Lettre du Plan Séisme - 2e trimestre 2014, Zoom sur… SI-Hex : le catalogue BCSF-LDG de la sismicité instrumentale de la France métropolitaine

Zoom sur… SI-Hex : le catalogue BCSF-LDG de la sismicité instrumentale de la France métropolitaineZoom sur… SI-Hex : le catalogue BCSF-LDG de la sismicité instrumentale de la France métropolitaine

Par Michel Cara [1], Yves Cansi [2] et Antoine Schlupp [3]

Le catalogue de Sismicité   Instrumentale de l’Hexagone 1962-2009 est le résultat principal du projet collaboratif SI-Hex, conduit de 2009 à 2013, par le BCSF?, agissant pour le compte de sept Observatoires des Sciences de l’Univers (OSU CNRS?/INSU – Universités), ainsi que par le Laboratoire de Détection Géophysique (LDG?) du CEA? (CEA-DAM/DASE). Le projet SI-Hex a eu pour objet de créer un catalogue unifié de la sismicité   de la France métropolitaine sur la période 1962-2009, proposant la meilleure information possible sur la localisation des hypocentres et sur la magnitude  . La période couverte débute donc en 1962, l’année où le CEA a implanté le premier réseau sismique permanent sur le territoire métropolitain. Ce catalogue BCSF-LDG version 2014 a vocation à être amélioré et complété au fur et à mesure de l’apport de nouvelles informations, en le complétant notamment pour les séismes postérieurs à 2009.

Trois questions ont été examinées avec un soin particulier lors du projet SI-Hex : celle de la localisation précise des épicentres, celle de la discrimination entre séismes naturels et séismes artificiels, et enfin celle de la réévaluation complète et harmonisée des magnitudes.

Localisation

L’objectif étant de fournir la meilleure localisation possible, le travail a porté sur deux axes majeurs. D’une part, tous les évènements ont été relocalisés par une méthode unique à partir de la fusion de tous les temps d’arrivées disponibles issus des observatoires français (LDG, RéNaSS?, Sismalp, OMP?, Géo-Azur) et ceux des pays frontaliers via le CSEM? (Centre sismologique euro-méditerranéen) et l’ISC (International seismological centre). Ces localisations portent le label « localisation SI-Hex ». Le calcul prend en compte le modèle 1D de vitesses sismiques dit « Haslach simplifié » qui est utilisé par le BCSF-RéNaSS à l’EOST?. D’autre part, pour chaque séisme  , la meilleure localisation a été sélectionnée parmi les localisations disponibles (localisation SI-Hex ou celle réalisée par des observatoires ou issue de travaux particuliers). Le catalogue précise l’auteur de chaque localisation.

Carte de la Sismicité Instrumentale de l'Hexagone 1962 2009 illustrant le catalogue BCSF LDG version 2014
Carte de la Sismicité Instrumentale de l’Hexagone 1962 2009 illustrant le catalogue BCSF LDG version 2014
Source : CNRS? / CEA?

Le catalogue BCSF-LDG présente ainsi les solutions les plus précises possibles pour tous les évènements identifiés par le processus de fusion de données. En dehors des séismes anciens relocalisés au LDG, les solutions préférentielles concernent la partie récente du catalogue, de 1980 à 2004 dans le domaine armoricain, depuis 1978 dans les Pyrénées, 1989 dans les Alpes et 2001 dans la zone méditerranéenne. La même procédure sera appliquée à la région nord-est à partir du catalogue régional EOST à la prochaine révision du catalogue BCSF-LDG.

Ce catalogue couvre la France métropolitaine et la zone économique exclusive en mer (ZEE), avec un élargissement de 20 km hors frontières.

