Sismologie Urbaine: Aléa local, dynamique des structures, interaction site-ville et vulnérabilité urbaine.

Coburn and Spence reported in 2002 that for the last century, the economic losses due to earthquakes are about thousand billions of dollards. They mentionned also the increasing loss per year, mainly due to the increase and concentration of population in major urban centers exposed to high seismic hazard. Cities becoming larger, located in high seismic prone regions and made of a heterogeneous buildings with variable quality, are the ingredients that place urban environment as a critical element for seismic risk assessment. This assertion is also supported by the fact that many mega-cities are founded, for historical and sociological reasons, on sedimentary fills aggravating the local seismic hazard. Moreover, existing buildings present a large heterogeneity, as a consequence of temporal changes of design. Finally, while the seismic risk is often addressed by seperating hazard and vulnerability, it is not surprising to consider urban environment as system that may modify, disrupt, or even contaminate the incident seismic ground motion, especially when the urbanization is concentrated and heavy, which at the dawn of the 21st century seems to be the major development of large urban concentrations. In this document, we discuss the Urban Seismology topic in trying to understand how urban environments react to a seismic shaking. Two scales will be discussed: the response of a whole city by showing how it can undergo the earthquake (seismic vulnerability) and contribute significantly to the ground motion (site-city interaction), and the response of a stand alone structure by assessing its dynamic behaviour (operational modal analysis) and predicting its integrity at the end of the shaking (fragility curves and structural health monitoring).Coburn et Spence (2002) rappellent qu'au cours du dernier siècle, le coût des séismes ramené à la valeur de l'année 2000 est de l'ordre de mille milliard de dollars. Rapporté par an, ils constatent que cette valeur augmente au cours du XXème siècle, essentiellement à cause de l'augmentation et de la concentration des populations dans les grands centres urbains exposés à un aléa sismique fort. Des agglomérations de plus en plus grandes, exposées aux séismes et constituées d'un habitat hétérogène et de qualité très variable, sont donc les ingrédients qui positionnent le milieu urbain à l'étape la plus critique de l'évaluation du risque sismique. Cette position est renforcée du fait que de nombreuses villes gigantesques (mega-cities) exposées se trouvent, pour des raisons historiques et sociologiques, sur des remplissages sédimentaires majeurs, facteur aggravant de l'aléa sismique local. Le bâti existant va également présenter une hétérogénéité forte, conséquence de l'évolution de ses caractéristiques structurales au cours du temps, renforçant l'idée d'une ville vulnérable et fragile. Enfin, tandis que le risque sismique consiste bien souvent à aborder séparément l'aléa de la vulnérabilité, il n'est pas surprenant que l'urbain puisse modifier, perturber, voir même contaminer le mouvement sismique incident, en particulier lorsque l'habitat est dense et massif, ce qui à l'aube du 21ème siècle semble être l'évolution majeure des grandes concentrations urbaines. Au cours de cet exposé, nous aborderons la sismologie urbaine en essayant de comprendre sur des résultats expérimentaux récents la façon de réagir d'un milieu urbain à une sollicitation sismique. Deux échelles d'espace seront discutées: la réponse de la ville en montrant comment celle-ci peut à la fois subir le séisme (vulnérabilité sismique) et contribuer de façon significative au mouvement du sol (interaction site-ville); et la réponse d'une structure simple en évaluant sa capacité à se déformer sous une sollicitation sismique (analyse modale opérationnelle) et à prédire son intégrité à la fin de la secousse (courbes de fragilité et structural health monitoring)