De la caractérisation du mouvement sismique associé à des séismes historiques. Etude de Sant’Agata del Mugello en associant archéologie de la construction, génie sismique et sismologie.

A fault is charged during (hundred-) thousand years, then the accumulated elastic energy is released in few secondswhen an earthquake occurs. To correctly assess seismic hazard it is of capital importance to study the seismic history.Over the last decades approaches such as historical seismology, archaeoseismology and paleoseismology have beendevelopped chasing alternative sources of information. Among them, historical buildings witnessed ancient earthquakesas “stone seismometers” recorded in their walls as structural disorders and repairs. I develop an innovative methodologyconnecting building archaeology, seismology and earthquake engineering. I aim to show that archaeological characteri-zation of post-seismic repairs on historical buildings can successfully infer key ground motion characteristics of historicalearthquakes. The test case is the medieval church of Sant’Agata del Mugello, an exceptional site with many historicalsources describing the damages induced by past earthquakes, and their renovation. The site is located in the Mugellobasin (Central Apennines, Italy, Tuscany), characterized by a moderate seismicity. The largest known events occurredin 1542 (Mw 6) and 1919 (Mw 6.3). I first trace the seismic history of the church by combing a stratigraphic analysisof the buidling with an in-depth study of historical texts. A CAD-based model of the current church is designed from alaser scanner survey. A CAD-model of the church before and after each historical earthquake is then extrapolated fromthe current church and its deduced constructive history. I have developed an ad hoc meshing code to generate a finiteelement mesh from the CAD-based model. We perform two ambient vibration testing survey in the church. 8 modes ofvibration (natural frequency, modal shapes and damping ratio) are estimated. A Vibration-Based model updating basedon the identified experimental parameters and the constructive history of the church allows to calibrate the numericalmodel of the church in its linear part. A continuum damage model is used to identify the limit of the linear model of thechurch. I then focus on the study of the 1919 non damaging earthquake. A collection of waveforms compatible with theseismotectonic context is selected, corrected, and used to solicit the updated linear digital model of the church. I showpreliminary results to discuss the ground motion characteristics of the 1919 earthquake.La déformation accumulée pendant plusieurs centaines (milliers) d’années dans les zones de failles est brusquementrelâchée en seulement quelques secondes lorsqu’un séisme se produit. L’étude des séismes anciens à travers dif-férentes échelles de temps est d’une importance capitale pour améliorer l’évaluation de l’aléa sismique. Au cours desdernières décennies des approches, telles que la sismologie historique, l’archéosismologie et la paléosismologie ontété développées pour chercher diverses sources d’informations. Parmi elles, les bâtiments historiques, tels des "sis-momètres de pierre" peuvent être utilisés pour témoigner de cette sismicité passée qu’ils ont enregistrée dans leursmurs sous forme de dégâts ou de réparations. Je propose une méthodologie innovante reliant l’archéologie de la con-struction, la sismologie et le génie sismique afin de démontrer que la caractérisation archéologique des réparationspost-sismiques sur les bâtiments historiques peut permettre de déduire les principales caractéristiques du mouvementsismique. Cette méthodologie est développée autour du cas de l’église médiévale de Sant’Agata del Mugello, un siteexceptionnel dont les dommages et les réparations induits par les séismes sont décrits par de nombreuses sourceshistoriques. Le site est situé dans le bassin du Mugello (Apennin central, Italie, Toscane), caractérisé par une sismicitémodérée. Les plus grands événements connus se sont produits en 1542 (Mw∼6) et 1919 (Mw∼6.3). Nous commençonspar retracer l’histoire sismique de l’église en combinant une analyse stratigraphique du bâtiment avec une étude appro-fondie des textes historiques. Un modèle de CAO est conçu à partir d’un relevé géométrique issu d’une campagne descanner laser. Un modèle de CAO de l’église avant et après chaque séisme historique est ensuite extrapolé à partir dumodèle de l’église actuelle et de son histoire constructive. Un code de maillage ad hoc a été développé pour générerun maillage aux éléments finis à partir du modèle de CAO. Deux campagnes de vibrations ambiantes ont été menéesdans l’église de Sant’Agata. 8 modes de vibration (fréquence propre, déformée modale et amortissement) sont estimés.Un processus d’optimisation des paramètres modaux, permet de calibrer le modèle numérique de l’église dans sa partielinéaire. Un modèle d’endommagement continu est utilisé pour identifier la limite du modèle linéaire de l’église. Je meconcentre ensuite sur l’étude du séisme historique de 1919 qui n’a pas causé de dommages. Une collection de mouve-ments sismiques compatibles avec le contexte sismotectonique est sélectionnée, corrigée et est utilisée pour solliciter lemodèle numérique linéaire calibré de l’église. Je présente des résultats préliminaires pour discuter des caractéristiquesdu mouvement sismique associé au séisme historique de 1919