Fabrice Cotton

Professeur.
Université Joseph Fourier
Institut Universitaire de France (membre junior, promotion 2006)
Directeur du Laboratoire de Géophysique Interne et Tectonophysique

tel  33 4 76 63 51 79  (direct), 33 4 76 63 52 00 (lab)
fax 33 4  76 63 52 52
email : fabrice.cotton@@obs.ujf-grenoble.fr

Laboratoire de Géophysique Interne et Tectonophysique.
UJF-CNRS-UdS-IRD-LCPC
Observatoire de Grenoble.
Maison des Géosciences
BP 53. 38041 Grenoble cedex 9 		fabrice cotton


VITAE

REFERENCES
MAIN PROJECTS/PROJETS PRINCIPAUX
MOTIVATIONS  
MORE / COMPLEMENTS
     Bibliographie utile (Risque sismique/Sismologie/géophysique)
     Liens Internet utiles (Risque sismique/Sismologie/géophysique)
     Bibliographie sur le risque sismique dans les vallées alpines / Seismic Risk in Alpine Valleys : references






VITAE

I'm Professor in Geophysics at University Joseph Fourier (Grenoble). After a basic education in Science at Ecole Normale Superieure de Lyon, I got a PhD in Geophysics at the Joseph Fourier University in Grenoble (1995). I then have been Research Engineer at the Institut de Sûreté et de Protection Nucléaire (I.P.S.N, Paris) in charge of Strong ground motion modelling and Seismic Hazard Assessment for nuclear facilities. Since 2001, I'm teaching geophysics and seismic hazard at the University Joseph Fourier. I'm also a research scientist at the LGIT Grenoble (an Earth Science Laboratory) in charge of the seismic risk team of this lab. The principal focus of my research is the characterization of strong ground-motion with a special emphasis on source effects and the improvment of european rock ground motion models. I'm  involved in the French Accelerometric Network, and I served as an expert for some recent projects and review panels. My most recent project (as coordinator) is the Sismovalp European project, dedicated to the site characterization and the propositions for new design spectra in Alpine valleys. I coauthored around 30 papers in peer reviewed international journals




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THESIS

My own PhD-thesis
Bruno Hernandez (supervisors M. Campillo and myself)
Philippe Lussou (supervisors PY Bard and myself)
Tsui Yu Chang (supervisors J. Angelier and myself)
Sylvette Bonnefoy-Claudet (supervisors PY Bard and myself)
Guillaume Pousse (supervisors F. Bonilla and myself)
Fethi Semmane (supervisors M. Campillo and myself)
Stephane Drouet (supervisors A. Souriau and myself)



Proceedings  (selection)

S. Bonnefoy-Claudet, F. Cotton, P.-Y. Bard, C. Cornou, M. Ohrnberger, and M. Wathelet (2006). Robustness of the H/V ratio peak frequency to estimate 1d resonance frequency. Third International Symposium on the Effects of Surface Geology on Seismic Motion, Grenoble, France, paper 85.

Cotton, F., C. Berge, F. Lemeille, A. Pitarka, B. Lebrun, M. Vallon. Three-dimensional simulation of earthquakes in the Grenoble’s basin (Western Alps). Proceedings of the second international symposium on the effects of surface geology, Yokohama, Japan, 1_3 December. 873-878.




Sélection de publications à destination du grand public et de textes techniques en génie parasismique. Réalisation de CDROM.

Cotton F., PY Bard, C. Berge, D. Hatzfeld. 1999. Qu'est ce qui fait vibrer Grenoble ? La Recherche.

Riepl J. et F. Cotton. 1999. Les effets de sites. Evidence, compréhension et quantification. Cahier technique de l'Association Française du Génie Parasismique (Numéro 17, avril 1999).

Lussou P. et F. Cotton. 2000. Le séisme de Chi Chi (Taiwan). Rapport de mission. Un séisme de haute technicité. Cahier technique de l'AFPS. Janvier 2000.

Cotton F. et P. Lussou. 2000. Travaux du groupe « Mouvement Sismique pour l?Ingénieur » et évolution récente du texte de l'EC8.. Cahier technique de l’AFPS (Numéro 20, septembre 2000)

Cotton F.  et D. Hatzfeld. 2002. Le réseau accélérométrique permanent.Cahier technique de l'AFPS.

Ambraseys, N., P. Smit, R. Beradi, D. Rinaldis, F. Cotton et C. Berge-Thierry. 2000. Dissemination of European Strong Motion Data. CDROM-collection, European Commission, Environment and Climate Research Program

Douglas, J., P. Guéguen, E. Chaljub, F. Cotton, P. Suhadolc, G. Costa, D. Faeh, E. Spühle,  A. Gosar, E. Priolo, C. Barnaba, R. Paolucci, C. Cauzzi, C. Eva. 2006. Alpine Accelerometric Database. CD-ROM, Projet Interreg 3B, Sismovalp.

