétique ou hybride Principe de la modélisation Données Séisme de Yamaguchi-Ken Hokubo M w 5,9 et trois répliques (M w ~ 3,5 ) - K-NET Solution cinématique basse fréquence de Ide (1999) Javier Ruiz, 2007

14 14Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis WP4.1 Estimation de la fonction de Green hybride (2) FGE polluée à basse fréquence par la présence de bruit sismique (f < 1 Hz) FG Hybride Filtres complémentaires FG Numérique – 1D (BF) FG Empirique (HF) Déconvolution de la FGE par une fonction source de type Brune (1970) (1) FGE valide pour f ≤ F c (5 Hz) - Nécessité de retirer la fonction source de la FGE Kamae et al. (1998) Hutchings et al. (2006)

15 15Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis WP4.1 Apport de la FG hybride à la prédiction du PGV Sur cet exemple, prédictions satisfaisantes au PGV indépendamment de la FG FGs hybridesFGs numériques Javier Ruiz, 2007

16 16Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis WP4.1 Apport de la FG hybride à la prédiction du PGA Amélioration très significative de la prédiction du PGA avec la prise en compte des FGs hybrides FGs hybridesFGs numériques Javier Ruiz, 2007

17 17Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis Variabilité : processus de rupture (tenseur des moments, directivité, V R …), propagation à l’échelle régionale (géologie 3D …), Autres sources de variabilité : * effet local de la géologie et/ou de la topographie, * localisation, magnitude et profondeurs des événements utilisés pas suffisamment précis (dans la plupart des articles les auteurs ne vérifient pas si les pointés S-P sur les signaux de leurs donnés sont cohérents avec les distances des localisations issus en général de catalogues régionaux), * magnitude pas toujours homogène, * capteurs et systèmes d'acquisition divers, * conditions d’acquisition (champ libre, bâtiment, cave, buse …). Il est difficile de quantifier ces effets qui en plus varient en fonction du contexte géographique et de l’homogénéité des réseaux utilisés pour contraindre une relation. WP4.2 Quantifying uncertainties in ground motion estimates

18 18Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis i.e. those based on observed strong-motion records. One source of possible inaccuracy in such ground-motion estimates is that due to possible dependence of strong ground motions on geographical region. This question is of great interest for France due to the relatively short history of the French strong-motion network (the RAP) and hence the lack of robust ground-motion models for the prediction of earthquake shaking at French sites. “On the regional dependence of earthquake response spectra” by J. Douglas ISET Journal of Earthquake Technology (Reasons for regionally-dependent ground motions are discussed and possible regional dependence of earthquake response spectra is examined using published ground- motion models, observed accelerograms and also by using ground motions predicted by stochastic models. ) WP4.2 Quantifying uncertainties in ground motion estimates

19 19Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis f=34 Hz  Log(PSA(M L =6) i )= Log(PSA) i + a(6 -M Li ) 3*5 accéléromètres en surface 3*4 accéléromètres entre 5 et 53 m LSST Hualien f=34 Hz WP4.2 Quantifying uncertainties in ground motion estimates Hernandez et al. ESG 2006 Condition de site homogène, stations identiques

20 20Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis Jalon DASE : Carte d’aléa, carte prévisionnelle d’intensités : recommandations (prise en compte des effets de site, application à un séisme récent). Données macrosismiques et leur millésime ère instrumentale (50 ans) ère des enquêtes macrosismiques du BCSF (100 ans) ère pré-enquête (I > IV) seuls les effets les plus importants restent écrit (quasiment pas d’information sur les faibles intensité pour ces séismes anciens) WP4.3 Recommendations for shaking maps & hazard maps

21 21Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis Aline DECHAMP (CDD LDG dans le cadre de QSHA) Énorme variabilité des données d’intensité Nature géologique, topographie, vulnérabilité, … En champ proche : Quelques effets de site mis en évidence En champ lointain: Atténuation Sud-Est > Pyrénées SISFRANCE : données « communales » imprécises Géoréférencer chaque observation WP4.3 Intensités macrosismiques et effet de site

22 22Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis Communes limitrophes: distance épicentrale semblable Intensités attendues identiques Écarts Intensités observées – Intensités prédites par la relation d’atténuation (Marin et al., 2004): Menton > Roquebrune Effet d’amplification lié à la géologie? Menton: Sédiments Roquebrune: Rocher Zone de Menton – Roquebrune : Présence d’un effet de site? Imperia, 1887 WP4.3 Intensités macrosismiques et effet de site Aline Dechamp

