Séisme ou tremblement de terre

Un séisme, ou tremblement de terre, résulte de la libération brusque d'énergie accumulée par les contraintes exercées sur les roches. Le résultat de la rupture des roches en surface s'appelle une faille. Le lieu de la rupture des roches en profondeurs se nomme le foyer. 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] grâce à des sismographes(appareils permettant de détecter les ondes sismiques à plus de milliers de kilomètres du foyer sismique). 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 séisme est appelé hypocentre ou foyer sismique . 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 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)[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 enchaînement 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 nucléaires peuvent entraîner des séismes de faible à moyenne magnitude. Ils sont fréquents et bien documentés depuis les années 1960-1970
Par exemple, rien que pour la France et uniquement pour les années1971-1976, plusieurs séismes ont été clairement attribués à des remplissages de lacs-réservoirs, à l'exploitation de gisements pétrolifères ou aux mines ;

- le remplissage du lac-réservoir de Vouglans (Jura) (magnitude 4,3, le 21 juin 1971) qui produit des dégât dans les villages voisins du barrage ;
- Autour du lac-réservoir de l'Alesani, en corse, le 29 sept 1971 un séisme est resssenti sur une faible surface centrée sur le lac (dans une zone jusqu'alors complètement aséismique) . En Avril 1978, lors d'un nouveau remplissage (après vidange du barrage durant plusieurs mois), un nouveau séisme de magnitude 4,4 est ressenti ;
- le lac-réservoir de Sainte-croix-du-Verdon (Alpes de Haute Provence) n'a pas bougé lors de son remplissage, mais de sept 73 à aout 1975, les stations séismiques télémétrées ont enregistré plus de 90 petites secousses, au voisinage même du lac, et leur fréquence maximale (36 secousses en 3 mois) correspondait au moment du pic de remplissage (mars-mai 1975) ;
- le gisements pétrolifère et gazier de Lacq (surveillé depuis 1974), a encore produit des séismes (dont le 31 dec 72, de magntitude 4,0) ;
- le gisement gazéifère de Valempoulières (Jura) a généré un petit séisme le 8 janvier 1975, ressenti par les communes l'entourant ;
- Des "coups de toit" touchent régulièrement le bassin minier de Fuveau-Gardanne dans les Bouches-du-Rhône, et celui de Creutzwald-Merlebach en Moselle), parfois confondus avec de véritables séismes naturels[4]

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.
Article détaillé : Séismes induits.

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

La puissance d'un tremblement de terre peut être quantifiée par sa magnitude, notion introduite en 1935 par le sismologue Charles Francis Richter[5]. 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[5]. 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 de 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[5]. 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[5]. Des lois d'échelle relient cette magnitude de moment aux paramètres géométriques du séisme (surface rompue et quantité de glissement sur la faille).

Intensités d'un séisme

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[6]. 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 (震度) 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[7].

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[7].
* 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[7].

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[7]. Généralement ce sont les ondes de surface qui produisent les effets destructeurs des séismes.

Enregistrement des séismes

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

Il est également à noter que des séismes se produisent en nombre, tous les jours ! Voilà le site du Centre Sismologique Euro-Méditerranéen (ou European-Mediterranean Seismological Centre) où sont répertoriés bon nombres de séismes >> [6] 1/5e des séismes d'une magnitude égale ou supérieure à 6 recensés dans le monde surviennent au Japon[8].

Tremblements de terre en France

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 sept, soit en moyenne quatre 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.

