APPLICATION DE LA METHODOLOGIE D’ESTIMMATION DE DOMMAGES SISMIQUES

Définition d’un modèle d’estimation de dommages sismiques (MEDS) :

Un modèle d’estimation de dommages est un outil utilisé pour évaluer les pertes potentielles dues à la réalisation d’un risque (naturel ou autre). Pour ce qui est du risque naturel, il existe des modèles concernant les inondations, les tempêtes ou bien le risque sismique. L’utilité de tels modèles a été reconnue suite à plusieurs tempêtes en Europe, à l’ouragan Andrew en 1992 et au séisme de Northridge en 1994 qui ont occasionné des pertes catastrophiques pour les assureurs et réassureurs mondiaux. Ces modèles ont alors connu un développement important. Ils permettent en outre une meilleure quantification des risques qu’ils couvrent et donc une meilleure connaissance de leur exposition. La modélisation du risque sismique est basée sur le croisement mathématique entre le phénomène naturel (le séisme) et les différents éléments exposés à ce risque (la typologie des bâtiments). Ainsi, des estimations des dommages potentiels peuvent être établies. Les principaux paramètres intervenant dans ce type de démarches sont : la définition du risque, la définition des enjeux, le calcul des dommages physiques et le calcul des pertes économiques. La figure I.1 présente le diagramme de fonctionnement des modèles d’estimation de dommages sismiques (MEDS). Les résultats fournis par les MEDS intéressent non seulement les assureurs et réassureurs mais tout autant les acteurs locaux tels que les responsables de la planification et du développement urbain ou régional, les gestionnaires d’un nombre important de bâtiments ou d’autres structures, les responsables de la sécurité civile, protection et secours ou encore les spécialistes parasismiques travaillant sur les normes de protection. Le tableau I.1, d’après Coburn et Spence (2002), résume le type d’information extraite des MEDS par type d’utilisateur.

Les informations relatives aux algorithmes d’estimation de dommages

La troisième catégorie d’informations est liée aux modèles mathématiques d’estimation de dommages. Les relations entre la sollicitation sismique et les dommages physiques associés ont été développées depuis peu de temps. Ces relations, dénommées courbes de fragilité ou d’endommagement, ont été élaborées essentiellement sur la base d’extrapolations des données liées aux dommages observés après divers séismes, sur dires d’experts ainsi que sur des tests de laboratoire (ATC 13, 1985 ; Coburn et Spence, 2002; NIBS, 1997). En ce qui concerne le premier type, le document ATC 13 (1985) propose une première approche des courbes d’endommagement, en fournissant des niveaux d’endommagement pour différents types de constructions, en fonction de l’échelle MMI (macrosismique multi intensity). Cette méthode est restée pendant longtemps comme la référence standard d’évaluation de la vulnérabilité sismique. Après les séismes de Loma Prieta (1989) et de Northridge (1994), les courbes de fragilité ont été re-calibrées, et une seconde approche a été développée. Celle-ci, apparue en 1997, est réalisée sous la forme d’un logiciel public d’estimation du risque sismique, HAZUS (NIBS, 1997). Le paramètre d’entrée n’est plus l’intensité macrosismique, mais des caractéristiques directement liées au mouvement du sol, représentées par le spectre de réponse ou bien par le PGA (Peak ground acceleration). Ces données sont par conséquent associées à un niveau d’endommagement, défini et décrit pour chaque type d’enjeux analysé.

L’échelle macrosismique européenne, publiée en 1998, propose également d’autres courbes de fragilité, en reliant un niveau d’endommagement à une intensité macrosismique (paramètre toutefois implicite, car l’intensité est elle-même une mesure de l’endommagement, et non de l’action sismique). Les courbes d’endommagement représentent une donnée d’entrée fondamentale dans un MEDS. En effet, elles permettent le calcul des estimations de dommages, et elles ne peuvent pas être contournées ou remplacées par d’autres types d’informations. La fiabilité d’un modèle dépend en grande mesure de la précision de ces données. Malgré leur importance, il existe relativement peu de méthodes proposant une définition des courbes d’endommagement au niveau international. Ceci est dû aux difficultés liées à leur obtention ainsi qu’à leur validation.