23 23Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis 1887: Effet de site indiscutable, dégâts très nombreux, village français où le séisme est le plus ressenti: Effet topographique Effet de la géologie 1963 et 2001: Écart nul ou négatif Différences? Déplacement du village (géologies différentes entre les séismes) Vulnérabilité du bâti? I 0 =IX WP4.3 Intensités macrosismiques et effet de site Aline Dechamp (DASE) Aline Dechamp

24 24Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis V S30 stations « Euro-Méditerranéennes » Stations identifiées au rocher (Berge et al. 2003) Définition du rocher Définition du sédiment Effet de site particulier Vmoy_rocher=801 m/s WP4.3 effets de site dans les SMDB qu'est-ce qu'un "site de référence" en sismologie ? comment se situe cette référence par rapport aux valeurs médianes des relations d'atténuation ? Stéphane Drouet (2007)

25 25Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis V S30 stations « Euro-Méditerranéennes » Stations identifiées au sédiment. Définition du rocher Définition du sédiment Effet de site particulier Vmoy_alluvion=434 m/s WP4.3 effets de site dans les SMDB Stéphane Drouet (2007)

26 26Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis V S30 stations « Californiennes » Vmoy_alluvion=346 m/s Vmoy_rocher=815 m/s Définition du rocher Définition du sédiment Effet de site particulier WP4.3 effets de site dans les SMDB Stéphane Drouet (2007)

27 27Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis Euro-Méditerranée : Parmi les 30% enregistrements au rocher caractérisés par une valeur de V S30 :  30% correspondent à V S30 > 800 m/s,  70% correspondent à 300 < V S30 < 800 m/s, Parmi les 61% des enregistrements au sédiment caractérisés par une valeur de V S30 :  7% correspondent à V S30 > 800 m/s,  52% correspondent à 300 < V S30 < 800 m/s,  41% correspondent à V S30 < 300 m/s, Californie : Parmi les 100% des enregistrements au rocher caractérisés par une valeur de V S30 :  37.5% correspondent à V S30 > 800 m/s,  62.5% correspondent à 300 < V S30 < 800 m/s, Parmi les 97% enregistrements au sédiment caractérisés par une valeur de V S30 :  1% correspondent à V S30 > 800 m/s,  53% correspondent à 300 < V S30 < 800 m/s,  46% correspondent à V S30 < 300 m/s, WP4.3 effets de site dans les SMDB Stéphane Drouet (2007)

28 28Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis Inversion source, propagation, site Remarques concernant l’inversion : Nécessité d’un jeu de données complet (plusieurs séismes enregistrés dans plusieurs stations) Hypothèse du champ lointain (~15 km) Log 10 (A ijk )=log 10 (source ik )+  log 10 (R ij )-  R ij +log10(site jk ) Condition de fermeture (référence pour les effets de site) Stéphane Drouet (2007) WP4.3 effets de site dans les SMDB

29 29Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis Umbria-Marche (centre Italie) Stéphane Drouet (2007) WP4.3 effets de site dans les SMDB

30 30Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis  Grande variabilité: proximité des sources? Log(SA(f))=a(f)  M-Log(R)+b(f)  R+c 1or2 Grèce – Prédiction Stéphane Drouet (2007) WP4.3 effets de site dans les SMDB

31 31Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis Station Colfiorito (Italie) Inversion source, path, site (rouge: horizontale, noir: verticale). Résidus donnée-modèle Localisation dans un bassin. Alluvions récentes et actuelles (Olocene, Pleistocene). Mise en évidence d’ondes de surface générées par le bassin (Caserta 1998, Rovelli 2001, Di Giulio 2003, Cara 2003, Maresca 2006) Amplification ~10 autour de 1 Hz observée (H/V, inversion): Castro 2004, Luzi 2005. Station Colfiorito WP4.3 effets de site dans les SMDB

32 32Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis Station Aigio (Grèce) Résidus donnée-modèle Localisation côtière. V S30 =665 m/s. Station Aigio WP4.3 effets de site dans les SMDB

33 33Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis La notion d'effet de site en champ proche (en tant que convolution par un terme indépendant de la source) a-t-elle un sens ? calcul d'un mouvement de référence puis prise en compte des ES : Empiriquement : coefficient de site. Numériquement : modules élastiques, densité, atténuation Géométrie 3D des interfaces … *Résultats : Bonne indication de l’ordre de grandeur des effets d’amplifications (basse fréquence). *Limitations : connaissance limitée du milieu à petite échelle, quelle source modéliser ? (onde plane, polarisation, incidence, point ou source étendue, champ complet, directivité, vitesse de rupture et variations, radiations hautes fréquences …) WP4.3 effets de site pour feltmap shakemap et cartes d’aléa

