Les séismes et tsunamis: leur origine et comment
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Les séismes et tsunamis: leur origine et comment se proteger le 26 Oct. 2011 SCIGRAD’11 ENSTA, Paris Marc-André Gutscher Directeur de Recherche CNRS à l’IUEM / Univ. Brest Tsunami = un mot Japonais qui signifie “vague de port” (cela n’a rien à voir avec les marées) Les 4 causes potentielles des tsunamis - séisme sous la mer (typiquement séisme de subduction) - glissement sous-marin (sédiments de pente continentale) - effondrement d’île volcanique (Krakatao 1883, Santorin 1500 av.J.C.) - impact de méteorite (comme celui qui a tué les dinosaures) Tsunami = un mot Japonais qui signifie “vague de port” (cela n’a rien à voir avec les marées) Les 4 causes potentielles des tsunamis - séisme sous la mer (typiquement séisme de subduction) - glissement sous-marin (sédiments de pente continentale) - effondrement d’île volcanique (Krakatao 1883, Santorin 1500 av.J.C.) - impact de méteorite (comme celui qui a tué les dinosaures) La terre : une planète vivante, avec relief, sismicité, volcans La surface de la terre est composée d’une douzaine de plaques Les plaques se déplacent les unes par rapport aux autres Le moteur des déplacements de surface est la convection interne (transport de chaleur du noyau vers l’extérieur) Une zone de “subduction” c’est quand une plaque océanique s’enfonce sous une autre (et retourne dans le manteau) 90% de la sismicité mondiale se produit ici (à l’endroit où il y a un frottement entre les deux plaques) Dans l’ouest du Pacifique il y a de nombreuses zones de subduction (marquées par la sismicité et par les volcans actifs) Bloc diagramme tectonique du Japon (L. Jolivet) Au Japon le 11 mars 2011 : Un "méga-séisme" (M9) de subduction, une faille de 500km (N-S) x 200 km (E-W) (coupe avec répliques sur 4h) répliques zone de rupture Carte de répliques sur 14h (hypocentres - EMSC) Les accélérations dues au secousses (> 50% g !!) Un glissement co-sismique de 10 - 40m sur le plan de faille (Simons et al., 2011, Science) Lors du séisme, l’île de Honshu s’est déplacée 1 - 4 m vers l’Est (source JPL et Caltech) Comment est géneré un tsunami? Propagation d’onde de tsunami Propagation d’onde de tsunami Propagation d’onde de tsunami Propagation d’onde de tsunami Propagation d’onde de tsunami Modélisation du tsunami du 11 Mars 2011 au Japon (K. Satake) Observation du tsunami par marégraphe Amplitude du tsunami du 11 Mars 2011 au Japon 1 - 3 m sur l’ensemble des îles (source JMA) Inondation due au tsunami : le maximum est en face de la zone de rupture du séisme et dans des baies orientées vers l’Est Propagation du tsunami du Japon du 11 Mars 2011 (source – NOAA) Le tsunami affecte l’ensemble du Pacifique et particulièrement les îles Hawaii est touché 7h après le séisme, la Californie 10h après Propagation du tsunami du Japon du 11 Mars 2011 (modèle – CEA) Le tsunami traverse le Pacifique en <24h Hawaii est touché 7h après le séisme, la Californie 10h après La physique des tsunamis: (amplitude, vitesse, longueur d’ondes) L’aeroport de Sendai (après le tsunami) Les plus grands séismes depuis 1900 1- Chile 1960 M9.5 2- Alaska 1964 M9.2 3- Sumatra 2004 M9.1 4- Japon 2011 M9.0 5- Kamchatka 1952 M9.0 6- Ecuador 1906 M8.8 7- Chile 2010 M8.8 8- Sumatra 2005 M8.7 Tous ont provoqué des tsunamis (sauf celui au Tibet) Peut-on se protéger contre les tsunamis? OUI - Education - Système d’alerte Temps de propagation de tsunami dans le Pacifique Sumatra : une séquence 26 Déc. 2004 - 1400 km de trois méga-séismes 28 Mars 2005 - 400 km 12 Sept. 2007 - 400 km Le séisme de Déc. 2004 a rompu une faille de 1400 km de long Sumatra Aftershocks: campagne océanographique française (J.-C. Sibuet) N/O Marion Dufresne Août 2005 OBS, bathymétrie carottage Campagne: Sumatra Aftershocks, N/O Marion Dufresne Août 2005 Positions des Stations OBS (Ocean Bottom Seismometer) Campagne: Sumatra Aftershocks Stations OBS (enregistrement des répliques) Position et carte de bathymétrie multifaisceaux Les travaux Brestois sur Sumatra: bathymétrie Front de déformation (vue perspective en 3-D) Les travaux Brestois sur Sumatra : Campagne OBS - structure profonde grand OBS (Ifremer) micrOBS (Ifremer/IUEM) Structure profonde : modèle de vitesse déterminé par les OBS (Klingelhoefer et al., 2010, JGR) Les séismes se produisent dans une gamme de profondeurs (liée à la température) La zone “sismogène” (thermique) = 200 