Tremblement de terre

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Tremblement de terre

Un tremblement de terre, ou séisme, résulte de la libération brusque d'énergie accumulée par les déplacements et les frictions des différentes plaques de la croûte terrestre (phénomènes regroupés sous le nom de tectonique des plaques). La plupart des tremblements de terre sont localisés sur des failles. Plus rares sont les séismes dus à l'activité volcanique ou d'origine artificielle (explosions par exemple). Il se produit de très nombreux séismes tous les jours, mais la plupart ne sont pas ressentis par les humains. Environ cent mille séismes sont enregistrés par an sur la planète[1]. Les plus puissants d'entre eux comptent parmi les catastrophes naturelles les plus destructrices.

La science qui étudie ces phénomènes est la sismologie et l'instrument d'étude principal est le sismographe.

Conséquences d'un séisme à Mexico.
Vue panoramique de San Francisco après l'incendie et le tremblement de terre de 1906.

Sommaire

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Caractéristiques principales [modifier]

Le point d'origine d'un séisme est appelé hypocentre ou foyer. Il peut se trouver entre la surface et jusqu'à sept cents kilomètres de profondeur (limite du manteau supérieur) pour les événements les plus profonds. On parle plus souvent de l'épicentre du séisme, qui est le point de la surface de la Terre qui se trouve à la verticale de l'hypocentre.

Les trois catégories de tremblements de terre [modifier]

Un tremblement de terre est une secousse plus ou moins violente du sol qui peut avoir trois origines : rupture d'une faille ou d'un segment de faille (séismes tectoniques) ; intrusion et dégazage d'un magma (séismes volcaniques) ; explosion, effondrement d'une cavité (séismes d'origine naturelle ou dus à l'activité humaine)[2]. En pratique on classe les séismes en trois catégories selon les phénomènes qui les ont engendrés :

  • Les séismes tectoniques sont de loin les plus fréquents et dévastateurs. Une grande partie des séismes tectoniques se produisent aux limites des plaques, où il existe un glissement entre deux milieux rocheux. Ce glissement, localisé sur une ou plusieurs failles, est bloqué durant les périodes inter-sismiques (entre les séismes), et l'énergie s'accumule par la déformation élastique des roches[3]. Cette énergie et le glissement sont brusquement relâchés lors des séismes. Dans les zones de subduction, les séismes représentent la moitié des destructeurs de la Terre, et ils dissipent 75 % de l'énergie sismique de la planète. C'est le seul endroit où on trouve des séismes profonds (de 300 à 645 kilomètres). Au niveau des dorsales médio-océaniques, les séismes ont des foyers superficiels (0 à 10 kilomètres), et correspondent à 5 % de l'énergie sismique totale. De même, au niveau des grandes failles de décrochement, ont lieu des séismes ayant des foyers de profondeur intermédiaire (de 0 à 20 kilomètres en moyenne) qui correspondent à 15 % de l'énergie. Le relâchement de l'énergie accumulée ne se fait généralement pas en une seule secousse, et il peut se produire plusieurs réajustements avant de retrouver une configuration stable. Ainsi, on constate des répliques suite à la secousse principale d'un séisme, d'amplitude décroissante, et sur une durée allant de quelques minutes à plus d'un an. Ces secousses secondaires sont parfois plus dévastatrices que la secousse principale, car elles peuvent faire s'écrouler des bâtiments qui n'avaient été qu'endommagés, alors que les secours sont à l'œuvre. Il peut aussi se produire une réplique plus puissante encore que la secousse principale quelle que soit sa magnitude. Par exemple, un séisme de 9,0 peut être suivi d'une réplique de 9,3 plusieurs mois plus tard même si cet enchainement reste extrêmement rare.
  • Les séismes d'origine volcanique résultent de l'accumulation de magma dans la chambre magmatique d'un volcan. Les sismographes enregistrent alors une multitude de microséismes (trémor) dus à des ruptures dans les roches comprimées ou au dégazage du magma[2]. La remontée progressive des hypocentres (liée à la remontée du magma) est un indice prouvant que le volcan est en phase de réveil et qu'une éruption est imminente.
  • Les séismes d'origine artificielle (ou « séismes induits » sont dus à certaines activités humaines telles que barrages, pompages profonds, extraction minière, explosions souterraines ou essais nucléaires peuvent entraîner des séismes de faible à moyenne magnitude.

Les tremblements de terre engendrent parfois des tsunamis, dont la puissance destructrice menace une part croissante de l'humanité, installée en bordure de mer. Ils peuvent aussi menacer les installations pétrolières et gazières offshore et disperser les décharges sous-marines contenant des déchets toxiques, déchets nucléaires et munitions immergées. On cherche à les prévoir, pour s'en protéger, à l'aide d'un réseau mondial d'alerte, qui se met en place, en Indonésie et Asie du Sud Est notamment.

Dans certains cas, les séismes provoquent la liquéfaction du sol : un sol mou et riche en eau perdra sa cohésion sous l'effet d'une secousse.

Magnitude et intensité [modifier]

Icône de détail Article détaillé : Magnitude d'un séisme.

La puissance d'un tremblement de terre peut être quantifiée par sa magnitude, notion introduite en 1935 par le sismologue Charles Francis Richter[4]. La magnitude se calcule à partir des différents types d'ondes sismiques en tenant compte de paramètres comme la distance à l'épicentre, la profondeur de l'hypocentre, la fréquence du signal, le type de sismographe utilisé, etc. La magnitude n'est pas une échelle mais une fonction continue logarithmique[4]. En raison de ce caractère logarithmique, lorsque l'amplitude du mouvement ou l'énergie libérée par le séisme varient d'un facteur 10, la magnitude change d'une unité. Ainsi, un séisme de magnitude 7 sera dix fois plus fort qu'un évènement de magnitude 6, cent fois plus fort qu'un magnitude 5.

