SEM3D: A 3D High-Fidelity Numerical Earthquake Simulator for Broadband (0-10 Hz) Seismic Response Prediction at a Regional Scale

International audienceIn this paper, we present SEM3D: a 3D high-fidelity numerical earthquake simulator that is tailored to predict the seismic wave field of complex earthquake scenarios from the fault to the epicenter site. SEM3D solves the wave-propagation problem by means of the spectral element method (SEM). The presented demonstrative test case was a blind Mw6.0 earthquake scenario at the European experimental site located in the sedimentary basin of Argostoli on the island of Kefalonia (Western Greece). A well-constrained geological model, obtained via geophysical inversion studies, and seismological model, given the large database of seismic traces recorded by the newly installed ARGONET network, of the site were considered. The domain of interest covered a region of 44 km × 44 km × 63 km, with the smallest grid size of 130 m × 130 m × 35 m. This allowed us to simulate the ground shaking in its entirety, from the seismic source to the epicenter site within a 0–10 Hz frequency band. Owing to the pseudo-spectral nature of the numerical method and given the high polynomial order (i.e., degree nine), the model featured 1.35·10**10 DOFs (degrees of freedom). The variability of the synthetic wave field generated within the basin is assessed herein, exploring different random realizations of the mean velocity structure and heterogeneous rupture path.Dans cet article, nous présentons SEM3D : un simulateur de séisme numérique 3D haute fidélité conçu pour prédire le champ d'ondes sismiques de scénarios de tremblement de terre complexes, de la faille au site de l'épicentre. SEM3D résout le problème de propagation des ondes au moyen de la méthode des éléments spectraux (SEM). Le cas test démonstratif présenté était un scénario de séisme aveugle Mw6.0 sur le site expérimental européen situé dans le bassin sédimentaire d'Argostoli sur l'île de Céphalonie (Grèce occidentale). Un modèle géologique bien contraint, obtenu via des études d'inversion géophysiques, et un modèle sismologique, compte tenu de la grande base de données de traces sismiques enregistrées par le réseau ARGONET nouvellement installé, du site ont été considérés. Le domaine d'intérêt couvrait une région de 44 km × 44 km × 63 km, avec la plus petite taille de grille de 130 m × 130 m × 35 m. Cela nous a permis de simuler les secousses du sol dans leur intégralité, de la source sismique au site de l'épicentre dans une bande de fréquence de 0 à 10 Hz. En raison de la nature pseudo-spectrale de la méthode numérique et compte tenu de l'ordre polynomial élevé (c'est-à-dire le degré neuf), le modèle comportait 1,35·10**10 DOF (degrés de liberté). La variabilité du champ d'onde synthétique généré dans le bassin est évaluée ici, en explorant différentes réalisations aléatoires de la structure de vitesse moyenne et du chemin de rupture hétérogène