34 34Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis Alerte sismique en France Informer la Sécurité Civile, de tout séisme de magnitude > 4 WP4.3 sismologie opérationnelle et utilité de feltmap Bilan des alertes LDG 2006 Paramètres Lat, Lon, t0, M L, Z Génération de cartes ? I, PGA … avec ES Incertitudes, calage www-dase.cea.fr

35 35Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis en fonction du contexte tectonique, du taux de sismicité, de la période de retour choisie pour l’estimation de l’aléa d’une magnitude pour la création d’une shakemap WP4.3 choix des relations d’atténuation Relation de Marin et al., 2004 Log(PGA) = 0.79M L -1.5logR+3.93 Relation de Bragato et al., 2005 Log(PGA) = -3.27+1.95M L -(0.202M L 2 )+(-3.11+0.0075M L 3 )logR Relation d’Ambraseys et al., 2005 Log(PGA) = 2.522-0.142M W +(-3.184+0.314M W )log(√(R 2 +7.6)) +0.137S s +0.05S A -0.084F N +0.062F T -0.044F O Relation d’Ambraseys et al., 1995 Log(PGA) = 0.285M S -0.00191R-0.909logR-1.331 Relation de Berge-Thierry et al., 2003 Log(PGA) = 0.3118M S - 0.0009303logR+1.537 (ou 1.573) Nice, 2001

36 36Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis Relation d’Ambraseys et al., 1995 Log(PGA) = 0.285M S -0.00191R-0.909logR-1.331 Relation de Berge-Thierry et al., 2003 Log(PGA) = 0.3118M S - 0.0009303logR+1.537 (ou 1.573) Relation de Marin et al., 2004 Log(PGA) = 0.79M L -1.5logR+3.93 Relation de Bragato et al., 2005 Log(PGA) = -3.27+1.95M L -(0.202M L 2 )+(-3.11+0.0075M L 3 )logR Relation d’Ambraseys et al., 2005 Log(PGA) = 2.522-0.142M W +(-3.184+0.314M W )log(√(R 2 +7.6 2 )) +0.137S s +0.05S A -0.084F N +0.062F T -0.044F O Argelès-Gazost, 2006 M L LDG = 4,9 WP4.3 choix des relations d’atténuation

37 37Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis Échelles de magnitude différentes M L, M S, M W Contextes sismotectoniques variés Gammes de magnitude différentes Relations d’atténuation Gammes de magnitude Marin et al., 2004 2.5<M L <5.6 Berge-Thierry et al., 2003 4.0<M S <7.9 Ambraseys et al., 1995 4.0<M L <7.0 Bragato et al., 2005 2.5<M L <6.3 Ambraseys et al., 2005 M W >5  Prise en compte de mouvements forts dans l’établissement de relations d’atténuation surestime le mouvement du sol dans le cas de mouvements faibles ou moyens WP4.3 choix des relations d’atténuation

38 38Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis Arroucau, Ambraseys, Bragato : Atténuation dépendante de la magnitude Arroucau: plus rapide quand les séismes sont forts Ambraseys et Bragato: plus lente quand les séismes sont forts WP4.3 choix des relations d’atténuation

39 39Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis WP4.3 Zonage sismotectonique ou lissage de la sismicité Zonage sismotectonique (LDG 2006) loi d’occurrence (sismicité diffuse dans chaque zone) a, b, M min, M max relation d'atténuation Y = f(M,R) détermination des probabilités de dépassement en chaque point du territoire p(Y > Y 0 ) N M hypothèses pratiques pour faire des calculs mais simpliste : - en limite de zone, - pour des périodes de retour petites, - quand faible taux de sismicité.

40 40Friday 1 st June 2007ANR-QSHA S3 meeting in Sophia Antipolis WP4.3 Propagation des incertitudes arbre logique forme des lois de distribution, réalité physique des valeurs extrêmes, Saturation en champ proche Accélération (verticale) > 1g : vol balistique des couches géologiques superficielles Non élasticité si : distorsion > 0,06 % (~ PGV/V S ) les incertitudes ne peuvent pas être propagées indépendamment les une des autres. Il faut tenir compte des covariances entre paramètres (plus facile à dire qu’à faire) sigma relation d’atténuation, a, b, M max de la GR profondeur....