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COURS DE CONSTRUCTION PARASISMIQUE – VOLUME 1
SISMOLOGIE APPLIQUEE
SISMOLOGIE: ETUDE DES SEISMES
Introduction à la sismologie appliquée
- à la construction
- à la politique de construction et d’urbanisme
- à la politique de réduction du risque sismique
à l’usage des architectes et ingénieurs
Patricia BALANDIER
Figure 1 - Séisme niçois de 1564. De tous temps les hommes ont cherché à
représenter et expliquer le phénomène sismique.
OBJECTIFS DE LA SISMOLOGIE APPLIQUEE A LA CONSTRUCTION
-
-
Identification des sources sismiques pouvant concerner le site à construire.
Estimation de l’énergie sismique pouvant arriver sur le site (Estimation de l’aléa
sismique régional).
Connaissance du comportement prévisible du site sous l’effet des séismes
régionaux possibles (Estimation de l’aléa sismique local).
Maîtrise de la réponse potentielle des bâtiments, viabilités et équipements aux
mouvements prévisibles du sol.
Adoption de politiques de mitigation du risque sismique.
Traduction réglementaire des connaissances.
Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieurs
Patricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001
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DONNEES DE SISMOLOGIE APPLIQUEE
POUR L’ARCHITECTE ET L’INGENIEUR
1. Introduction, avertissement
2. Le phénomène sismique
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
Contrainte, déformation, rupture des roches
Les différents mécanismes des failles actives
Notion de cycle sismique d’une faille active
Caractérisation d’une source sismique
Notion de Magnitude d’un séisme
3. Caractérisation des phénomènes tectoniques
3.1.
Types de séismes, études et prévention
3.2.
Sismicité de la planète
3.3.
Structure de la planète, une dynamique interne
génératrice de mouvements relatifs
3.4.
Notion de dérive des continents
3.5.
Tectonique des plaques et sismicité associée aux
différents types de limites entre plaques
3.5.1. Limites divergentes
3.5.2. Limites convergentes
3.5.2.1. Subduction des plaques océaniques
3.5.2.2. Surrection des plaques continentales
3.5.3. Limites transformantes
3.5.4. Cas des séismes intra plaques
3.6.
De la modélisation des déplacements relatifs des plaques
tectoniques à la définition des domaines tectoniques
4. La secousse sismique, caractérisation des ondes
sismiques
4.1.
Les types d’ondes
4.1.1. Les ondes de volume
4.1.2. Les ondes de surface
4.2.
Représentation dans le temps du mouvement sismique
enregistré en un site : sismogrammes, accélérogrammes
4.3.
Représentation du mouvement enregistré en un site par
son signal fréquentiel : le spectre de réponse
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5. La propagation des ondes sismiques
5.1.
Utilisation des caractéristiques de propagation des ondes
sismiques
5.2.
Vitesses de propagation, détermination de l’épicentre
5.3.
Lois d’atténuation
5.4.
Réflexion, réfraction diffraction des ondes aux interfaces
des sols et sous-sols différents
5.5.
Modification des ondes par les milieux traversés
5.6.
Les conditions de modification locale du mouvement fort
5.7.
L’intensité locale
5.7.1. Définition
5.7.2. Échelles de mesure
5.7.3. Isoséistes
6. Les moyens de caractérisation de l’aléa sismique
régional
6.1.
6.2.
6.3.
6.4.
6.5.
6.6.
Problématique : établir des « modèles » sismotectoniques
La sismicité instrumentale
La sismicité historique
L’archéo-sismicité
La paléo-sismicité
Les investigations géotechniques et sismologiques
7. L’aléa sismique régional
7.1.
Estimation du mouvement sismique possible « au
rocher horizontal » d’un site et de sa périodicité de retour
7.2.
Caractérisation des structures tectoniques susceptibles de
jouer
7.3.
Lois de distribution fréquence-magnitude
7.4.
Évaluation déterministe de l’aléa sismique régional
7.5.
Évaluation probabiliste de l’aléa sismique régional
7.6.
Zonage de l’aléa régional: Echelle d’étude 1/1 000 000
8. L’aléa sismique local
8.1.
Effets directs du séisme
8.1.1. Le mouvement « au rocher » (rappel)
8.1.2. Les bouleversements topographiques à grande échelle
8.1.3. Le jeu d’une faille en surface
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8.2.
Effets de site : amplification localisée du signal sismique
8.2.1. Topographies amplifiant l’action sismique: butte, crête, bord de
falaise
8.2.2. Discontinuité latérale de densité du sol
8.2.3. Sol alluvionnaire de forte épaisseur amplifiant l’action sismique
8.3.
Effets induits par les secousses sismiques sur les sites
8.3.1.
8.3.2.
8.3.3.
8.3.4.
8.3.5.
8.4.
Glissements de terrains, chutes de pierres (purge)
Liquéfaction des terrains granulaires saturés d’eau
Subsidence sur cavités
Tsunamis
Effets d’origine anthropique, problèmes urbains
Microzonage de l’aléa local : Echelle d’étude 1/10 000
9. Les notions d’aléa, vulnérabilité et risque
9.1.
9.2.
Terminologie UNDRO pour les risques majeurs
Terminologie et concepts propres au risque sismique
10. La traduction réglementaire des études de
sismologie appliquée: arbitrages politiques
10.1.
10.2.
La politique de gestion des risques naturels majeurs
Le contexte légal et réglementaire français
10.2.1.
Codes et Lois
10.2.1.1.
Loi n° 87-565 du 22 juillet 1987
10.2.1.2.
Loi n° 95-101 du 2 février 1995 (Loi Barnier)
10.2.1.3.
Code de l’Environnement
10.2.2.
Décrets
10.2.2.1.
Décret n° 91-461 du 14 mai 1991
10.2.2.2.
Décret n° 95-1089 du 5 octobre 1995
10.2.2.3.
Décret no 2000-892 du 13 septembre 2000
10.2.2.4.
Décret n° 2001-116 du 05 Février 2001
10.2.3.
Arrêtés et circulaires
10.2.3.1.
Arrêté du 29 mai 1997 (ORN)
10.2.3.2.
Arrêté du 10 mai 1993 (ORS)
10.2.3.3.
Circulaire du 27 mai 1994 (ORS)
10.2.3.4.
Arrêté du 15 septembre 1995 (Ponts à risque normal)
10.2.4.
Et l’existant?
10.2.5.
Les règles PS-92, plan du contenu
10.2.6.
L’Eurocode 8, plan du contenu
11. Bibliographie
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1. Introduction, avertissement
Les sismologues et géophysiciens se livrent à des recherches toujours plus poussées pour
caractériser la sismicité du globe.
Les mécanismes sismiques sont étudiés de plus en plus finement pour tenter d’établir des
lois de comportement, des « modèles », qui permettent peu à peu de progresser dans la
prévision des phénomènes et donc de la prévention.
Dans l’état actuel des choses, il est question de prévoir et non de prédire. C’est à dire
qu’on peut assez bien caractériser ce qui peut arriver dans une zone sismique, et lui
associer une probabilité de survenance, mais pas encore dire quand.
Une partie des résultats de la recherche est directement utile à l’élaboration de stratégies
de « protection » contre les actions sismiques, c’est celle qui intéresse les architectes et
les ingénieurs, et en général les professionnels impliqués dans la prévention.
Ainsi on peut assez bien :
- définir la « violence » possible des séismes pouvant survenir sur les failles
sismogènes, c’est à dire leur magnitude,
- établir la manière dont la distance va atténuer l’amplitude des oscillations,
- définir la manière dont un sol ou un site donné va modifier les oscillations qu’il
reçoit, en les amplifiant éventuellement,
- définir la manière dont un sol peut voir ses caractéristiques mécaniques se
dégrader (tassements, éboulements…) de façon inacceptable pour la sécurité des
personnes et activités qui s’y trouvent.
Ce qui permettra d’opérer les bons choix en matière de construction, et en général
d’aménagement du territoire.
Ce fascicule d’introduction à la sismologie appliquée au bâtiment et à l’aménagement du
territoire rassemble quelques concepts dont la compréhension est nécessaire à
l’identification des connaissances sur lesquelles repose toute la stratégie de la
réglementation.
La nécessaire simplification de la prise en considération des phénomènes aux fins
d’arbitrages réglementaires ne doit pas dissimuler la complexité des phénomènes étudiés
et des recherches en cours. Les résultats de ces recherches, permettent à l’architecte et à
l’ingénieur, avec quelques connaissances spécifiques, d’affiner la vérification de la
pertinence de leur projet, au-delà de la stricte application des règles en vigueur.
Néanmoins, une réglementation applicable à chacun doit nécessairement passer par une
simplification forfaitaire dont la compréhension passe également par la maîtrise des
données suivantes.
Le présent document commence par des considérations générales, chapitres 2 et 3
décrivant les mécanismes sismiques et la tectonique des plaques, qui peuvent sembler
éloignées des préoccupations du constructeur, mais dont la connaissance est nécessaire
pour comprendre les données directement exploitables pour la prévention, exposées aux
chapitres suivants.
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2. Le phénomène sismique
Les plaques continentales et océaniques qui constituent la croûte terrestre se déplacent à
la surface de la planète sous l’effet des courants thermiques qui animent le magma
visqueux situé en profondeur. Ce phénomène est étudié sous le nom de « Tectonique des
plaques » (voir §3).
Les
déplacements
relatifs
de
ces
plaques
génèrent
localement
des
« contraintes croissantes » à l’intérieur des roches qui les constituent (traction,
compression, cisaillement…) au-delà du niveau de contrainte admissible il y a rupture
brutale du sous-sol rocheux: séisme. Ces ruptures se produisent essentiellement dans les
zones situées à proximité des limites entre les plaques, là où les tensions sont les plus
élevées dans les roches.
2.1.
Contrainte, déformation, rupture des roches
Là où elle est soumise à des contraintes croissantes, la croûte terrestre se déforme de
façon sensible et irréversible. On peut définir simplement la contrainte comme étant une
force appliquée à une unité de volume. Lorsque la contrainte atteint un certain niveau
pour un système donné (défini par ses matériaux, sa géométrie), il s'ensuit un
changement dans la forme et/ou le volume, une déformation.
Comme pour n’importe quelle structure soumise à une contrainte croissante, trois stades
de déformation affectent la croûte terrestre: élastique (réversible si on arrêtait la
contrainte), plastique (irréversible même si on arrêtait la contrainte) et cassante (un
quatrième type n'est pas évoqué ici : la déformation visqueuse qui s'applique aux fluides).
Chaque système, pour un type de contrainte donné, a une courbe « contraintedéformation » caractéristique.
Figure 2 - Exemple de courbe contrainte-déformation (Document Université de Laval – Québec)
Figure 3 - Critères de déformation plastique et de déformation cassante : rupture (Document
Université de Laval – Québec) Courbe représentant l’influence des paramètres température et pression
Ainsi, sous l'effet des contraintes dues le plus souvent au mouvements des plaques
tectoniques, la lithosphère accumule de l'énergie. Lorsqu'en certains endroits, la limite
d'élasticité est atteinte et que le matériau ne peut pas plastifier (conditions physiques), il
se produit une rupture sur un plan de rupture (ou plan de faille) qui libère une partie
de l’énergie accumulée: le séisme.
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DEFORMATION PLASTIQUE DES ROCHES
Ainsi, dans certains cas, les roches peuvent se déformer sans amorcer de rupture fragile :
– Déplacement tectonique lent,
– Température et pression interne élevée, sont des facteurs de plasticité.
Figure 4 - Représentations schématiques de
la déformation plastique des roches
(Document Université de Laval – Québec))
Figure 5 - Représentations schématiques de la
déformation cassante des roches
(Document Université de Laval – Québec)
DEFORMATION CASSANTE DES ROCHES
Lorsque les conditions nécessaires (niveau de contraintes, vitesse de déformation, relation
température / pression) sont réunies, une rupture fragile de la roche peut survenir selon
un « plan de faille ». Le point d’amorce de la rupture est le foyer du séisme.
La propagation de la rupture depuis le foyer sur le plan de faille provoque des déformations
tectoniques irréversibles et cassantes.
La propagation des ondes sismiques (tridirectionnelle) depuis le foyer provoque des
déformations du sol temporaires (oscillations, voir § 4 et 5) et éventuellement définitives (effets
induits comme les tassements de sol, voir §7).
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2.2.
Les différents mécanismes des failles actives
Ainsi, les déplacements relatifs entre les plaques tectoniques génèrent des contraintes
croissantes dans les roches (traction, compression, cisaillement…). Au-delà d’un certain
niveau de contrainte il y a rupture du sous-sol rocheux: le séisme. On ne peut contrôler
l’occurrence de la rupture fragile (séisme), même si la recherche vise à définir des
probabilités de retour pour les différentes magnitudes possibles pour chaque faille ou
réseau de failles.
Les différents mécanismes des failles correspondent aux différents types de
contraintes. Or, la nature de la contrainte conditionne (avec d’autres paramètres) les
cycles sismiques et les magnitudes possibles. En effet la roche résiste moins bien en
traction qu’en cisaillement et qu’en compression. Ainsi une même roche soumise à une
même vitesse d’élévation de la contrainte rompra pour un niveau de contrainte plus ou
moins élevé selon la nature de la contrainte. Ceci conditionnera donc un cycle plus ou
moins rapide (voir § 2.3) et des magnitudes plus ou moins fortes (voir § 2.5).
L’identification des mécanismes des failles contribue à la compréhension de
leur activité et ainsi aux arbitrages des politiques de prévention.
Faille normale
(Traction)
Faille inverse
(Compression)
Faille en décrochement
(Cisaillement)
Figure 6 - Types de mécanismes des failles.
Les contraintes en traction ou en compression peuvent être associées à un cisaillement, on a alors un
mécanisme composé. Un décrochement est « dextre » si, face à la faille, le déplacement se fait vers la droite
(illustration), et « senestre » dans le cas contraire.
2.3.
Notion de cycle sismique d’une faille active
A l’origine de toute faille a été un niveau de contrainte trop élevé dans un milieu rocheux
plus ou moins homogène. Une première rupture s’est propagée à partir d’un « point
faible » en s’accompagnant d’une chute brutale de contrainte. La faille ainsi créée
constitue désormais un plan de rupture privilégié, puisque de moindre résistance à cette
contrainte qui continue de progresser jusqu’à atteindre à nouveau le point de rupture. La
faille pourra s’allonger et se ramifier sous l’effet des séismes successifs, qui concerneront
alors successivement des segments de cette faille qui rompront en fonction des niveaux de
contraintes accumulées localement et des forces de friction en présence.
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En raison de ces forces de friction présentes entre les deux parois d'une faille, les
déplacements le long de la faille ne se font pas de manière continue et uniforme, mais par
à-coups successifs, générant à chaque fois un séisme. Dans une région soumise à un
régime de contraintes donné, des séismes se produiront de de façon récurrente sur les
différents segments d'une même faille.
Chaque faille a un cycle sismique qui lui est propre et qui dépend de son
mécanisme, de la vitesse de progression des contraintes, de la nature des
roches et de sa géométrie. Le cycle de retour des séismes de différentes
magnitudes obéit à des lois de probabilité. L’identification de ces lois fait partie
des outils de la prévention.
Les régimes de contraintes d’origine tectonique évoluent à l’échelle
des temps
géologiques, ainsi des nouvelles failles naissent et d’autres cessent leur activité
progressivement.
CYCLE SISMIQUE D’UNE FAILLE SISMOGENE:
Phases d’un cycle sismique sur une faille sismogène, processus en trois étapes:
– Accumulation de contraintes.
– Déclenchement de la rupture au-delà du seuil de résistance des roches.
– Arrêt de la rupture sismique (quelques secondes plus tard).
Cycle sismique d’une faille : Le cycle sismique d’une faille est une succession de
périodes d’augmentation des contraintes et de ruptures brutales dont il faut établir la
périodicité pour définir son activité.
Figure 7 - Représentation schématique du cycle
sismique
a - Situation au début du cycle, b - Déformation peu de
temps avant le séisme, c – Situation après le séisme
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2.4.
Caractérisation d’une source sismique
Phénomène:
La chute de contrainte provoquée par la rupture brutale de la roche sur le plan de faille
libère de l’énergie, sous forme de chaleur et d’émission d’ondes élastiques. Plus
la surface de rupture et le déplacement sont importants, plus la quantité d’énergie libérée
l’est. La Magnitude représente la quantité d’énergie libérée par le séisme.
Lorsqu'un séisme est déclenché, des trains d'ondes sismiques se propagent dans la croûte
terrestre. On nomme foyer le lieu du plan de faille où commence la rupture, alors que
l'épicentre désigne le point de la surface terrestre à la verticale du foyer.
Figure 8 - Axonométrie schématique d'une source sismique (Document Université de Laval –
Québec)
Les paramètres suivants définissent la source sismique, qui est le segment de la
faille sismogène qui a rompu. Etablir les caractéristiques des sources sismiques
possibles sur les failles identifiées fait partie des outils de la prévention.
Foyer ou hypocentre: Point de déclenchement de la rupture.
Azimut de la faille: Angle compris entre l’axe du méridien et celui de la faille (orientation
de la faille).
Pendage de la faille: Inclinaison de la faille.
Surface: Surface du plan de faille concernée par la rupture (Longueur x hauteur).
Déplacement moyen: Longueur du glissement de la roche de part et d’autre du plan de
faille.
Magnitude: Mesure de l’énergie libérée, dépend du moment sismique, donc de la surface
et du déplacement de la rupture.
Vitesse de rupture: Vitesse de propagation de la rupture dans la roche, dépend du type
de roche.
Chute de contraintes: Différence entre l’état de contraintes dans la roche avant et
après le séisme.
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Figure 9 - Représentations schématiques des mécanismes de rupture des failles
La polarité des ondes enregistrées par les différentes stations permet de déterminer le mécanisme au foyer
du séisme. Les sismologues utilisent une représentation conventionnelle des failles donnant leur mécanisme,
leur azimut et leur pendage. La représentation de gauche peut être celle d’un décrochement dextre d’azimut
est et de pendage nul. Les trois représentations de droite donnent des exemples de pendage et d’azimut aux
trois mécanismes de rupture.
Domaines de recherches
Les chercheurs tentent de caractériser les « segments » de faille maximum
susceptibles de jouer en une fois pour leur associer une magnitude (voir § 2.5).
L’azimut, le pendage et la profondeur des segments de failles étudiés vont permettre
d’établir le mode de radiation des séismes se produisant sur les failles et d’en
établir les « lois d’atténuation » (voir § 5.3).
Le mécanisme de la faille donne la « directivité » de la source sismique.
Les trains d’ondes se propageant dans le sens de la rupture sont « plus rapprochés », car
« la source se rapproche » en même temps qu’ils se propagent, ainsi leur amplitude est
accrue sur les sites situés dans la direction concernée, mais la durée du séisme est plus
courte. Lorsqu’on considère le sens de propagation opposé au sens de la rupture, les
ondes sont « moins rapprochées » en raison de l’éloignement de la source, alors
l’amplitude est moins importante mais la durée du séisme est plus longue (voir illustration
ci-après). Ce type de recherche permettra une pré-définition très fine du signal sismique
possible sur un site, mais l’état actuel de la maîtrise du comportement en réponse aux
séismes de la plupart des ouvrages construits n’atteint pas ce niveau de précision. Ce sont
néanmoins des pistes de connaissances qui concernent directement les constructeurs et
seront peut-être un jour utilisées avec profit pour la sécurité.
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Figure 10 - Effet de directivité des sources sismiques. (Document Catherine Berge-Thierry,
IPSN)
La figure schématique du haut représente un segment de faille dont la rupture se propage de droite à
gauche. Le séisme enregistré à la station 1 est représenté de façon symbolique par le « signal en 1 » pour
lequel les trains d’ondes s’additionnent sur un laps de temps plus court puisque la rupture qui les génère se
rapproche. Ainsi leur amplitude est plus importante que celle du signal enregistré à la station 2 dont la
propagation de la rupture s’éloigne, ce qui entraîne une arrivée « plus étalée dans le temps » des trains
d’ondes et une amplitude globale moindre, ce que représente le « signal en 2 ». On peut également en
déduire une incidence sur le domaine fréquentiel.
2.5.
Notion de Magnitude d’un séisme
La Magnitude (M, exprimée en chiffres arabes) est une grandeur logarithmique
représentative de la quantité d’énergie rayonnée par la source sous forme d’ondes
élastiques. Le tableau ci-après donne une corrélation entre les ordres de grandeur de la
rupture sismogène et la magnitude du séisme.
MAGNITUDE
NBRE
MOYEN
SEISMES
ANNUEL
9
8
1
LONGUEUR
CARACTERISTIQUE
DE LA RUPTURE
DEPLACEMENT DUREE DE
SUR LE PLAN DE
LA
RUPTURE
RUPTURE
ENERGIE
LIBEREE
800KM
8m
250 s
E x 36 000 000
250KM
5m
85 s
E x 1 100 000
7
18
50KM
1m
15 s
E x 33 000
6
125
10KM
20 cm
3s
E x 1000
5
1500
3KM
5 cm
1s
E x 33
4
5000
1KM
2 cm
0,3 s
E
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QUAND ON PASSE D ’UN DEGRE DE MAGNITUDE A L ’AUTRE, ON MULTIPLIE
L ’ENERGIE PAR 33, SOIT 1000 POUR 2 DEGRES
Il n'y a qu'une seule valeur de magnitude pour un séisme donné (ne pas
confondre avec l’intensité locale, voir § 5.7). Puisqu’il s’agit d’une grandeur
logarithmique, le second chiffre n’est pas une décimale.
Il existe plusieurs méthodes d’évaluation de la magnitude d’un séisme.
Richter a été le précurseur. Pour les séismes majeurs, seule la « magnitude de moment »
est précise (les autres méthodes « saturent » au-delà de M = 7.5. La magnitude peut être
calculée soit à partir de l’amplitude des mouvements enregistrés (Ml, Ms, mb, Mw), soit à
partir de leur durée (Md).
DIFFERENTES METHODES D’EVALUATION DE LA MAGNITUDE
ML = Magnitude locale (définie par Richter en 1935)
ML = log Amax(∆) - log Ao(∆)
Aujourd'hui, on utilise un calcul modifié du calcul originel de Richter, en faisant intervenir le moment
du segment de faille le long duquel s'est produit le séisme.
MS = Magnitude de surface (ondes R)
MS = log Amax/T) + 1,66 log∆ + 3,3
(25°<∆<90°; h<80km, T environ 20s)
mb = Magnitude de volume (séismes profonds, ondes P)
mb = log (Amax/T) + Q(∆,h)
MD = Magnitude de durée (séismes faibles et proches)
MD = a + b log t + c log t2 + d∆
Mw = Magnitude de moment (ou de Kanamori)
Mw = (2/3) log Mo – 6,0
(Mo en N.m)
La seule utilisable pour les magnitudes élevées (voir graphique ci-dessous)
Figure 11 - Comparaison des validités des
différentes méthodes de mesure de la
magnitude. En pointillés la magnitude de
moment. Les autres courbes indiquent les résultats
obtenus par les autres méthodes de calcul et
mettent en évidence la saturation au-delà de 7,5,
et les erreurs d’appréciation qui en découlent.
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LOI D’ECHELLE
La « Loi d’Échelle » est issue de l’observation de nombreux séismes. Elle établit
une corrélation empirique entre la longueur de la rupture et le moment du
séisme, lui-même représentatif de la magnitude du séisme.
La loi d’Échelle permet, pour un segment de faille sismogène donné une évaluation de la
magnitude du séisme maximum plausible à partir de l’estimation de la longueur maximum
possible de la rupture.
Le moment du séisme, couple de forces qui a provoqué le déplacement de part et
d’autre du plan de faille, dépend de la rigidité du milieu, de la longueur du déplacement
moyen et de l’importance de la surface de rupture. L’évaluation du moment du séisme
(c’est-à-dire l’évaluation de la quantité d’énergie libérée) permet d’établir sa magnitude.
• Le moment du séisme est déterminé par les études sismiques
• La longueur de la rupture par les études géologiques et la distribution des répliques
Ordres de grandeur issus de la Loi d’échelle:
LONGUEUR
- 1 000 km
- 100 km
10 km
1 km
0,1 km
MOMENT
24
10 Nm
TYPE DE SEISME
Les plus forts connus Magnitude de l’ordre de 9
23 mai 1960: Chili
28 mars 1964 Alaska
Magnitude 8: nombreux dégâts-et victimes
Magnitude 6: dégâts localisés
Magnitude 4: ressentis localement
Microséisme imperceptible
21
10 Nm
18
10 Nm
15
10 Nm
12
10 Nm
Profondeur (km)
M=8
M=5
M=4
0
M=7
M=6
15
30
Faille
Figure 12 - Relation entre la magnitude du séisme et la longueur de rupture (Représentation
schématique) (Document X)
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Figure 13 - Exemple d'approche de l'aléa sismique par la similitude des failles. (Document
USGS) Connaître le fonctionnement de la faille nord-anatolienne donne des informations sur le
fonctionnement possible de la faille de San Andreas qui présente de nombreuses similitudes : mécanismes,
loi d’échelle…
BILAN ENERGETIQUE D’UN SEISME
La majeure partie de l’énergie libérée par le séisme l’est sous forme de chaleur
Énergie libérée :
∆E = Ep1 – Ep2 = W + H
W = énergie rayonnée
H = chaleur
Rendement sismique : = W/∆
∆E (soit quelques %)
MAGNITUDE 6,0 - 6,4
Moyenne
annuelle
65
Ecart type
9
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> ou = 8
Total
19
4
6
2
2,4
1,7
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0,5
92
13
Figure 14 - Tableau de dénombrement statistique des séismes majeurs annuels sur la planète.
