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Thèse Année : 2019

Modeling seismic activity on faults for probabilistic hazard assessment

Modélisation de l'activité sismique des failles pour le calcul probabiliste du risque sismique

Résumé

Earthquake rates are a key component of probabilistic seismic hazard and risk assessment. A novel methodology to model earthquake rates in complex ruptures in a fault system (SHERIFS) is developed. The flexibility of the methodology allows sharing it and applying it to various fault systems as well as using it as a tool to discuss the hypotheses concerning the seismicity on faults. The earthquake rates in the Western Corinth Rift in Greece and the Marmara Region in Turkey are modeled while exploring the associated epistemic uncertainty such as on the maximum rupture scenario, the magnitude frequency distribution or the locking condition of the faults. In Marmara, the hypotheses are weighted in a logic tree by comparing them to the rate calculated from the data (earthquake catalog and paleoseismicity) and the results of a “physics-based” model applying the rate and state equations. For each hypothesis in the logic tree, the seismic risk in Istanbul, represented by the probability of collapse of a building, is calculated for two buildings of the same type but one constructed following the 1975 building code and on following the 1998 building code. The seismic risk is six times larger for the older building. Within the explored uncertainties, the one concerning the magnitude frequency distribution is the largest source of uncertainty on the risk of collapse. By using the data and the physics-based model to weight the logic tree, the uncertainty on the risk is reduced by a factor of 1.6. Through a novel risk deaggregation methodology, we identify two seismogenic sources controlling the risk in Istanbul: the large earthquakes (magnitude larger than 7) on the neighboring North Anatolian Fault and the moderate magnitude earthquakes (magnitude between 4.5 and 6) occurring in the background zone, on unknown faults, and at a distance shorter than 10 km from the building.
Les taux de sismicité sont un élément clé du calcul probabiliste de l'aléa et du risque sismique. Une méthodologie innovante est développée pour modéliser les taux de ruptures complexes dans un système de failles (SHERIFS). La flexibilité de la méthodologie permet de la partager et de l’appliquer sur des systèmes de failles différents et de s'en servir comme outil de discussion des hypothèses concernant la sismicité sur les failles. Les taux de sismicité dans la partie Ouest du Rift de Corinthe en Grèce et dans la région de Marmara en Turquie sont modélisés en explorant l'incertitude épistémique sur le scenario de rupture maximale, la distribution en magnitude et fréquence ou encore les conditions de glissement sur la faille. A Marmara, les hypothèses sont pondérées dans un arbre logique en comparant les taux modélisés aux taux calculés à partir des données et des résultats d'un modèle physique basé sur les équations “rate and state”. Pour chaque hypothèse de l’arbre logique, le risque sismique à Istanbul, en termes de probabilité d'effondrement d'un immeuble, est calculé pour deux bâtiments de même type construits respectivement suivant le code de construction de 1975 et celui de 1998. Le risque sismique est six fois plus important pour le bâtiment le plus ancien. Parmi les incertitudes explorées, la source d’incertitude plus importante est liée à la distribution en magnitude et fréquence. L’utilisation des données et du modèle physique permet de réduire l'incertitude sur le risque par un facteur 1.6. Une nouvelle méthodologie de désagrégation du risque permet de montrer que le risque à Istanbul est contrôlé en partie par les séismes de magnitude supérieure à 7 sur la Faille Nord Anatolienne et en partie par les séismes de magnitude modérée (4.5 à 6) dans la sismicité de fond, sur des failles non connues, et à une distance du bâtiment inférieure à 10 km
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Citer

Thomas Chartier. Modeling seismic activity on faults for probabilistic hazard assessment. Sciences of the Universe [physics]. École Normale Superieure de Paris - ENS Paris, 2019. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04030083⟩
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