On a injustement reproché aux pouvoirs publics le manque de transparence et le caractère quasi occulte des informations traitant de ces risques. La brochure sur le « nouveau zonage sismique de la France » (1985), à la réalisation de laquelle le Bureau de recherches géologiques et minières (BRGM) a largement contribué en raison de sa compétence technique, permet aujourd’hui de démystifier ce domaine et de faire évoluer la politique de prévention du risque sismique. D’autres brochures plus récentes, dont celle, par exemple, réalisée par la Préfecture des Alpes-Maritimes, en août 2000, s’inscrit dans l’esprit de la loi du 22 juillet 1987 relative à l’organisation de la sécurité civile, à la protection des risques majeurs et dans le cadre de l’information des populations. Elles contiennent par ailleurs un recueil des mesures d’urgence qui seraient, le cas échéant, mises en œuvre ; il précise les moyens d’information utilisables et rappelle les recommandations des services de secours à destination de la population exposée dans les départements concernés.

En 2005, le Gouvernement a annoncé un plan de six ans de prévention des séismes ayant pour but de mieux sensibiliser les populations, à mieux prendre en compte les risques sismiques dans les constructions, de reprendre les recommandations européennes sur les constructions parasismiques, d’approfondir la connaissance scientifique du risque, et enfin de coopérer et communiquer entre tous les acteurs de la prévention et de la gestion du risque… En l’état actuel un séisme comparable à celui survenu en 1909 près de Salon-de-Provence pourrait faire de 400 à 1000 morts !…

Les plus anciens séismes mortels en France se sont produits en[14] :

* 1227 : Aix-en-Provence et Lambesc (intensité 10 : 5 000 morts)
* 1248 : Savoie (9 000 morts) Note : La catastrophe (gigantesque éboulement) dans la nuit du 24 au 25 novembre 1248 n'est très probablement pas due à un séisme (voir l'article Mont Granier).
* 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 :

* 11 juin 1909 : tremblement de terre (M=6,2) le plus meurtrier qu'ait connu la France au XXe siècle (46 victimes) en Provence qui provoqua des destructions dans les villes de Salon-de-Provence, Vernègues, Lambesc, Saint-Cannat et Rognes
* 13 août 1967 : le village d'Arette (Pyrénées-Atlantiques) est détruit à 80 % par un séisme qui tua une personne.
* 18 février 1996 Saint Paul de Fenouillet ( Pyrénées Orientales ) Epicentre : AXAT[réf. nécessaire]
* 30 septembre 2002 : épicentre situé près de Hennebont (Morbihan). Le séisme de 5.4 sur l'échelle de Richter est ressenti dans tout le Massif Armoricain, sur la Bretagne et une partie des Pays de la Loire.
* 22 février 2003 : épicentre situé près de Saint-Dié (Vosges) à 21h41, de magnitude 5,4 sur l'échelle de Richter.
* 23 février 2004 : Baume-les-Dames à 18 h 31, de magnitude 5,1 sur l'échelle de Richter occasionnant une rupture des réseaux électriques et téléphoniques.
* 24 aout 2007 : Île de La Réunion à 15 h 30, la totalité de l'île est secouée par un séisme de magnitude 3.6 sur l'échelle de Richter. La secousse provoque de nombreux effondrements dans les reliefs et fait apparaître quelques failles sur une école, fermée au moment du sinistre. Le réseau téléphonique est saturé pendant 15 minutes suivant le tremblement de terre. L'ensemble des conséquences qui en découlent sont restés sans gravité et n'ont causés aucune victime. Il semblerait que la secousse ait pour origine l'effondrement d'une partie du sous-sol de l'île dans la croute terrestre, La Réunion ne se trouvant pas à proximité immédiate d'une faille.
* 29 novembre 2007 : La Martinique fut touché par un séisme d'une magnitude de 7,4 sur l'échelle de Richter qui a secoué toute l'île. [15]
* 5 mai 2009 : un tremblement de terre s'est produit en Allemagne vers 3 h 39, il a été ressenti en Alsace à Mulhouse, magnitude 4.
* 30 juin 2010: Dans la même journée deux séismes distincts se sont produits en France, tout deux d'une magnitude de 4,2 sur l'échelle de Richter. Le premier en Vendée à 07 h 15 Temps Universel a été ressenti dans un rayon d'une quarantaine de kilomètres; puis le second, à 11h 53 Temps Universel, en Savoie sur la commune de Saint Jean de Maurienne, là aussi ressenti dans un rayon de quarante kilomètres.
* 7 juillet 2010: Séisme dans le pays Manosquin vers 22 h 20 Temps Universel d'une magnitude de 3 sur l'échelle de Richter, a été ressenti dans un rayon d'une quarantaine de kilomètres environ. Aucun dégâts constatés pour le moment.

