Imagerie sismique par inversion Bayésienne pour l'estimation des effets de site (Th ENV25-4)

Environnement / Organisation / Contexte

Les couches géologiques superficielles d’un site peuvent modifier le mouvement en surface généré par un séisme en profondeur. De tels « effets de site » peuvent causer des amplifications notables du mouvement sismique, notamment dans les bassins sédimentaires. Ces effets dépendent du contraste des propriétés du sol entre l’intérieur et l’extérieur du bassin et de sa géométrie. Compte tenu de ce risque, l’estimation des effets de site fait partie de l’évaluation de l’aléa sismique dans le cadre de l’évaluation de sûreté d’une installation nucléaire.

Pour estimer ces effets, une approche courante consiste à construire des modèles de sol qui sont ensuite utilisés pour des simulations numériques. Ces modèles peuvent être construits par tomographie des ondes de surface à partir d’enregistrements de bruit sismique ambiant. Cependant, cette approche présente des limites lorsque le milieu est fortement hétérogène. C’est le cas de la vallée du Rhône.

Dans cette région, les modèles obtenus avec la tomographie classique à partir d’un réseau dense de 400 capteurs (appelés nodes) n’ont pas permis de reproduire l’amplification évaluée à partir d’enregistrements de séismes. L’objectif de cette thèse est d’appliquer les derniers développements de la tomographie adaptés aux milieux hétérogènes dans la vallée du Rhône, site idéal pour tester des nouvelles méthodes d’imagerie sismique.

Mission

La vallée du Rhône est un ancien canyon du Rhône creusé lors de la crise de salinité messinienne et ensuite rempli par des sables et des argiles ; sa géologie très hétérogène est bien connue. Or plusieurs sites nucléaires et installations nucléaires sont situés à l’aplomb de ce canyon dans la région du Tricastin. Les travaux de cette thèse consisteront à appliquer la méthode de tomographie développée très récemment à l’ISTerre (Nouibat et al., 2022) aux enregistrements du réseau dense de 400 capteurs installés dans la vallée du Rhône.

Fondée sur une inversion Bayésienne, cette méthode permet d’estimer la distribution des vitesses des ondes sismiques et la localisation probabiliste d’interface géologique en profondeur. Des adaptations de cette méthode au contexte de la vallée du Rhône seront nécessaires. En fonction des résultats obtenus, des mesures complémentaires pourront être effectuées pour compléter ou densifier localement les mesures disponibles.

De nouveaux modèles pourront ainsi être construits en tenant compte de la structure géologique complexe en profondeur et seront utilisés pour réaliser des simulations numériques 3D de la propagation des ondes sismiques. La réponse de site obtenue à partir des calculs dans les modèles de sol sera comparée à l’amplification évaluée à partir d’enregistrements de séismes. Il sera également possible de réaliser des simulations numériques afin de calculer le mouvement sismique pour des séismes situés dans la zone d’étude.

Le doctorant sera basé à l’IRSN (laboratoire BERSSIN à Fontenay-aux-Roses) et à ISTerre (Grenoble)

Calendrier approximatif :

- Bibliographie et prise en main du jeu de données : année 1 (~6 mois)

- Application et adaptation de la tomographie des ondes de surface par inversion Bayésienne : année 2

- Construction de modèles et modélisation numérique : année 3

- Rédaction du mémoire : ~6 mois

Gélis C. et al., 2022. Estimation of the Local Seismic Amplification on an Industrialized Site in the French Rhône Valley. 179, 6-7, p. 2119-2145, DOI: 10.1007/s00024-022-03069-x

Kawase H., 1996. The Cause of the Damage Belt in Kobe: "The Basin-Edge Effect, " Constructive Interference of the Direct S-Wave with the Basin-Induced Diffracted/Rayleigh Waves. Seismological Research Letters, 67, 5

Lavoué F et al (2024). Potential and limitations of noise-based surface-wave tomography for1numerical site effect estimation: a case study in the French Rhône valley. Comptes Rendus. Géoscience, pp. 1-26, https://doi.org/10.5802/crgeos.243

Nouibat A et al., Cifalps Team and AlpArray Working Group Author Notes Lithospheric transdimensional ambient-noise tomography of W-Europe: implications for crustal-scale geometry of the W-Alps. Geophys. J. Int., 229, 2, 862–879, https://doi.org/10.1093/gji/ggab520

Shapiro N.Met al. (2005). High-Resolution Surface-Wave Tomography from Ambient Seismic Noise. Science, 307, pp 1615-1618

L'Autorité de sûreté nucléaire et de radioprotection (ASNR) assure, au nom de l’État, le contrôle des activités nucléaires civiles en France. Elle exerce également les missions de recherche, d’expertise, de formation et d’information des publics dans les domaines de la sûreté nucléaire et de la radioprotection.

Vous intégrez le Bureau d'évaluation des risques sismiques pour la sûreté des installations (BERSSIN), implanté sur le site de Fontenay aux Roses. Il expertise les dossiers de sûreté des installations nucléaires et mène des recherches en géologie, géophysique et sismologie pour l’évaluation du risque sismique.

Master 2 ou équivalent en géophysique, physique ou mathématiques ; compétences en traitement du signal ; connaissances en traitement du bruit sismique ambiant ou modélisation numérique seraient un plus.