Modélisation de dommages consécutifs aux séismes

La menace engendrée par les risques naturels reste présente partout dans le monde, accentuée par la croissance exponentielle de la vulnérabilité au niveau mondial. Entre toutes les catastrophes naturelles, les tremblements de terre ont été la cause des désastres des plus meurtriers, affectant plus de 80 pays et causant la mort de plus de 1,6 millions de personnes dans le dernier siècle (Coburn et Spence, 2002). Chaque année, environ vingt séismes importants, de magnitude supérieure à 7 secouent la terre, dans un contexte où environ la moitié des plus grandes villes du monde se situent aujourd’hui en zone à haut risque sismique (Bendimerad, 2002). En 1976, un tremblement de terre a tué environ 200.000 personnes dans la ville de Tangshan, en Chine ; en 1995 le séisme de Kobe au Japon a causé plus de 6000 morts et environ 100 milliards de dollars de pertes économiques. Plus récemment, en août 1999, à Izmit, en Turquie, un tremblement de terre a provoqué la mort à plus de 20.000 personnes et des pertes économiques estimées à 12 milliards de dollars, ce qui représente environ 7% du produit national brut de ce pays (Bendimerad, 2002). Ces chiffres ne donnent qu’un aperçu des conséquences catastrophiques des séismes.

Afin de réduire les pertes consécutives à telles catastrophes, des chercheurs spécialisés dans différents domaines des sciences de la terre, du génie civil et des sciences sociales se sont regroupé à travers une science pluridisciplinaire, le génie parasismique. Aujourd’hui elle intègre plusieurs directions fondamentales de recherches : la géophysique, le génie civil, la géographie, l’économie et enfin la sociologie. La géophysique intervient notamment dans l’étude des phénomènes physiques qui sont à l’origine des tremblements de terre. La détermination des failles et régions actives, l’étude des contraintes tectoniques, l’enregistrement des séismes ou encore la définition du potentiel sismique représentent unes des principales applications de cette discipline au génie parasismique. A titre d’exemple, toutes les normes de constructions parasismiques sont basées sur le zonage sismique, qui détermine l’amplitude de la secousse contre laquelle les constructions doivent être protégées. Le génie civil intervient notamment dans la conception des mesures à adopter pour la protection du bâti et infrastructures, à travers la géotechnique et l’ingénierie des structures. La géographie apporte ensuite des informations importantes pour la prise en compte de la menace sismique notamment par les décideurs et les acteurs locaux. L’analyse spatiale des données à travers les systèmes d’information géographiques représente ainsi une composante fondamentale de la modélisation du risque. La gestion financière du risque représente un aspect considéré depuis peu dans le génie parasismique, suite aux dommages économiques importants consécutifs aux tremblements de terre des années 90 (Northridge, en 1994 ; Kobe, en 1995 ou Kocaeli, en 1999). Enfin, la sociologie intervient dans les aspects liés notamment à la gestion de la crise et de la post-crise.

Limites de l’applicabilité des modèles 

Chaque étape du processus d’estimation des dommages présente toutefois des incertitudes relatives à la définition de l’aléa, à la définition des enjeux, à la définition de relations d’endommagement ainsi qu’aux calcul des pertes économiques. Concernant la définition de la sollicitation sismique, des incertitudes sont liées aux valeurs estimées de paramètres du sol, aux périodes de retour ainsi qu’aux effets de site. La définition des enjeux comporte également des incertitudes liées à l’absence de fiabilité de données existantes (lorsqu’elles existent), les inventaires précis des structures étant assez rares. Les courbes d’endommagement, basées essentiellement sur des observations faites suite aux divers séismes, présentent à leur tour des incertitudes liées à leur validité (mathématique et spatiale) ainsi qu’à leurs paramètres. Pour les diminuer, certaines courbes incluent un écart type qui tient en compte les variations possibles des paramètres. Les incertitudes du calcul de dommages économiques sont, quant à elles, liées à la diversité des activités humaines affectées par un séisme, ce qui rend difficile les essais de quantification de ces pertes. Le niveau global d’incertitude reste toutefois mathématiquement calculable, et généralement les résultats des MEDS présentent des estimations a priori des pertes dont l’ordre de grandeur est proche de la réalité. (Grossi, 2000).