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3. Caractérisation des phénomènes tectoniques
3.1.
Types de séismes, études et prévention
Le séisme étant un phénomène dû à la rupture fragile du sous-sol, les origines possibles
de séismes sont tous les cas pouvant provoquer ces ruptures, comme :
Mé canisme au
foyer
Sé isme s naturels
Séismes artificiels
Jeu d'une faille
Séismes tectoniques: rupture soudaine
des roches
Séismes induits par l'activité humaine:
mise en eau d'un grand barrage,
exploitation de gaz…
Explosion
Séismes volcaniques: fracturation des
roches due à l'intrusion de magma,
dégazage, oscillation propre du réservoir
Tirs d'exploration sismique, tirs de mines
et carrières, essais nucléaires souterrains
Implosion
Séismes d'effondrement: effondrement de
cavités dans le gypse ou le calcaire,
effondrement lié à un grand glissement de
terrain
Effondrement d'anciennes mines
On retiendra que seuls les séismes d’origine tectonique, c’est-à-dire liés aux
déplacements relatifs des plaques terrestres peuvent avoir des longueurs de
ruptures suffisantes pour que leur magnitude soit élevée et justifie d’une
politique de prévention visant la résistance aux oscillations.
On verra que les différents mécanismes tectoniques, les différentes configurations
géophysiques conditionnent les magnitudes et la périodicité de retour des séismes
majeurs (et des autres). Or les arbitrages des politiques de prévention sont
conditionnés par le niveau de « risque », lui-même dépendant des « enjeux » et de
« l’aléa », or, l’aléa sismique régional, lié à la probabilité de récurrence d’un séisme de
magnitude M donnée, est la conséquence directe du type d’activité sismique d’une
région.
A ce titre, les études relatives à la « tectonique des plaques » (mouvements de la
surface du globe), en ce qu’elles permettent de prévoir l’ampleur et la périodicité des
séismes d’une région, sont indispensables pour arbitrer économiquement et
humainement les politiques de prévention. Ne pas demander trop ni trop peu à une
société dans sa démarche de protection des vies humaines et des biens matériels
dépend de la précision des connaissances.
L’architecte et l’ingénieur amenés à exercer en zone sismique et à contribuer à la mise
en place et à l’application de ces politiques de prévention (ne serait-ce que par la
construction de bâtiments résistants) doivent connaître les mécanismes généraux de la
tectonique des plaques en ce qu’ils conditionnent le niveau de l’action sismique pris en
considération pour chaque région.
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3.2.
Sismicité de la planète
Les séismes se produisent essentiellement sur les frontières entre les plaques tectoniques.
Les pays concernés doivent adopter des politiques de mitigation du risque sismique,
comprenant notamment l’étude de la sismicité régionale et la mise en œuvre de mesures
réglementaires et incitatives.
Figure 15 - Carte planisphère de sismicité. Une dizaine d'années de séismes moyens à forts sur la planète
Figure 16 - Carte planisphère de corrélation entre la sismicité terrestre et les limites
tectoniques (Document Université de Laval –Québec)
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3.3.
Structure de la planète, une dynamique interne
génératrice de déplacements relatifs à la surface
La Terre est constituée d'une succession de couches de propriétés physiques différentes:
au centre, le noyau, qui forme 17% du volume terrestre, et qui se divise en noyau interne
solide et noyau externe liquide; puis le manteau, qui constitue l’essentiel du volume
terrestre, 81%, et qui se divise en manteau inférieur solide et manteau supérieur
principalement plastique, mais dont la partie tout à fait supérieure est solide; finalement,
la croûte (ou écorce), qui compte pour moins de 2% en volume et qui est solide.
Figure 17 - Coupes schématiques sur le globe terrestre (documents Université de Laval,
Québec)
La lithosphère, couche solide qui comprend une partie du manteau supérieur et la
croûte terrestre, est divisée en plaques qui se déplacent les unes par rapport aux autres
sous l’effet des courants de convection qui animent l’asthénosphère, couche plastique
du manteau supérieur.
La lithosphère se présente comme un ensemble rigide et par conséquent fragile; la
température et la pression, qui augmentent avec la profondeur, modifient ce
comportement, qui devient de plus en plus ductile, c'est-à-dire capable de se déformer
sans casser. Ce passage du domaine cassant au domaine ductile marque la limite
lithosphère-asthénosphère.
Ces courants de convection dans l’asthénosphère sont générés par la forte chaleur du
noyau.
On distingue deux types de croûte terrestre:
-
la croûte océanique qui est formée de roches basaltiques de densité 3,2 et qu'on
nomme aussi SIMA (silicium-magnésium). C’est un socle rocheux « éphémère »
produit par l’arrivée sur les dorsales océaniques de magma qui refroidit. Sous l’effet
des déplacements des plaques tectoniques océaniques elle « retourne » fondre
dans l’asthénosphère dont sont est issue (voir comment § 3.5).
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-
la croûte continentale, qui se situe au niveau des continents. Ce sont des socles
rocheux « originels » formés lors du refroidissement de la planète. Elle est plus
épaisse et de plus faible densité (roches granitiques à intermédiaires de densité 2,7
à 3). On la nomme SIAL (silicium-aluminium). C’est un socle rocheux persistant.
La couverture sédimentaire est une mince pellicule de sédiments produits et
redistribués à la surface de la croûte par les divers agents d'érosion (eau, vent, glace) et
qui compte pour très peu en volume.
Figure 18 - Tableau synoptique de la composition du globe terrestre (document Université de
Laval - Québec)
Figure 19 - Coupe sur le globe terrestre (Document USGS) indications sur la composition chimique et
les températures des différents niveaux.
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3.4.
Notion de dérive des continents
La dérive des continents est une théorie proposée au début du siècle par le physicienmétéorologue Alfred Wegener.
Au 17ème siècle des observateurs comme Francis Bacon en 1620, ont été étonnés par la
similitude des tracés des côtes africaines et des côtes sud-américaines. Quelques tentatives
de modèles furent faites. C’est seulement en 1915 qu’Alfred Wegener développa et
argumenta l'idée du déplacement des continents à la surface de la planète. Sa théorie était
étayée par la coïncidence des contours géologiques de part et d'autre de l'Atlantique sud,
la similitude des séquences de roches et les indicateurs paléoclimatiques. Mais sa théorie
fut d’abord rejetée par la communauté des géophysiciens.
Dans les années quarante quelques géologues se sont peu à peu ralliés à l'hypothèse d'un
mouvement des continents. Les derniers doutes furent levés en 1950, par les études sur le
paléomagnétisme des fonds océaniques. Le rôle des dorsales océaniques génératrices de
matière sous l’action des courants de convection dans le manteau fut expliqué, grâce à
l’étude des anomalies magnétiques décelées dans les planchers océaniques. Ce qui permit
de déduire le phénomène de création continue de fonds océaniques.
Figure 20 - Dérive des continents, représentation de Antonio Snider-Pellegrini en 1858
(Document Université de Berkeley - Californie)
Figure 21 - Alfred lothar WEGENER « Inventeur » de la
théorie de la dérive des continents (Document Alfred Wegener
Institute for Polar and Marine Research ; Bremerhaven, Allemagne)
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Figure 22 – Position actuelle des continents (Document Université de Laval - Québec)
Wegener a imaginé que les continents sont les morceaux d'un seul bloc originel : la
Pangée.
La tectonique des plaques aurait débuté vers -900 millions d'années. A cette époque, les
premiers boucliers continentaux remontés par convection de matériaux profonds du
manteau étaient déjà présents. Ces premiers continents se déplaçaient déjà sous l’effet des
courants de convection. Il y a environ 270 millions d'années l’ensemble des terres
émergées était réuni sous un continent unique, la Pangée. La Pangée, était entourée d'un
vaste océan : la Panthalassa.
La dynamique tectonique a abouti à l’aspect actuel de la planète.
Figure 23 – La Pangée (Document Université de Laval - Québec) La reconstitution de Wegener (puis
celle plus précise de ses successeurs) montre que toutes les masses continentales ont été jadis réunies en
un seul mégacontinent, la Pangée.
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Figure 24 - Corrélation des fossiles retrouvés sur les différents continents issus de la
dislocation de la Pangée (Document USGS) On retrouve sur les continents actuels, une correspondance
entre les fossiles de plantes et d'animaux terrestres datant de 240 à 260 Ma. Avant la séparation de la
Pangée.
Figure 25 - Les traces d'anciennes glaciations. (Document Université de Laval –Québec)
On observe, sur certaines portions des continents actuels, des marques de glaciation datant d'il y a 250
millions d'années, indiquant que ces portions de continents ont été recouvertes par une calotte glaciaire.
Figure 26 – Glaciation sur la Pangée (Document Université de Laval -Québec) La reconstitution
sur la Pangée des marques de glaciation montre que le pôle Sud était recouvert d'une calotte glaciaire et
que l'écoulement de la glace se faisait en périphérie de la calotte.
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La correspondance des structures géologiques.
On observe évidemment aussi une concordance entre les structures géologiques des
continents anciennement réunis.
Les continents flottent sur l’asthénosphère
La croûte continentale est plus épaisse
sous les chaînes de montagnes que sous
les plaines, cette situation répond au
principe de l'isostasie qui veut qu'il y ait
un
équilibre
entre
les
divers
compartiments de l'écorce terrestre, en
liaison avec les différences de densité.
Les croûtes océaniques, plus denses sont
moins épaisses et sont « recyclées » à
terme dans l’asthénosphère (voir §3.52).
Alors que les continents, moins denses
que l’asthénosphère, "flottent" à sa
surface et peuvent dériver les uns par
rapport aux autres.
Figure 27 - Dérive des continents depuis
225 millions d’années (Document
Université de Laval – Québec)
3.5.
Tectonique des plaques et sismicité associée aux
différents types de limites entre plaques
Ainsi, les séismes n'ont pas une répartition aléatoire à la surface de la planète, mais sont
localisés pour leur immense majorité sur les frontières des plaques lithosphériques, ce qui
facilite leur étude et la mise en place de politiques de prévention.
La tectonique est la partie de la géologie qui étudie la nature et les causes des
déformations des ensembles rocheux, plus spécifiquement à grande échelle de la
lithosphère terrestre. Une plaque est un volume rigide, peu épais par rapport à sa
surface.
On peut en première approche classer les séismes selon la profondeur de leur source, qui
peut dépendre du type de frontière (voir explication des phénomènes plus loin).
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-
les séismes superficiels qui se produisent en faible profondeur, soit dans les
premières dizaines de kilomètres, se retrouvent autant aux frontières divergentes
qu'aux frontières convergentes;
-
les séismes intermédiaires qui se produisent entre quelques dizaines et une
centaine de kilomètres de profondeur se concentrent uniquement au voisinage des
limites convergentes;
-
les séismes profonds qui se produisent à des profondeurs pouvant atteindre
plusieurs centaines de kilomètres par rupture sous l’effet de la pesanteur des
plaques « plongeant » vers la base de l'asthénosphère. Ces séismes se trouvent
exclusivement sur les limites convergentes. Très amortis, ils ne provoquent pas de
désordres sur les constructions et communément, en matière de définition de l’aléa
sismique régional on appelle « séismes profond » les séismes intermédiaires.
Plaques tectoniques
Figure 28 - Répartition des
plaques tectoniques à la surface
du globe et sens de déplacement
(Document X)
Les plaques tectoniques sont en général « mixtes » et de tailles très variables : les plaques
continentales sont souvent associées dans leurs déplacements à un « morceau » de
plaque océanique.
La tectonique des plaques est donc une théorie scientifique qui explique que les
déformations de la lithosphère sont les conséquences des forces internes de la terre et
que ces déformations se traduisent par le découpage de la lithosphère en un certain
nombre de plaques rigides (13) qui bougent les unes par rapport aux autres en
« glissant » sur l'asthénosphère.
Une deuxième approche pour classer les séismes consiste à comprendre leurs
mécanismes, et le domaine tectonique qui leur est associé. C'est le long des limites entre
plaques que l’activité sismique est la plus importante et que la caractérisation des
domaines tectoniques (voir § 3.6) doit être réalisée. Il existe trois types de limites :
- les zones d'expansion océanique, dans lesquelles naît de la croûte océanique,
- les zones de subduction, dans lesquelles disparaît du matériel crustal,
- les zones transformantes, le long desquelles coulissent des plaques ou des
fragments de plaques sans création ni résorption de croûte.
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Figure 29 - Types de frontières entre plaques (Document Université de laval - Québec)
Les mouvements relatifs entre les plaques définissent trois types de frontières entre elles:
1) les frontières divergentes, là où les plaques s'éloignent l'une de l'autre et où il y a production de
nouvelle croûte océanique; ici, entre les plaques A et B, et D et E;
2) les frontières convergentes, là où deux plaques entrent en collision, conséquence de la
divergence; ici, entre les plaques B et C, et D et C;
3) les frontières transformantes, lorsque deux plaques glissent latéralement l'une contre l'autre, le
long de failles; ce type de limites permet d'accommoder des différences de vitesses dans le
déplacement de plaques les unes par rapport aux autres, comme ici entre A et E, et entre B et D, ou
même des inversions du sens du déplacement, comme ici entre les plaques B et E.
La terre est une structure dont tous les éléments forment un grand système mu
par la thermodynamique.
Figure 30 - Coupe schématique sur la lithosphère et l'asthénosphère montrant plusieurs types
de frontières possibles entre les plaques (Document Université de Laval – Québec)
Il existe des grandes cellules de convection dans le manteau qui sont le résultat du flux de chaleur qui va du
centre vers l'extérieur de la terre, un flux de chaleur dû à la décomposition des éléments radioactifs
contenus dans les minéraux constitutifs de la terre. Ces cellules concentrent de la chaleur dans leur partie
ascendante, ce qui cause une fusion partielle du manteau supérieur et une expansion des matériaux. C'est
cette expansion qui produit une dorsale médio-océanique (Voir § 3.51).
Les mouvements de l'asthénosphère sous la lithosphère rigide entraînent cette dernière; ils provoquent des
tensions au niveau de la dorsale, causant la divergence et le magmatisme associé. Ainsi, il y a formation
continuelle de nouvelle lithosphère océanique au niveau de la dorsale et élargissement progressif de l'océan.
En contrepartie, puisque le globe terrestre n'est pas en expansion, il faut détruire de la lithosphère, ce qui se
fait par enfoncement de lithosphère océanique dans les zones de subduction qui correspondent aux fosses
océaniques profondes (Voir 3.521). Les dorsales sont recoupées par des failles dites transformantes pour
accommoder des différences de vitesses de divergence (Voir 3.53).
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Les vitesses de divergence et de convergence ne sont pas identiques partout. La
divergence varie de 1,8 à 4,1 cm/an dans l'Atlantique et de 7,7 à plus de 18 cm/an dans le
Pacifique. La convergence se fait à raison de 3,7 à 5,5 cm/an dans le Pacifique. Le
déplacement transformant de la faille de San Andreas est de l’ordre de 5,5 cm/an.
3.5.1. Limites divergentes
Le phénomène de divergence commence sur un continent par la formation d’un fossé
étroit ou rift accompagné d'un volcanisme basaltique. Le rift s’élargit et s'approfondit. Il
finit par être envahi par la mer. Le rift central devient alors une dorsale médio-océanique,
dont l'activité agrandit progressivement la taille de l'océan.
Les schémas suivants illustrent le processus de création d’un rift continental et
son évolution vers une dorsale océanique sous l’action du mouvement
divergeant en haut des cellules de convection de l’asthénosphère.
Figure 31 - Phase 1. (Document Université de Laval - Québec)
Lorsqu’une zone de convection se crée dans l’asthénosphère, l'accumulation de chaleur sous une plaque
continentale cause une dilatation de la matière qui conduit à un bombement de la lithosphère. Il s'ensuit des
forces de tension qui fracturent la lithosphère et amorcent le mouvement de divergence. Le magma viendra
s'infiltrer dans les fissures, ce qui causera par endroits du volcanisme continental; les laves formeront des
volcans ou s'écouleront le long des fissures. Un exemple de ce premier stade précurseur de la formation d'un
océan est la vallée du Rio Grande aux USA.
Figure 32 - Phase 2. (Document Université de Laval - Québec)
La poursuite des tensions produit un étirement de la lithosphère; il y aura alors effondrement en escalier, ce
qui produit une vallée appelée un rift continental. Il y aura des volcans et des épanchements de laves le long
des fractures. Le Grand Rift africain en Afrique orientale en est un bon exemple.
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Figure 33 - Phase 3. (Document Université de Laval - Québec)
Avec la poursuite de l'étirement, le rift s'enfonce sous le niveau de la mer et les eaux marines envahissent la
vallée. Deux morceaux de lithosphère continentale se séparent et s'éloignent progressivement l'un de l'autre.
Le volcanisme sous-marin forme un premier plancher océanique basaltique (croûte océanique) de part et
d'autre d'une dorsale embryonnaire; c'est le stade de mer linéaire, comme par exemple la Mer Rouge.
Figure 34 - Phase 4. (Document Université de Laval - Québec)
L'élargissement de la mer linéaire par l'étalement des fonds océaniques conduit à la formation d'un océan de
type Atlantique, avec sa dorsale bien individualisée, ses plaines abyssales et ses plateaux continentaux
correspondant à la marge de la croûte continentale.
N-B : Les dorsales océaniques constituent des zones importantes de dissipation de la
chaleur interne de la Terre.
Figure 35 - Coupe schématique du cycle des fonds océaniques (Document Université de Laval Québec) La convection dans l’asthénosphère provoque des concentrations de chaleur en certaines zones où
le matériel chauffé se dilate, ce qui explique le soulèvement correspondant à la dorsale océanique. La
convection produit, dans la lithosphère, des forces de tension qui font que deux plaques divergent; elle est
le moteur du « tapis roulant », entraînant la lithosphère océanique de part et d'autre de la dorsale. Entre les
deux plaques divergentes, la venue de magma crée de la nouvelle croûte océanique.
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Figure 36 - Coupe schématique de détail d’une dorsale (Document Université de Laval Québec)
L'étalement des fonds océaniques crée dans la zone de dorsale, des tensions qui se traduisent par des failles
d'effondrement et des fractures ouvertes, ce qui forme au milieu de la dorsale, un fossé d'effondrement
qu'on appelle un rift océanique. Le magma produit par la fusion partielle du manteau s'introduit dans les
failles et les fractures du rift. Une partie de ce magma cristallise dans la lithosphère, alors qu'une autre est
expulsée sur le fond océanique sous forme de lave et forme des volcans sous-marins. C'est ce magma
cristallisé qui forme de la nouvelle croûte océanique à mesure de l'étalement des fonds.
C'est donc ainsi que se crée perpétuellement de la nouvelle lithosphère océanique aux
niveaux des frontières divergentes, c'est-à-dire sur les dorsales médio-océaniques. Ce
processus qui explique comment se sont formés les océans entre les continents.
Sur les zones de divergence des plaques océaniques, la lithosphère océanique
dépasse rarement 10-15 km d’épaisseur, les séismes sont donc tous superficiels sur ces
zones.
Figure 37 - Faille de Pingvellir en Islande,
terres émergées sur la dorsale Atlantique
(Document Yann Arthus-Bertrand)
On peut voir les déformations dues au régime en
expansion de la zone.
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Figure 38 - Cartographie
topographique de la dorsale
médio-océanique Atlantique
(Document USGS)
N-B : L'iconographie de la tectonique des plaques représente les dorsales comme des
« droites » sur un plan. En fait, la terre étant une sphère, le parcours de la dorsale est
linéaire sur la surface de cette sphère. On représente aussi les cellules de convection en
deux dimensions; il faut faire un effort d'abstraction pour se les représenter en trois
dimensions, à l'intérieur de la sphère.
Inversion des champs magnétiques et datation du fond des océans.
Les plaques océaniques divergent de part et d’autre de la dorsale océanique. Ce
phénomène est compensé par des apports de magma basaltique qui se solidifie en forme
de « coussins ». Ainsi la dorsale océanique est le lieu de création de la croûte océanique.
En se refroidissant, les laves « fixent » l'orientation du champ magnétique du moment1.
Figure 39 - Datation des fonds océaniques
par les inversions de polarité magnétique.
(Document USGS)
1
Le pôle magnétique de la planète est périodiquement inversé (sur de longues périodes). Il l’est pas
toujours au nord. L’étude des champs magnétiques des fonds océaniques a permis d’établir que le champ
magnétique terrestre avait subi des inversions périodiques et de déterminer ces périodes.
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Les fonds marins ont la polarité magnétique qui correspond à celle des pôles au moment où ils ont été
créés par refroidissement du magma sortant sur la dorsale. Les relevés de polarité des fonds sous-marins
(que l’on peut dater), permettent de situer les époques d’inversion de la polarité du globe, donc de définir
leur vitesse de progression. La vitesse d'expansion des fonds océaniques varie de 1 à 2 cm par an pour les
dorsales lentes, et atteint jusqu'à 10 cm et plus pour les dorsales rapides. Les dorsales lentes, telle la dorsale
médio-atlantique, présentent dans leur partie médiane, un rift, fossé profond de 2 000 m et large de 20 à 30
km, alors que les dorsales rapides, comme la dorsale Est-Pacifique, en sont dépourvues et ne présentent
qu'un relief modéré. les chambres magmatiques n'y sont qu'à quelques kilomètres de profondeur.
L’étude de ces champs magnétiques a mis en évidence la symétrie des fonds, d’autant plus
anciens qu’éloignés de la dorsale. Les fonds océaniques les plus âgés avaient été formés
pendant le jurassique ce qui indique qu’ils « disparaissent » puisqu’il n’y a pas de croûte
océanique aussi âgée que les croûtes continentales. C’est ce qu’on observe sur les limites
convergentes en subduction.
3.5.2. Limites convergentes
Aujourd'hui les géophysiciens sont d'accord pour dire que la terre n'est pas en expansion.
Si la surface de la terre est un espace fini, le fait qu’il y ait création de matière aux
frontières divergentes implique que de la lithosphère est détruite ailleurs pour maintenir
constante la surface terrestre. Cette destruction se fait sur certaines frontières
convergentes. La destruction de plaque se fait par l'enfoncement dans l'asthénosphère
d'une plaque sous une autre plaque et par la fusion progressive de la portion de plaque
plongeant dans l'asthénosphère : le phénomène de subduction. Les manifestations de
cette convergence diffèrent selon la nature des plaques (océaniques ou continentales) qui
entrent en collision.
Lorsque le mouvement de convergence fait « s’affronter » deux continents, donc deux
plaques « légères », le mécanisme de subduction d’une plaque plus dense que l’autre ne
peut s’amorcer « aisément ». On assiste à un phénomène de surrection des
continents : formation et croissance de chaînes de montagnes.
3.5.2.1. Subduction des plaques océaniques
Un premier type de collision résulte de la convergence entre deux plaques océaniques.
Dans ce genre de collision, une des deux plaques (la plus dense, généralement la plus
vieille) s'enfonce sous l'autre : c’est le phénomène de subduction (littéralement:
conduire en-dessous).
La ligne d'émergence du plan de subduction correspond à une fosse océanique.
L’inclinaison des plans de subduction varie de 20 à 45°. Sur la bordure de la plaque
chevauchante, s'accumulent des écailles tectoniques constituées par les sédiments qui
sont refoulés. Cet empilement constitue le prisme d'accrétion tectonique. La plaque
chevauchante peut être une plaque continentale (voir plus loin) ou, parfois, une autre
plaque océanique. On y observe alors un archipel d'îles volcaniques séparé du continent
par un bassin marginal (Japon, Antilles).
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Figure 40 - Subduction entre plaques océaniques (Document Université de Laval - Québec)
L'asthénosphère "digère" peu à peu la plaque lithosphérique subductée. Vers 100-150km de profondeur les
conditions (pression-température) provoquent la fusion partielle de cette plaque. Le magma résultant
(liquide), moins dense que le milieu ambiant, monte vers la surface. Une grande partie de ce magma reste
emprisonnée dans la lithosphère, mais une partie est expulsée à la surface, produisant des volcans sous la
forme d'une série d'îles volcaniques (arc insulaire volcanique) sur le plancher océanique. De bons exemples
de cette situation se retrouvent dans le Pacifique-Ouest, avec les grandes fosses des Mariannes, de Tonga,
des Kouriles et des Aléoutiennes, chacune possédant leur arc insulaire volcanique, ainsi que la fosse de
Puerto Rico ayant donné naissance à l'arc des Antilles bordant la mer des Caraïbes Atlantique.
