18/11/2015 2015 UE Libre Plan 1/2 •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 2A. Mesures - Principes de localisation Ondes mesurées Types d’ondes Sismogramme 1 18/11/2015 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) 2A. Mesures - Principes de localisation Localisation Localiser l’épicentre d’un séisme grâce aux sismogrammes d3 d2 d1 Partie I : Les tremblements de terre et leurs effets J. Albaric, Janvier 2007 2 18/11/2015 Exemple: Les séismes en Finistère Carte de la sismicité instrumentale du Finistère réalisée à partir du catalogue SiHex récemment publié par le BCSF (Bureau Central de Sismicité de la France), pour les années 1964 à 2009, et à partir du catalogue du LDG/CEA de 2009 à 2013. Une sismicité non négligeable! http://www-iuem.univ-brest.fr/ldo/fr/ Observation/terrestre/sismicite-regionale 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 sont possibles : la faille de L'Elorn, la faille des monts d'Arrée et le cisaillement des montagnes noires. 3 18/11/2015 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 4 18/11/2015 –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 5 18/11/2015 –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 6 18/11/2015 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 7 18/11/2015 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 8 18/11/2015 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 9 18/11/2015 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… 10 18/11/2015 –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 11 18/11/2015 Principes de déplacement inter- et co-sismiques aux subductions • Mouvements horizontaux et verticaux Position de la côte (Cascades) –2C. Distribution dans le temps et la vitesse relative des plaques l’espace: liens avec Déplacements des plaques: mesures “géologiques” comparées aux mesures géodésiques 12 160 110 20 Þ Mouvement stable des grandes plaques à l’échelle de 3Ma Þ De quelques fractions de mm/an à plus de 15 cm/an ! 12 18/11/2015 Séismes de magnitude Mw>8.5 de 1900 à 2004 –2C. Distribution dans le temps et la vitesse relative des plaques l’espace: liens avec Les séismes de subduction 1. Chili 05/22/1960 - Mw 9.5 2. Alaska 03/28/1964 - Mw 9.2 3. Russie 11/04/1952 - Mw 9.1 4 . Sumatra 26/12/2004 Mw 9.0 5. Alaska 03/09/1957 - Mw 8.8 6. Equateur 01/31/1906 - Mw 8.8 7. Iles Kuriles 11/06/1958 - Mw 8.7 8. Inde 08/15/1950 - Mw 8.7 9. Alaska 02/04/1965 - Mw 8.6 10. Indonésie 02/01/1938 - Mw 8.5 Récurrence moyenne des séismes autour du Pacifique: ~120 ans: contrôlé à long terme par la vitesse de subduction (~8 cm/an) V rapide -> plus fréquents! (cycles courts) 13