Présentation générale :

HAZUS est une méthode complexe d’estimation de dommages sismiques, présentée sous la forme d’un logiciel, développé par l’Institut National pour les Sciences de la Construction des Etats Unis d’Amériques (NIBS) pour l’Agence américaine de gestion de crise (FEMA). Réalisée dans sa première version en 1997, l’approche a été revue en 1999. Une équipe pluridisciplinaire, composée d’ingénieurs, géologues, géographes, architectes, économistes et gestionnaires de crise a été réunie pour développer cette méthode. Initialement dédiée uniquement au risque sismique, elle fait aujourd’hui l’objet de développement concernant d’autres risques naturels, notamment d’inondations et de tempêtes. Le programme est organisé en plusieurs modules interdépendants, permettant l’insertion de nouvelles données complémentaires ou de nouveaux modules de calcul. Ainsi, des améliorations peuvent être apportées notamment dans le cadre d’une application particulière, en fonction de données disponibles. Le caractère modulaire du modèle apporte à l’utilisateur la possibilité de limiter l’analyse à son niveau d’intérêt.

L’exploitation du modèle peut être divisée en six parties principales : l’inventaire des enjeux, l’analyse de l’aléa, l’estimation de dommages physiques directs, l’estimation de dommages physiques indirects, pertes économiques directes et indirectes. L’ensemble des modules, des informations ainsi que des résultats sont présentés sous une forme cartographique et intégrés dans un système d’information géographique (SIG). Trois types d’analyses peuvent être réalisés avec HAZUSTM, en fonction du niveau de complexité de l’étude. Ainsi, un premier niveau d’analyse, basé sur les données contenues par défaut, fournit des résultats bruts. Un deuxième niveau d’analyse est basé sur des données fournies par l’utilisateur, car des informations complémentaires sont requises pour un calcul fin. Enfin, un troisième niveau d’analyse avancée est défini à partir de données complémentaires relatives aux inventaires, aux paramètres techniques des constructions ainsi qu’aux coûts économiques. La distinction entre les trois niveaux d’analyse repose sur la nature des informations dont dispose l’utilisateur.

Analyse de l’aléa :

Le mouvement du sol, représenté d’une manière cartographique, est caractérisé par la réponse spectrale. Il est défini à travers une approche déterministe ou probabiliste, l’utilisateur ayant le choix de la méthode. Ce module dispose également d’une option supplémentaire permettant l’utilisation de scénarii de séismes réalisés indépendamment de HAZUSTM. L’analyse est complétée par l’utilisation des relations d’atténuation ainsi que des possibles amplifications du signal dus au type du sol. L’approche déterministe est définie par trois possibilités de calcul. La première est basée sur le choix d’une source sismique à partir d’un inventaire exhaustif de toutes les failles sismiques existantes. Pour chaque faille, on doit disposer des informations telles que son type, la magnitude maximale enregistrée ou estimée, la largeur de la faille ou encore les coordonnées de ses limites. La deuxième solution est le choix d’un séisme déjà réalisé. Cette option repose sur un catalogue des séismes d’une magnitude supérieure à 5 survenus entre l’année 300 avant JC et 1990. Enfin, une troisième possibilité consiste dans la définition d’un événement sismique arbitraire. L’utilisateur spécifie ainsi la position de l’épicentre, sa profondeur, le type et l’orientation de la faille ainsi que la magnitude souhaitée pour l’analyse. L’approche probabiliste est définie à partir des cartes de zonage sismique développées par l’Institut Géologique des Etats Unis d’Amérique. Plusieurs zonages sont ainsi disponibles, correspondant à une période de retour de 100, 250, 500, 750, 1000, 1500 et 2000 ans. L’utilisateur dispose également, dans le cadre de l’approche probabiliste, de la possibilité d’introduction dans le calcul d’un spectre défini au choix.