LA ZONE DE SUBDUCTION DE L’ATLANTIQUE SOUS LA CARAÏBE
0
100
Arc insulaire
100
Zone de
concentration
des foyers
peu profonds
Prisme d'accretion
fosse océanique
Coupe n°11
Martinique
B
A
C
PLAQUE AMERIQUE
PLAQUE CARAIBE
D
Zone de
concentration
des foyers
profonds
Profondeur (en km)
0
200 km
0
-40
Séisme du 8/06/1999
-80
E
-120
200
A : Sources intraplaques caraïbe en faille normale
-160
B : Sources intraplaques caraïbe intermédiaire
C : Sources interplaques, plan de subduction
D, E : Sources intraplaques Amérique subductée
-200
-58.80°;15.26°
-61.43°;14.63°
0
40
80
120
160
200
240
280
300
profondeur
(km)
Figure 41 - Coupes sur la subduction Antillaise (Documents Géo-Ter)
La coupe schématique de gauche représente les différents domaines sismogènes associés à la subduction
est-caribéenne et leurs mécanismes. En C, le plan de subduction lui-même, où sont attendues les
magnitudes les plus élevées (les surfaces de ruptures les plus importantes). En A et B les séismes générés
par les contraintes en bordure de la plaque Caraïbe, de magnitudes possibles moins élevées (dimensions des
failles moins importantes), mais pouvant être (zone A) très proches des constructions et in fine aussi violents
sur les terres émergées. En D et E, les séismes profonds dus aux ruptures de la plaque subductée sous son
propre poids (Ces derniers sont très amortis lorsqu’ils arrivent à la surface).
A droite une coupe sur les épicentres localisés : on reconnaît les différents domaines auxquels s’ajoutent les
séismes dus aux contraintes sur la plaque Amérique (zone de croûte océanique de l’Atlantique) à proximité
du plan de subduction.
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Un second type de collision avec subduction est le résultat de la convergence entre une
plaque océanique et une plaque continentale. Dans ce type de collision, la plaque
océanique plus dense s'enfonce sous la plaque continentale.
Figure 42 - Subduction d'une plaque océanique sous une plaque continentale (Document
Université de Laval - Québec)
Les basaltes de la plaque océanique et les sédiments du plancher océanique s'enfoncent dans du matériel de
plus en plus dense. Rendue à une profondeur excédant les 100 km, la plaque est partiellement fondue.
Comme dans le cas précédent, la plus grande partie du magma restera emprisonnée dans la lithosphère (ici
continentale); le magma qui aura réussi à se frayer un chemin jusqu'à la surface formera une chaîne de
volcans sur les continents (arc volcanique continental). De bons exemples de cette situation se retrouvent à
la marge du Pacifique-Est, comme les volcans de la Chaîne des Cascades (Cascade Range) aux USA (incluant
le Mont St. Helens) résultat de la subduction dans la fosse de Juan de Fuca et ceux de la Cordillère des
Andes en Amérique du Sud reliés à la fosse du Pérou-Chili. Dans une phase avancée de la collision, le
matériel sédimentaire qui se trouve sur les fonds océaniques et qui est transporté par le tapis roulant vient
se concentrer au niveau de la zone de subduction pour former un prisme d'accrétion.
Cas particulier de l'obduction
L'obduction est le chevauchement de la croûte continentale par de la croûte
océanique. Elle peut être la conséquence d'une évolution particulière: transformation
d'une dorsale océanique en zone de convergence (subduction), résorption du domaine
océanique, l'affrontement du continent et de la zone de subduction provoquant l'expulsion
du fond océanique sur le continent (c'est le cas de la Nouvelle-Calédonie).
Ce phénomène suscite un grand intérêt chez les géologues. En effet, il permet d'observer
aisément en trois dimensions un fragment de croûte océanique. Dans le Sultanat d'Oman
on trouve une zone d’obduction d’une étendue longue de 500 km et large de 100 km.
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3.5.2.2. Surrection des plaques continentales
Un troisième type de collision implique la convergence de deux plaques continentales,
elle s’accompagne de leur surrection. Les illustrations suivantes décrivent le phénomène.
Figure 43 - Phase 1 (Document Université de Laval)
L'espace océanique se refermant au fur et à mesure du rapprochement des deux plaques continentales, le
matériel sédimentaire du plancher océanique, plus abondant près des continents, et celui du prisme
d'accrétion se concentrent de plus en plus; le prisme croît.
Lorsque les deux plaques entrent en collision, le mécanisme se coince: le moteur du
déplacement (la convection dans le manteau supérieur) n'est pas assez fort pour enfoncer
une des deux plaques dans l'asthénosphère à cause de la trop faible densité de la
lithosphère continentale par rapport à celle de l'asthénosphère. Tout le matériel
sédimentaire est comprimé et se soulève pour former une chaîne de montagnes où les
roches sont plissées et faillées. Des lambeaux de la croûte océanique peuvent même être
coincés dans des failles. Les deux plaques continentales se soudent pour n'en former
qu'une seule qui s’épaissit en altitude et en profondeur.
Figure 44 - Phase 2 (Document Université de Laval - Québec)
Toutes les grandes chaînes de montagnes plissées ont été formées par ce mécanisme. Un bon exemple
récent de cette situation, c'est la soudure de l'Inde au continent asiatique, il y a à peine quelques millions
d'années, avec la formation de l’Himalaya.
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SURRECTION DE L’HIMALAYA
Figures 45 - (Documents USGS) (Photographie Gimmy Park Li.)
Les coupes représentent de déplacement d’un point théorique pendant la surrection du massif himalayen. Le
plan montre la progression de la plaque indienne au cours des 70 millions d’années passés.
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3.5.3. Limites transformantes
Les frontières transformantes correspondent à de grandes fractures qui affectent toute
l'épaisseur de la lithosphère; on utilise plus souvent le terme de failles transformantes.
Ces failles permettent d'accommoder des différences dans les vitesses de
déplacement ou même des mouvements opposés entre les plaques, ou de faire
le relais entre des limites divergentes et convergentes (ces failles transforment le
mouvement entre divergence et convergence, de là leur nom de failles transformantes).
Elles se trouvent le plus souvent, mais pas exclusivement, dans la lithosphère océanique
où elles compensent les différences de vitesses d’expansion sur les dorsales. Dans ce cas
elles sont sensiblement perpendiculaires à celles-ci.
La faille de San Andreas en Californie est un autre bon exemple de limite transformante:
elle assure le relais du mouvement entre la limite divergente de la dorsale du PacifiqueEst, la limite convergente des plaques Juan de Fuca-Amérique du Nord et la limite
divergente de la dorsale de Juan de Fuca.
Figure 46 - Faille de San Andréas (Documents USGS)
Elle concerne à la fois la lithosphère océanique et la lithosphère continentale. Elle constitue la limite entre
trois plaques: plaque de Juan de Fuca, plaque de l'Amérique du Nord et plaque du Pacifique. Elle est très
étudiée car elle concerne des millions de personnes. Au rythme actuel du déplacement (~ 5,5 cm/an), la
ville de Los Angeles sera au droit de San Francisco dans 10 Ma.
La route qui traverse la faille donne l’échelle des reliefs associés au travail de ce décrochement sur les
roches.
3.5.4. Cas des séismes intra plaques
Même si la grande majorité des séismes se situe aux frontières de plaques, il existe une
activité sismique intra plaque, c'est à dire à l'intérieur même des plaques lithosphériques,
loin des zones de contraintes identifiables à proximité de leurs frontières. Les séismes intra
plaques continentaux sont plus difficile à expliquer, mais surtout à « prévoir » et localiser.
Malheureusement ces séismes peuvent être très violents.
N-B : les sismologues appellent « séismes intraplaques » les séismes proches d’une frontière tectonique
comme un plan de subduction, mais hors de ce plan. En termes de politique de prévention on dénomme
ainsi les séismes éloignés des frontières tectoniques.
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3.6.
De la modélisation des déplacements relatifs des plaques
tectoniques à la définition des domaines tectoniques
Figure 47 - Représentation schématique des mouvements tectoniques à la surface de la planète
(Document X)
La modélisation de l’activité tectonique de la planète a permis de mieux caractériser
l’activité sismique de chaque région. Cependant, le régime global associé à chaque limite
(convergeant, expansif ou transformant) ne signifie pas que tous les domaines
sismotectoniques de la zone ont des mécanismes directement représentatifs de ces
déplacements. Ainsi on a des domaines de failles normales (expansion) à proximité des
plans de subduction (convergence) en raison de l’interaction entre les plaques et des
modes de déformation locale. La cartographie des différents domaines tectoniques,
comme ci-dessous en Italie permet de définir l’aléa sismique régional (voir § 6 et 7).
Figure 48 – Carte des domaines
sismotectoniques de l’Italie (Document
GNDT)
Chaque domaine dont l’activité est étudiée pour
établir le zonage sismique réglementaire de l’Italie
est repéré par un numéro. Chaque domaine
correspond à un mécanisme et une activité
distincte du domaine voisin. L’ensemble de ces
domaines suit bien les frontières tectoniques qui
bordent l’Adriatique et sont à l’origine du
plissement de l’Arc Alpin.
La sismicité associée à chaque domaine permet
de définir l’aléa régional déterministe ou
probabiliste, et d’arbitrer le niveau de l’action
sismique pour les ouvrages à risque normal par
une carte de zonage réglementaire.
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4. La secousse sismique, caractérisation des ondes
sismiques
4.1.
Les types d’ondes
Libérées par la rupture sur la faille, des ondes élastiques se propagent dans toutes les
directions. Plusieurs types d’ondes aux effets différents sur les sols et les structures sont
générés par le séisme.
La connaissance des caractéristiques des différents types d’ondes (et de leurs conditions de
propagation) permet de comprendre leur action sur une structure donnée en fonction du
site géologique où se situe la construction et de sa distance au foyer.
4.1.1. Les ondes de volume
Elles se propagent dans la masse terrestre depuis la source, elles sont réfléchies et/ou
réfractées par les limites de couches de sol de densités différentes et par la surface (Voir
§ 5.4). Ce sont les ondes de volume qui provoquent les déformations des constructions
sous l’effet des forces d’inertie (leurs fréquences d’oscillation sont proches de celles des
constructions qu’elles peuvent mettre en résonance).
- Les ondes P (Primaires) qui progressent en animant les sols traversés en
compression/dilatation comme les spires d’un ressort.
Les ondes P sont des ondes de compression assimilables aux ondes sonores et qui se
propagent dans tous les états de la matière (gazeux, liquide et solide). Les ondes P se
déplacent en créant successivement des zones de compression et des zones de dilatation.
Les particules se déplacent selon un mouvement « avant-arrière » dans la direction de la
propagation de l'onde (Voir figure 48).
• Vitesse : de l’ordre de 4 à 6 km/s (beaucoup moins selon la nature des roches tendres et des sols
traversés près de la surface). Plus rapides que les ondes S, ce sont les premières enregistrées par les
appareils, d’où leur dénomination.
• Périodes: de l’ordre de la seconde (de la fraction de seconde à quelques secondes)
• Longueur d’onde: de l’ordre de 4 à 6 km
- Les ondes S (Secondaires) qui progressent
perpendiculairement à leur sens de cheminement
en
cisaillant
le
sol
Les ondes S sont des ondes de cisaillement qui ne se propagent que dans les
solides. Les particules oscillent dans un plan perpendiculaire à la direction de propagation
de l'onde (Voir figure 48).
• Vitesse : 60% de celle des ondes P
• Périodes: de l’ordre de la seconde (de la fraction de seconde à quelques secondes)
• Longueur d’onde: de l’ordre de 4 à 6 km
N-B : La vitesse de propagation des ondes sismiques est proportionnelle à la densité du
matériel dans lequel elles se propagent.
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Figure 49 – Représentation schématique du mouvement des ondes P et des ondes S
(Document Université de Laval – Québec)
4.1.2. Les ondes de surface (Ondes de Love et de Rayleigh)
Elles sont générées par l’arrivée des ondes de volume à la surface du globe. Plus le séisme
est profond, moins elles sont puissantes. Elles concernent les couches superficielles des
sols. Les ondes de Love et de Rayleigh ont un contenu fréquentiel qui concerne certaines
structures, mais leur influence sur les constructions courantes est négligeable :
• Vitesse : de l’ordre de 1 à 2 km/s
• Périodes: de l’ordre de 20 s
• Longueur d’onde: de l’ordre de 20 à 40 km
Les ondes de Love ou ondes L sont des ondes de cisaillement, comme les ondes S, mais
qui oscillent dans un plan horizontal. Elles impriment au sol un mouvement de vibration
latéral.
Les ondes de Rayleigh ou ondes R sont assimilables à une vague; les particules du sol
se déplacent selon une ellipse rétrograde, créant une véritable vague qui affecte le sol lors
des grands tremblements de terre.
Figure 50 – Représentation schématique du mouvement des ondes L et R (Document X)
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4.2.
Représentation dans le temps du mouvement sismique
enregistré en un site : sismogrammes, accélérogrammes
Notions de période et d’amplitude d’une onde
La période et l’amplitude caractérisent les phénomènes ondulatoires. Pour les séismes il
peut s’agir de caractériser le déplacement des particules de sol, leur vitesse de
déplacement et l’accélération de cette vitesse. Des caractéristiques du mouvement
ondulatoire dépend l’action possible des ondes sismiques sur les constructions.
La fréquence (F, en Hz) est l’inverse de la
période (T, en s).
La période est la durée d’un cycle d’oscillation,
la fréquence, le nombre de cycles par seconde.
La notion de périodicité d’une sollicitation
dynamique
d’origine
sismique
sera
fondamentale pour la compréhension du
comportement dynamique des structures.
L’amplitude
traduit
mouvement ondulatoire.
« l’énergie »
du
Un signal sismique est complexe et aléatoire. Il peut être représenté comme
la superposition d’ondes (des différents types) de fréquences variées dont
l’amplitude est plus ou moins importante. Un certain nombre de paramètres,
dépendant de la source et des sols traversés conditionnent la nature du
signal sismique en un lieu. L’enjeu sera d’identifier les fréquences très
énergétiques des signaux sismiques possibles sur le site à construire.
=
+
+
Nécessité d’identifier le signal possible d ’un séisme sur un site avant le séisme
La concordance entre les périodes de grande amplitude des oscillations pour un sol donné
sous l’effet d’un séisme donné et les périodes propres d’oscillation d’une construction
créent des phénomènes de résonance qui peuvent multiplier les accélérations que subit la
structure par 2 ou plus. C’est un des principaux facteurs de ruine s’il n’est pas pris en
considération par le concepteur et le bureau d’études.
L’un des objets de la sismologie appliquée est d’associer à chaque site un
« outil de travail », appelé « spectre de réponse » (voir § 4.3 et 8.2), qui permet
à l’architecte et à l’ingénieur d’évaluer la possible amplification des ondes
arrivant sur le site par le bâtiment, en raison d’une mise en résonance de la
structure.
La première étape pour y parvenir est d’enregistrer les séismes des différents types de site
pour en décomposer le signal.Enregistrement des séismes
La convention internationale est d’enregistrer les mouvements dans les trois directions :
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N-S, E-O et verticale.
3 types de capteurs: sismomètres (Déplacements), vélocimètres (Vitesses),
accéléromètres (Accélérations). On utilise plus communément les accélérogrammes,
enregistrements à partir desquels on peut retrouver la vitesse et le déplacement par calcul
intégral.
Figure 51 - Principes schématiques des enregistrements dans les plans horizontaux et verticaux
avec des appareils « mécaniques ». (Document EOST)
Accélération (exprimée en m/s2 ou en % de g, g = 9,81m/s2)
On mesure les accélérations du sol dans les trois directions en fonction du temps.
La recherche des pics d’accélération possibles sur une région donnée est le premier
élément de l’évaluation du mouvement sismique pour l’application des règles de calcul
réglementaire. (En anglais PGA : Pic Ground Acceleration).
Les accélérations, « en réponse » au séisme, de la structure conditionnent les
forces d’inertie qui vont s’appliquer à la structure et auxquelles elle devra
résister (Forces d’inertie = Masse(s) de la structure x Accélération(s) ).
Figure 52 – Exemple d’accélérogramme (en cm/s2)
En abscisse, le temps en secondes, et en ordonnée, les accélérations en cm/s2. Sur cet enregistrement une
accélération maximale du sol (ou pic) de 4,6 m/s2 ((0,46g) est repérée à 6 secondes.
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Vitesse (exprimée en m/s)
On mesure les vitesses du sol dans les trois directions en fonction du temps. La vitesse
« en réponse » au séisme est un paramètre du comportement dynamique des structures.
La vitesse à laquelle se font les déformations dans une structure conditionne
l’amortissement de l’énergie dynamique sous forme de chaleur (Forces
amorties = Coefficient(s) propre(s) au(x) matériau(x) x Vitesse(s) ). Cette
dissipation de l’énergie dynamique réduit le niveau de contraintes dans la structure, donc
ses déformations (voir ci-dessous). Ainsi, pour les matériaux à coefficient d’amortissement
non négligeable, l’équation du séisme en fonction du temps introduit le paramètre de la
vitesse.
Figure 53 - Exemple de vélocigramme vertical
En abscisse le temps en secondes, en ordonnée la vitesse en m/s.
Déplacement (exprimé en m)
On mesure les déplacements du sol dans les trois directions en fonction du temps. Une
structure flexible peut subir des niveaux d’accélérations et des forces d’inertie acceptables
au regard de son dimensionnement, mais ses déformations peuvent être trop importantes
à différents égards (pérennité de la structure, compatibilité avec les éléments secondaires
et équipements.
Les déplacements (déformations de la structure « en réponse » au séisme)
possiblement importants sur les structures flexibles doivent être évalués et
équilibrés par les forces de rappel (Forces de rappel = coefficient(s) de raideur
de la structure x déplacement). Il faut raidir (ou amortir, voir ci-dessus) les structures
dont la flexibilité provoquerait des déformations inacceptables.
Figure 54 - Sismogramme Est-Ouest du séisme ligure de 1887.
Les premiers sismomètres enregistraient des déplacements. Les oscillations mécaniques du bras autour d'un
axe vertical donnaient une "ordonnée courbe". Visiblement l’appareil s’est déréglé vers l’Est pendant le
séisme.
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Représentation du mouvement enregistré en un site par
son signal fréquentiel : le « spectre de réponse »
4.3.
Notion préalable :
Le phénomène de mise en résonance d’un système par une oscillation forcée
Chaque système (défini par ses matériaux et sa géométrie) a une « période propre
d’oscillation » : c’est celle de ses oscillations libres, jusqu’à arrêt du mouvement, après
une action unique le déplaçant (déformant) de sa position d’origine (exemple des
oscillations du punching-ball après une poussée unique). La durée de cette période,
propre au système, dépend de sa raideur, de sa masse et de la nature des liaisons entre
ses éléments et avec le « sol d’implantation ».
Lorsque ce système est mis en mouvement par une action dynamique répétée du
« sol d’implantation », si la période de cette action correspond à la période propre
d’oscillation du système, l’amplitude du mouvement du système augmente rapidement par
mise en résonance. (Exemple de la balançoire qui reçoit de petites impulsions « en
cadence » avec sa période propre d’oscillation, ce qui fait croître l’amplitude du
mouvement avec un faible apport énergétique, alors que des impulsions plus fortes, mais
de période aléatoire seraient susceptibles de la ralentir et réduire l’amplitude de ses
oscillations. N-B : L’analogie avec un oscillateur élastique déformé par les forces d’inertie
n’est pas exacte, mais l’illustration du phénomène de mise en résonance est valable)
Ainsi, chaque site, caractérisé par ses données physiques (matériaux, géométrie des
accidents topographiques et/ou géométrie des couches de sol meuble sur le substratum),
est un système qui va amplifier (ou atténuer) les différentes périodes qui composent le
signal sismique qui lui parvient depuis la source, en le « filtrant ». Chaque site aura
donc un signal propre en réponse à un séisme donné.
De même, chaque structure est un système qui possède une (ou plusieurs) période propre
d’oscillation et qui va amplifier (ou atténuer) les différentes composantes du signal propre
au site. La « réponse » d’une structure est caractérisée par le niveau
d’amplification ou d’atténuation du mouvement sismique que le sol lui
transmet. Les constructions dont une période propre d’oscillation correspond à
celle(s) qui est (sont) amplifiée(s) par le site vont entrer en résonance avec le
mouvement propre du site d’implantation, et leur mouvement « en réponse »
pourra être multiplié par 3 et plus par rapport au mouvement de référence au
rocher. C’est un des principaux facteurs de ruine totale en cas de séisme.
La conception parasismique des structures vise, entre autres, la prévention de
l’amplification des secousses reçues du sol par la structure.
Les études de sismologie visent donc la production, entre autres outils d’aide à la
conception, de spectres de réponse, graphiques permettant à l’architecte et à
l’ingénieur qui savent les lire de prendre en considération le phénomène d’amplification
possible des secousses par la construction projetée.
On doit donc distinguer (voir ci-après):
- Le spectre de réponse d’un site à un séisme donné,
- Le spectre de réponse d’un site aux différents séismes régionaux possibles
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Le spectre de réponse réglementaire associé à une famille de sites comparables.
Spectre de réponse des structures pour un site donné et un séisme donné
Le « spectre de réponse » des structures d’un site pour un séisme identifie les périodes du signal de ce
séisme que ce site a amplifié (ou atténué) parmi celles qui sont parvenues au sol rocheux sous-jacent
(mouvement de référence), et ainsi celles qui ont pu « exciter » les structures de période(s) propre(s)
concordante(s) qui y sont implantées.
Le « spectre de réponse » des structures, se présente sous la forme d’un « graphique » sur lequel on va lire
le « coefficient » d’amplification (par mise en résonance) ou de dé-amplification (par non concordance
des périodes sol-bâtiment) des paramètres du mouvement sismique (déplacement, vitesse, accélération),
mesurés au sol, par les différentes structures. Ainsi, on lira sur le spectre de réponse, la réponse de la
structure au signal du site en fonction de sa « période propre d’oscillation » et de son taux d’amortissement.
Le spectre de réponse est établi par analyse du contenu fréquentiel du signal
enregistré sur le site. Il est une représentation non temporelle, mais
fréquentielle du séisme.
Exemples de spectres de réponse pour un site et un séisme donné.
Figure 55 - Spectres de réponse en
accélération, vitesse et déplacement d'un
site donné pour le séisme de CeyhanMisis. Quatre « courbes » pour chaque
paramètre, correspondant à quatre taux
d’amortissement du mouvement par la
structure différents (Turquie, 1998)
On repère sur l’ordonnée la période propre
d’oscillations libres de l’oscillateur étudié
(structure s’il s’agit de constructions) et on lit
en ordonnée le niveau de réponse de cet
oscillateur. Dans le cas présent, les structures
de période propre 0,7 seconde ont amplifié
fortement les accélérations reçues, les
structures de période propre inférieure à 0,3
seconde et supérieure à une seconde ont eu
des niveaux d’accélération faibles, ce qui a été
constaté sur le terrain par les différents niveaux
de désordres sur les différents types de
structures selon leurs périodes propres. Les
structures de période 1,2 seconde ont eu des
réponses en déplacement élevées, ce qui peut
expliquer la dislocation de minarets de pierre
qui n’ont pas supporté les déformations qu’ils
subissaient.
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Pour un même séisme, on constatera des amplifications importantes des oscillations de périodes
courtes sur les sites rocheux, et de périodes longues sur les sols meubles de grande épaisseur.
Pour un même site, les amplifications concerneront les périodes plus longues, mais à des niveaux
plus faibles, pour les séismes lointains que pour les séismes proches (les fréquences élevées sont
plus amorties avec la distance).
Exemple de spectre de réponse pour un site donné et différentes
sources sismiques
En termes de prévention, la connaissance du spectre de réponse d’un site pour un seul
séisme n’est pas suffisante. En effet, les domaines fréquentiels des signaux parvenant
d’une source proche ou lointaine ne sont pas les mêmes, on produira donc des spectres
qui tiennent compte des différents signaux pouvant arriver sur le site.
Le spectre de réponse des sites est un des outils issus des recherches en
sismologie sans lesquels on ne peut pas faire de construction parasismique
« démocratique ». Il permet de calculer avec des méthodes assez simples
l’action d’un séisme avec une très bonne fiabilité (spectre propre au site) ou
une assez bonne fiabilité (spectre standard de la réglementation, voir plus
loin).
Figure 56 - Exemples de spectres enveloppes lissés pour un site (à El Centro, USA)
A partir des spectres de réponse sur un site pour plusieurs séismes de sources différentes (signaux
différents) on détermine des spectres de calcul qui « enveloppent », en les lissant, les différents pics des
spectres réels. On peut alors les utiliser pour le calcul des structures en lisant sur l’ordonnée un niveau
d’amplification qui est peut être surestimé, mais en principe pas trop sous-estimé.
