1. Le séisme : rupture sur une faille • 2. Séismes - Perso-sdt

21/09/2016
2016 UE Libre
Plan
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•Zoom
1. Le
séisme : rupture sur une faille
– 1A. Elasticité des roches-> contraintes, résistance -> rupture
– 1B. Types de mouvements
– 1C. Le rebond élastique (Ried 1910) : Les phases inter -, co-, post-sismiques, le
cycle
• 2. Séismes: évaluation, distribution temps-espace,
lois d’échelle
– 2A. Mesures - Principes de localisation
– 2B. Magnitude, intensité, correspondances entre failles actives et magnitudes
– 2C. Distribution dans le temps et l’espace: liens avec la vitesse relative des
plaques
• 3. La protection contre le risque sismique
– 3A. Notions d’aléa et de vulnérabilité
– 3B. Prévision des tremblements de terre: la prédiction court, moyen, long
terme par l’analyse des cycles et par la modélisation
– 3C. Prévision du mouvement du sol: la prévention
– 3D. Génie parasismique
l2.
Séismes: évaluation, distribution temps-espace, lois d’échelle
–
2A. Mesures - Principes de localisation
A1. L’instrument: le sismographe
Systèmes oscillants
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2A. Mesures - Principes de localisation
Mesures: au début…
http://crdp.ac-amiens.fr/crdp/seismes
132 après J.-C., Chang Heng:
jarre en porcelaine avec 8
ouvertures en forme de têtes de
dragons - points cardinaux, billes
dans les gueules.
• À l’intérieur : mécanisme de
pendule, oscillant lors d’une
secousse sismique -> gueule d’un
dragon libère la bille qui tombe
dans la bouche d’une grenouille ->
sens de la secousse -> direction
de l’épicentre
•
Mesures: depuis 100 ans…
•
Sismomètres : masses atteignant 19 tonnes (Institut de physique du globe de Strasbourg
en 1900) -> petits sismomètres actuels, compacts, facilement transportables
http://crdp.ac-amiens.fr/crdp/seismes
Mesures: depuis 100 ans…
•
Principe sismomètre (sismographe) = pendule à
forte inertie relié à un bâti ou support solidaire du
sol et de ses mouvements. Le pendule est relié
au support avec un seul degré de liberté (axe de
rotation)
VERTICAL
HORIZONTAL
Train d’ondes -> Bâti se déplace avec le sol, pendule
tend à rester immobile à cause de son inertie :
mouvement relatif entre pendule et support -> signal
électromagnétique, amplifié électroniquement,
transformé en courant électrique, filtré, enregistré
(graphique ou numérique).
Haugmard, 2016
lSystème
d’amortissement (empêchant
la masse d’osciller) + dispositif
enregistrant simultanément le temps
l Sismomètres les plus courants:
électromagnétiques,mesurent la vitesse
de mouvement du sol.
Exemple: voir http://www.guralp.com
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2A. Mesures - Principes de localisation
Ondes observées et mesurées aux stations sismologiques lors d’un séisme
Sismogramme
Types d’ondes
2A. Mesures - Principes de localisation
Localisation
Þ Déterminer Latitude Longitude Profondeur
X = distance hypocentrale
Station
h = Profondeur du foyer
D = Distance épicentrale
h
Réseaux
(Foyer)
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2A. Mesures - Principes de localisation
Localisation
Localiser l’épicentre d’un séisme grâce aux sismogrammes
Localisation: problème inverse
Calcul par approches
« déterministes » ou
« probabilistes »
- Calculs rapides
- Incertitudes évaluées,
souvent de plusieurs
kilomètres
- Profondeur: paramètre le
moins bien connu
- Dépendance du nombre de
stations
d3
d2
d1
Méthode graphique, visuelle
(principe)
Partie I : Les tremblements de terre et leurs effets
J. Albaric, Janvier 2007
Exemple: Les
séismes en
Finistère
Réseau
avant 2011
Carte de la sismicité
instrumentale du Finistère
réalisée à partir du catalogue
récemment publié :
- par le BCSF (Bureau
Central de Sismicité de la
France), pour les années
1964-2009
- par le LDG/CEA pour les
années 2009-2013
Une sismicité non
négligeable!
http://www-iuem.univ-brest.fr/ldo/fr/
Observation/terrestre/sismicite-regionale
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Exemple: Localisation du séisme du 11 octobre 2013
2 organismes localisent
les séismes en France:
le CEA et le RéNaSS.
