Calcul à haute résolution des changements de vitesse spatiaux et temporels proche de la source sismique

Les mouvements sismiques du sol sont fortement contrôlés par la géologie de surface, où les sols et les sédiments peuvent présenter un comportement non linéaire sous de fortes secousses. Cette non-linéarité réduit la vitesse de propagation sismique, modifie les fréquences de résonance et altère les schémas d’amplification, avec des implications importantes pour l’évaluation de l’aléa sismique. Cependant, la quantification de ces effets reste difficile, car ils sont très spécifiques au site et souvent mal représentés par des indicateurs standards tels que la vitesse moyenne des ondes de cisaillement, Vs30. Dans cette thèse, j’étudie la réponse non linéaire des sites à l’aide de grands ensembles de données d’observation provenant du Kiban Kyoshin Network (KiK-net) et du Kyoshin Network (K-NET) au Japon. Plusieurs approches complémentaires dans les domaines temporel et fréquentiel sont développées et appliquées, notamment la déconvolution multitaper (MDEC) et la corrélation de phase (PCC), qui sont des méthodes basées sur une station de référence, ainsi que l’analyse temps-fréquence de la résonance (TFRA) et l’autocorrélation de phase (APCC), qui sont des méthodes sans station de référence. Ces techniques révèlent de manière cohérente des décalages co-sismiques systématiques des fréquences de résonance et de la vitesse des ondes de cisaillement — dont certains persistent au-delà de la secousse — avec l’augmentation du mouvement du sol, confirmant que la non-linéarité des sols peut être significative même pour des accélérations modérées. Il est important de noter que les résultats montrent que les effets non linéaires sont fortement dépendants du site, souvent gouvernés par des couches sédimentaires peu profondes et par des contrastes d’impédance locaux. Après avoir validé la méthode TFRA par rapport à la réponse en forage, l’analyse est approfondie en établissant la cohérence entre les deux techniques basées sur une référence (MDEC et PCC). Enfin, la méthode sans station de référence APCC est utilisée puis comparée à PCC et TFRA. En appliquant les méthodes sans station de référence aux réseaux de stations sismiques sans forage, ce travail ouvre la possibilité de cartographier la réponse non linéaire de sites à une échelle beaucoup plus large. Cette thèse présente des développements méthologoliques et des résultats sur des données sismiques japonaises qui soulignent le caractère spécifique au site de la non-linéarité des sols et ses implications pour les études d’aléa sismique