Le spectre en accélération est d’abord « calé », pour une période de 0 seconde (structure infiniment rigide
se déplaçant avec le sol sans se déformer), au niveau d’accélération du sol vraisemblable sur le site (Issu
des études d’aléa régional, voir § 7). Sur l’exemple ci-dessus il est calé à 3 m/s2. La réponse des structures
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qui s’y trouvent (définies par leur période propre) correspond au niveau d’amplification de cette accélération
« régionale » par la structure. C’est celle que l’on lira sur le spectre. Sur l’exemple ci-dessus ; une structure
de période = 0,4s ayant un taux d’amortissement ξ de 2%, sera calculée pour une accélération en réponse
de 7 m/s2.
Exemple de spectres de réponse réglementaires
Lorsqu’il s’agit de mettre en oeuvre une réglementation applicable à « tout le monde » à
l’échelle d’un territoire national, quelques spectres de réponse doivent permettre de
représenter l’enveloppe des différents séismes possibles sur tous les sites, de façon à
faciliter les études de dimensionnement des structures courantes. On réservera les études
spécifiques (et coûteuses) aux grands enjeux.
En France, les règles PS-92 (qui concernent tous les bâtiments courants situés en zone
sismique) classent les sites selon quatre types S0, S1, S2 et S3 (du plus raide –rocher ou
assimilé- au plus meuble) qui sont censés représenter tous les cas de figures.
Les méthodes de calcul des « ouvrages à risque normal » concernés par les règles PS-92,
calcul modal spectral, utilisent le spectre de réponse en accélération du mouvement
sismique.
La « forfaitisation » des différents sites d’implantation par 4 spectres de réponse en
accélération, correspondant à 4 sites types pour l’ensemble du territoire national,
s’accompagne d’une marge d’erreur non négligeable, notamment en cas de pic
d’amplification important pour une période longue sur un sol meuble, qui peut donner des
niveaux d’accélération réelle bien supérieurs à ceux du spectre de site S3, avec un risque
d’effondrement de la structure à la clé pour estimation erronée de l’accélération de calcul.
C’est une possibilité d’échec dont la faible probabilité d’occurrence est acceptée par les
politiques de mitigation des risques par souci d’économie globale.
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Figure 57 – Exemple de spectre
réglementaire en accélération (Règles
PS-92)
On constate, ce qui est logique, que le spectre
S3 (sols meubles épais) donne des niveaux
d’accélération en réponse plus importants
pour les structures de période T élevées (>
0,5 s) que les spectres pour sols plus raides
(Mise en résonance possible des structures
flexibles par les sols souples).
Le « plateau » (réponses des plus élevées de
chaque spectre) devrait correspondre aux
périodes susceptibles d’être mises en
résonance par le sol, de façon probabiliste. Il
ne signifie pas que toutes les structures de T
correspondantes seront mises en résonance.
Que faire face aux marges d’erreurs des spectres réglementaires?
La conception parasismique en amont du calcul réglementaire de l’action sismique (qui utilise des données
possiblement sur ou sous-évaluées), a pour objet de réduire les effets des erreurs sur les hypothèses de
calcul en maîtrisant le comportement du bâtiment en cours d’endommagement afin de lui éviter la ruine en
cas de sous-évaluation, et en lui donnant une période propre la plus éloignée possible des domaines
fréquentiels suspectés pour le site à partir de l’interprétation des sondages (Voir § 8.23).
En ce qui concerne les grands enjeux, la définition du mouvement sismique et les méthodes de calcul qui
leur sont applicables sont plus précises que celles des règles PS-92 (voir § 10.2).
Par ailleurs, des spectres de réponse plus précis que ceux des PS-92 sont en cours d’élaboration pour les
microzonages des PPR des grandes agglomérations situées en zone sismique (voir § 8.4).
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5. La propagation des ondes sismiques
Les milieux traversés par les ondes sismiques vont conditionner le signal du site à
construire. Pour cette raison la compréhension des modes de propagation des ondes
sismiques fait partie des domaines de recherche de la sismologie.
5.1.
Utilisation des caractéristiques de propagation des ondes
sismiques
Les différentes ondes sismiques ne se propagent pas de la même manière, ni à la même
vitesse dans tous les milieux traversés. Cette propriété est utilisée entre autres pour
comprendre la nature physique du globe et pour déterminer les épicentres des séismes.
Figure 58 - Les graphiques ci-dessus représentent les différences de vitesse de propagation des
ondes P et S dans les différentes strates du globe terrestre. (Document Université de Laval –
Québec)
Des enregistrements en différents points du globe des ondes P et des ondes S provenant des différents
séismes majeurs à des vitesses différentes ont permis de déterminer sur leurs trajets (en ligne directe entre
l’épicentre et l’observatoire où se fait l’enregistrement en un point quelconque de la surface du globe) des
variations de densité, et la présence de milieux « liquides » dans lesquels les ondes S ne se propagent pas.
Ainsi la géométrie et la nature des différentes strates de la planète ont pu être déterminées.
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5.2.
Vitesses de propagation, détermination de l’épicentre
Moins d'une heure après un tremblement de terre, on localise son épicentre. Comment
arrive-t-on à localiser aussi rapidement et avec autant de précision un séisme?
Les ondes P se propagent plus rapidement que les ondes S. Cette propriété permet de
localiser le séisme car les ondes sismiques sont enregistrées en plusieurs endroits du
globe.
La détermination rapide des épicentres fait partie des outils de prévention des pays
développés, elle permet de lancer les alertes dans les meilleurs délais. Ainsi la mise en
réseau des observatoires et de leurs enregistrements est-elle réalisée pour permettre la
surveillance nationale et internationale 24h/24.
Figure 59 - Décalage d'arrivée des ondes S par rapport aux ondes P : mesure de la distance
épicentrale (Documents Université de Laval – Québec)
En un lieu donné, comme les ondes P arrivent en premier, il y aura sur l'enregistrement un décalage entre le
début d'enregistrement des deux types d'ondes; ici par exemple, il y a un retard de 6 minutes des ondes S
par rapport aux ondes P. Le graphique suivant nous dit, par exemple, que pour franchir une distance de
2000 kilomètres, l'onde P mettra 4,5 minutes, alors que l'onde S mettra 7,5 minutes pour parcourir la même
distance; il y a un décalage de 3 minutes. Pour un séisme donné, il s'agit de trouver à quelle distance sur ce
graphique correspond le décalage obtenu sur l'enregistrement; on obtient alors la distance entre le séisme et
le point d'enregistrement.
Figure 60 - Détermination de l'épicentre
(document Université de Laval – Québec)
Un enregistrement ne nous donne cependant pas le lieu
du séisme à la surface du globe. Pour connaître ce point,
il nous faut au moins trois enregistrements.
Dans cet exemple, considérons les enregistrements d'un
séisme en trois points: Halifax, Vancouver et Miami. Les
enregistrements indiquent que le séisme se situe dans un
rayon de 560 km d'Halifax, un rayon de 3900 km de
Vancouver et un rayon de 2500 km de Miami. On situe
donc le séisme au point d'intersection des trois cercles,
soit à La Malbaie. En pratique, on utilise évidemment plus
que trois points.
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5.3.
Lois d’atténuation
Les lois d’atténuation du mouvement sismique par les sols traversés établissent la perte
d’énergie des ondes en relation avec la distance parcourue depuis la source.
– En termes d’accélérations,
– En termes de spectres de réponse (certaines périodes s’amortissent davantage sur
la distance).
Les lois d’atténuation sont dépendantes du type de séisme et de sa profondeur. Or en
général on utilise des lois établies suite à de gros séismes (Japon, Californie). Leur validité
n’est pas absolue dans des contextes sismiques et géologiques très différents. La
recherche travaille entre autres à l’établissement de modèles numériques.
Les lois d’atténuation prennent en considération :
- l’atténuation radiale : la propagation des trains d’ondes est sphérique autour de
la source et la surface de la sphère augmente avec la distance, ainsi, la quantité
d’énergie unitaire décroît assez rapidement avec la distance ;
- l’amortissement : une partie de l’énergie ondulatoire est transformée en chaleur
dans les sols traversés, ce qui contribue également à réduire l’intensité des
secousses avec la distance.
L’établissement des lois d’atténuation permet de définir l’aléa sismique régional (ou la
« violence » des secousses possibles au niveau du rocher d’un site, d’une région), à partir
de la connaissance des sources « voisines » (voir § 7) et des milieux traversés.
Figure 61 - Atténuation de l'énergie sismique (Document BRGM) Le schéma suivant symbolise
l’atténuation du mouvement avec la distance. Nous verrons que les conditions locales de réponse des sites
font que ce n’est pas systématique et qu’on peut avoir des amplifications locales à des distances très
importantes de l’épicentre.
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5.4.
Réflexion, réfraction, diffraction des ondes aux interfaces
des sols et sous-sols différents
Le contraste d’impédance (dépendante de la densité des sols et de la vitesse de
propagation des ondes S dans le matériau) entre les différents milieux traversés par les
ondes sismiques modifie les champs d’ondes par réflexion2, réfraction3, diffraction4.
Ainsi, les ondes sismiques peuvent se trouver « emprisonnées » dans une couche
supérieure de sol meuble par réflexion entre cette couche et le sous-sol rocheux et entre
cette couche et la surface. Ce phénomène va amplifier les secousses et en prolonger la
durée.
Les études géotechniques qui permettent de définir le profil des sols et détecter ce type
de problèmes font partie des investigations nécessaires pour une bonne politique de
réduction du risque sismique. Elles permettent de détecter et qualifier ces comportements
particuliers des sites définis sous la terminologie d’effets de site, par la connaissance des
caractéristiques physiques des sols et de leur géométrie.
Figure 62 - Propagation des ondes sismiques aux limites des strates de sol (document Milan
Zacek).
Ce phénomène explique les modifications sur signal sur les différents sites, dont les effets de site sur sol
meuble.
2
Réflexion : Changement de direction d’une onde (lumineuse, acoustique, radioélectrique) causé par un
obstacle. (Lois de la réflexion, énoncées par Descartes. «Le rayon réfléchi est dans le plan du rayon incident
et de la normale à la surface de réflexion au point d’incidence. L’angle de réflexion est égal à l’angle
d’incidence.»)
3
Réfraction : Déviation d’un rayon qui passe d’un milieu à un autre. L’Indice de réfraction dépend des
différences d’impédance entre les milieux.
4
Diffraction : Modification de la direction de propagation d’une onde au voisinage d’un obstacle.
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5.5.
Modification des ondes par le site
Ainsi, le signal sismique parvenant sur chaque site pour un séisme donné est-il
sensiblement différent. C’est bien à ce signal (fréquences, amplitudes et durée) que la
construction devra résister et pas à une quantité d’énergie dépendant seulement de la
magnitude du séisme et de la distance épicentrale. Exemple :
Figure 63 - Enregistrements d'un même séisme en des points différents (Document USGS)
Ce document met en évidence plusieurs phénomènes : plus on s’éloigne de l’épicentre, plus l’arrivée des
ondes est tardive, ce qui est logique, mais par ailleurs la distance ne s’accompagne pas toujours de la
réduction des accélérations ou de la durée du séisme. Ainsi, malgré l’atténuation du signal « au rocher
horizontal » par la distance, ce sont les conditions de site qui vont modifier le signal local en cas de
conditions particulières : buttes, sols meubles, etc. (Si on établissait les spectres de réponse de ces
enregistrements sur les différents sites on verrait aussi que les pics fréquentiels ne sont pas les mêmes). Ce
phénomène, appelé « effet de site » est décrit sommairement au § 8.2. Les politiques de prévention
nécessitent l’identification des sites de comportements différents et leur caractérisation par des spectres de
réponse spécifique.
5.6.
Les conditions de modification locale du mouvement fort
Non linéarité
Le comportement des sols meubles est qualifié de « non linéaire », c’est à dire qu’il est
différent selon la violence des secousses qui y parviennent. Ainsi les caractéristiques de
comportement établies pour des mouvements faibles ne sont pas toujours valables pour
des mouvements forts. En effet, les sols meubles filtrent les hautes fréquences et
amortissent davantage les mouvements forts que les mouvements faibles, ce qui est
plutôt une bonne nouvelle en termes de sécurité (les spectres et leurs niveaux
d’amplification sont souvent établis sur mouvements faibles, donc a priori surestimés),
mais devrait être étudié en termes d’économies (pourquoi construire en fonction d’une
réponse plus élevée que la réponse réelle ?). La non-linéarité (l’amortissement) augmente
avec le niveau des sollicitations sismiques.
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La recherche travaille à caractériser les sols fortement non linéaires. Pour ce faire,
disposer d’enregistrements sur différents sols d’un séisme de référence et de séries de
répliques de magnitudes variables est nécessaire.
On sait déjà que les sols peu consolidés, sous fortes accélérations, augmentent avec le
niveau de sollicitation sismique leur taux d’atténuation anélastique des ondes (sans
modification macroscopique définitive de la structure du matériau) et diminuent leur
module de cisaillement (sous l’action des ondes S).
Ainsi on a un décalage de la fréquence fondamentale du sol vers les basses fréquences et
une diminution générale de l’amplitude des ondes. On pourrait considérer que ce
phénomène est globalement favorable, mais le niveau de sollicitation peut rester assez
important pour que certaines structures soient mises en résonance par les périodes
d’oscillation qui sont donc plus longues sous séisme fort.
Ces phénomènes sont encore trop mal identifiés pour être pris en considération par les
règles de construction PS-92. Mais ils posent des interrogations pour l’établissement des
spectres de microzonage des PPR à partir des enregistrements de mouvements faibles.
La recherche a établi que la non-linéarité commence sur les sols sableux pour des
accélérations supérieures à 0,1 – 0,2g, et sur les autres sols meubles pour des
accélérations supérieures à 0,3 – 0,4g.
Effets de site
La topographie et la nature des couches de sol superficiel conditionnent fortement le
mouvement sismique local. Ce phénomène est pris en considération de façon forfaitaire
par les règles de construction PS-92. La compréhension et la maîtrise des phénomènes audelà de la stricte application des règles fait partie des objectifs de la conception
parasismique, c’est pourquoi ils seront détaillés au § 8.2.
5.7.
L’intensité locale
5.7.1. Définition
Mesure en un lieu des effets du séisme, en termes de perception par la population (II à
VI), désordres sur les constructions (VI à X), bouleversements sur l’environnement (X à
XII). Elle s’écrit en chiffres romains quelle que soit l’échelle utilisée.
5.7.2. Échelles de mesure
Mercalli a établi une échelle de mesure des effets locaux d’un séisme en 1902. Elle a été
modifiée en 1931. Elle évalue l'intensité d'un séisme sur une échelle discrète fermée de 12
degrés (de I à XII).
L’intensité est déterminée pour chaque site d’observation par l'ampleur des dégâts causés
par un séisme et par la perception qu'a eu la population du séisme. Il s'agit d'une
évaluation qui fait appel à une certaine subjectivité. Mais, à l'époque, on ne possédait pas
les moyens d'établir une échelle objective comme la mesure de l’énergie à la source
(Magnitude) et l’enregistrement des accélérations sur les sites.
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Intensité de
l'échelle de
Mercalli
Effets ressentis
I
Aucun mouvement n'est perçu.
II
Quelques personnes peuvent sentir un mouvement si elles sont au
repos et/ou dans les étages élevés de grands immeubles.
III
A l'intérieur de bâtisses, beaucoup de gens sentent un léger
mouvement. Les objets suspendus bougent. En revanche, à
l'extérieur, rien est ressenti.
IV
A l'intérieur, la plupart des gens ressentent un mouvement. Les
objets suspendus bougent, mais aussi les fenêtres, plats, assiettes,
loquets de porte.
V
La plupart des gens ressentent le mouvement. Les personnes
sommeillant sont réveillées. Les portes claquent, la vaisselle se
casse, les tableaux bougent, les petits objets se déplacent, les
arbres oscillent, les liquides peuvent déborder de récipients ouverts.
VI
Tout le monde sent le tremblement de terre. Les gens ont la
marche troublée, les objets, tableaux, tombent, le plâtre des murs
peut se fendre, les arbres et les buissons sont secoués. Des
dommages légers peuvent se produire dans des bâtiments mal
construits, mais aucun dommage structural.
VII
Les gens ont du mal à tenir debout. Les conducteurs sentent leur
voiture secouée. Quelques meubles peuvent se briser. Des briques
peuvent tomber des immeubles. Les dommages sont modérés dans
les bâtiments bien construits, mais peuvent être considérable dans
les autres.
VIII
Les chauffeurs ont du mal à conduire. Les maisons avec de faibles
fondations bougent. De grandes structures telles que des cheminées
ou des immeubles, peuvent se tordent et se briser. Les bâtiments
bien construits subissent de légers dommages, contrairement aux
autres qui en subissent de sévères. Les branches des arbres se
cassent. Les collines peuvent se fissurer si la terre est humide. Le
niveau de l'eau dans les puits peut changer.
IX
Tous les immeubles subissent de gros dommages. Les maisons sans
fondations se déplacent. Quelques conduits souterrains se brisent.
La terre se fissure.
X
La plupart des bâtiments et leurs fondations sont détruites. Il en est
de même pour quelques ponts. Des barrages sont sérieusement
endommagés. Des éboulements se produisent. L'eau est détournée
de son lit. De larges fissurent apparaissent sur le sol. Les rails de
chemin de fer se courbent.
XI
La plupart des constructions s'effondrent. Des pont sont détruits.
Les conduits souterrains sont détruits.
XII
Presque tout est détruit. Le sol bouge en ondulant. De grands pans
de roches peuvent se déplacer.
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En présence d’appareils de mesure sur les sites on peut évaluer l’impact local du séisme
de façon plus précise en termes d’accélérations du sol. Le tableau suivant propose des
équivalences approximatives entre les accélérations du sol et les intensités observées.
Mais il ne peut s’agir que d’approximations, puisque le niveau de désordres dépend de la
réponse des structures présentes sur le site, donc des domaines fréquentiels respectifs des
sols et des constructions et pas seulement des accélérations du sol.
Intensité
VII
VII VII-VIII VIII VIII+ VIII-IX IXIX
Accélération nominale 0,10g 0,15g 0,20g 0,25g 0,30g 0,35g 0,40g 0,45g
Ce type d’observations post-sismiques a toujours un intérêt. Elle permet, sur les sites non
équipé d’appareils d’enregistrement, d’évaluer les accélérations par corrélations, et
d’établir à rebours la magnitude d’un séisme passé bien décrit à partir des isoséistes (voir
§ 5.6.3) et des lois d’atténuation.
L’échelle de Mercalli a été précisée par la suite notamment par Medvedev, Sponheuer et
Karnik en 1964 (Echelle MSK), puis par l’European Macroseismic Scale (EMS), actuellement
utilisée en Europe. L’évolution des techniques de construction, une meilleure connaissance
des comportements des matériaux et structures différentes et la volonté d’établir une
corrélation plus fine entre les niveaux d’accélération observés et les intensités ont abouti à
ces modifications (Il existe d’autres échelles que les trois citées).
Globalement un degré de plus sur une échelle des intensités correspond au
doublement des paramètres de déplacement de sol.
Figure 64 - Echelle des intensités et prévention (Document BRGM)
Dans la réalité le détail des observations en fonction du type de construction est beaucoup plus précis que
sur ce tableau synthétique. Ce qu’il faut retenir de ce tableau c’est l’objectif des règles de construction : des
bâtiments bien conçus et bien réalisés visant le non-effondrement jusqu’à une intensité locale de X, même
au prix de dommages graves nécessitant la reconstruction. Alors que ce que l’on observe sur le patrimoine
existant, c’est que pour certains bâtiments, les dommages graves commencent dès I = VII ! C’est ce qui est
détaillé par les différentes échelles d’intensité récentes, matériau par matériau.
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5.7.3. Isoséistes
Après un séisme on établit les courbes isoséistes : courbes d’égale intensité ou égale
accélération.
La localisation et la géométrie de la source sont des facteurs déterminants des isoséistes.
Mais ce ne sont pas les seuls. Les conditions de site sont également très importantes.
Figures 65 - Il n'y a pas de corrélation absolue entre la distance épicentrale et les isoséistes
(documents USGS)
Pour un séisme donné, ici Taiwan en 1999, les courbes isoséistes (égale intensité locale) décroissantes
montrent que l’atténuation de l’énergie sismique ne dépend pas que de la distance, mais aussi de la source
et des sites (topographie et nature des sols). Ainsi à Taiwan les courbes isoséistes ont davantage été
conditionnées par l’orientation du massif montagneux que par l’azimut de la faille.
En raison de la propagation radiale des
ondes, la profondeur du séisme est un
des paramètres de l’espacement des
isoséistes, donc de l’étendue du
territoire concerné par le séisme.
Figure 66 - Isoséistes de séismes de
magnitudes comparables mais de profondeurs
différentes (Document Milan Zacek)
Le séisme de Vrancea, profondeur 100 km, M=7.2, a
eu une intensité à l’épicentre de VII-VIII, moins
élevée que celle du séisme d’El Asnam, profondeur 12
km, M=7.3, qui était de IX+. En revanche il a été
ressenti (isoséiste III) sur un territoire beaucoup plus
important.
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6. Les moyens de caractérisation de l’aléa sismique
régional
6.1.
Problématique : établir des « modèles » sismotectoniques
Dans les régions du monde où la sismicité est modérée (période de retour des séismes
majeurs proche ou supérieure à 100 ans), comme en France métropolitaine ou dans les
départements antillais, l’évaluation de l’aléa sismique régional passe par la caractérisation
des failles : localisation, géométrie, mécanisme, etc., de façon à pouvoir leur associer une
magnitude maximum (pour déterminer l’aléa sismique déterministe) et des magnitudes
possibles pour des périodes déterminées (pour déterminer l’aléa sismique probabiliste), on
étudie donc le cycle sismique des failles, ce qui nécessite une collecte de données par
différents moyens.
Cette collecte de données passe entre autres par l’observation de la microsismicité actuelle
(microsismicité en l’absence de séisme fort) et par des recherches sur les indices de la
sismicité passée.
Jusqu’à l’arrivée d’un séisme majeur on ne dispose pas d’enregistrements de mouvements
forts pour établir les spectres de réponse précis des sites et les spectres réglementaires du
microzonage des PPR le cas échéant.
On peut néanmoins utiliser des spectres établis sur les enregistrements de la microsismicité pour les différents types de sites. Ils indiquent assez bien les pics, sauf sur sol
meuble, mais pas les niveaux d’amplifications qui sont « surestimés » : l’amortissement
par les sols traversés est moins important que sur mouvements forts (Voir § 5.6).
6.2.
La sismicité instrumentale
On désigne par sismicité instrumentale,
l’enregistrement des séismes (en général
micro-séismes). Elle permet d’établir les
spectres de réponse types à partir des sites
instrumentés qui sont choisis à cet effet
pour leurs caractéristiques de sol et de
topographie. En outre, la localisation des
épicentres des micro-séismes contribue à la
détection d’éventuelles failles sismogènes.
Figure 67 - Epicentres localisés pour un an
d'enregistrements en Guadeloupe (1994).
(Document IPGP)
On voit se dessiner la faille de Port-Louis (nord-ouest
Grande Terre). Après plusieurs années ou décennies
d'enregistrements une cartographie plus précise de
l’activité sismique peut être établie.
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6.3.
La sismicité historique
La localisation des épicentres des séismes passés, à partir de la reconstitution des
isoséistes, des lois d’atténuation et des connaissances actuelles sur les plans de faille
donne également des informations intéressantes sur les cycles sismiques et les éventuelles
zones de « lacune » sismique, zones susceptibles de traduire une accumulation de
contraintes sur une durée importante, laissant présager une catastrophe plus ou moins
proche, comme ici sur la zone de subduction à l’Est de la Guadeloupe et de la Dominique.
Figure 68 - Sismicité historique de l’est Caraïbe. (Document Géo-Ter) Séismes forts
Figure 69 - Sismicité historique
de l’arc des Petites Antilles –
(Document Géo-Ter Fichier MidasIPGH 1650 – 1999)
Les
données
de
la
sismicité
instrumentale viennent compléter
celles de la sismicité historique pour
donner une représentation de l’activité
sismique régionale.
6.4.
L’archéo-sismicité
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Dans les régions du monde où les vestiges archéologiques sont nombreux, on peut, en
étudiant les déformations qu’ils ont subies, par exemple :
- des déplacements sur une mosaïque de sol qui traduirait un jeu de faille en
surface ;
- des déplacements relatifs entre les pierres d’une structure non effondrée qui
traduirait un dommage post-sismique ;
détecter des indices de séismes passés qui complètent, confirment et précisent, les
chroniques écrites historiques. Ce type d’études se développe. Les tentatives
d’interprétation tendent à identifier le nombre d’événements sismiques subis par l’ouvrage
et à évaluer l’action sismique compte tenu des déplacements observés pour y associer un
niveau d’accélération.
En Égypte, en Chine, en Grèce ou en Italie on dispose, à ce titre, d’informations sur un
passé beaucoup plus ancien qu’en Amérique par exemple.
6.5.