Lacave, C., F. Lemeille, P. Guéguen, E. Priolo, C. Barnaba, A. Vuan, G. Costa, A. Gosar, P. Suhadolc, D. Fäh, D. Roten, P. Tissières, S. Tadenuma, P.-Y. Bard, F. Cotton, C. Eva, V. Giraud, R. Paolucci, F. Bonilla, P. Foray, J. Jerram. 2006. Generic Alpine Valley characterization. CD-ROM, Projet Interreg 3B, Sismovalp.


 

MOTIVATIONS

Mon projet de recherche

J'étudie à la fois par la simulation numérique et l'analyse de données, la propagation des ondes sismiques dans la terre, l'étude de la source sismique, les mécanismes de déclenchement des séismes. Cette activité de recherche fondamentale a été accompagnée par une activité de recherche plus appliquée concernant l'évaluation de l'aléa sismique (étude de l'atténuation du mouvement simique et des effets de site). Les résultats de ces travaux de recherche appliqués ont été utilisés pratiquement pour conforter des études d'aléa sismique (par exemple pour l'Institut de Protection et de Sûreté Nucléaire) ou pour mettre en place de nouvelles réglementation parasismique (pour les installations à Risque Spécial ou pour les bâtiments conventionnels dans le cadre de l'Association Française de Génie Parasismique).
L'ensemble de ces travaux a pour point commun l'analyse de données sismologiques accélérométriques. Pour cette raison, mon activité de recherche s'est accompagnée d'un effort pour développer, à l'échelle européenne, des bases de données accélérométriques (Ambraseys et al., 2000) et développer le réseau accélérométrique permanent français (présidence du GIS-RAP entre 2000 et 2002 ; Cotton et Hatzfeld, 2002).
Ces deux dernières années mon travail de recherche a été marqué par la participation à une réflexion commune sur l’évaluation du mouvement sismique (et de ses incertitudes) en Europe avec 4 collègues européens  (Pr. F. Scherbaum, Université de Potsdam, J. Bommer, Impérial College, H. Bungum, NORSAR, F. Sabetta, Service Sismologique Italien). Notre petite équipe internationale a repensé la manière d’estimer l’aléa sismique en Europe et a aujourd’hui soumis une dizaine d’articles dont la moitié sont aujourd’hui publiés ou acceptés.

Travaux concernant l'étude de la source sismique

Nous avons développé une technique d'imagerie de la source qui permet une approche nouvelle des données acquises lors des grands séismes récents (Cotton et Campillo, 1994, 1995a; Cotton et al., 1996). Après ma thèse, suite à l’expérience acquise dans des laboratoires étrangers aux Etats Unis et au Japon et au travail de thèse de Bruno Hernandez, cette technique a été améliorée et perfectionnée afin notamment de mieux évaluer la variation de la vitesse de rupture sur le plan de faille. Cette méthode utilise désormais des données satellitaires radars (interférométrie) ou GPS et de nouvelles méthodes d'inversion (Hernandez et al., 1999 ; 2000a ; 2000b ; 2003). Les résultats acquis lors de ces études ont montré que la distribution du glissement sur la faille est hétérogène et que la vitesse de rupture est variable. Cette meilleure connaissance de la rupture sismique nous a aussi permis (Bouchon et al., 1998) de mieux contraindre les propriétés dynamiques du séisme de Landers (lois de friction sur la plan de faille, variations de contraintes). Ces travaux ont aussi été utilisés par d'autres auteurs pour valider leurs modèles dynamiques de séisme ou pour évaluer le mouvement sismique près des failles. ette réflexion sur la source est complémentaire des efforts menés en néotectonique ou en géodésie pour évaluer la magnitude et les temps de retour des forts séismes. J'ai participé à trois études sur ce thème (Lemeille et al., 1999, Calais et al., 2000, Vigny et al., 2003). Depuis ma nomination à l'Université de Grenoble, nous poursuivons l’amélioration de cette méthode d'imagerie (thèse de F. Semmane débutée en novembre 2001 au LGIT, thèse de S. Hok débuté en septembre 2004). Nos derniers résultats ont permis notamment de préciser et discuter la position de la faille responsable du séisme de Boumerdes en Algérie (Semmane et al., 2005a) Sur un séisme bien instrumenté de Tottori nous avons montré que la rupture sismique s’était développé à faible profondeur sans rompre la surface (Semmane et al., 2005b). Ce résultat pourrait remettre en cause certaines interprétations paléosismologiques.

Travaux sur les mécanismes de déclenchement des séismes.