km (en bon accord avec les répliques du séisme) Séisme M8,8 au Chili 27 Février 2010 Zone de rupture 500-600km (N-S) x 150 km (E-W) répliques sur 2 semaines répliques sur 4 jours (USGS/NEIC) pas de séisme depuis 1835 observé par Charles Darwin Séisme de Maule, Chili le 27 Fév. 2010, M8,8 Modèle de glissement de CalTech (Sladen et al., 2010) Zone de rupture ~500km (N-S), 10m de glissement Réseau temporaire de sismomètres fond de mer (OBS) (15 Jul - 12 Sep 2010) - Projet Taiwanais - Navire Chilean (Gardar) - Instruments français (micrOBS+ développés par Ifremer) Réseau OBS déployé du 15 Juil - 6 Août 2010) 55 répliques en mer enregistrées par ≥5 OBS Répliques enregistrées par OBS (diamants noirs) et sismicité à long-terme (cercles colorés) La majorité des répliques se situe sur une faille qui mesure 150km en largeur E-W Propagation du tsunami du Chili (modélisation de Caltech 2010) L’énergie maximum rayonne perpendiculairement à la fosse (et à la côte) L’Europe, est-elle menacée par les séismes et tsunamis? European-Mediterranean seismicity (USGS PDE Catalog M≥ ≥2.5 1973-2010) Carte de l’aléa sismique en région Europe - Méditerranée European-Mediterranean seismic hazard map (European Seismological Commission) Carte de l’aléa sismique en région Europe - Méditerranée 60,000 morts (1755) 180,000+ morts (depuis 1600) European-Mediterranean seismic hazard map (European Seismological Commission) Le Sud de l’Europe est frappé par des séismes et tsunamis comme Lisbonne en 1755, magn. 8,7 et tsunami de 5-10 m le séisme de 1755 au Maroc Volubilis Rabat Le tsunami de 1755 au Maroc la forteresse de Mazagan (El Jadida) Loi d’échelle pour les séismes (surface de rupture et magnitude) Le Sud de l’Italie : une zone très exposée au risque sismique Séisme de Messine Déc. 1908 (72.000 morts, tsunami 5-10 m) L’arc Calabrais : Sismicité historique Séismes M~7 (Une des régions les plus meurtrières de la planète…) 1908 Messina 72.000 morts 1905 Calabria 500 morts 1783 Calabria 50.000 morts 1693 Catania 60.000 morts 1638 Calabria ?? morts 1169 E. Sicily ?? morts Mais aucun séisme typique “subduction" (chevauchant) Séismes historiques en Méditerrannée: Rhodes (225 av. J.C.) Alexandrie (1323 ) Carte de l’aléa sismique en région Europe - Méditerranée European-Mediterranean seismic hazard map (European Seismological Commission) En métropole : - Alpes – Provence – Cote d’Azur - Pyrénées - Fossé Rhenan (séisme de Basel de 1356) Outre mer : -Les petites Antilles (Guadeloupe et Martinique) classifiées comme des zones à FORT aléa sismique Carte de sismicité en France et régions voisines Carte des réseaux de stations sismologiques en France ReNaSS (Réseau National des Stations Sismologiques) DASE (Département Analyse Surveillance et Environnement du CEA) En métropole : - Alpes – Provence – Cote d’Azur - Pyrénées - Fossé Rhenan (séisme de Basel de 1356) Outre mer : -Les petites Antilles (Guadeloupe et Martinique) classifiées comme des zones à FORT RISQUE Les Antilles : un aléa sismique mal connu Lacune de séismes chevauchants au sud de la Guadeloupe … séismes historiques Intens. = IX, X Le NE du Japon : séismes fréquents (1973-2010) Conclusions - Les séismes et tsunamis dévastateurs (Sumatra 2004, 2005, 2007; Chili 2010 et Japon 2011) ne sont pas rares à l’échelle mondiale. (Le Pacifique est souvent touché.) - La France métropôle n’est pas exposée à un tel aléa mais les Antilles le sont probablement (l’aléa reste mal connu). - L’aléa de séisme et tsunami est fort en certaines régions de la Méditerranée. - Nous ne pouvons pas prédire les séismes à court terme, mais pouvons “prévoir” à long terme (l’amplitude, l’endroit). Cependant il faut des observations à long terme et des études approfondies sur zone (travaux effectués à Brest). - La bonne construction (parasismique) et l’éducation peuvent sauver les populations locales. - effondrement d’île volcanique (exemple La Palma, Canaries) - impact de méteorite (extinction des dinosaures?) Il y a 65 millions d’années une méteorite d’environ 10 km de diamètre a heurté la terre près de Yucatan (Mexique). Des dépôts de méga-tsunamis ont été trouvés à terre à plus de 200 km des côtes. -glissement sous-marin (sédiments de pente continentale) glissement de Storegga 6000 av.J.C. volume = 3000 km3 Quantifier le séisme = Estimer la magnitude • La magnitude est directement liée – à la taille de la zone de rupture – au déplacement Mw = 2/3*log( M0 ) - 10.7 avec M0 =µDS