La paléo-sismicité
L’observation des déformations régionales et locales (suivie d’études géotechniques)
permet de détecter la présence de failles ayant joué en surface dans un passé lointain et
dont le cycle serait trop long pour que les données actuelles et même historiques suffisent
à leur étude. Elle permet en outre de mesurer les déplacements sur une faille séisme par
séisme et de déterminer le cycle d’une faille.
Figure 70 - Exemple schématique de déformations régionales. (Document GNDT - Italie.)
Les déformations régionales se traduisent par une évolution dans le temps des niveaux relatifs, par exemple
ici, le niveau de la vallée s’abaisse par rapport au niveau de la montagne. Les déformations locales peuvent
être comme ici la formation d’un talus sur la zone d’émergence du plan de faille.
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Figure 71 - Exemple schématique d’évolution de paysage (Document GNDT – Italie)
Lorsque de longues périodes se sont écoulées depuis le dernier jeu de la faille, la présence d’éboulements
superficiels rend nécessaire la réalisation des sondages de part et d’autre de l’accident topographique avant
interprétation.
Figure 72 - Les gradins
apparents dans ce paysage
traduisent 2-3000 ans de
séismes et un affaissement
total proche de 50m.
(Document GNDT – Italie)
Figure 73 Les études
topographiques permettent de
détecter les accidents de sol
d’origine tectonique. Les études
géologiques complémentaires
permettent de les caractériser.
(Document GNDT – Italie)
Parmi les moyens d’investigation il faut
noter que l’observation des stalactites en
zone sismique permet de dater les
séismes très anciens : connaissant la
vitesse de croissance d’une stalactite, en
repérant une rupture ancienne et en
mesurant la croissance après cette
rupture, on peut dater l’événement. Ou
une série d’événements.
6.6.
Les investigations géotechniques et sismologiques
Pour préciser l’activité d’une faille identifiée, et la localiser de façon précise si elle est
susceptible de jouer en surface, on précise les études précédentes par des investigations
géotechniques et sismologiques, comme l’étude de tranchées ou la sismique-réfraction.
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Figure 74 - Tranchée d’observations paléosismiques dans les Abruzzes: étude de la
stratigraphie et des déformations. (Document GNDT)
Figure 75 - Géologues travaillant sur une tranchée pour étudier une ramification de la faille de
San Andréas (Document USGS)
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7. L’aléa sismique régional
7.1.
Estimation du mouvement sismique possible « au
rocher horizontal » pour un site ou une région et de sa
périodicité de retour
Le mouvement sismique de référence, avant modification éventuelle par un site donné,
c’est à dire le niveau d’accélération possible, retenu pour calculer l’action sismique, est
déterminé de façon probabiliste ou déterministe pour une région ou un site donné. Il est
dit « au rocher horizontal ». C’est à dire qu’il ne prend pas en compte les modifications
locales de signal dues à la nature du site. Il dépend de la magnitude de référence pour
chaque source régionale atténuée par leur distance au site concerné (Lois d’atténuation).
7.2.
Caractérisation des structures tectoniques susceptibles de
jouer
Il faut donc, par l’exploitation des données (enregistrements, historique et études sur le
terrain estimer pour chaque faille ou réseaux de fracturation identifiés:
- sa loi d’échelle (par l’étude de sa géométrie)
- sa loi de fréquence-magnitude (voir ci-après)
7.3.
Lois de distribution fréquence-magnitude
L’établissement d’un diagramme du nombre de séismes enregistrés sur une faille pour
chaque magnitude, pour une durée donnée fait apparaître une répartition régulière
(nombre décroissant avec l’augmentation de la magnitude) pour une faille donnée.
La droite ainsi établie caractérise l’activité de la faille, son cycle. Elle permet de déterminer
la magnitude maximum plausible en prolongeant la droite (en complément des données
de la loi d’échelle).
Figure 76 - Loi de fréquence-magnitude (ou
Gutenberg-Richter) pour le fossé rhénan
supérieur. Elle a été établie sur la base des
enregistrements de 1971 à 1979 en retenant sur le
diagramme les nombreux points alignés (repassés
en noir). Les quelques points non alignés ont un
écart faible.
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NOMBRE ANNUEL DE SEISMES > Mw
(période 1650-1999)
Source : GEO-TER (1999)
MATINIQUE (80 km)
Période de retour
DONNEES DE SISMICITE (ARC)
MARTINIQUE - SEISMES H>15 km
M≥4
Sources
Proches
Subduction
5 ans
4 mois
MARTINIQUE - SOURCES SUPERFICIELLES (H<16 km)
1E+3
Nombre annuel de séismes de magnitude supérieure à Mw
Mw
1E+2
M≥5
? (50-75)
M≥6
-
M≥7
5 ans
25 ans
150 ans
10
1
0.1
0.01
1E-3
2
4
6
8
Magnitude Mw
Figure 77 - Lois de fréquence-magnitude pour les différentes sources sismiques de la
Martinique. (Document Géo-Ter) Les lois des différentes failles étant régulièrement dégressives, la
somme de l’activité de plusieurs failles est également régulièrement dégressive.
7.4.
Évaluation déterministe de l’aléa sismique régional
Elle a pour but l’évaluation de l’évènement sismique le plus violent pouvant arriver « au
rocher » d’un site, d’une région, et suit la démarche suivante :
- Analyse sismotectonique de la région
- Détermination des différentes unités sismotectoniques (Failles, domaines de failles)
- Identification du séisme maximum connu pour chaque domaine, du Séisme
Maximum Historiquement Vraisemblable (SMHV) et de ses paramètres (M,
profondeur focale…)
- Rapprochement du séisme maximum de chaque domaine sur le point du domaine
le plus proche du site étudié.
- Application des lois d’atténuation pour chacun de ces séismes possibles.
L’évaluation déterministe de l’aléa sismique régional est la première étape d’une protection
« totale » des ouvrages contre les séismes. Elle est obligatoire pour les ouvrages à risque
spécial, pour lesquels non n’admet pas d’échec car, en cas de séisme majeur leur ruine
entraînerait des victimes et des pollutions sur des étendues beaucoup plus vastes que leur
emprise (Voir Ouvrages à Risque Spécial § 10.2).
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Figures 78 - Cartographie du zonage sismique déterministe en France métropolitaine et aux
Antilles (Documents BRGM)
Les études poussées des domaines sismotectoniques ont permis d’établir les cartes d’aléa régional
« déterministe » ci-dessus. Ce zonage est beaucoup plus précis que celui qui est actuellement utilisé pour
l’application des règles PS-92 qui est lui-même sous-tendu par une approche historique des séismes
maximum connus. L’approche sismotectonique déterministe permet de faire des distinctions entre les
différentes zones des deux départements antillais par exemple (voir carte réglementaire au § 9). Ceci par
localisation et évaluation précise des sources potentielles et application des lois d’atténuation selon la
distance de ces sources.
Sur la carte antillaise, on observe dans l’encadré de droite les spectres de réponse établis pour les différentes
zones pour les séismes lointains (en rouge, ceux de la zone de subduction) et pour les séismes proches (en
vert).
Il faut préciser que les spectres présentés ne tiennent pas compte du taux d’amortissement des structures et
des différents sites.
L’évolution de ces connaissances locales aboutira un jour à une traduction réglementaire à l’occasion d’un
changement des règles de construction parasismiques : Il y aura un nouvel arbitrage entre une augmentation
du niveau de sécurité et l’effort qui peut être consenti par la société à ce moment là. Néanmoins, pour les
ouvrages à risque normal la future réglementation (EC8) va plutôt vers l’évaluation probabiliste de l’aléa
sismique régional.
7.5.
Évaluation probabiliste de l’aléa sismique régional
Pour les ouvrages à risque normal, on ne peut pas demander aux populations de se
protéger contre un événement qui ne surviendra que tous les 5000 ans, même si
l’événement est susceptible de se produire « demain ». Par l’étude des cycles sismiques
des différents domaines sismotectoniques (Lois de fréquence-magnitude) on peut
identifier la valeur de la magnitude maximum pouvant être associée à un laps de temps
choisi.
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Les enjeux visés étant moins élevés et la couverture de l’ensemble du territoire devant se
faire à moins de frais, l’approche est « simplifiée ».
L’approche est la suivante :
- Connaissance historique de la macro-sismicité (à défaut d’études disponibles sur les
unités sismotectoniques), dans ce cas tout repose sur la valeur de l’échantillonnage
- Etablissement de lois de distribution fréquence-magnitude.
- Le séisme de référence est « laissé » sur son site (et non rapproché au point le plus
proche du domaine) et pondéré par les lois d’atténuation comme précédemment.
Le laps de temps retenu par la puissance publique pour l’application réglementaire de ce
type de zonage est un arbitrage politique dépendant des conditions économiques. En
effet, si ou retient une période plus longue, on prend en considération des magnitudes
plus élevées dont la récurrence est moindre, dons l’action sismique de calcul sera plus
élevée et le coût de la construction plus élevé.
Figure 79 - Carte de l'aléa sismique régional probabiliste de la France métropolitaine pour une
période de retour de 475 ans (Document BRGM) Ce document ne ressemble pas du tout à la carte de
l’aléa déterministe, ce qui indique que les séismes violents possibles dans la région de Nice, de la Durance,
des Pyrénées orientales et de la région de Bâle, connus dans le passé, ont une période de retour très
longue. Ainsi, les valeurs des « accélérations nominales » (mouvement sismique « au rocher ») retenues
pour chaque région sont-elles beaucoup plus faibles, puisque les « grands séismes » plus rares ne sont pas
retenus.
7.6.
Zonage de l’aléa régional: Echelle d’étude 1/1 000 000
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La précision de ce type de document est de l’ordre du 1/1 000 000.
Figure 80 - Carte de l’aléa régional probabiliste des petites Antilles (Document BRGM)
L’étude de l’aléa sismique régional donne la carte d’aléa probabiliste ci-contre. On y observe bien que les
zones les plus proches de la zone de subduction ont les accélérations nominales les plus élevées. On
constate également que l’aléa est plus élevé au large de la Guadeloupe, c’est dû aux variations du pendage
de la subduction.
C’est bien sur les terres émergées (zones construites) que les valeurs estimées nous intéressent.
Réglementation française relative aux méthodes de détermination de l’aléa
sismique régional:
Pour les ouvrages à risque spécial (arrêté du 10 mai 1993) on retient pour déterminer l’aléa
régional la méthode déterministe. (Voir § 10.2112)
Pour les ouvrages à risque normal (arrêté du 27 mai 1997) on retient pour déterminer
l’aléa régional des valeurs forfaitaires de l’accélération au rocher dépendant du zonage
réglementaire (voir § 10.211) et de la classe des bâtiments : l’accélération nominale aN.
(Voir § 11.2111)
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8. L’aléa sismique local
Une fois défini l’aléa sismique régional du site à construire, et avant même d’entreprendre
la phase « esquisse » du projet, il convient, en zone de risque sismique, de vérifier
l’opportunité d’implantation du (des) bâtiment (s) sur le site retenu. En d’autres
termes, de caractériser l’aléa sismique local. C’est obligatoire pour les ouvrages à risque
spécial et souhaitable pour les autres. En effet, un séisme génère :
- Des effets directs : actions du sol sur les ouvrages, de type oscillatoire, jeu de la faille
en surface.
- Des effets de site : modification sensible du signal par un site, pouvant amplifier les
accélérations du sol pour certaines fréquences.
- Des effets induits : grands mouvements de sol ou d’eau pouvant agir sur les ouvrages:
- déclenchement d’un phénomène latent par la mise en action des sols (chutes de
pierres, glissements de terrain, éboulis, subsidence…)
- genèse d’un phénomène lié au caractère ondulatoire du mouvement
(liquéfaction des sols, tsunamis, seiches).
Figure 81 - Localisation schématique des effets possibles d’un séisme (Document Géo-Ter)
Les effets du séisme peuvent être plus ou moins destructeurs d’un lieu à l’autre, pour une
même construction, parfois à quelques dizaines de mètres près. L’étude de l’aléa local
permet ainsi de préciser la part du risque liée au site d’implantation.
S’il peut être envisagé de répondre à l’action de type oscillatoire par des dispositions
architecturales et constructives appropriées, il faut éviter absolument les conséquences
des effets induits (agir sur le phénomène avant le séisme, ou implanter le bâtiment hors
zone d’effet induit).
De même, il convient de vérifier l’adéquation entre le programme et le site:
Le site lui-même peut ne pas aggraver la vulnérabilité potentielle d’un bâtiment, mais ses
voies d’accès ou ses viabilités peuvent être très vulnérables. Ce qui n’est pas acceptable
pour certaines classes de bâtiments qui ont une nécessité vitale de pérennité des viabilités
et circulations, comme les hôpitaux ou les centres de secours par exemple.
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Certains problèmes de sol d’implantation ne peuvent être identifiés qu’à la suite d’études
géotechniques. D’autres peuvent être détectés par une simple observation du site sur
place et/ou la lecture des cartes géologiques régionales. Il faut néanmoins prendre l’avis
de spécialistes compétents afin de préciser l’aléa local.
8.1.
Effets directs du séisme
8.1.1. Le mouvement « au rocher » (rappel)
C’est le mouvement régional de référence (niveau d’accélération). Il est établi de façon
déterministe ou probabiliste par les études d’aléa régional. Faute de mieux, on retiendra
les valeurs réglementaires qui en tout état de cause sont les valeurs légales, même si les
études montrent qu’elles sont souvent surestimées (ceci compense en général la possible
sous-estimation des amplifications locales par des spectres de réponse réglementaires).
8.1.2. Les bouleversements topographiques à grande échelle
Heureusement assez rares, ces effets directs du séisme ne se produisent qu’en cas de
séisme superficiel de magnitude très élevée. Les variations de niveau entre les
« compartiments » situés de part et d’autre de la rupture ont atteint plusieurs mètres lors
du séisme d’Alaska (1964).
Figure 82 - Séisme d’Alaska en 1964. (Document X)
Sur une étendue concernant des centaines de kilomètres une partie des terres a subi une surrection
culminant à +8m, une autre une subsidence allant jusqu’à –2m.
Le problème se pose pour les grandes agglomérations et ouvrages importants situés sur
des sites tectoniques associés à ce type de conditions.
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Figure 83 - Séisme de Messine (1908)
(Document GNDT) Ici, les points de levée figurant
en rose sont remontés (jusqu’à 13 cm), et ceux en
bleu sont descendus (parfois de plus de 50 cm)
Figure 84 - Séisme d’Izmit
(1999) (Document CNRS –
IPGP et SPOT Image)
Lors de ce séisme, une partie de la
commune de Gölcük a subi une
subsidence : zones teintées de bleu
vif sur l’image satellite. C’était pour
partie des zones urbanisées.
Figure 85 - Séisme d’Izmit,
Zone de subsidence à Gölcük
(document BRGM)
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8.1.3. Le jeu d’une faille en surface
Le risque lié au jeu d’une faille en surface (déplacement visible du sol, de part et d’autre
de la faille, en hauteur et/ou en longueur) a une probabilité d’occurrence très faible en
France. Il doit néanmoins être étudié précisément pour les ouvrages à risque spécial, et
pour les bâtiments d’intérêt stratégique (classes C et D). Les constructions qui seraient
implantées sur une faille jouant en surface verraient leurs fondations (et l’ensemble de la
structure par conséquence) cisaillées par ce déplacement pouvant atteindre plusieurs
mètres dans certaines régions du monde!). Actuellement ce risque, bien que faible en
France métropolitaine et aux Antilles est évalué aux Antilles. Les déplacements attendus
sont faibles (moins de 20 cm). En termes d’aléa il est traduit sur les cartes des PPR par
des bandes de neutralisation (inconstructibles), larges pour tenir compte de l’incertitude si
les études précises n’ont pas encore été entreprises.
Le jeu de la faille peut être apparent en surface si:
– La Magnitude du séisme > 5.5
– Son foyer a une profondeur < 5km
MAGNITUDE
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
LONGUEUR DE
RUPTURE
3 - 4 km
10 - 15 km
40 - 50 km
200 - 300 km
800 - 1000 km
REJET EN
SURFACE
-~ 20 cm
1 -2 m
4-6m
15 - 20 m
Figure 86 - Séisme de Taiwan, 1999, rejet de faille de près de trois mètres de haut dans un
bâtiment (Document USGS)
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Figure 87 - Séisme d’Izmit (Turquie, 1999), décrochement en surface de 3,70m à cet endroit
(Document AFPS)
Règles PS-92, article 4.11. Voisinage des failles
Sauf nécessité absolue, aucun ouvrage ne doit être édifié au voisinage immédiat d’une
zone faillée reconnue active, éventuellement repérée sur les Plans d’Exposition aux
Risques, dits PER5; ces plans peuvent fixer la largeur des bandes à neutraliser de part et
d’autre de l’accident et, le cas échéant, des bandes dans lesquelles il convient de prendre
en compte un mouvement de calcul plus sévère.
8.2.
Effets de site : amplification localisée du signal sismique
Chaque site, même à équidistance du foyer sismique, a une « réponse » qui lui est propre
aux différents séismes et il modifie les ondes qui parviennent au rocher sous-jacent.
Le rocher peut être affleurant, et dans ce cas c’est la morphologie du site, s’il n’est pas
sensiblement plan qui conditionnera l’amplification éventuelle de certaines composantes
fréquentielles des ondes sismiques.
Mais le plus souvent, c’est une épaisseur, plus ou moins importante, de sol plus ou moins
meuble qui va agir comme un « filtre » et qui va amplifier certaines composantes
fréquentielles du signal ou dé-amplifier certaines autres.
C’est ce qu’on appelle un « effet de site ». Les études permettant de qualifier les effets de
site possibles avant l’arrivée d’un séisme majeur passent par la définition de leurs
caractéristiques géométriques, géomécaniques et géodynamiques. Elles ont pour but la
production de « spectres de réponse » qui permettront à l’architecte d’identifier les
structures plus vulnérables aux mouvements locaux et à l’ingénieur de calculer l’action
sismique propre au « couple sol-structure ».
5
Actuellement Plans de Prévention des Risques (un PER approuvé vaut un PPR)
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Figure 88 - Séisme du 8 juin 1999 en Martinique (Document Géo-Ter)
Les différents enregistrements du séisme indiquent un comportement dynamique très différent pour les
différents sites d’enregistrement. Outre l’arrivée plus ou moins tardive du séisme en fonction de la distance à
l’épicentre, on voit que la valeur des accélérations est très sensiblement différente d’un site à l’autre, ainsi
que la durée du séisme. On peut même sur certains signaux identifier de sols dont le signal se situe plutôt
dans les basses fréquences.
8.2.1.Topographies amplifiant l’action sismique: butte, crête, bord de
falaise
La réflexion des ondes sismiques à l’intérieur de ces reliefs peut amplifier les secousses qui
y parviennent, et plus particulièrement les composantes vibratoires correspondant aux
caractéristiques géométriques propres du site (effet de site). Les constructions implantées
sur ce type de reliefs pourront subir une action sismique beaucoup plus importante que
sur un site voisin non accidenté s’il y a concordance des fréquences du sol et du bâtiment.
S’il n’est pas envisageable de changer d’implantation, il convient de prendre les
dispositions architecturales nécessaires (par exemple modification de la fréquence propre
du bâtiment) et/ou des dispositions constructives appropriées (résistance mécanique
accrue, isolateurs, amortisseurs…)
Figure 89 - Séisme de Lambesc, 1909,
destruction des constructions situées sur la
butte de Rognes par effet de site.
(Document X)
Toutes les constructions de pierre hourdées au
mortier de chaux étaient peu résistantes. Pour ce
séisme modéré, seules celles qui étaient situées
sur la butte ont subi des accélérations assez
élevées, par effet de site, pour s’effondrer.
Il faut noter pour le cas des buttes, la possible
insuffisance du coefficient topographique des PS92 (maximum 1,4).
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Figure 90 Séisme de Lambesc, 1909 Le caractère sélectif
de l'amplification des ondes sismiques sur un site est mis en
évidence par cet exemple. L’église se trouvait sur une butte
comme à Rognes. Le corps de l’église de période propre plus
courte que celle du clocher a été mis en résonance par les
périodes courtes du site s’est effondré. Alors que les faibles
caractéristiques mécaniques du clocher ont « suffi » à assurer
sa résistance puisque sa « réponse » au séisme était faible en
raison de la non-concordance de sa période avec celles du sol.
8.2.2. Discontinuité latérale de densité du sol
Les phénomènes de réflexion des ondes sur ces zones en raison des fortes variations
d’impédance entre les différents milieux (par exemple vallées rocheuses partiellement
remplies d’alluvions) génèrent également des phénomènes d’amplification locale des
ondes sismiques par aggravation du phénomène décrit ci-après.
8.2.3. Sol alluvionnaire de forte épaisseur amplifiant l’action sismique
La réflexion des ondes sismiques « prisonnières » à l’intérieur d’une couche de sol meuble
entre la surface et le substratum rocheux a pour conséquence d’amplifier certaines
composantes des secousses sismiques qui y parviennent (en fonction de la période propre
du système qui dépend de la nature physique du sol et de sa géométrie). Ces
composantes peuvent être très sous-estimées par les spectres des sols S3 de la
réglementation.
En outre, ce type de sols permet une bonne propagation des ondes de surface (période
longue) et prolonge notablement la durée de l’action sismique, alors que les méthodes de
calcul « modal-spectral » des PS-92 ne tiennent pas compte de la durée du séisme.
Les constructions de période propre plutôt élevée sur les sols meubles peuvent subir une
action sismique beaucoup plus importante que sur le sol rocheux: éventuelle mise en
résonance si concordance entre les périodes propres du sol et celles du bâtiment,
augmentation de l’amplitude des déplacements différentiels sur les fondations,
prolongation de la sollicitation…
S’il n’est pas envisageable de changer d’implantation, il convient d’éviter absolument la
mise en résonance du bâtiment par concordance entre la fréquence propre du site et celle
du bâtiment (ou de disposer un système d’amortisseur pour éviter l’amplification), et de
prendre toutes les dispositions constructives liées à ce site sensible, notamment des
fondations descendues au bon sol. Il faut noter que les spectres réglementaires ne
permettent pas de prendre en compte un effet de site important sur sol meuble.
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Figure 91 - Séisme de Mexico (Document BRGM)
Exemple remarquable de l'amplification du mouvement sismique pour une période T proche de 2 secondes
dans cette cuvette alluvionnaire située à 350 km de l'épicentre. Les accélérations atténuées par la distance à
un niveau de 0,035g au rocher ont été amplifiées par la mise en résonance du sol à 0,17g pour cette période
qui est celle de la cuvette définie par son matériau (limons) et sa géométrie (H = 50 m). Les constructions
qui avaient elles-mêmes une période de 2s se sont mises en résonance avec le sol et ont subi des graves
dommages ou l’effondrement, car leurs accélérations en réponse ont atteint 0,7g.
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Figure 92 - Mexico 1985. (Document EQIIS – USA) Coup
de fouet sur les étages supérieurs par mise en résonance du
bâtiment et du sol.
Figure 93 - Mexico 1985 (Document NISEE-USA)
Le bâtiment du premier plan, dont les périodes propres d’oscillation (courtes) ne sont pas entrées en
résonance avec le sol, n’a pas subi de dommages bien qu’il soit apparemment très vulnérable. A l’arrière
plan on devine un immeuble plus élancé qui a lui subi des dommages importants par « coup de fouet dans
les étages » bien qu’étant vraisemblablement « mieux construit ». Il a « répondu » au séisme par des
accélérations et des déformations importantes de sa structure en raison d’une mise en résonance.
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EFFETS DE SITE ET REGLEMENTATION FRANCAISE POUR LES OUVRAGES A RISQUE NORMAL
Règles PS-92,
article 5.2. DEFINITION DE L’ACTION SISMIQQUE
Le mouvement sismique de calcul est défini par les paramètres suivants :
- L’accélération nominale aN déjà définie au 3.3.
- L’ordonnée du spectre de dimensionnement normalisé dépendant des formations géologiques du site et
de la période T, appelée RD(T),
- Un coefficient lié à la topographie τ,
- Un coefficient correctif d’amortissement ρ,
On désigne par la suite le produit de ces paramètres par R(T)
R(T) = aN.RD(T).ρ.τ
La définition des spectres de dimensionnement normalisés repose sur les classifications des articles 5.21 et
5.22
article 5.21. Classification des sols
En vue de la définition des sites types, les sols sont classés en quatre groupes, en fonction de leurs
propriétés mécaniques, comme indiqué ci-après :
- Rocher sain ;
- Groupe a : sols de résistance bonne à très bonne (par exemple sables et graviers compacts, marnes ou
argiles raides ou fortement consolidées)
- Groupe b : sols de résistance moyenne (par exemple roches altérées, sables et graviers moyennement
compacts, marnes ou argiles de raideur moyenne) ;
- Groupe c : sols de faible résistance (par exemple sables ou graviers lâches, argiles molles, craies
altérées, vases).
article 5.22. Classification des sites
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Il est considéré quatre types de sites correspondant aux descriptions suivantes :
Sites S0
- sites rocheux (site de référence)
- sols du groupe a en épaisseur inférieure à 15m
Sites S1
- sols du groupe a en épaisseur supérieure à 15m
- sols du groupe b en épaisseur inférieure à 15m
Sites S2
- sols du groupe b en épaisseur comprise entre 15m et 50m
- sols du groupe c en épaisseur inférieure à 10m
Sites S3
- sols du groupe b en épaisseur supérieure à 50m
- sols du groupe c en épaisseur comprise entre 10 et 100m
Dans le cas de sites comportant des sols du groupe c en épaisseur supérieure à 100m, il convient de
procéder à une étude particulière en vue de la détermination d’un spectre spécifique.