Dans ce contexte, il serait souhaitable que les validations des modèles puissent être réalisées plus systématiquement, afin de réduire les incertitudes mentionnées ci-dessus, et par conséquent d’améliorer leur précision. Les missions en retour d’expérience organisées par les associations publiques de professionnels (telle que l’AFPS) pourraient ainsi jouer un rôle très important dans le développement et la validation des méthodologies existantes.

Les MEDS permettent donc une meilleure connaissance des conséquences potentielles associées à différents scénarii d’événements. Ceux-ci permettent en effet d’améliorer les capacités de protection, notamment pour les acteurs de la sécurité civile. Pourtant, les modélisations du risque restent aujourd’hui relativement onéreuses pour un usage généralisé. La réalisation d’inventaires fiables, les microzonages ou encore les missions en retour d’expérience nécessaires pour l’amélioration des courbes d’endommagement engendrent des coûts assez importants, en termes de temps de travail ainsi qu’en termes économiques. De plus, le choix d’un modèle particulier joue considérablement dans l’obtention des résultats, et ces différences ne doivent pas être sous-estimées.

Le contexte français de gestion du risque sismique 

L’activité sismique demeure relativement modérée en France Métropolitaine Des zones à sismicité moyenne telles que le sud de la France présentent des concentrations importantes d’enjeux sociaux et économiques. Dans le cas de la manifestation d’un séisme similaire à celui de Ligure (1887), des pertes très importantes affecteraient (au moins) tout le département des Alpes Maritimes (Arnal et Martin, 1999). L’occurrence d’un événement semblable est pourtant non négligeable, de l’ordre de 10% de probabilité sur environ 50 ans (Dominique et André, 1999). Les pertes économiques directes engendrées seraient de l’ordre de 1 à 3 milliards d’euros sur la commune de Nice, et de 2 à 5 milliards d’euros sur l’ensemble du département (Arnal et Martin, 1999). D’après les mêmes sources, les conséquences financières induites correspondraient à un endettement de l’ordre de 150 millions d’euros pour la ville de Nice, à une perte de 10% à 100% du chiffre d’affaires pour les entreprises, et enfin à un endettement des particuliers pouvant atteindre 10 000 d’euros par foyer, après indemnisation. Du point de vue de la prévention, il existe les PPR spécialisés en risque sismique.

Aujourd’hui il existe en France Métropolitaine environ 320 communes disposant d’un PPR, soit moins de 10% du nombre total de communes ( et environ 25 dans les DOM – TOM). Pour les communes qui ne disposent pas d’un Plan de Prévention, le risque sismique est totalement ignoré, ce qui amplifiera considérablement les conséquences d’une éventuelle secousse. Certes, le risque sismique n’est présent que dans certaines régions, mais la forte concentration d’enjeux, notamment dans le sud de la France, accroît la vulnérabilité. Face à un séisme potentiel, qui peut arriver dans deux jours comme dans 200 ans, il serait préférable d’anticiper les mesures de protection nécessaires afin d’éviter des pertes importantes. Pour l’instant, mise à part quelque rares initiatives, la prise de conscience du risque est très réduite ; pourtant celle-ci apparaîtra certainement après un événement majeur, tel que cela a été le cas après le séisme de Boumerdes, en Algérie, en mai 2003, par exemple.

