Mes recherches portent sur l’influence des propriétés du sous-sol sur les mouvements sismiques, afin d’améliorer leur prédiction et l’évaluation de l’aléa sismique. Je combine l’analyse des enregistrements sismologiques, la simulation numérique et les expériences de laboratoire pour étudier la propagation des ondes et l’évolution des propriétés mécaniques des matériaux, de l’échantillon de roche aux bassins sédimentaires.

Effets de site et comportement non linéaire des sols

Les couches superficielles du sous-sol modifient l’amplitude et le contenu fréquentiel des mouvements sismiques. Sous l’effet de fortes secousses, les sols peuvent présenter un comportement non linéaire, qui se traduit notamment par une diminution de leurs fréquences de résonance. Je développe des méthodes d’analyse temps-fréquence pour identifier ces fréquences et suivre leur évolution avec l’intensité des secousses, à partir d’enregistrements de surface et sans nécessiter de station de référence. Appliquée à 567 stations du réseau KiK-net au Japon, l’analyse de résonance temps-fréquence (TFRA) révèle une forte variabilité de la réponse non linéaire selon les sites, soulignant l’importance des conditions géologiques locales.

Dans le sud-est de la Türkiye, je combine la TFRA avec une approche complémentaire, la méthode sS-PSD, pour caractériser les réponses linéaires et non linéaires des sites sur une large gamme de fréquences. Ces travaux montrent que différentes fréquences de résonance d’un même site peuvent évoluer différemment lorsque l’intensité des secousses augmente. Dans le jeu de données étudié, une diminution moyenne des fréquences d’environ 10 % est observée pour une accélération maximale du sol proche de 70 cm/s². Ces résultats contribuent à mieux caractériser les conditions d’apparition du comportement non linéaire des sols et à mieux prendre en compte la diversité des réponses locales dans l’évaluation de l’aléa sismique.

Publications associées: Lai et al. (2025), Geophysical Journal International ; Lai et al. (2025), Earth System Science Data ; Schibuola et al. (2026), Geophysical Journal International; Lai et al. (2026), Bulletin of the Seismological Society of America.

Simulation tridimensionnelle des mouvements sismiques et interactions site-ville

J’utilise des simulations numériques en trois dimensions pour étudier l’influence des géométries géologiques complexes sur la propagation des ondes. Mes travaux portent notamment sur les effets de bassin et sur la comparaison entre les simulations et les méthodes d’estimation de l’amplification fondées sur des indicateurs simplifiés du sous-sol.

Je développe également des recherches sur les interactions site-ville par simulation numérique, afin de mieux comprendre comment la présence du bâti peut modifier la propagation des ondes et les mouvements sismiques.

Imagerie sismique et déformation des roches

Je m’intéresse également aux changements des propriétés élastiques des roches au cours de leur déformation. À partir d’expériences de laboratoire et de méthodes d’inversion des formes d’onde, j’étudie comment les signaux sismiques peuvent révéler l’évolution de l’endommagement et des propriétés internes des matériaux.

Publication associée : Lai et al. (2021), Journal of Geophysical Research: Solid Earth.