Ces descriptions supposent que les sols en cause sont disposés en formations à peu près régulières. Dans le
cas de formations irrégulières ou lenticulaires, ou en cas d’ambiguïté, il convient de procéder à l’assimilation
qui, compte-tenu de la forme des spectres ci-après et des périodes propres de la structure, conduit au degré
de conservation immédiatement supérieur.
article 5.24. Coefficient d’amplification topographique
Il est tenu compte d’un coefficient multiplicateur τ dit d’amplification topographique pour les ouvrages situés
en rebord de crête.
Si on considère une arête C délimitant un versant aval de pente I (tangente de l’angle de pente) et un
versant amont de pente i, et si :
- H > ou = 10m (H étant la hauteur de l’arête au dessus de la base du relief)
- i < ou = I/3
Le coefficient τ
- prend la valeur:
τ=1
pour I-i <ou= 0,40
τ = 1 + 0,8 (I –i -0,4) pour 0,4 <ou= I-i <ou= 0,9
τ = 1,4
pour I-i >ou= 0,9
I et i sont pris en valeur algébrique
Sur le tronçon CB du versant amont défini pour la largeur b de sa projection horizontale (exprimée en
mètres) :
B = minimum de 20I et (H+10)/4
- fait l’objet d’un raccordement linéaire entre les valeurs I et t le long des deux tronçons AC et BD, de
longueur :
a = AC = H/3
b = BD = H/4
- prend la valeur 1 à l’aval du point A et à l’amont du point D.
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Le problème est posé des spectres de réponse réglementaires qui ne permettent pas de
prendre en compte les effets de site importants.
On peut, de manière empirique avoir une première indication de la période fondamentale
d’oscillation d’un sol dont on aura détecté par carottage un fort contraste d’impédance
avec le substratum rocheux, par sa nature et sa hauteur.
Connaissant l’épaisseur H de la couche et sa nature, on peut lire dans le tableau de
classement des sols des PS-92 la vitesse de propagation des ondes S dans le type de sol.
Par la formule 4H/VS on a un ordre d’idée assez fiable de la période (par exemple à
Mexico, H=50 m de sol meuble, VS environ 100m/s, donc T = 2s).
Par des méthodes aussi empiriques on peut avoir une approximation de la période
fondamentale d’une construction. Si les ordres de grandeur entre Tsol et Tbât sont proches,
il conviendra de se livrer à des études plus approfondies que la simple application des
règles… ou de changer l’architecture pour modifier la période du bâtiment ou lui conférer
un amortissement très élevé… En tout état de cause, ne pas se contenter aveuglément de
l’application des accélérations réglementaires de calcul sur les sols meubles.
PARAMETRES DETERMINANT LE MOUVEMENT VIBRATOIRE
1- La source
Taille du séisme : Magnitude
Contenu spectral
Chute de contrainte
Effets de directivité
(géométrie récepteur / sens de propagation de la rupture, + champ proche)
Basses et Hautes fréquences
Hétérogénéités du processus de rupture
Hautes fréquences
2- Propagation (1) : crustale
Facteur de qualité / Amortissement Structure profonde Profondeur
Décroissance spatiale et radiale
2- Propagation (2) : Conditions locales
Rigidité
Piégeage et résonance : fi , Ai
Géométrie
Relief de surface
Focalisation + ? ?
Interfaces (vallées, bassins, irrégularités)
Diffraction, réflexion
Amplification et prolongation
Non-linéarités de comportement
Diminution de la rigidité et augmentation de l’amortissement
Réduction, voire élimination ( ?), des effets d’amplification
8.3.
Effets induits par les secousses sismiques sur les sites
8.3.1. Glissements de terrains, chutes de pierres (purge)
Les paramètres de suspicion d’une instabilité de terrain en pente sont géométriques
(influence du % de pente par exemple), géologiques et géotechniques (influence de la
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cohésion des sols), hydrauliques (influence des circulations et présence d’eaux) et
climatiques. On retient des facteurs d’aggravation du décrochement possible du sol en
fonction des caractéristiques des séismes prévisibles dans la région.
Dans certains cas, comme au Salvador (2001) à Santa Tecla, on soupçonne qu’un effet de
site (mise en résonance d’une colline) a aggravé la sollicitation sur les versants instables.
Il convient d’éviter absolument l’implantation sur les sols potentiellement instables en
raison de la trop grande présomption de sinistre en cas de séisme car il n’existe pas de
solution constructive pour se protéger d’un glissement de terrain important.
Bord de falaise ou de talus instable
Outre les problèmes d’amplification de l’action sismique exposés ci-avant, en cas de
séisme ce type de site peut être le siège de ruptures et d’éboulements qui peuvent
entraîner les constructions qui y seraient implantées.
Figure 94 - Séisme de Kobé, 1995, (Document NISEE USA)
Glissement de terrain ayant entraîné la perte totale de d’un
bâtiment « parasismique » situé en bord de talus instable.
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Site en pente
De la même manière, le risque est représenté par le glissement du sol vers les
constructions aval, mais également par la « régression » (progression vers l’amont de la
zone d’éboulement) vers les biens situés en amont de la zone instable. Indépendamment
de la détermination du risque de glissement des sols, il faut absolument, sur les sites en
pente, veiller à implanter les fondations sur un sol homogène (attention aux déblaisremblais).
Pied de falaise ou de versant instable
Pour les mêmes raisons de purge potentielle de la falaise ou du versant dominant un site,
il convient d’éviter l’implantation des constructions sur les zones aval concernées par le
risque (avalanches de pierres ou coulées de boues…), dont l’étendue doit être déterminée
avec soin… Ce qui n’est pas facile.
Figure 95 - Séisme du Salvador, 2001 (Document
Associated Press)
Glissement de terrain à Santa Tecla ayant entraîné la perte totale
d’un quartier (300 constructions ensevelies) dont les constructions
n’ont pas souffert des oscillations (signal riche en périodes
longues, ayant déclenché le glissement et constructions basses de
périodes courtes). Des centaines de constructions voisines sans
dommages ont été évacuées par la suite de façon définitive.
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Figure 96 - Chute de blocs (Document P. Balandier)
Cette habitation en Guadeloupe (zone sismique III) a été traversée par des blocs rocheux, situés à l’origine
en amont de la pente, sans séisme… Le séisme est un « puissant » facteur déclenchant de purge de pentes
et falaises. Il convient de procéder à cette purge avant de construire ou d’éviter certaines implantations si la
prévention ne peut être assurée par la destruction de quelques blocs.
8.3.2. Liquéfaction des terrains granulaires saturés d’eau
En cas de présence de couches de sable ou limons non cohérents à grains de faibles
dimensions (0.05 à 2mm) et de granulométrie « déterminée » à proximité de la surface, la
présence d’eau à saturation est un facteur de déclenchement du phénomène de
« liquéfaction » en cas de secousse sismique. La violence et la durée possible du séisme
en sont des facteurs déterminants.
Dans ce cas, la « déstructuration » totale du sol peut entraîner la perte des constructions
dont la superstructure est réputée parasismique. Il faut soit descendre les fondations au
bon sol, soit traiter le sol pour lui donner les caractéristiques souhaitées, soit éviter ces
sites pour l’implantation des constructions.
Figure 97 - Séisme de Caracas,
1967, (Document USGS)
« Enfoncement » d’un bâtiment dans
le sol sous l’effet d’un tassement
localisé dû au phénomène de
liquéfaction.
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Le phénomène
Sous l’action des ondes P, la pression d’eau interstitielle des sols granulaires augmente et
leur fait perdre leur cohésion. Des jets d’eau et de sable remontent à la surface sous l’effet
de cette pression et sont projetés en l’air avant de retomber sous forme de cônes de
sable. Des affaissements localisés par tassement de la couche de sable, dont les grains se
« réorganisent », se produisent.
Les études géotechniques permettent d’identifier les critères de susceptibilité à la
liquéfaction des sols et de détecter les zones où le phénomène pourrait se produire en cas
de séisme majeur.
A cet égard, âge du dépôt, granulométrie, saturation d’eau, et taux de contrainte cyclique
des sols sont déterminants et bien précisés par les règles PS-92.
Figure 98 - Séisme d’Izmit (1999) (Document AFPS).
Ce bâtiment sur radier s’est enfoncé dans le sol de façon non symétrique. Lorsque le centre de gravité est
sorti de la base de sustentation il a basculé. Son encastrement dans le sol a stoppé sa course. Il faut noter
qu’il n’est pas disloqué et que ses vitrages sont intacts : Les ondes S qui déforment la construction ne se
propagent pas en milieu liquide. Ce sont les ondes P, ondes de compression qui génèrent le phénomène de
liquéfaction.
Figure 99 - Séisme d’Izmit 1999
(Document BRGM)
Cône de liquéfaction en ville : un jet d’eau
et de sable est sorti sous pression à cet
endroit là pendant le séisme.
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Figure 100 - Séisme de Kobé 1995
(Document AFPS)
Les désordres consécutifs au phénomène
de liquéfaction concernent aussi largement
les VRD que les structures.
Mouvement de terrain dû à la liquéfaction du sol sous-jacent d’un talus
Lorsque la couche de sol liquéfiée se trouve sous un talus, un glissement de terrain induit
peut s’en suivre. Ce cas de figure concerne particulièrement les rivages.
Figure 101 - Coupe schématique d’un glissement de talus sur sol liquéfié (Document BRGM)
Figure 102 - Séisme d’Anchorage 1964 (Document X) Illustration dramatique d’un glissement de talus
de grande ampleur sur une zone liquéfiée.
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Règles PS-92, article 4.12. Zones suspectes de liquéfaction
Les couches de sol présentant les caractéristiques décrites dans l’article 9.12 doivent être à priori
considérées comme susceptibles de donner lieu à des phénomènes de liquéfaction.
L’évaluation du risque de liquéfaction doit être faite suivant les dispositions des articles 9.12 à 9.15 ; les
mesures à prendre lorsque la sécurité apparaît insuffisante vis-à-vis de ce risque sont précisées à l’article
9.16).
Ces caractéristiques des sols liquéfiables, définies par les règles PS-92 ont été vérifiées à
maintes reprises sur les séismes majeurs. Or, elles n’ont en général pas été vérifiées pour
la cartographie des Atlas communaux et des PPR français qui mentionnent une suspicion
de liquéfaction pour des zones sur les seuls critères de présence d’eau et de sables ou
limons. La vérification de ces critères sur les zones urbanisées et à urbaniser serait
souhaitable pour des raisons économiques, car elle permettrait de lever la suspicion sur
nombre d’entre elles.
8.3.3. Subsidence sur cavités
Le sol peut présenter toutes les caractéristiques apparentes d’un bon sol de fondations,
mais la présence de cavités à proximité de la surface (gypse, anciennes carrières…) peut
entraîner la ruine des constructions se trouvant au-dessus en cas de rupture de la voûte
naturelle ou artificielle sous l’action d’un séisme. L’effondrement est brutal si la cavité est
très proche de la surface, les tassements du sol de surface plus ou moins importants dans
les autres cas.
On peut difficilement envisager des investigations systématiques, mais dans les régions
minières, les zones de gypse et de karst, s’il y a la moindre suspicion, il est préférable de
procéder à des sondages et essais géophysiques avant toute décision d’implantation. Dans
le cas de cavités stabilisées et peu profondes on peut envisager de procéder à des
injections, et/ou réaliser des fondations spéciales.
8.3.4. Tsunamis
Le raz de marée (qu'on appelle du nom japonais "tsunami" dans le Pacifique) constitue un
phénomène particulièrement destructeur consécutif à un séisme. Il peut survenir plusieurs
heures après le séisme, et à des milliers de kilomètres de l’épicentre. Les Tsunamis qui
traversent le pacifique sont observés par satellite par les japonais qui lancent le cas
échéant une alerte d’évacuation des rivages.
Figure 103 - Document Université de Laval (A) Un séisme
déclenché dans la croûte océanique engendre un mouvement
oscillatoire de l'eau (vagues). Ces vagues sont à peine perceptibles
en eau profonde (moins d'un mètre d'amplitude), mais s'enflent en
eau peu profonde pour atteindre des amplitudes allant jusqu'à 30
m. La vitesse de propagation de ces vagues est de 500 à 800
km/heure et leur périodicité est de l'ordre de 15 à 60 minutes. Ainsi,
un raz de marée initié par un séisme qui se sera produit à 1000 km
des côtes viendra frapper ces côtes 2 heures plus tard. On peut
aisément imaginer l'effet destructeur de telles vagues sur les côtes
habitées. (B) A l'approche du raz de marée, il se produit d'abord un
retrait de la Mer (ce qui est de nature à attirer les curieux). (C)
Vient ensuite la première vague. (D) Celle-ci peut être suivie d'un
second retrait, puis d'une autre vague.
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8.3.5. Effets d’origine anthropique, problèmes urbains
D’autres effets induits par la secousse sismique sont susceptibles de provoquer des
désordres ou la ruine des bâtiments : propagation des incendies post-sismiques,
inondations par rupture d’une retenue d’eau, action de remblais lourds sur sols instables,
purge des terrassements sans soutènement …
Il est difficile de prétendre maîtriser tous les facteurs d’effets induits anthropiques.
Cependant une discipline d’observation du site, d’investigations sur documents, et
d’études géologiques ou géotechniques en rapport avec les enjeux de la construction en
projet … et la prise de décisions politiques permet de réduire sensiblement l’aléa lié aux
effets induits anthropiques.
Outre la problématique de l’aléa local pour un bâtiment à construire en zone urbanisée,
c’est toute la politique d’aménagement du territoire qui doit être envisagée en fonction de
l’aléa sismique : VRD, grands équipements, transports, etc.
Figure 104 - Séisme de Kobé, 1995, (Document NISEE – USA)
Propagation à grande échelle d’un incendie post-sismique ayant entraîné des pertes colossales sur des
bâtiments parasismiques.
Ainsi, bien que le sujet soit complexe, et dépasse l’objet strict de la sismologie appliquée à
la construction, avec des incidences éventuellement lourdes sur la programmation et le
budget, il est souhaitable, pour une véritable démarche parasismique, de prendre en
considération l’environnement construit et sa vulnérabilité.
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8.4.
Microzonage de l’aléa local : Echelle d’étude 1/10 000
Les études de microzonage sismique, réalisées par des sismologues, et des
géotechniciens sont désormais généralisées dans les régions sismiques très peuplées…
des pays riches. Rappelons pour mémoire les différents aspects de l’aléa sismique qu’il
convient d’identifier et de cartographier en vue de l’évaluation de la vulnérabilité des
éléments à risque.
- Mouvement de référence « régional » au rocher horizontal après localisation et
étude des mécanismes des failles actives susceptibles de rejouer et de leurs
magnitudes associées et lois d’atténuation.
- Localisation des failles actives susceptibles de jouer en surface.
- Identification et cartographie des sites susceptibles d’amplifier certaines
composantes des mouvements sismiques attendus (séismes lointains, séismes
proches), évaluation de cette amplification traduite par les spectres de réponse
des sites cartographiés.
- Identification et évaluation des possibles effets induits (glissements de terrain,
chute de blocs, subsidence, liquéfaction, tsunamis…)
Pour l’urbanisme parasismique, il conviendrait d’ajouter à cette cartographie les possibles
effets induits urbains : encombrements de voirie par la ruine des édifices très
vulnérables, propagation d’incendies en tissu continu, pollutions diverses…
Figure 105 - Cartographie de plusieurs aléas induits par le séisme à Fort de France (Document
BRGM)
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Cartographie de
l’amplification topographique et
de la bande de neutralisation de
faille de Dillon à Fort de France
(Document BRGM)
Figure
106
-
Figure 107 - Microzonage des
zones à réponse dynamique
homogène à Fort-de-France. Un
spectre de réponse des structures
est associé à chaque zone.
(Document BRGM)
Figure 108 Spectres de réponse
associés au microzonage spectral de
Fort-de-France (Document BRGM)
On voit également sur ce document les
spectres S0 à S3 des PS-92.
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LES REGLES PS-92 ET LES PROBLEMES DE SITES ET SOLS D’IMPLANTATION
Le chapitre 4, qui définit les règles générales de conception accorde une part importante
aux:
– Choix du site
– Reconnaissances de sol
– Prise en compte du sol pour le choix des fondations
4. REGLES GENERALES DE CONCEPTION
4.1. Choix du site
4.2. Reconnaissances et études de sol
4.3. Fondations
4.4. Structures
Le chapitre 9, qui précise les règles propres aux fondations définit:
– Les critères de liquéfaction, de stabilité des pentes
– Les dispositions propres aux différents types de fondations
– La vérification de la portance des sols naturels et remblayés
9. FONDATIONS
9.1. Liquéfaction des sols
9.2. Stabilité des pentes
9.3. Dispositions techniques concernant les ouvrages de fondation
9.4. Calcul des fondations profondes
9.5. Vérification de la force portante
9.6. Fondations sur sols substitués compactés
9.7. (non) Prise en compte de l ’interaction sol-structure
Le chapitre 10 est consacré aux problèmes de soutènement des pentes et présente les
critères de vérification de leur stabilité.
10. PAROIS D ’INFRASTRUCTURE ET OUVRAGES DE SOUTENEMENT
10.1. Règles générales
10.2. Méthodes de calcul simplifiées
10.3. Vérification de stabilité
10.4. Vérification de résistance
10.5. Murs de soutènement isolés
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9. Les notions d’aléa, vulnérabilité et risque
9.1.
Terminologie UNDRO pour les risques majeurs
Les différents concepts relatifs à la gestion des risques majeurs font l’objet d’une
terminologie internationale adoptée par les Nations Unies (UNDRO)
ALEA NATUREL ( Natural Hazard): Probabilité d’occurrence, dans une région et au cours
d’une période donnée, d’un phénomène naturel susceptible de causer des dommages.
VULNERABILITE (Vulnerability): Degré de perte ou d’endommagement d’un élément
donné exposé au risque (ou d’un ensemble d’éléments), résultant de l’occurrence d’un
phénomène naturel de magnitude donnée et s’exprimant sur une échelle de 0 (absence de
dommages) à 1 (perte totale).
RISQUE SPECIFIQUE (Specific Risk): Estimation du niveau des pertes pouvant être
attendues suite à un phénomène naturel particulier, exprimées par une fonction de l’aléa
et de la vulnérabilité.
ELEMENTS A RISQUE (Elements at Risk): Populations, constructions, activités civiles,
services publics, installations et infrastructures, etc., exposés au risque dans une région
donnée.
RISQUE (Risk): Estimation quantifiée des pertes en vies humaines, des blessés, des
dommages aux biens, et des perturbations de l’activité économique pouvant être
attendues suite à un phénomène naturel particulier, soit le produit du risque spécifique et
des éléments à risque.
RISQUE ACCEPTABLE (Acceptable Risk): Niveau des pertes humaines et matérielles
perçues par la communauté ou les autorités compétentes comme tolérable, dans le cadre
des actions visant à minimiser le risque de catastrophe.
CATASTROPHE (Disaster): Grave interruption du fonctionnement d’une société
engendrant de larges pertes humaines, matérielles ou environnementales qui dépassent
les capacités de la société à faire face avec ses seules ressources propres. Les
catastrophes sont souvent classées selon leur mode d’occurrence (brusque ou progressif)
ou selon leur origine (naturelle ou anthropique)
PREVENTION (Prevention): Ensemble des actions destinées à fournir une protection
permanente contre les catastrophes. Comprend les mesures pratiques de protection
« physique » et relevant de l’ingénierie, comme les mesures législatives contrôlant
l’aménagement du territoire et la planification urbaine. (Voir « préparation »)
PREPARATION (Preparednes): Actions destinées à minimiser les pertes en vies
humaines et les dommages, à organiser l’évacuation temporaire des populations et des
biens d’un lieu menacé et à faciliter les opérations opportunes et espaces de sauvetage,
secours et réhabilitation.
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PREVISION (Forecast): Etat ou estimation statistique de l’occurrence d’un événement
futur. Le sens de ce terme varie selon son emploi dans différentes disciplines, de même
que celui de « prédiction ».
PREDICTION (Prediction): État de la date, du lieu et de la magnitude attendus d’un
événement futur (pour les séismes et éruptions volcaniques).
9.2.
Terminologie et concepts propres au risque sismique
ALEA SISMIQUE (Seismic Hazard): Ai, en un site donné, probabilité qu’au cours d’une
période de référence (ex: probabilité annuelle), une secousse sismique atteigne ou
dépasse en ce site une certaine intensité (I, Amax, Vmax).
EVALUER L’ALEA SISMIQUE D’UN SITE = calculer la fonction de répartition du
paramètre choisi lors d’un séisme dont l’occurrence suit une loi de distribution connue.
La VULNERABILITE V (Vulnerability) au sens commun, concerne le milieu construit
(Vulnérabilité structurale).
La vulnérabilité d’une construction ou d’une catégorie de constructions représente la perte
proportionnelle (en%) exprimant le rapport du coût des dommages subis à la valeur de la
construction. Elle dépend de l’intensité locale de la secousse subie:
– Sensiblement nulle pour I inférieur ou égal à VI
– Proche de 100% pour I supérieur ou égal à XI
Évaluer la vulnérabilité d’une construction = calculer une FONCTION
D’ENDOMMAGEMENT en fonction de l’intensité de la secousse et estimer le coût de la
reconstruction.
Le RISQUE SISMIQUE SECIFIQUE Ri (Seismic specific risk) définit la probabilité de
pertes, rapportée à une construction (ou une catégorie de constructions) de valeur unité,
au cours d’une période de référence.
Évaluer le RISQUE SISMIQUE SPECIFIQUE = convoluer les deux fonctions: aléa
sismique et vulnérabilité
Ri = Ai x V
Le RISQUE SISMIQUE R (Seismic risk) est la probabilité de pertes au cours d’une
période de référence et dans la région considérée.
– Proportionnelle au nombre de vies humaines et à la valeur des biens exposés.
– Dépend de l’occupation humaine de la région considérée.
EVALUER LE RISQUE SISMIQUE DANS UNE REGION = multiplier les risques
sismiques spécifiques Ri, pour les divers sites de la région, par la valeur (coût Ci) des
biens existants (ou projetés) sur chaque site et sommer tous les risques.
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10. La traduction réglementaire des études de
sismologie appliquée: arbitrages politiques
10.1.
La politique de gestion des risques naturels majeurs
PROBLEMATIQUE SOCIO-POLITIQUE DE LA CATASTROPHE
Les sociétés concernées par la possibilité d’occurrence de catastrophes d’origine sismique
doivent organiser une politique de mitigation du risque sismique selon ses différents
aspects :
MITIGATION DU RISQUE (ACTIONS PREALABLES)
• Prévention
– Recherche scientifique et technique
– Formation des professionnels acteurs de la mitigation du risque
– Évaluation de l’aléa et de la vulnérabilité
– Réduction de la vulnérabilité des constructions à venir
» Législation
» Réglementation
» Financements
• Préparation
– Information du public
– Réhabilitation parasismique de l’existant
– Plans d’urgence
CRISE (ACTIONS D’URGENCE)
• Organisation des secours
REPONSE A LA CRISE (ACTIONS EN VUE DU RETOUR A LA NORMALE)
• Reconstruction
• Réhabilitation
• Politiques d’indemnisation
ENJEUX DE SOCIETES
Les arbitrages politiques déterminant le niveau d’exigence légal pour la protection des
biens et des personnes dépendent du niveau de sensibilité de la société au problème et se
font en considération des facteurs :
Humains
Economiques (directs et indirects)
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Définition des enjeux : notion de valeur économique et patrimoniale (artistique,
historique, culturelles…) des biens.
Un bien de vulnérabilité donnée, soumis à un aléa donné, représente un enjeu dont la
valeur dépend de paramètres plus ou moins aisés à définir. Ces paramètres dépendent de
la société. On peut citer notamment :
- pertes humaines potentielles par effondrement (morts, blessés), directes ou indirectes,
- pertes matérielles potentielles par ruine, directes (le bien lui-même) ou indirectes
(pertes d’exploitation, atteinte à d’autres biens),
- atteintes à l’environnement (pollutions par exemple)
Figure 109 - Séisme d’Izmit, 1999. (Document EERI – USA) La perte d’une raffinerie de pétrole a un
impact sur l’économie d’une région qui est infiniment plus important que la valeur des installations. Il faut y
ajouter une atteinte à l’environnement.