Magnitude  

La magnitude   retenue dans le projet SI-Hex est la magnitude   de moment, notée Mw. C’est le standard international actuel pour les études d’aléa sismique  . Mw se substitue à la magnitude   locale de Richter et à ses nombreuses variantes ML. Basée sur une analyse à basse fréquence des signaux sismiques, Mw peut différer notablement de ML qui traduit les amplitudes maximales des ondes sismiques enregistrées sur des réseaux de stations le plus souvent équipés de vélocimètres 1 Hz. Les magnitudes Mw issues du projet SI-Hex sont généralement plus faibles que les ML calculées par le LDG depuis 1962, le RéNaSS depuis 1980, ou les réseaux Sismalp et OMP sur les périodes plus récentes. Les Mw des plus gros séismes du catalogue SI-Hex sont calculées à partir des signaux originaux du LDG. Après l’arrivée principale des ondes P et S, les sismogrammes présentent une « coda » résultant de la diffusion multiple des ondes sismiques dans la croûte   et dont l’amplitude va en décroissant avec le temps. Cette coda a des propriétés de stabilité remarquables d’un séisme   à un autre et d’une station sismique à une autre. Elle est peu sensible à la distance épicentrale  , peu sensible à l’orientation et à la nature de la faille   sismique à l’origine du séisme   et enfin, peu sensible à la profondeur du foyer  . L’autre très grand intérêt de la coda est que son amplitude est mesurable sur les anciens enregistrements sur papier des réseaux de surveillance sismique. Cette technique, mise au point dans le cadre d’une thèse du projet SIGMA-EDF, a été utilisée systématiquement pour attribuer une magnitude   Mw aux séismes de magnitude   ML-LDG supérieure à 4. Pour les plus petites magnitudes des lois de conversion entre ML et Mw ont été utilisées.

Discrimination

La discrimination entre événements naturels et artificiels a constitué une autre action centrale du projet SI-Hex et s’est appuyée sur une approche multicritères. A terre, les tirs de carrières ont été éliminés dans la mesure du possible à partir d’une analyse spatio-temporelle du catalogue, notamment à partir d’une liste de carrières potentiellement susceptibles de générer des ondes sismiques. Les évènements miniers ont été éliminés à partir de la connaissance des zones d’activités par les observatoires régionaux. Enfin, une analyse systématique de signaux par analyse spectrale a permis d’identifier un nombre important d’explosions marines dans l’Atlantique et la Méditerranée. La qualité de la discrimination varie dans le temps et selon les régions en fonction des données disponibles, il est donc possible qu’il reste des évènements d’origine artificielle dans le catalogue BCSF-LDG version 2014.

Avec de nouvelles magnitudes Mw, les localisations les plus précises et une discrimination permettant de nettoyer le catalogue des évènements sismiques d’origine artificielle, le catalogue BCSF-LDG issu du projet SI-Hex contient 38.027 séismes dont les épicentres sont localisés sur le territoire métropolitain et la zone économique exclusive en mer, chacun étant associé à une magnitude   de moment Mw. Ce catalogue contribuera à faciliter les études et les recherches sur l’aléa et le risque sismique   en France métropolitaine et pourra servir de base au calage des magnitudes des séismes historiques. Le catalogue ainsi que la carte associée a été mis en ligne en mars 2014 sur le site www.franceseisme.fr.

Copropriété du CNRS et du CEA, la version 2014 du catalogue BCSF-LDG a impliqué la contribution des OSU suivants : EOST (Strasbourg), IUEM (Brest), OCA (Nice-Sophia Antipolis), OMP (Toulouse), OPGC? (Clermont Ferrand), OSUG (Grenoble), et OSUNA (Nantes). Le projet SI-Hex a bénéficié du soutien financier de la direction générale de la prévention des risques (DGPR?) du ministère de l’écologie, du développement durable et de l’énergie (MEDDE? ; conventions MEDDE-CNRS-CEA n°2100474508 et MEDDE-CNRS n°0007147).

[1EOST?, Université de Strasbourg

[2CEA?, DAM/Ile de France, Bruyères-le-Châtel

[3EOST, Université de Strasbourg