14 Janvier 1907
Tremblement de Terre à Kingston (Jamaïque) 800 morts
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 100 000 séismes sont enregistrés par an sur la planète. 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.
Caractéristiques principales Le point d'origine d'un tremblement de terre est appelé hypocentre ou foyer. Il peut se trouver entre la surface et moins 700 km 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
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). 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. Cette énergie et le glissement sont brusquement relâchés lors des séismes. Dans les zones de subduction, les séismes représentent la moitié des séismes 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 quelques jours. Ces secousses secondaires sont parfois plus dévastatrices que la secousse principale, car elles peuvent faire s'écrouler des bâtiments qui n'avaient étés qu'endommagés, alors que les secours sont à l'œuvre.
· 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. 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.
· La troisième catégorie est d'origine artificielle. En effet, 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.
Magnitude et Intensité
La puissance d'un tremblement de terre peut être quantifiée par sa magnitude, notion introduite en 1935 par le sismologue Charles Francis Richter. 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[]. 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 n'a pas de limites théoriques mais, en pratique, les valeurs sont comprise entre 1 et 10.
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. 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. 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, nombres de personnes qui ressentent les secousses, ampleur des dégâts, etc..
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 :
l'échelle Rossi-Forel (aussi notée RF),
l'échelle Medvedev-Sponheuer-Karnik (aussi notée MSK),
l'échelle de Mercalli (notée MM dans sa version modifiée),
l'échelle de Shindo ( de l'agence météorologique japonaise,
l'échelle macrosismique européenne (aussi notée EMS98).
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
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].
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[].
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[].
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[]. Généralement ce sont les ondes de surface qui produisent les effets destructeurs des séismes.
L'échelle de Richter sert à quantifier l'énergie libérée lors d'un séisme. Elle ne permet pas d'évaluer l'intensité d'un séisme. Pour cela on utilise des échelles dites d'intensité (comme l'échelle de Mercalli).
La magnitude dite de Richter est basée sur la mesure de l'amplitude maximale des ondes sismiques sur un sismogramme. La magnitude est définie comme le logarithmique décimal de cette valeur. Cette définition très générale montre bien le caractère empirique de cette mesure qui dépend d'une part du type de sismomètre et d'autre part du type d'élaboration graphique utilisée pour la réalisation du sismogramme sur lequel se fait la mesure. Cette dernière est aussi très variable d'une station sismique à l'autre car la radiation sismique d'un séisme n'est pas homogène (voir mécanisme au foyer).
La définition originale donnée par Richter en 1935, appelée désormais magnitude locale ou Ml, est une échelle logarithmique simple de la forme Ml = Log(A) − Log(A0) + cLog(Δ) où A représente l'amplitude maximale mesurée sur le sismogramme, A0 est une amplitude de référence correspondant à un séisme de magnitude 0 à 100 km, Δ est la distance épicentrale (km) et c est une constante de calibration. Outre l'inhomogénéité de cette équation, marquant encore plus son caractère empirique, les constantes de calibration (A0 et Δ) rendent cette définition valable seulement localement. Par exemple, dans la définition originale où la calibration est effectuée sur des séismes modérés de la Californie du Sud enregistrés avec un sismographe de type Wood-Anderson, c = 2,76 et Log(A0) = 2,48.
Afin d'améliorer cette mesure en la rendant plus globale, une nouvelle magnitude appelée MS ou magnitude des ondes de surface, est introduite en 1936. Cette magnitude est basée sur la mesure de l'amplitude maximale des ondes de surface (en général l'onde de Rayleigh sur la composante verticale du sismomètre) à une période de 20 s. La formulation est presque identique à la précédente : MS = Log(A20) + b + cLog(Δ) où A20 est l'amplitude mesurée, Δ est la distance épicentrale exprimée en degré, b et c sont des constantes de calibrations. Cette mesure est toujours utilisée aujourd'hui. Cependant, outre son caractère empirique et le problème de saturation (voir ci-dessous), elle a deux points faibles. Le premier est son inutilité pour les séismes profonds (profondeur supérieure à 100 km) qui ne génèrent pas d'ondes de surface. Le second problème vient du fait que les ondes de surface sont les derniers trains d'onde à arriver. Dans le cadre d'un réseau d'alerte, il est primordial de pouvoir estimer le plus rapidement possible la magnitude du séisme.
La magnitude des ondes de volume noté mb (b pour "body waves") est donc une mesure qui se fait sur le premier train d'onde P et permet une estimation rapide de l'importance du séisme. Sa formulation est dépendante de la période dominante T du signal : mb = Log(A / T) + Q(Δ,h) où A est l'amplitude maximale mesurée, Δ est la distance épicentrale (toujours en degré) et h est la profondeur hypocentrale. Q est une fonction de calibration dépendant des deux précédents paramètres. En général la période dominante T est autour de 1 sec, période minimum des ondes P pour des distances télé sismiques (Δ > 30o). Le problème de cette mesure est la saturation rapide avec la magnitude.
D'autres magnitudes sont employées, surtout à l'échelle locale ou régionale. La magnitude de durée est souvent utilisée pour la micro sismicité et s'obtient comme son nom l'indique en mesurant la durée en seconde du signal sur le sismogramme. Une littérature abondante existe sur les régressions entre ces différentes mesures afin d'essayer de créer des relations de passage de l'une à l'autre. Ceci est toujours un exercice difficile. La disparité de ces mesures, que ce soit due au type d'onde, au type de capteur et à sa fréquence propre, à la distance, au type de magnitude utilisé, explique assez facilement la grande variabilité de la mesure de la magnitude d'un séisme dans les heures qui suivent son occurrence.
Pour compliquer ce panorama, il est essentiel d'ajouter que la plupart des mesures de magnitude, une fois que s'est écoulé un certain temps après le séisme, ne correspondent pas à ce qui est décrit précédemment. L'étude du séisme va passer par une inversion des sismogrammes afin de retrouver conjointement sa localisation, son mécanisme au foyer et son moment sismique. De ce dernier, il est déduit une magnitude appelée magnitude de moment ou Mw. Il s'agit de la magnitude la plus utilisée aujourd'hui.
Description
Magnitude
Effets
Fréquence
Micro
< 2,0
Micro tremblement de terre, non ressenti.
~ 8000 par jour
Très mineur
2,0-2,9
Généralement non ressenti mais détecté/enregistré.
~1000 par jour
Mineur
3,0-3,9
Souvent ressentis mais causant rarement des dommages.
~49000 par an
Léger
4,0-4,9
Secousses notables d'objets à l'intérieur des maisons, bruits d'entrechoquement. Dommages importants peu communs.
~ 6200 par an
Modéré
5,0-5,9
Peut causer des dommages majeurs à des édifices mal conçus dans des zones restreintes. Cause de légers dommages aux édifices bien construits.
800 par an
Fort
6,0-6,9
Peut être destructeur dans des zones jusqu'à 180 kilomètres à la ronde dans les zones peuplées.
120 par an
Majeur
7,0-7,9
Peut provoquer des dommages sévères dans des zones plus vastes.
18 par an
Important
8,0-8,9
Peut causer des dommages sérieux dans des zones à des centaines de kilomètres à la ronde.
1 par an
Exceptionnel
9,0
Dévaste des zones des milliers de kilomètres à la ronde.
1 tous les 20 ans |
Bonjour,