Figure 110 - Séisme de Taiwan, 1999. (Document EQE – USA) Il en va de même pour la perte d’un
grand barrage. A ce titre, ces constructions font l’objet de procédures de construction plus complexes, celles
des Ouvrages à Risque Spécial.
-
pertes patrimoniales (monuments, objets d’art…) qui n’ont pas une valeur matérielle en
soi, mais une valeur de mémoire pour la société,
pertes sociologiques (déstructuration temporaire ou durable d’une société), la crise
sismique est un traumatisme dont la société qui en est victime ne sort pas indemne.
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ARBITRAGES
Ils doivent être faits entre :
- Incidence économique de la prévention sur le neuf et sur l’existant
- Incidence économique de la catastrophe, ramenée à sa probabilité d’occurrence.
Un pari à faire ? Les arbitrages nécessitent une bonne connaissance de la sismologie, de
l’aléa, de la vulnérabilité. L’arbitrage politique peut éventuellement être élevé par choix du
maître d’ouvrage.
En général :
Le séisme est considéré comme une action accidentelle, ajoutée aux charges
permanentes des structures, pour laquelle on établit une probabilité d’occurrence et
estime le risque.
La politique de mitigation du risque sismique est probabiliste. Pour les ouvrages à
risque normal, elle vise à sauver les vies humaines, elle admet les dégâts et un
pourcentage d’échecs décroissant avec l’importance de l’enjeu. Pour les ouvrages à risque
spécial elle vise l’absence de nuisances indirectes.
Le niveau de protection décidé par la puissance publique est forfaitaire.
– Les critères sont physiques (aléa, vulnérabilité, risque)
– Économiques (coût selon le niveau de réduction du risque)
– Politiques (degré de sensibilisation de la société)
DOMAINES D’ACTION
À l’échelle urbaine
- PPR
- Urbanisme (PLU, RNU)
- Renforcement de l’existant
(incitations)
Au niveau des constructions
- Règles parasismiques (pour les
constructions neuves)
En prévision de la crise
Au niveau des acteurs
- Plans de secours
- Formation
- Information
COUT REEL DES POLITIQUES DE PREVENTION
Réduction de la vulnérabilité du bien exposé à l’aléa
On doit mettre en relation la valeur des enjeux (selon les différents paramètres de l’enjeu)
avec:
Le coût de la démarche parasismique préventive pour le neuf et pour le
renforcement de l’existant (coût absolu et coût relatif à l’aléa).
Le coût de la réparation ou de la reconstruction après séisme.
(coût absolu et coût relatif à l’aléa).
Pour ce faire il faut les rapporter à la notion de risque sismique (Aléa x vulnérabilité x
Enjeux) et à une durée d’amortissement rapportée à la période de récurrence des
événements de gravité plus ou moins élevée.
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10.2.
Le contexte légal et réglementaire français
Les textes législatifs et réglementaires suivants encadrent la mitigation du risque sismique
en France. Ils visent la protection des enjeux, et pour ce faire arbitrent, entre autres, le
niveau de prise en considération de l’aléa sismique régional et local.
10.2.1.
Codes et Lois
10.2.1.1.
Loi n° 87-565 du 22 juillet 1987
Cette Loi est la première à encadrer la notion de « prévention des risques majeurs » et le
droit du citoyen à l’information sur son exposition aux risques.
(Loi codifiée en 2000.)
Le Titre I° définit l’organisation de la sécurité civile
- Plans ORSEC
- Services d’incendie et de secours
Le Titre II concerne la protection de la forêt et la prévention des risques majeurs
- Son article 21 précisait le droit du citoyen à l’information sur son exposition aux risques. Cet article a
été abrogé par ordonnance le 18 septembre 2000 et remplacé par des dispositions du code de
l’environnement (voir § 10.213)
- Ses articles 40-1 à 45 encadraient la prévention des risques naturels. Ces articles ont été
modifiés par la Loi Barnier (voir ci-après), puis abrogés par ordonnance le 18 septembre 2000 et
remplacés par ceux du code le l’environnement et du décret du 13 septembre 2000 (Voir § 10.223).
- Son article 41 prévoyait la sortie des décrets concernant le zonage sismique, les classes
d’ouvrages à risque normal et la définition de l’action sismique réglementaire en fonction de la zone
sismique et de la classe des ouvrages (voir ces décrets § 10.22).
Equivalences entre la Loi du 22 juillet 1987 et le Code de l’environnement (via la Loi Barnier)
Les articles 562-1 à 562-7 du Code reprennent les articles 40-1 à 40-7 de la Loi
L’article 563-1 du Code reprend l’article 41 de la Loi
10.2.1.2.
Loi n° 95-101 du 2 février 1995 (Loi Barnier)
Relative au renforcement de la Loi de 1987 dont elle précise certains articles, elle
substitue les PPR aux PER.
(Loi codifiée en 2000.)
Son Titre I° encadre la participation du public et des associations en matière d’environnement
Son Titre II encadre les dispositions relatives à la prévention des risques naturels.
CHAPITRE Ier Des mesures de sauvegarde des populations menacées par certains risques
- Ses articles (11 à 15) ont été codifiés (Voir § 10.213).
CHAPITRE II Des plans de prévention des risques naturels prévisibles
- Son article 16 (portant modification de la Loi de 1987), a été codifié (Voir § 10.213).
- Ses articles 17 à 19 modifient le Code des assurances et la Loi sur l’indemnisation des victimes de
catastrophes naturelles (Voir encadré ci-après)
Ses autres articles et titres traitent d’inondations, de protection de l’environnement et des
pollutions.
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Loi Barnier : Extrait relatif à l’indemnisation des victimes:
TITRE II DISPOSITIONS RELATIVES A LA PREVENTION DES RISQUES NATURELS
CHAPITRE Ier Des mesures de sauvegarde des populations menacées par certains risques naturels majeurs
Art. 17. Il est inséré, dans le code des assurances, un article L. 121- 16 ainsi rédigé :
"Art. L. 121-16. - Toute clause des contrats d'assurance tendant à subordonner le versement
d'une indemnité en réparation d'un dommage causé par une catastrophe naturelle au sens de l'article L.
125-1 à un immeuble bâti à sa reconstruction sur place est réputée non écrite dès lors que l'espace
est soumis à un plan de prévention des risques naturels prévisibles."
Art. 18. Le I de l'article 5 et l'article 5-1 de la loi n 82-600 du 13 juillet 1982 relative à l'indemnisation des victimes de
catastrophes naturelles sont abrogés.
Art. 19. L'article L. 125-6 du code des assurances est ainsi modifié :
I. - Au premier alinéa, les mots : "plan d'exposition aux risques naturels prévisibles, défini par le
premier alinéa de l'article 5-1 de la loi n 82-600 du 13 juillet 1982" sont remplacés par les mots : "plan de
prévention des risques naturels prévisibles approuvé dans les conditions prévues par la loi n 87-565
du 22 juillet 1987 relative à l'organisation de la sécurité civile, à la protection de la forêt contre l'incendie et
à la prévention des risques majeurs".
II. - Au quatrième alinéa, les mots : "plan d'exposition" sont remplacés par les mots : "plan de prévention
des risques".
III. - Au quatrième alinéa, les mots : "prescriptions visées par le premier alinéa du I de l'article 5 de la loi n
82-600 du 13 juillet 1982 relative à l'indemnisation des victimes de catastrophes naturelles" sont remplacés
par les mots : "mesures visées au 4 de l'article 40-1 de la loi n 87-565 du 22 juillet 1987 précitée".
Art. 20. - I. L'article 16 de la loi n 92-3 du 3 janvier 1992 sur l'eau est ainsi rédigé :
"Art. 16. - Dans les parties submersibles des vallées et dans les autres zones inondables, les plans de
prévention des risques naturels prévisibles institués par la loi n 87-565 du 22 juillet 1987 relative à
l'organisation de la sécurité civile, à la protection de la forêt contre l'incendie et à la prévention des risques
majeurs définissent en tant que de besoin les interdictions et les prescriptions techniques à respecter afin
d'assurer le libre écoulement des eaux et la conservation, la restauration ou l'extension des champs
d'inondation".
II. - Les articles 48 à 54 du code du domaine public fluvial et de la navigation intérieure sont abrogés.
III. - Au I de l'article 46 de la loi n 92-3 du 3 janvier 1992 précitée, la mention des articles 48 à 54 du code
du domaine public fluvial et de la navigation intérieure est supprimée.
Art. 21. L'article 21 de la loi n 91-5 du 3 janvier 1991 modifiant diverses dispositions intéressant l'agriculture et la
forêt est ainsi rédigé : "Art. 21. - Afin de définir les mesures de prévention à mettre en oeuvre dans les
zones sensibles aux incendies de forêt, le préfet élabore, en concertation avec les conseils régionaux et
conseils généraux intéressés, un plan de prévention des risques naturels prévisibles institué par la loi n 87565 du 22 juillet 1987 relative à l'organisation de la sécurité civile, à la protection de la forêt contre l'incendie
et à la prévention des risques majeurs."
Art. 22. A l'article L. 443-2 du code de l'urbanisme6, il est inséré, avant le dernier alinéa, un alinéa ainsi rédigé :
"Si l'une des zones visées au présent article est couverte par un plan de prévention des risques
naturels prévisibles établi en application de la loi n 87-565 du 22 juillet 1987 relative à l'organisation de la
sécurité civile, à la protection de la forêt contre l'incendie et à la prévention des risques majeurs, les
prescriptions fixées en application du présent article doivent être compatibles avec celles définies par
ce plan."
6
POS, actuellement PLU
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10.2.1.3.
Code de l’Environnement
Voté fin 2000, il codifie l’ensemble de Lois de la responsabilité du Ministère de
l’Aménagement du Territoire et de l’Environnement (MATE), dont celles relatives aux
risques majeurs (Loi de 1987 et Loi de 1995).
Son Titre VI encadre les risques naturels :
TITRE VI
PREVENTION DES RISQUES NATURELS
Chapitre Ier
Mesures de sauvegarde des populations menacées par certains risques naturels majeurs
Art. L. 561-1. - Sans préjudice des dispositions prévues au 5o de l'article L. 2212-2 et à l'article L. 2212-4
du code général des collectivités territoriales, lorsqu'un risque prévisible de mouvements de terrain,
d'avalanches ou de crues torrentielles menace gravement des vies humaines, les biens exposés à ce
risque peuvent être expropriés par l'Etat dans les conditions prévues par le code de l'expropriation
pour cause d'utilité publique et sous réserve que les moyens de sauvegarde et de protection des populations
s'avèrent plus coûteux que les indemnités d'expropriation.
La procédure prévue par les articles L. 15-6 à L. 15-8 du code de l'expropriation pour cause d'utilité publique
est applicable lorsque l'extrême urgence rend nécessaire l'exécution immédiate de mesures de sauvegarde.
Toutefois, pour la détermination du montant des indemnités qui doit permettre le remplacement des biens
expropriés, il n'est pas tenu compte de l'existence du risque.
Art. L. 561-2. - Sans préjudice des dispositions de l'article L. 13-14 du code de l'expropriation pour cause
d'utilité publique, les acquisitions d'immeubles peuvent ne donner lieu à aucune indemnité ou qu'à une
indemnité réduite si, en raison de l'époque à laquelle elles ont eu lieu, il apparaît qu'elles ont été faites dans
le but d'obtenir une indemnité supérieure au prix d'achat.
Sont présumées faites dans ce but, sauf preuve contraire, les acquisitions postérieures à l'ouverture de
l'enquête publique préalable à l'approbation d'un plan de prévention des risques naturels prévisibles rendant
inconstructible la zone concernée ou, en l'absence d'un tel plan, postérieures à l'ouverture de l'enquête
publique préalable à l'expropriation.
Art. L. 561-3. - Le fonds de prévention des risques naturels majeurs est chargé de financer, dans la limite
de ses ressources, les indemnités allouées en vertu des dispositions de l'article L. 561-1 ainsi que les
dépenses liées à la limitation de l'accès et à la démolition éventuelle des biens exposés afin d'en
empêcher toute occupation future. En outre, il finance, dans les mêmes limites, les dépenses de
prévention liées aux évacuations temporaires et au relogement des personnes exposées.
Ce fonds est alimenté par un prélèvement sur le produit des primes ou cotisations additionnelles relatives à
la garantie contre le risque de catastrophes naturelles, prévues à l'article L. 125-2 du code des assurances. Il
est versé par les entreprises d'assurances ou leur représentant fiscal visé à l'article 1004 bis du code général
des impôts.
Le taux de ce prélèvement est fixé à 2 %. Le prélèvement est recouvré suivant les mêmes règles, sous les
mêmes garanties et les mêmes sanctions que la taxe sur les conventions d'assurance prévue aux articles 991
et suivants du code général des impôts.
En outre, le fonds peut recevoir des avances de l'Etat.
La gestion comptable et financière du fonds est assurée par la caisse centrale de réassurance dans un
compte distinct de ceux qui retracent les autres opérations pratiquées par cet établissement. Les frais
exposés par la caisse centrale de réassurance pour cette gestion sont imputés sur le fonds.
Art. L. 561-4. - A compter de la publication de l'arrêté d'ouverture de l'enquête publique préalable à
l'expropriation réalisée en application de l'article L. 561-1, aucun permis de construire ni aucune autorisation
administrative susceptible d'augmenter la valeur des biens à exproprier ne peut être délivré jusqu'à la
conclusion de la procédure d'expropriation dans un délai maximal de cinq ans, si l'avis du Conseil d'Etat n'est
pas intervenu dans ce délai.
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La personne morale de droit public au nom de laquelle un permis de construire ou une
autorisation administrative a été délivré en méconnaissance des dispositions du premier alinéa
ci-dessus, ou en contradiction avec les dispositions d'un plan de prévention des risques naturels
prévisibles rendues opposables, est tenue de rembourser au fonds mentionné à l'article L. 5613 le coût de l'expropriation des biens ayant fait l'objet de ce permis ou de cette autorisation.
Art. L. 561-5. - Le Gouvernement présente au Parlement, en annexe à la loi de finances de l'année, un
rapport sur la gestion du fonds de prévention des risques naturels majeurs.
Un décret en Conseil d'Etat précise les modalités d'application du présent chapitre.
Chapitre II
Plans de prévention des risques naturels prévisibles
Art. L. 562-1. –
I. - L'Etat élabore et met en application des plans de prévention des risques naturels prévisibles
tels que les inondations, les mouvements de terrain, les avalanches, les incendies de forêt, les séismes, les
éruptions volcaniques, les tempêtes ou les cyclones.
II. - Ces plans ont pour objet, en tant que de besoin :
1o De délimiter les zones exposées aux risques en tenant compte de la nature et de l'intensité
du risque encouru, d'y interdire tout type de construction, d'ouvrage, d'aménagement ou d'exploitation
agricole, forestière, artisanale, commerciale ou industrielle ou, dans le cas où des constructions, ouvrages,
aménagements ou exploitations agricoles, forestières, artisanales, commerciales ou industrielles pourraient y
être autorisés, prescrire les conditions dans lesquelles ils doivent être réalisés, utilisés ou exploités ;
2o De délimiter les zones qui ne sont pas directement exposées aux risques mais où des constructions,
des ouvrages, des aménagements ou des exploitations agricoles, forestières, artisanales, commerciales ou
industrielles pourraient aggraver des risques ou en provoquer de nouveaux et y prévoir des mesures
d'interdiction ou des prescriptions telles que prévues au 1o ;
3o De définir les mesures de prévention, de protection et de sauvegarde qui doivent être
prises, dans les zones mentionnées au 1o et au 2o, par les collectivités publiques dans le cadre
de leurs compétences, ainsi que celles qui peuvent incomber aux particuliers ;
4o De définir, dans les zones mentionnées au 1o et au 2o, les mesures relatives à
l'aménagement, l'utilisation ou l'exploitation des constructions, des ouvrages, des espaces mis
en culture ou plantés existants à la date de l'approbation du plan qui doivent être prises par les
propriétaires, exploitants ou utilisateurs.
III. - La réalisation des mesures prévues aux 3o et 4o du II peut être rendue obligatoire en
fonction de la nature et de l'intensité du risque dans un délai de cinq ans, pouvant être réduit
en cas d'urgence. A défaut de mise en conformité dans le délai prescrit, le préfet peut, après mise en
demeure non suivie d'effet, ordonner la réalisation de ces mesures aux frais du propriétaire, de l'exploitant
ou de l'utilisateur.
IV. - Les mesures de prévention prévues aux 3o et 4o du II, concernant les terrains boisés, lorsqu'elles
imposent des règles de gestion et d'exploitation forestière ou la réalisation de travaux de prévention
concernant les espaces boisés mis à la charge des propriétaires et exploitants forestiers, publics ou privés,
sont prises conformément aux dispositions du titre II du livre III et du livre IV du code forestier.
V. - Les travaux de prévention imposés en application du 4o du II à des biens construits ou aménagés
conformément aux dispositions du code de l'urbanisme avant l'approbation du plan et mis à la charge des
propriétaires, exploitants ou utilisateurs ne peuvent porter que sur des aménagements limités.
Art. L. 562-2. - Lorsqu'un projet de plan de prévention des risques naturels prévisibles contient certaines
des dispositions mentionnées au 1o et au 2o du II de l'article L. 562-1 et que l'urgence le justifie, le préfet
peut, après consultation des maires concernés, les rendre immédiatement opposables à toute personne
publique ou privée par une décision rendue publique.
Ces dispositions cessent d'être opposables si elles ne sont pas reprises dans le plan approuvé ou si le plan
n'est pas approuvé dans un délai de trois ans.
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Art. L. 562-3. - Après enquête publique, et après avis des conseils municipaux des communes sur le
territoire desquelles il doit s'appliquer, le plan de prévention des risques naturels prévisibles est approuvé
par arrêté préfectoral.
Art. L. 562-4. - Le plan de prévention des risques naturels prévisibles approuvé vaut servitude
d'utilité publique. Il est annexé au plan d'occupation des sols, conformément à l'article L. 126-1 du
code de l'urbanisme.
Le plan de prévention des risques naturels prévisibles approuvé fait l'objet d'un affichage en mairie et d'une
publicité par voie de presse locale en vue d'informer les populations concernées.
Art. L. 562-5. –
I. - Le fait de construire ou d'aménager un terrain dans une zone interdite par un plan de prévention des
risques naturels prévisibles approuvé ou de ne pas respecter les conditions de réalisation, d'utilisation ou
d'exploitation prescrites par ce plan est puni des peines prévues à l'article L. 480-4 du code de l'urbanisme.
II. - Les dispositions des articles L. 460-1, L. 480-1, L. 480-2, L. 480-3, L. 480-5 à L. 480-9 et L. 480-12 du
code de l'urbanisme sont également applicables aux infractions visées au I du présent article, sous la seule
réserve des conditions suivantes :
1o Les infractions sont constatées, en outre, par les fonctionnaires et agents commissionnés à cet effet par
l'autorité administrative compétente et assermentés ;
2o Pour l'application de l'article L. 480-5 du code de l'urbanisme, le tribunal statue au vu des observations
écrites ou après audition du maire ou du fonctionnaire compétent, même en l'absence d'avis de ces derniers,
soit sur la mise en conformité des lieux ou des ouvrages avec les dispositions du plan, soit sur leur
rétablissement dans l'état antérieur ;
3o Le droit de visite prévu à l'article L. 460-1 du code de l'urbanisme est ouvert aux représentants de
l'autorité administrative compétente.
Art. L. 562-6. - Les plans d'exposition aux risques naturels prévisibles approuvés en application
du I de l'article 5 de la loi no 82-600 du 13 juillet 1982 relative à l'indemnisation des victimes de
catastrophes naturelles valent plan de prévention des risques naturels prévisibles. Il en est de même
des plans de surfaces submersibles établis en application des articles 48 à 54 du code du domaine public
fluvial et de la navigation intérieure, des périmètres de risques institués en application de l'article R. 111-3
du code de l'urbanisme, ainsi que des plans de zones sensibles aux incendies de forêt établis en application
de l'article 21 de la loi no 91-5 du 3 janvier 1991 modifiant diverses dispositions intéressant l'agriculture et la
forêt. Leur modification ou leur révision est soumise aux dispositions du présent chapitre.
Les plans ou périmètres visés à l'alinéa précédent en cours d'élaboration au 2 février 1995 sont considérés
comme des projets de plans de prévention des risques naturels, sans qu'il soit besoin de procéder aux
consultations ou enquêtes publiques déjà organisées en application des procédures antérieures propres à
ces documents.
Art. L. 562-7. - Un décret en Conseil d'Etat précise les conditions d'application des articles L. 562-1 à L.
562-6. Il définit notamment les éléments constitutifs et la procédure d'élaboration et de révision des plans
de prévention des risques naturels prévisibles, ainsi que les conditions dans lesquelles sont prises les
mesures prévues aux 3o et 4o du II de l'article L. 562-1.
Art. L. 562-8. - Dans les parties submersibles des vallées et dans les autres zones inondables, les plans de
prévention des risques naturels prévisibles définissent, en tant que de besoin, les interdictions et les
prescriptions techniques à respecter afin d'assurer le libre écoulement des eaux et la conservation, la
restauration ou l'extension des champs d'inondation.
Art. L. 562-9. - Afin de définir les mesures de prévention à mettre en œuvre dans les zones sensibles aux
incendies de forêt, le préfet élabore, en concertation avec les conseils régionaux et conseils généraux
intéressés, un plan de prévention des risques naturels prévisibles.
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Chapitre III
Autres mesures de prévention
Art. L. 563-1. - Dans les zones particulièrement exposées à un risque sismique ou cyclonique,
des règles particulières de construction parasismique ou paracyclonique peuvent être imposées
aux équipements, bâtiments et installations.
Si un plan de prévention des risques naturels prévisibles est approuvé dans l'une des zones
mentionnées au premier alinéa, il peut éventuellement fixer, en application de l'article L. 562-1,
des règles plus sévères.
Un décret en Conseil d'Etat définit les modalités d'application du présent article.
Art. L. 563-2. - Dans les zones de montagne, en l'absence de plan de prévention des risques naturels
prévisibles, les documents d'urbanisme ainsi que les projets de travaux, constructions ou installations soumis
à une demande d'autorisation ou à une décision de prise en considération tiennent compte des risques
naturels spécifiques à ces zones, qu'il s'agisse de risques préexistants connus ou de ceux qui pourraient
résulter des modifications de milieu envisagées.
Cette prise en compte s'apprécie en fonction des informations dont peut disposer l'autorité compétente.
Sans préjudice des dispositions des deux alinéas ci-dessus, le représentant de l'Etat visé à l'article L. 145-11
du code de l'urbanisme pour les unités touristiques nouvelles et à l'article L. 445-1 du même code pour les
remontées mécaniques tient compte des risques naturels pour la délivrance des autorisations
correspondantes.
10.2.2.
Décrets
10.2.2.1.
Décret n° 91-461 du 14 mai 1991,
Modifié par le décret du 13 septembre 2000 (voir plus loin)
Ce décret définit :
- Le contexte de prise en compte du risque sismique
- Le zonage sismique de la France en 5 zones
Il prévoit le cadre des deux 2 futurs arrêtés pour:
- Les Ouvrages à Risque Normal (dont la ruine ne provoque que des atteintes de proximité
immédiate). (Voir 10.231)
- Les Ouvrages à Risque Spécial (dont la ruine provoque des atteintes à l’environnement
sur des étendues importantes). (Voir 10.232)
DECRET 91 461 du 14 MAI 1991
Art. 1er. - Les dispositions mentionnées à l'article 41 de la loi n° 87-565 du 22 juillet 1987 susvisée
destinées à la mise en œuvre de la prévention du risque sismique et applicables aux bâtiments, équipements
et installations nouveaux sont définies par le présent décret.
Art. 2. - Pour la prise en compte du risque sismique, les bâtiments, les équipements et les
installations sont répartis en deux catégories, respectivement dites "à risque normal" et "à
risque spécial".
Art. 3. - La catégorie dite "à risque normal" comprend les bâtiments, équipements et installations pour
lesquels les conséquences d'un séisme demeurent circonscrites à leurs occupants et leur voisinage immédiat.
Ces bâtiments, équipements et installations sont répartis en quatre classes :
- classe A : ceux dont la défaillance ne présente qu'un risque minime pour les personnes ou l'activité
économique ;
- classe B : ceux dont la défaillance présente un risque dit moyen pour les personnes;
- classe C : ceux dont la défaillance présente un risque élevé pour les personnes et ceux présentant le
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même risque en raison de leur importance socio-économique.
En outre la catégorie "à risque normal" comporte une classe D regroupant les bâtiments, les équipements
et les installations dont le fonctionnement est primordial pour la sécurité civile, pour la défense ou pour le
maintien de l'ordre public.
Art. 4. - Pour l'application des mesures de prévention du risque sismique aux bâtiments, équipements et
installations de la catégorie dite et "à risque normal", le territoire national est divisé en cinq zones de
sismicité croissante :
- zone 0 ;
- zone I a ;
- zone I b ;
- zone II ;
- zone III.
La répartition des départements, des arrondissements et des cantons entre ces zones est définie par
l'annexe au présent décret.