Les localisations
diffèrent car en temps
réel, les stations
utilisées sont
différentes et peu
nombreuses en
Bretagne
Il est difficile de dire
quelle faille est
l'origine de ce séisme.
Trois candidats
possibles : la faille de
L'Elorn, la faille des
monts d'Arrée et le
cisaillement des
montagnes noires.
Réseau 2011-2013
Exemple: Les
séismes en
304 séismes, 2011-2013
Bretagne
Comparaison de
localisations des 304
séismes en Bretagne
entre 2011 et 2013:
épicentres localisés par
méthode probabiliste
(points bleus) et des
épicentres des bulletins
nationaux (méthodes
déterministes, croix
rouges).
Le séisme du 8 avril 2012
à 3h19 est indiqué en trait
tireté (pour ce séisme, les
épicentres des bulletins
du LDG et du RéNaSS
sont distants de plus de
300 km).
Haugmard, 2016
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l2.
–
Séismes: évaluation, distribution temps-espace, lois
d’échelle
2B. Magnitude, intensité, correspondances entre failles actives et magnitudes
Ü Magnitude : renseigne sur l’énergie libérée lors du séisme
Les différentes « échelles » (OUVERTES) de magnitude
• La magnitude locale ML (Richter): ML = logA + B
A (en mm) = amplitude maximale mesurée avec un sismographe Wood Anderson, B la correction de la distance –
définie en 1935
• La magnitude de surface Ms : utilisée pour les séismes lointains, dits téléséismes, à profondeur inférieure à
80 km. Elle se calcule à partir de l'amplitude des ondes de surface – définie en 1936
• La magnitude de volume mb : définie pour tous les téléséismes et en particulier pour les séismes profonds,
car ceux-ci génèrent difficilement des ondes de surface. Elle est calculée à partir de l'amplitude de l'onde P –
définie en 1956
• La magnitude de moment Mw (Kanamori) : définie en 1979 pour tous les séismes, notamment les « forts »:
Mw = 2/3*log( M0 ) - 6
Mo est le moment sismique (en N.m)
Remarque: toutes ces « échelles » convergent si les valeurs sont bien déterminées
l2.
Séismes: évaluation, distribution temps-espace, lois
d’échelle
Ü Magnitude
ILLUSTRATION:
Correspondance graphique
entre magnitude et distance
au foyer – Amplitude
maximum des ondes en
champ proche
EXEMPLE :ML
BILAN:
- « échelle » ouverte,
continue
- Avant: basée sur les
amplitudes (ou la durée): ML,
Ms, mb
- Aujourd’hui: magnitude de
moment sismique Mw,
dépendant de l’énergie
sismique libérée
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–2B.
Magnitude, intensité, correspondances entre failles actives et
magnitudes
Ü Magnitude:
Passage d’un degré à l’autre…
Changement en
Magnitude
Changement en mouvement du
sol (Déplacement)
Changement en énergie
1.0
10 fois
~32 fois
0.5
3.2 fois
~5.5 fois
0.3
2 fois
~3 fois
0.1
1.3 fois
~1.4 fois
Compléments: Voir http://www.techno-science.net/
–2B. Magnitude, intensité, correspondances
entre failles actives et magnitudes
Ü Intensité: effets constatés
- définie en un lieu par rapport aux effets
produits par ce séisme
- dépend donc du lieu d'observation,
contrairement à la magnitude!
- Echelle de Mercalli (1902), modifiée en 1956
- Echelle MSK créée en 1964, du nom des trois sismologues européens Medvedev,
Sponheuer et Karnik.
Extrait de Larroque et Virieux, 2001
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–2B.
Magnitude, intensité, correspondances entre failles actives et
magnitudes
Energie des séismes -> paramètre prédominant : Surface de la Rupture et
donc … longueur de la faille réactivée
-> Correspondances entre failles actives et magnitudes:
Extrait de Larroque et Virieux, 2001
L
Mo = μ . S . D
en N.m
W
L = Longueur
W = Largeur
–2B. Magnitude, intensité, correspondances entre
Log(S)
μ = Coefficient de
rigidité (N.m-2)
S = Surface de la faille
qui a subi la rupture =
LxW
D = Glissement sur la
faille
failles actives et magnitudes
Les lois d’échelle: espace (M-S)
Sumatra 2004
L
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Grands séismes, quand?
l2. Séismes: évaluation, distribution
temps-espace, lois d’échelle
– 2C.