Méthodes de détection

Ancienne méthode chinoise

L'ancienne méthode chinoise consistait en un vase de bronze comportant huit dragons sur le pourtour. Une bille était placée dans la gueule de chacun d'eux, 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 pointant à 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 les secours et à maintenir l'ordre après la catastrophe.

Méthodes modernes

La localisation de l'épicentre par des moyens modernes se fait à l'aide de plusieurs stations sismiques (3 au minimum), et un calcul tridimensionnel. Les capteurs modernes permettent de détecter des événements très sensibles, tels qu'une explosion nucléaire.

Méthodes de prévision

On peut distinguer trois types de prévisions : La prévision à long terme (sur plusieurs années), à moyen terme (sur plusieurs mois), et à court terme (inférieur à quelques jours)[16].

Long terme

Les prévisions à long terme reposent sur une analyse statistique des failles répertoriées. Elles permettent de définir des normes pour la construction de bâtiments. De manière générale, plus il y a du temps entre deux séismes, plus le deuxième est proche et sera plus puissant. Certaines failles telles celle de San Andreas en Californie ont fait l'objet d'études statistiques importantes ayant permis de prédire le séisme de Santa Cruz en 1989. Des séismes importants sont ainsi attendus en Californie, ou au Japon (Tokaï, magnitude 8.3).

Moyen terme

Les prévisions à moyen terme sont plus intéressantes pour la population. Les recherches sont en cours pour valider certains outils, comme la reconnaissance de formes (dilatance).

Court terme

Les prévisions à court terme se basent sur des observations très précises des terrains à risque. Les moyens de détection peuvent avoir un coût important et des résultats non garantis, du fait de la grande hétérogénéité des signes précurseurs d'un séisme, voire leur absence dans des séismes pourtant de grande ampleur, tels que TangShan ou Michoacan, qui avaient été prévus à moyen terme mais non à court terme.

De plus les gouvernements ont besoin d'informations certifiées pour évacuer une population des sites suspectés. La Grèce étudie notamment la fiabilité de la méthode VAN, qui fonctionne par des enregistrements de variations des courants électrotelluriques[réf. nécessaire]. Cette méthode, bien que fortement controversée dans le milieu scientifique, semble avoir détecté 5 séismes majeurs avec plusieurs jours d'avance[réf. nécessaire]. Les États-Unis utilisent des outils de grande sensibilité autour des points statistiquement sensibles (tels que Parkfield en Californie) : vibrateurs sismiques utilisés en exploration pétrolière, extensomètres à fil d'invar, géodimètres à laser, réseau de nivellement de haute précision, magnétomètres, analyse des puits. Le Japon étudie les mouvements de l'écorce terrestre par GPS et par interférométrie (VLBI), méthodes dites de géodésie spatiale. En Afrique du Sud, les enregistrements se font dans les couloirs des mines d'or, à 2 km de profondeur. La Chine se base sur des études pluridisciplinaires, tels que la géologie, la prospection géophysique ou l'expérimentation en laboratoire.

Conduite à tenir en cas de tremblement de terre

Aux premières secousses, ne chercher ni à entrer ni à sortir des immeubles. Se tenir à l'écart des vitres et des fils électriques. En voiture, s'arrêter mais ne pas sortir. Après le tremblement, vérifier l'eau, le gaz et l'électricité. Réserver le téléphone aux urgences et écouter les consignes radio.

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