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URBASIS - Sismologie urbaine : évaluation de la vulnérabilité et des dommages sismiques par méthodes innovantes

Project Coordinator : ISTerre Grenoble
Project Manager at GIPSA-lab : Nadine MARTIN

Project realized thanks to the support of : ANR Thématique (Environnement et systèmes urbains)

Start date : 2010/01/01

Duration : 48 mounths


Web site : http://users.isterre.fr/pgueg/URBASIS/Accueil.html

 

L'augmentation des populations dans des noyaux urbains de plus en plus grands, exposés aux séismes et constitués d’un habitat hétérogène de qualité très variable sont les ingrédients qui positionnent le milieu urbain parmi les éléments les plus critiques de la chaîne du risque sismique. En effet, et les relations dommages physiques/pertes en vies humaines le montrent bien, il y a une forte corrélation entre le nombre de constructions endommagées après un séisme et celui des victimes. Sa connaissance devient alors un élément important à maîtriser pour gérer, prédire et évaluer sa vulnérabilité et son intégrité post-sismique.

Il est donc indispensable de se doter de moyens permettant cette évaluation, sachant qu’un milieu urbain est vaste et hétérogène. La variabilité de la réponse d’une structure à un séisme introduit également une incertitude importante dans l’évaluation de sa vulnérabilité mais aussi dans l’estimation des dommages. Bien souvent deux échelles d’espace (échelle de la ville ou du bâtiment) et trois échelles de temps (avant, pendant et après le séisme) sont invoquées lors des études sismiques en milieu urbain. Avec l’essor de techniques nouvelles, nous proposons de développer des méthodes d’évaluation de la vulnérabilité et des dommages sismiques à l’échelle de la ville. Basée sur l’utilisation d’images aériennes et satellites, l‘évaluation de la vulnérabilité se fera par analyse des schémas urbains et recherche des caractéristiques des structures (hauteur, forme, toit, etc). La détection des changements avant et après le séisme permettra d’évaluer et de quantifier les zones urbaines endommagées. Nous proposons également de mieux comprendre l’endommagement d’une structure particulière par la recherche de ses paramètres modaux (fréquence, amortissement et déformées modales). Des développements technologiques et algorithmiques en traitement du signal permettront leur estimation en période normale (inter-sismique). La signification physique de leur variation sera étudiée pendant la sollicitation sismique (co-sismique) grâce aux nombreuses données de séismes enregistrées dans des bâtiments à travers le monde, et après la sollicitation (post-sismique) afin d’évaluer l’endommagement des structures par évaluation des modifications modales. Enfin un outil de représentation de la vulnérabilité et des dommages à l’échelle d’une ville sera développé afin de faciliter la gestion de la crise sismique.

Avancées scientifiques
Les avancées scientifiques porteront essentiellement sur la compréhension physique des variations des paramètres modaux en relation avec les dommages, sur la qualité de l’évaluation de ces paramètres à l’aide des vibrations ambiantes pour estimer l’intégrité des structures en post-sismique et sur la pertinence des paramètres globaux obtenus par images satellites pour évaluer la vulnérabilité et les dommages post-sismiques. Enfin, l’originalité du projet consistera à croiser ces informations de nature diverse (spatiales et in-situ) dans une base de données permettant la gestion des données urbaines et l’évaluation des dommages post-sismiques, pouvant bénéficier à l’évaluation du risque et à la gestion de crise.

Verrous scientifiques et techniques
Nous proposons dans ce projet de lever les verrous scientifiques et techniques suivants :
1) quels paramètres globaux à l’échelle de la ville peuvent donner une idée des vulnérabilités ?
2) quels paramètres rechercher pour une meilleure caractérisation des endommagements globaux, en liaison avec les estimations in-situ ?
3) quelle est la représentativité des paramètres modaux obtenus sous vibrations ambiantes pour évaluer le comportement sismique des bâtiments et leur endommagement ?
4) quelle est l’origine des variations sous séismes des paramètres modaux ?
5) comment mesurer à distance les paramètres modaux des structures endommagées sans pénétrer dans les structures et en grand nombre ?
6) comment structurer l’ensemble des informations dans un système homogène pour caractériser l’urbain et son évolution sous séisme, utile à la gestion de crise ?

Productions scientifiques
Outre la production d’articles scientifiques, le but ultime du projet URBASIS est de proposer des outils permettant l’évaluation de la vulnérabilité et des dommages sismiques d’une ville ou d’un bâtiment. Pour cela, des algorithmes de traitement du signal seront proposés, les paramètres urbains les plus significatifs seront identifiés, une base de données des mouvements forts en bâtiments sera établie, et un système de gestion et de représentation des informations sera développé, en intégrant en particulier les données collectées sur site en temps réel.
La qualité des résultats obtenus sera possible grâce aux sites tests (villes ou bâtiments) pour lesquelles des analyses croisées de vulnérabilité et de dommages seront menées. En particulier, l’évaluation par les nouvelles méthodes de télédétection (satellite ou Lidar terrestre) seront comparées aux évaluations in-situ faites pour caractériser la vulnérabilité à l’échelle d’une ville (par exemple la ville de Grenoble) et aux relevés de dommages suite aux grands tremblements de terre (Bam, Boumerdes...). L’évaluation des paramètres modaux et leur évolution en fonction des dommages seront menées sur des bâtiments ayant déjà été endommagés et les techniques Laser terrestre seront appliquées à des bâtiments parfaitement décrits, pour lesquels de nombreuses informations sont disponibles, dont leurs paramètres modaux (par exemple, l’Hôtel de Ville de Grenoble).

Articulation entre les partenaires
Les partenaires du projet ont des spécialités et des compétences propres qui seront mises au service du risque sismique.
ISTerre (LGIT), Grenoble : imagerie satellitaire, dynamique des structures, vulnérabilité grande échelle, traitement du signal et acquisition de données.
GIPSA-Lab, Grenoble : Traitement du signal et imagerie satellite.
ONERA, Palaiseau: Traitement du signal et acquisition de données Lidar.
BRGM, Orléans : Dynamique des structures, vulnérabilité et modélisation numérique.
LIG, Grenoble : Acquisition de données grande échelle et représentation et gestion de données géographiques.

 

Fiche synthètique de présentation du projet


GIPSA-lab, 11 rue des Mathématiques, Grenoble Campus BP46, F-38402 SAINT MARTIN D'HERES CEDEX - 33 (0)4 76 82 71 31