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Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I PRÉSENTATION DES MODELES D’ESTIMATION DE DOMMAGES SISMIQUES (MEDS) REVUE BIBLIOGRAPHIQUE
I.1 INTRODUCTION
I.2 DEFINITION D’UN MODELE D’ESTIMATION DE DOMMAGES
SISMIQUES (MEDS)
I.2.1 LES INFORMATIONS RELATIVES AU MOUVEMENT DU SOL
I.2.2 LES INFORMATIONS RELATIVES AUX ENJEUX
I.2.3 LES INFORMATIONS RELATIVES AUX ALGORITHMES D’ESTIMATION DE DOMMAGES
I.3 PRINCIPAUX MODELES D’ESTIMATION DE DOMMAGE
I.3.1 LE MODELE HAZUS
I.3.2 LE MODELE GEMITIS
I.3.3 LE MODELE RADIUS
I.4 AUTRES ETUDES LOCALES
I.5 CONCLUSION
CHAPITRE II ESTIMATION DE DOMMAGES CONSECUTIFS AUX SEISMESMETHODOLOGIE UTILISEE
II.1 INTRODUCTION
II.2 ETAPES DE LA MODELISATION DU DOMMAGE SISMIQUE
II.2.1 DEFINITION DE LA COURBE DE CAPACITE
II.2.2 DEFINITION DU SCENARIO SISMIQUE
II.2.3 OBTENTION DU POINT DE DEMANDE
II.2.4 APPLICATION DES COURBES DE FRAGILITE
II.2.5 VALEURS DES COURBES DE CAPACITES ET DE FRAGILITES
II.3 CONCLUSION
CHAPITRE III LES SYSTEMES D’INFORMATION GEOGRAPHIQUES (SIG) UTILISATION DANS L’ESTIMMATION DU RISQUE SISMIQUE
III.1 INTRODUCTION
III.2 OUTIL DE MODELISATION DE DOMMAGES SISMIQUES
III.2.1 INTERFACE DE LA SIMULATION
III.2.2 INTRODUCTION DES DONNEES
III.2.3 EVENEMENT SISMIQUE
III.2.4 ANALYSE SISMIQUE
III.2.5 PRESENTATION DES RESULTATS
III.3 CONCLUSION
CHAPITRE IV APPLICATION DE LA METHODOLOGIE D’ESTIMMATION DE DOMMAGES SISMIQUES –CAS DE LA VILLE DE TLEMCEN
IV.1 INTRODUCTION
IV.2 DONNEES DE L’ETUDE
IV.2.1 DONNEES DES STRUCTURES
IV.2.2 DONNEES LIEES AU SOL
IV.2.3 DONNEES LIEES A L’EVENEMENT SISMIQUE
IV.3 RESULTATS DE L’ANALYSEIV.3.1 RESULTATS DE LA PREMIERE ETUDE
IV.3.2 RESULTATS DE LA SECONDE ETUDE
IV.4 CONCLUSION
CHAPITRE V APPLICATION DE LA METHODOLOGIE D’ESTIMATION DE DOMMAGES SISMIQUES – CAS DE LA WILAYA DE BOUMERDES – (SEISME DU 21 MAI 2003)
V.1 INTRODUCTION
V.2 GENERALITES SUR LE SEISME DE BOUMERDES (21 MAI 2003)
V.2.1 CARACTERISTIQUES DU SEISME
V.2.2 ENREGISTREMENTS SISMIQUES
V.3 EVALUATION DES ANALYSES DES DOMMAGES
V.3.1 MODALITE DE L’EXPERTISE
V.3.2 DISTRIBUTION DES DOMMAGES
V.3.3 RESULTATS DE L’EXPERTISE DES DOMMAGES SUR LA VILLE DE BOUMERDES
V.4 APPLICATION DU MODELE D’ESTIMATION DE DOMMAGES SISMIQUE SUR LA VILLE DE BOUMERDES
V.4.1 DONNEES DE L’ETUDE
V.4.2 RESULTATS DE L’ANALYSE
V.4.3 INTERPRETATION DES RESULTATS
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXE 1