Distribution dans le temps et l’espace: liens avec la
vitesse relative des plaques
Fréquence des séismes:
connu depuis quelques années à
quelques siècles, selon les
Nombre moyen de séismes dans le monde chaque année
magnitudes
Magnitude Ms >
8
7
6
5
4
3
Nombre au-dessus de la magnitude Ms
1à2
20
100
1500
7500
plus de 100 000
–2C.
Distribution dans le temps et l’espace: liens avec la vitesse relative
des plaques
Etude de la distribution temporelle des séismes
Voir Partie 2A
http://www.esc2010.eu/Images/archaeoseismology.pdf
http://www.emsc-csem.org/News/esc2010/?k=1&item=10
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Grands séismes, quand?
Sismicité historique
- Information importante pour la réduction
du risque sismique
- Avantage: élargit la connaissance des cycles
sismiques d’une région donnée
- Inconvénients: imprécisions de localisation,
magnitude, complexité de la rupture -> usage
délicat…
-> Avec la sismicité instrumentale: à la base
des cartes de zonage macrosismique
(sismotectonique)
- Périodes historiques couvertes: de
quelques centaines d’années à quelques
milliers d’années, selon l’ancienneté des
civilisations et le transfert des savoirs
1ère carte de sismicité historique des
Alpes (Rothé, 1941)
Grands séismes, quand?
Sismicité historique
Remarque:
Hétérogénéité des catalogues,
fonction de la densité de
population, de la qualité de la
mémoire écrite, de l’histoire des
conquêtes
Sismicité historique des Alpes
(Fréchet & Thouvenot, 1995)
- Plus la période est ancienne, plus la fiabilité est incertaine
-> Evaluation de la sismicité historique = un travail de spécialiste
- Caractère aléatoire des témoignages
- Variabilité des mouvements du sol (effets de site, effets topographiques)
- Contextes sociologique, politique, démographique, religieux
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Grands séismes, quand?
–2C.
Distribution dans le temps et l’espace: liens
avec la vitesse relative des plaques
Recul dans le temps: paléosismologie
O. Bellier, CEREGE
Grands séismes, quand?
–2C.
Distribution dans le temps et l’espace: liens
avec la vitesse relative des plaques
La paléosismologie : un
travail de « terrassier »
Tranchées à travers la
trace de faille
Les niveaux successifs au contact de la faille = histoire sismique
O. Bellier, CEREGE
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Grands séismes, quand?
–2C.
Distribution dans le temps et l’espace: liens
avec la vitesse relative des plaques
Exemple:
Faille de San Andreas, Californie
Glissement cumulatif sur le site de Wrightwood (Weldon, 2004)
Grands séismes, où?
–2C.
Distribution dans le temps et l’espace: liens
avec la vitesse relative des plaques
- La plupart aux limites des plaques
- Séismes superficiels -> effets dévastateurs sur constructions
- Mais peu de séismes
permettent une observation
directe de la rupture…
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–2C. Distribution dans le temps et l’espace: liens avec
Grands séismes, où?
vitesse relative des plaques
la
Grandes et petites plaques
1 PACIFIQUE
2 EURASIE
3 AFRIQUE
4 ANTARCTIQUE
5 INDE-AUSTRALIE
6 AMERIQUE DU NORD
7 AMERIQUE DU SUD
8 NAZCA
9 PHILIPPINE
- 2 postulats: Plaques rigides – Frontières étroites
- Plaques souvent « mixtes »
- Zones en déformation: souvent plus larges!
Grands séismes, où?
10 ARABIE
11 COCOS
12 CARAIBE
–2C. Distribution dans le temps et
vitesse relative des plaques
l’espace: liens avec la
Les séismes de subduction
Accumulation de
contraintes au cours
des temps
géologiques,
dépendant de la
vitesse interplaque et
des propriétés de
résistance des roches
90% de la sismicité mondiale est produite dans les zones de
subduction
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Principes de déplacement inter- et co-sismiques
aux subductions
• Mouvements horizontaux et verticaux
Position de la côte (Cascades)
Principes de déplacement inter- et co-sismiques
aux subductions
• Mouvements horizontaux et verticaux
Position de la côte (Cascades)
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