Nous avons développé une méthode qui permet d’évaluer les variations de contraintes statiques et dynamique (dues aux passage des ondes) engendrées par un séisme dans le milieu qui entoure la faille (Cotton et Coutant, 1997). Nous avons ensuite appliqué cette méthode au séisme d'Irpinia (Belardinelli et al., 1999, Voisin et al., 2000). La méthode développée lors de ces études a été reprise par plusieurs équipes (Gomberg et al., Nature, 2001). Ces deux dernières années, nous avons analysé de manière conjointe, calculs de variations de contrainte dynamique, modèles dynamiques d’initiation de la rupture et catalogues de sismicité des répliques des séismes de Landers et d'Hector Mine. Cette analyse nous a permis de discuter les paramètres qui influent sur les temps de déclenchement (Voisin et al., 2004). Nous avons émis une hypothèse nouvelle sur l’origine des déclenchements dynamiques : ceux ci affecteraient en priorité les failles proches de la rupture dont les propriétés de friction sont celles de failles immatures (faible Dc).

Amélioration de l'évaluation du mouvement sismique

La pratique réglementaire du génie parasismique a subi des évolutions importantes ces dernières années. Nous avons déterminé de nouvelles lois d'atténuation au Japon qui permettent de prendre en compte l?influence des effets de site (Lussou et al., 2000). Ces résultats ont été utilisés pour valider ou améliorer certaines propositions de l’Eurocode8. A Taiwan, le travail effectué sur l’amélioration des lois d'atténuation (Chang et al., 2001a, 2001b) a consisté à déterminer des lois différentes en fonction du type de séisme (crustal ou de subduction). Plus récemment, nous avons récemment quantifié les effets du compartiments chevauchant (Chang et al., 2004)  Dans le contexte européen, une base de donnée accélérométrique homogène a été construite (CDROM, Ambraseys et al., 2000). Cette nouvelle base de donnée a permis d'établir des lois d'atténuation du mouvement sismique nouvelles (Berge-Thierry et al., 2003, Fukushima et al., 2003).
Les études d’imagerie de la source sismique ne sont pas possibles si les enregistrements accélérométriques sont « pollués » par les effets des couches superficielles. Cette évaluation a constitué par ailleurs une préoccupation croissante des évaluations pratiques de l'aléa sismique du fait de la découverte de forts effets de site dans les vallées alpines. J'ai participé à l'effort d’information (Cotton et al., 1998), d’instrumentation (Hatzfeld et al., 2003) et de recherche spécifiques (Cotton et al., 1998) sur la propagation des ondes dans le bassin de Grenoble. Notre effort actuel consiste à développer un programme de recherche avec nos collègues alpins italiens, suisses, allemands et slovènes (projet SISMOVALP débuté en septembre 2003). Les enregistrements en profondeur sont par ailleurs les seules données qui permettent d'établir et de quantifier de manière certaine la non-linéarité du comportement des sols meubles responsables des effets de site. La thèse de G. Pousse  (évaluation des effets non linéaires, thèse LGIT-IRSN ) vise à développer les méthodes permettant d'utiliser ces enregistrements de profondeur.
 
Compréhension de la variabilité du mouvement sismique

Ces deux dernières années mon travail de recherche a été marqué par la participation à une réflexion commune sur l’évaluation du mouvement sismique (et de ses incertitudes) en Europe avec 4 collègues européens  (Pr. F. Scherbaum, Université de Potsdam, J. Bommer, Impérial College, H. Bungum, NORSAR, F. Sabetta, Service Sismologique Italien). Cette démarche a été initiée par le projet suisse Pegasos. Ce projet industriel (Nagra) a permis de réunir de petites équipes de chercheurs internationaux. Notre équipe en charge de l’évaluation du mouvement sismique au rocher (hors effet de site) s’est rapidement retrouvé confronté à un problème de recherche fondamentale : l’évaluation de la variabilité du mouvement sismique. Nous avons tout d’abord montré que l’évaluation de la variabilité du mouvement sismique est l’un des maillons les plus importants de la chaine de l’évaluation du risque sismique (Bommer et al., 2004a, 2004b). Pour évaluer cette variabilité et séparer incertitude aléatoires et épistémiques, nous avons dévéloppé une méthodologie basée sur l’utilisation d’arbres logiques (Bommer et al., 2005). La mise en place de cette méthologie a nécessité des développements importants. Nous avons clarifié la méthodologie nécessaire pour sélectionner et ajuster les modèles de prédiction du mouvement du sol utilisé dans les arbres logiques (Cotton et al., 2005; Scherbaum et al., 2004a). Nous avons montré comment les informations issus des données européennes de mouvement faible peuvent aider à sélectionner (Scherbaum et al., 2004b)  les modèles de prédiction du sol développés dans des pays à sismicité forte (Californie, Japon). Nos résultats suggèrent que l’ajustement aux conditions tectoniques et géologiques europénnes des modèles issus des mouvements forts (Californie, Japon) est préférable à l’extrapolation des modèles issus des données de mouvements faibles. Ces données de mouvements faibles (Rietbrock et al., 2005) sont néansmoins essentielles dans le processus d’ajustement des modèles de mouvement fort (Cotton et al., 2005) et les intégrer dans un modèle composite (Scherbaum et al., 2005a, 2005b).

Projet d’enseignement.

Mon projet d’enseignement est motivé par les réflexions suivantes :






























Figures