De surcroît, le système français d’assurance (connu sous le nom du régime CAT – NAT), qui est un système particulier, n’incite pas pour l’instant à une meilleure prévention au risque, sismique ou autre (Michel – Kerjan, 2001). La particularité de ce système tient au partenariat entre les sociétés privés d’assurance et l’Etat, qui joue un rôle de garant total face à tout événement naturel extrême. Ce système a pour conséquence que les assurés seraient remboursés intégralement, après à un tel événement, indépendamment de leur exposition au risque. Cette solution est rendue possible grâce au système de solidarité nationale, où chaque assuré a l’obligation de payer le même pourcentage de sa police d’assurance contre les risques naturels. L’aspect positif du système est évidemment cette garantie totale, prise en charge par l’Etat. Ceci constitue sans doute un des avantages du système. Mais son inconvénient majeur est que pour l’instant il n’y a pas de séparation des primes en fonction du risque réel. Un assuré à distance de tout risque naturel important est ainsi obligé de payer le même montant (voire plus) qu’un assuré situé dans une zone à fort risque sismique, ou bien dans le lit majeur d’une rivière, à fort risque d’inondation. L’absence de connaissance du risque facilite ainsi la solidarité nationale. « Le bonheur est-il dans l’ignorance ? », question posée par E. Michel Kerjan dans un récent ouvrage concernant entre autres le système français CAT NAT (Godard et al, 2002), résume la situation actuelle. Cette caractéristique du système français d’assurance n’incite pas vraiment à une réelle politique de prévention et protection, et ceci explique en partie le manque d’intérêt pour les MEDS en France.

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Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1. MODELES D’ESTIMATION DE DOMMAGES SISMIQUES PRESENTATION ET ETAT DE L’ART
1.1 Introduction
1.2 Principaux paramètres
1.3 Limites de l’applicabilité des modèles
1.4 Le contexte français de gestion du risque sismique
1.5 Etat de l’art
1.5.1. Le modèle HAZUSTM
1.5.1.1 Présentation générale
1.5.1.2 Inventaire des enjeux
1.5.1.3 Analyse de l’aléa
1.5.1.4 Dommages physiques directs
1.5.1.5 Dommages induits
1.5.1.6 Dommages sociaux directs
1.5.1.7 Pertes économiques directes et indirectes
1.5.1.8 Commentaires et remarques
1.5.2. Le modèle GEMITIS
1.5.2.1 Présentation générale
1.5.2.2 Commentaires et remarques
1.5.3 Le modèle RADIUS
1.5.3.1 Présentation générale
1.5.3.2 Commentaire et remarques
1.5.4 Le modèle RISK-UE
1.5.4.1 Présentation générale
1.5.4.2 Commentaires et remarques
1.5.5 Modèles à application locale
1.5.5.1 Etude du cas de la ville de Quito, Equateur
1.5.5.2 Autres études locales
1.6 Conclusions et perspectives
CHAPITRE 2. DEVELOPPEMENT DES COURBES DE CAPACITE PAR TYPE DE BATI
2.1 Introduction à la méthode « pushover »
2.2 Description de l’approche utilisée
2.2.1 Classification en types standard de constructions
2.2.2 Description des paramètres utilisés
2.3 Résultats
2.4 Analyse comparative des résultats
2.4.1 Analyse par rapport au HAZUS
2.4.2 Autre comparaison
2.5 Synthèse des résultats obtenus
2.6 Conclusions
CHAPITRE 3. ESTIMATION DE DOMMAGES CONSECUTIFS AUX SEISMES APPLICATION DES COURBES DE CAPACITE
3.1 Introduction
3.2 Méthodologie utilisée
3.3 Application de la méthode du spectre de capacité à l’estimation de dommages sur la ville de Barcelone
3.3.1 Choix de l’action sismique
3.3.2 Calcul du point de demande
3.3.3 Application des courbes d’endommagement
3.3.4 Estimation de dommages
3.3.4. Analyse comparative des résultats
3.3.4.1 Estimation de dommages utilisant les courbes de capacité issues de HAZUS
3.3.4.2 Estimation de dommages issue de l’utilisation de matrices d’endommagement
3.4 Application de la méthode du spectre de capacité à l’estimation de dommages sur la ville de Nice
3.4.1 Choix de l’action sismique
3.4.2 Estimation de dommages
3.4.3 Analyse comparative des résultats
3.4.3.1 Estimation des dommages par l’utilisation les courbes de capacité issues de
HAZUSTM
3.4.3.2 Estimation de dommages issue de l’approche GEMITIS
3.5 Synthèse des résultats obtenus
3.6 Conclusions
CONCLUSION

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