La magnitude, souvent appelée magnitude sur l'échelle de Richter, terme le plus connu du grand public, est généralement calculée à partir de l'amplitude ou de la durée du signal enregistré par un sismographe[4]. Plusieurs valeurs peuvent être ainsi calculées (Magnitude locale ML, de durée MD, des ondes de surfaces MS, des ondes de volumes MB). Mais ces différentes valeurs ne sont pas très fiables dans le cas des très grands tremblements de terre. Les sismologues lui préfèrent la magnitude de moment (notée MW) qui est directement reliée à l'énergie libérée lors du séisme[4]. Des lois d'échelle relient cette magnitude de moment aux paramètres géométriques du séisme (surface rompue et quantité de glissement sur la faille).

La magnitude d'un séisme ne doit pas être confondue avec l'intensité macrosismique qui se fonde sur l'observation des effets et des conséquences du séisme en un lieu donné: vibration des fenêtres, nombre de personnes qui ressentent les secousses, ampleur des dégâts, etc[5]. Les échelles d'intensité comportent des degrés notés en nombres romains, de I à XII pour les échelles les plus connues (Mercalli, MSK ou EMS). Parmi les différentes échelles, on peut citer :

Les relations entre magnitude et intensité sont complexes. L'intensité dépend du lieu d'observation des effets. Elle décroît généralement lorsqu'on s'éloigne de l'épicentre en raison de l'atténuation introduite par le milieu géologique traversé par les ondes sismiques, mais d'éventuels effets de site (écho, amplification locale par exemple) peuvent perturber cette loi moyenne de décroissance.

Les différents types d'ondes sismiques [modifier]

Icône de détail Article détaillé : Onde sismique.

Au moment du relâchement brutal des contraintes de la croûte terrestre (séisme), deux grandes catégories d'ondes peuvent être générées. Il s'agit des ondes de volume qui se propagent à l'intérieur de la Terre et des ondes de surface qui se propagent le long des interfaces[6].

Dans les ondes de volume, on distingue :

  • les ondes P ou ondes de compression. Le déplacement du sol se fait par dilatation et compression successives, parallèlement à la direction de propagation de l'onde. Les ondes P sont les plus rapides (6 km/s près de la surface). Ce sont les ondes enregistrées en premier sur un sismogramme[6].
  • les ondes S ou ondes de cisaillement. Les vibrations s'effectuent perpendiculairement au sens de propagation de l'onde, comme sur une corde de guitare. Plus lentes que les ondes P, elles apparaissent en second sur les sismogrammes[6].

Les ondes de surface (ondes de Rayleigh, ondes de Love) résultent de l'interaction des ondes de volume. Elles sont guidées par la surface de la Terre, se propagent moins vite que les ondes de volume, mais ont généralement une plus forte amplitude[6]. Généralement ce sont les ondes de surface qui produisent les effets destructeurs des séismes.

Enregistrement des séismes [modifier]

Les séismes dans le monde de 1963 à 1998

Les plus anciens relevés sismiques datent du VIIIe millénaire av. J.-C.[réf. nécessaire].

Les séismes les plus puissants enregistrés depuis 1900 [modifier]

Séismes les plus meurtriers depuis 1900 [modifier]

Tremblements de terre ayant fait plus de 15 000 victimes, d'après les estimations des autorités locales (la notation comporte respectivement le lieu, le pays, la date, la magnitude notée M, et le nombre d'êtres humains morts) :

Tremblements de terre en France [modifier]

La France métropolitaine est un pays dont la sismicité est considérée comme modérée. Les séismes y sont essentiellement superficiels, leur foyer se situant à moins de 256 km dans la croûte terrestre. Ils résultent du rapprochement lent entre les plaques africaines et la plaque eurasienne et sont distribués le long des zones à failles et glissements souvent anciens. Le fichier de la macrosismicité de la France (fichier SIRENE : BRGM-Risque et Génie Sismique, LDG-CEA (catalogue micro-sismicité, EDF) recense plus de 5 000 tremblements de terre ressentis au cours des dix derniers siècles, dont presque tous les séismes destructeurs depuis le XIVe siècle. Il comporte 22 séismes d’intensité épicentrale, sur le territoire français, supérieure ou égale à 7, soit en moyenne 4 par siècle. En France, on dénombre en moyenne chaque année une vingtaine de séismes de magnitude supérieure à 3,5 alors que plusieurs milliers sont ressentis dans l’ensemble du bassin méditerranéen.

Les plus anciens séismes mortels en France se sont produits en[12] :

  • 1227 : Aix-en-Provence et Lambesc (intensité 10 : 5 000 morts)
  • 1248 : Maurienne (9 000 morts)
  • 1556 : Comté de Nice (intensité 9-10 : 150 morts)
  • 1564 : Roquebillière, Comté de Nice (intensité 8 : 500 morts)

Les plus récents séismes en France se sont produits les :

Méthodes de détection [modifier]

Ancienne méthode chinoise [modifier]

Icône de détail Article connexe : Histoire de la géologie.
Réplique du sismographe de Zhang Heng

L'ancienne méthode chinoise consiste en vase en bronze avec huit dragons sur le tour, chacun a une bille dans la bouche, prête à tomber. Lorsqu'un séisme avait lieu (à proximité relative), le vase de bronze tremblait, et deux billes tombaient. L'une pointant vers l'épicentre, l'autre indiquant l'opposé. L'Empereur chinois — ne pouvant savoir quel côté était le bon — envoyait des troupes dans les deux directions afin qu'elles aident à organiser l'aide et à maintenir l'ordre après la catastrophe.

Méthod

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