Art. 5. - Des mesures préventives et notamment des règles de construction, d'aménagement et
d'exploitation parasismiques sont appliquées aux bâtiments, aux équipements et aux installations de la
catégorie dite "à risque normal", appartenant aux classes B, C et D situés dans les zones de sismicité I
a, I b, II et III, respectivement définies aux articles 3 et 4 du présent décret.
Pour l'application de ces mesures, des arrêtés pris conjointement par le ministre chargé de la prévention
des risques majeurs et les ministres concernés définissent la nature et les caractéristiques des bâtiments,
des équipements et des installations, les mesures techniques préventives ainsi que les valeurs
caractérisant les actions des séismes à prendre en compte.
Art. 6. - La catégorie dite "à risque spécial" comprend les bâtiments, les équipements et les
installations pour lesquels les effets sur les personnes, les biens et l'environnement de dommages même
mineurs résultant d'un séisme peuvent ne pas être circonscrits au voisinage immédiat desdits bâtiments,
équipements et installations.
Art. 7. - Des mesures préventives et notamment des règles de construction, d'aménagement et
d'exploitation parasismiques sont appliquées aux bâtiments, aux équipements et aux installations de la
catégorie dite "à risque spécial".
Pour l'application de ces mesures, des arrêtés pris conjointement par le ministre chargé de la prévention
des risques majeurs et les ministres concernés définissent la nature et les caractéristiques des bâtiments,
des équipements et des installations, les mesures techniques préventives ainsi que les valeurs
caractérisant les actions des séismes à prendre en compte.
Art. 8. - Le 2° de l'article 2 du décret du 11 octobre 1990 susvisé est ainsi rédigé :
"2° Situées dans les zones de sismicité I a, I b, II et III définies par le décret n° 91-461 du 14 mai 1991."
Annexe : Liste des cantons de chacune des 4 zones concernées par la
réglementation
N-B : Le zonage sismique réglementaire actuel de la France, issu d’études de la sismicité
nationale, est utilisé pour application de l’arrêté du 29 mai 1997 (voir § 10.231)
prescrivant l’application des règles de construction parasismique PS-92 pour les ouvrages
à risque normal (ORN). Son échelle est le canton
Selon la zone sismique on calculera le bâtiment en lui « appliquant » des accélérations
plus ou moins violentes selon les enjeux qu’il abrite, pondérées par les données du spectre
de réponse du type de site et, s’il y a lieu, d’un coefficient topographique. La zone III, de
sismicité forte ne concerne que la Guadeloupe et la Martinique.
Les ouvrages à risque spécial (ORS), c’est à dire ceux dont la ruine peut nuire à
l’environnement (en général risque industriel) font l’objet de règles beaucoup plus
exigeantes (Voir § 10.232).
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Figure 111 - Zonage sismique réglementaire de la France
Ce zonage établi il y a quelques années sur la base de connaissances historiques présente quelques
similitudes avec le zonage déterministe. Il sera remplacé un jour, au vu de l’évolution des connaissances
(Voir 7.4 et 7.5).
10.2.2.2.
Décret n° 95-1089 du 5 octobre 1995
Définit les modalités relatives aux PPR en application de la Loi Barnier.
DECRET 95-1089 du 5 octobre 1995
Article 1
L'établissement des plans de prévention des risques naturels prévisibles mentionnés aux articles
40-1 à 40-7 de la loi du 22 juillet 1987 susvisée est prescrit par arrêté du préfet. Lorsque le périmètre
mis à l'étude s'étend sur plusieurs départements, l'arrêté est pris conjointement par les préfets de ces
départements et précise celui des préfets qui est chargé de conduire la procédure.
Article 2
L'arrêté prescrivant l'établissement d'un plan de prévention des risques naturels prévisibles détermine le
périmètre mis à l'étude et la nature des risques pris en compte ; il désigne le service
déconcentré de l'Etat qui sera chargé d'instruire le projet. L'arrêté est notifié aux maires des
communes dont le territoire est inclus dans le périmètre ; il est publié au Recueil des actes administratifs de
l'Etat dans le département.
Article 3
Le projet de plan comprend :
1° Une note de présentation indiquant le secteur géographique concerné, la nature des phénomènes
naturels pris en compte et leurs conséquences possibles compte tenu de l'état des connaissances ;
2° Un ou plusieurs documents graphiques délimitant les zones mentionnées aux 1° et 2° de l'article 40-1
de la loi du 22 juillet 1987 susvisée ;
3° Un règlement précisant en tant que de besoin :
les mesures d'interdiction et les prescriptions applicables dans chacune de ces zones en vertu du 1°
et du 2° de l'article 40-1 de la loi du 22 juillet 1987 susvisée ;
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- les mesures de prévention, de protection et de sauvegarde mentionnées au 3° de l'article 40-1 de la loi du
22 juillet 1987 susvisée et les mesures relatives à l'aménagement, l'utilisation ou l'exploitation des
constructions, des ouvrages, des espaces mis en culture ou plantés existants à la date de l'approbation du
plan, mentionnées au 4° du même article. Le règlement mentionne, le cas échéant, celles de ces mesures
dont la mise en oeuvre est obligatoire et le délai fixé pour leur mise en oeuvre.
Article 4
En application du 3° de l'article 40-1 de la loi du 22 juillet 1987 susvisée, le plan peut notamment :
définir des règles relatives aux réseaux et infrastructures publics desservant son secteur
d'application et visant à faciliter les éventuelles mesures d'évacuation ou l'intervention des
secours ;
prescrire aux particuliers ou à leurs groupements la réalisation de travaux contribuant à la
prévention des risques et leur confier la gestion de dispositifs de prévention des risques ou
d'intervention en cas de survenance des phénomènes considérés ;
subordonner la réalisation de constructions ou d'aménagements nouveaux à la constitution
d'associations syndicales chargées de certains travaux nécessaires à la prévention des risques, notamment
l'entretien des espaces et, le cas échéant, la réalisation ou l'acquisition, la gestion et le maintien en condition
d'ouvrages ou de matériels.
Le plan indique si la réalisation de ces mesures est rendue obligatoire et, si oui, dans quel délai.
Article 5
En application du 4° de l'article 40-1 de la loi du 22 juillet 1987 susvisée, pour les constructions, ouvrages,
espaces mis en culture ou plantés, existants à la date d'approbation du plan, le plan peut définir des
mesures de prévention, de protection et de sauvegarde. Ces mesures peuvent être rendues obligatoires
dans un délai de cinq ans, pouvant être réduit en cas d'urgence.
Toutefois, le plan ne peut pas interdire les travaux d'entretien et de gestion courants des bâtiments
implantés antérieurement à l'approbation du plan ou, le cas échéant, à la publication de l'arrêté mentionné à
l'article 6 ci-dessous, notamment les aménagements internes, les traitements de façade et la réfection des
toitures, sauf s'ils augmentent les risques ou en créent de nouveaux, ou conduisent à une augmentation de
la population exposée.
En outre, les travaux de prévention imposés à des biens construits ou aménagés conformément aux
dispositions du code de l'urbanisme avant l'approbation du plan et mis à la charge des propriétaires,
exploitants ou utilisateurs ne peuvent porter que sur des aménagements limités dont le coût est
inférieur à 10 p 100 de la valeur vénale ou estimée du bien à la date d'approbation du plan.
Article 6
Lorsque, en application de l'article 40-2 de la loi du 22 juillet 1987 susvisée, le préfet a l'intention de rendre
immédiatement opposables certaines des prescriptions d'un projet de plan relatives aux constructions,
ouvrages, aménagements ou exploitations nouveaux, il en informe le maire de la ou des communes sur le
territoire desquelles ces prescriptions seront applicables. Ces maires disposent d'un délai d'un mois pour
faire part de leurs observations.
A l'issue de ce délai, ou plus tôt s'il dispose de l'avis des maires, le préfet rend opposables ces prescriptions,
éventuellement modifiées, par un arrêté qui fait l'objet d'une mention au Recueil des actes administratifs de
l'Etat dans le département et dont une copie est affichée dans chaque mairie concernée pendant un mois au
minimum.
Les documents relatifs aux prescriptions rendues ainsi opposables dans une commune sont
tenus à la disposition du public en préfecture et en mairie. Mention de cette mesure de publicité est
faite avec l'insertion au Recueil des actes administratifs et avec l'affichage prévus à l'alinéa précédent.
L'arrêté mentionné au deuxième alinéa du présent article rappelle les conditions dans lesquelles les
prescriptions cesseraient d'être opposables conformément aux dispositions de l'article 40-2 de la loi du 22
juillet 1987 susvisée.
Article 7
Le projet de plan de prévention des risques naturels prévisibles est soumis à l'avis des conseils municipaux
des communes sur le territoire desquelles le plan sera applicable.
Si le projet de plan contient des dispositions de prévention des incendies de forêt ou de leurs effets, ces
dispositions sont aussi soumises à l'avis des conseils généraux et régionaux concernés.
Si le projet de plan concerne des terrains agricoles ou forestiers, les dispositions relatives à ces terrains sont
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soumises à l'avis de la chambre d'agriculture et du centre régional de la propriété forestière.
Tout avis demandé en application des trois alinéas ci-dessus qui n'est pas rendu dans un délai de deux mois
est réputé favorable.
Le projet de plan est soumis par le préfet à une enquête publique dans les formes prévues par les articles R
11-4 à R 11-14 du code de l'expropriation pour cause d'utilité publique.
A l'issue de ces consultations, le plan, éventuellement modifié pour tenir compte des avis recueillis, est
approuvé par arrêté préfectoral. Cet arrêté fait l'objet d'une mention au Recueil des actes administratifs de
l'Etat dans le département ainsi que dans deux journaux régionaux ou locaux diffusés dans le département.
Une copie de l'arrêté est affichée dans chaque mairie sur le territoire de laquelle le plan est applicable
pendant un mois au minimum.
Le plan approuvé est tenu à la disposition du public en préfecture et dans chaque mairie concernée. Cette
mesure de publicité fait l'objet d'une mention avec les publications et l'affichage prévus aux deux alinéas
précédents.
Article 8
Un plan de prévention des risques naturels prévisibles peut être modifié selon la procédure décrite aux
articles 1er à 7 ci-dessus. Toutefois, lorsque la modification n'est que partielle, les consultations et l'enquête
publique mentionnées à l'article 7 ne sont effectuées que dans les communes sur le territoire desquelles les
modifications proposées seront applicables. Les documents soumis à consultation ou enquête publique
comprennent alors :
1° Une note synthétique présentant l'objet des modifications envisagées ;
2° Un exemplaire du plan tel qu'il serait après modification avec l'indication, dans le document graphique et
le règlement, des dispositions faisant l'objet d'une modification et le rappel, le cas échéant, de la disposition
précédemment en vigueur.
L'approbation du nouveau plan emporte abrogation des dispositions correspondantes de l'ancien plan.
10.2.2.3.
Décret no 2000-892 du 13 septembre 2000
Porte modification du code de la construction et de l'habitation et du décret no 91-461 du
14 mai 1991 relatif à la prévention du risque sismique.
DECRET 2000-892 du 13 septembre 2000
Art. 1er. - Le décret du 14 mai 1991 susvisé est modifié ainsi qu'il suit :
I. - L'article 1er est remplacé par les dispositions suivantes :
« Art. 1er. - Le présent décret définit les modalités d'application de l'article 41 de la loi du 22
juillet 1987 susvisée, en ce qui concerne les règles particulières de construction parasismique
pouvant être imposées aux équipements, bâtiments et installations dans les zones
particulièrement exposées à un risque sismique. »
II. - L'article 5 est complété par un alinéa ainsi rédigé :
« Les dispositions ci-dessus s'appliquent :
- aux équipements, installations et bâtiments nouveaux ;
- aux additions aux bâtiments existants par juxtaposition, surélévation ou création de surfaces
nouvelles ;
- aux modifications importantes des structures des bâtiments existants. »
III. - Après l'article 7, est inséré un article 7-1 ainsi rédigé :
« Art. 7-1. - Lorsqu'il prend en compte un risque sismique, un plan de prévention des risques
naturels prévisibles, établi en application des articles 40-1 à 40-7 de la loi du 22 juillet 1987 susvisée,
peut fixer des règles de construction plus sévères que les règles définies en application des
articles 5 et 7, en ce qui concerne notamment la nature et les caractéristiques des bâtiments,
des équipements et des installations, les mesures techniques préventives ainsi que les valeurs
caractérisant les actions de séismes à prendre en compte. »
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Art. 2. - Il est créé, au chapitre II du titre Ier du livre Ier du code de la construction et de
l'habitation, une section première intitulée « Dispositions spéciales relatives à la prévention du
risque sismique », comprenant un article R. 112-1 ainsi rédigé :
« Art. R. 112-1. - Dans les zones particulièrement exposées à un risque sismique, les règles
concernant la nature et les caractéristiques des bâtiments, des équipements et des installations
et les mesures techniques préventives doivent respecter les dispositions du décret no 91-461
du 14 mai 1991 modifié relatif à la prévention du risque sismique, sans préjudice de
l'application des règles plus sévères fixées par un plan de prévention des risques naturels
prévisibles, lorsqu'il existe. »
Art. 3. - Le ministre de l'intérieur, le ministre de l'équipement, des transports et du logement, la ministre de
l'aménagement du territoire et de l'environnement, le secrétaire d'Etat à l'outre-mer et le secrétaire d'Etat au
logement sont chargés, chacun en ce qui le concerne, de l'exécution du présent décret, qui sera publié au
Journal officiel de la République française.
Fait à Paris, le 13 septembre 2000.
10.2.2.4.
Décret n° 2001-116 du 05 Février 2001
Décret portant création du comité interministériel de prévention des risques naturels
majeurs.
DECRET n° 2001-116 du 05 Février 2001
Article 1
Il est institué un comité interministériel de prévention des risques naturels majeurs présidé par
le Premier ministre ou, par délégation, par le ministre chargé de l'environnement.
Article 2
Le comité interministériel comprend les ministres chargés de la défense, de l'éducation nationale, de la
recherche, de l'intérieur, de l'équipement, des transports, du logement, de l'urbanisme, de l'agriculture, de
l'outre-mer, des finances et de l'environnement.
Les autres ministres intéressés par les questions inscrites à l'ordre du jour sont invités à siéger au comité
interministériel.
Article 3
Le comité interministériel contribue à définir la politique conduite par le Gouvernement en matière de
prévention des risques naturels majeurs. Plus particulièrement, le comité interministériel fixe les
orientations dans les domaines suivants :
1° L'amélioration de la connaissance des risques, le renforcement de leur surveillance et de leur
prévision, ainsi que le développement de l'information préventive sur ces risques ;
2° Le renforcement de la prise en compte des risques dans l'utilisation des sols et dans la
construction ainsi que la réduction de la vulnérabilité des personnes et des biens aux aléas,
notamment par le développement des plans et des travaux de prévention des risques naturels;
3° Le développement des méthodes d'analyse et d'expertise dans le domaine du risque naturel,
notamment par l'amélioration des méthodes de retour d'expérience pour tirer les leçons des
catastrophes occasionnées par la survenance des aléas et le renforcement des recherches dans
le domaine de la prévention des risques naturels majeurs.
Article 4
Le comité interministériel se réunit au moins une fois par an. Le délégué aux risques majeurs assure le
secrétariat permanent du comité interministériel.
Article 5
Le comité interministériel s'appuie sur un conseil d'orientation chargé de lui donner des avis et de lui faire
des propositions en matière de prévention des risques naturels.
Le conseil d'orientation peut proposer à l'Office parlementaire d'évaluation des choix scientifiques et
technologiques de s'associer à ses travaux.
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Article 6
Le conseil d'orientation comprend :
1° Un représentant de chacun des ministres membres de droit du comité ;
2° Le secrétaire général de la défense nationale ou son représentant ;
3° Dix personnalités qualifiées, dont deux représentants des compagnies d'assurance désignés par le
ministre chargé des finances, une personnalité désignée par le ministre chargé de l'équipement, une
personnalité désignée par le ministre chargé du logement, deux experts scientifiques désignés par le
ministre chargé de la recherche, et quatre personnalités désignées par le ministre chargé de l'environnement
4° Douze élus :
- trois députés désignés par l'Assemblée nationale ;
- trois sénateurs désignés par le Sénat ;
- six titulaires de mandats locaux désignés par le ministre chargé des collectivités locales.
Le président du conseil d'orientation est désigné par le ministre chargé de l'environnement. Le secrétariat du
conseil est assuré par le délégué aux risques majeurs.
Le conseil se réunit sur convocation de son président en tant que de besoin, et au moins une fois par an.
La durée des mandats des membres du conseil mentionnés au 3° de l'article 6 du présent décret est de trois
années.
La qualité de membre se perd avec la cessation des fonctions en considération desquelles l'intéressé a été
désigné. Un nouveau titulaire est alors désigné dans les mêmes conditions, pour la période de mandat
restant à courir.
Article 7
Le rapport sur la prévention des risques naturels majeurs, élaboré chaque année par le délégué
aux risques majeurs, est soumis pour avis au conseil d'orientation puis au comité
interministériel.
10.2.3.
Arrêtés et circulaires
10.2.3.1.
Arrêté du 29 mai 1997 (ORN)
Encadre la réglementation relative aux Ouvrages à Risque Normal
Abroge et remplace l’arrêté du 16 juillet 1992
En application du décret du 14 mai 1991 il précise la règle pour les ouvrages à risque
normal. Abroge et remplace l’arrêté du 16 juillet 1992 qui avait le même objet, mais dont
le niveau d’exigence demandait à être revu, par exemple remplacement des règles PS69/82 par les règles PS-92, clarification de l’applicabilité à l’existant, etc.). Ainsi, il :
- Redéfinit les classes A, B, C et D
- Redéfinit les constructions auxquelles s’appliquent les règles
- Rend applicables les règles PS 92 et définit les niveaux d’accélération à retenir pour
les classes B, C, D selon chaque zone.
ARRETE du 29 Mai 1997, publié au Journal Officiel du 03 Juin 1997
Relatif à la classification et aux règles de construction parasismique applicables aux bâtiments de la
catégorie dite "à risque normal" telle que définie par le décret n° 91-461 du 14 Mai 1991 relatif à la
prévention du risque sismique. Les articles de cet arrêté sont :
Art. 1er - Le présent arrêté définit les règles de classification et de construction parasismique pour les
bâtiments de la catégorie dite "à risque normal" en vue de l’application de l’article 5 du décret du
14 Mai 1991 susvisé mentionnant que des mesures préventives sont appliquées aux bâtiments, équipements
et installations de cette catégorie, et vise notamment l’application des règles aux bâtiments nouveaux ainsi
que, dans les conditions définies à l’article 3 du présent arrêté, à certains bâtiments existants faisant l’objet
de certains travaux de construction.
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Art. 2. – I. - Classification des bâtiments
Pour l’application du présent arrêté, les bâtiments de la catégorie dite "à risque normal" sont répartis en
quatre classes définies par le décret du 14 Mai 1991 susvisé et précisées par le présent article. Pour les
bâtiments constitués de diverses parties relevant de classes différentes, c’est le classement le plus
contraignant qui s’applique à leur ensemble.
Les bâtiments sont classés comme suit :
En classe A :
• les bâtiments dans lesquels est exclue toute activité humaine nécessitant un séjour de longue durée
et non visés par les autres classes du présent article ;
En classe B :
• les bâtiments d’habitation individuelle ;
• les établissements recevant du public des 4e et 5e catégories au sens des articles R. 123-2 et R. 12319 du code de la construction et de l’habitation ;
• les bâtiments dont la hauteur est inférieure ou égale à 28 mètres ;
• les bâtiments d’habitation collective ;
• les bâtiments à usage de bureaux, non classés établissements recevant du public au sens de
l’article R. 123-2 du code de la construction et de l’habitation, pouvant accueillir simultanément un
nombre de personnes au plus égal à 300 ;
• les bâtiments destinés à l’exercice d’une activité industrielle pouvant accueillir simultanément un
nombre de personnes au plus égal à 300 ;
• les bâtiments abritant les parcs de stationnement ouverts au public ;
En classe C :
• les établissements recevant du public des 1ère, 2ème et 3ème catégories au sens des articles R. 123-2
et R. 123-19 du code de la construction et de l’habitation ;
• les bâtiments dont la hauteur dépasse 28 mètres :
o bâtiments d’habitation collective ;
o bâtiments à usage de bureaux ;
• les autres bâtiments pouvant accueillir simultanément plus de 300 personnes appartenant
notamment aux biens suivants :
o les bâtiments à usage de bureaux, non classés établissements recevant du public au sens de
l’article R. 123-2 du code de la construction et de l’habitation ;
o les bâtiments destinés à l’exercice d’une activité industrielle ;
• les bâtiments des établissements sanitaires et sociaux, à l’exception de ceux des établissements de
santé au sens de l’article L. 711-2 du code de la santé publique qui dispensent des soins de courte
durée ou concernant des affections grave pendant leur phase aiguë en médecine, chirurgie et
obstétrique et qui sont mentionnés à la classe D ci-dessous ;
• les bâtiments des centres de production collective d’énergie quelle que soit leur capacité d’accueil ;
En classe D :
• les bâtiments dont la protection est primordiale pour les besoins de la sécurité civile et de la défense
nationale ainsi que pour le maintien de l’ordre public et comprenant notamment :
o les bâtiments abritant les moyens de secours en personnels et matériels et présentant un
caractère opérationnel ;
o les bâtiments définis par le ministre chargé de la défense, abritant le personnel et le
matériel de la défense et présentant un caractère opérationnel ;
• les bâtiments contribuant au maintien des communications, et comprenant notamment ceux :
o des centres principaux vitaux des réseaux de télécommunications ouverts au public ;
o des centres de diffusion et de réception de l’information ;
o des tours hertziennes stratégiques ;
• les bâtiments et toutes leurs dépendances fonctionnelles assurant le contrôle de la circulation
aérienne des aérodromes classés dans les catégories A, B et C2 suivant les instructions techniques
pour les aérodromes civils (ITAC) édictées par la direction générale de l’aviation civile, dénommées
respectivement 4C, 4D et E suivant l’organisation de l’aviation civile internationale (OACI) ;
• les bâtiments des établissements de santé au sens de l’article L. 711-2 du code de la santé publique
qui dispensent des soins de courte durée ou concernant des affectations graves pendant leur phase
aiguë en médecine, chirurgie et obstétrique ;
• les bâtiments de production ou de stockage d’eau potable ;
• les bâtiments des centres de distribution publique de l’énergie ;
• les bâtiments des centres météorologiques.
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II. Détermination du nombre de personnes :
Pour l’application de la classification ci-dessus, le nombre des personnes pouvant être simultanément
accueillies dans un bâtiment est déterminé comme suit :
• pour les établissements recevant du public : selon la réglementation en vigueur ;
• pour les bâtiments à usage de bureaux ne recevant pas du public : en comptant une personne pour
une surface de plancher hors œuvre nette égale à 12 mètres carrés ;
• pour les autres bâtiments : sur déclaration du maître d’ouvrage.
Art. 3 - Les règles de construction, définies à l’article 4 du présent arrêté, s’appliquent dans les zones
de sismicité I a, I b, II ou III définies par article 4 du décret du 14 Mai 1991 susvisé :
1) A la construction de bâtiments nouveaux des classes B, C et D ;
2) Aux bâtiments existants des classes B, C et D dans lesquels il est procédé au remplacement total des
planchers en superstructure ;
3) Aux additions par juxtaposition de locaux :
• à des bâtiments existants de classe C ou D dont elles sont désolidarisées par un joint de
fractionnement ;
• à des bâtiments existants de la classe B dont elles sont ou non solidaires ;
4) A la totalité des bâtiments, additions éventuelles comprises, dans un au moins des cas suivants :
• addition par surélévation avec création d’au moins un niveau supplémentaire, même partiel, à des
bâtiments existants de classe B, C ou D ;
• addition par juxtaposition de locaux solidaires, sans joint de fractionnement, à des bâtiments
existants de classe C ou D ;
• création d’au moins un niveau intermédiaire dans des bâtiments existants de classe C ou D.
Pour l’application des 3° et 4° ci-dessus, la classe à considérer est celle des bâtiments après addition ou
transformation. Au cas où l’application des critères ci-dessus ne permet pas de définir sans ambiguïté la
nature des travaux d’addition ou de transformation et, notamment, d’opérer la distinction entre la
surélévation et la juxtaposition, c’est la définition la plus contraignante qui s’applique.
Art. 4. - I. - Les règles de construction applicables aux bâtiments mentionnés à l’article 3 du présent
arrêté sont celles de la norme NF P 06-013, référence DTU Règles PS 92 "Règles de construction
parasismique, règles applicables aux bâtiments, dites règles PS 92".
Ces règles doivent être appliquées avec une valeur de l’accélération nominale aN résultant de la
situation du bâtiment par rapport à la zone sismique, telle que définie par l’article 4 du décret du
14 Mai 1991 susvisé et son annexe, et de la classe, telle que définie à l’article 2 du présent arrêté, à laquelle
appartient le bâtiment.
Les valeurs minimales de ces accélérations, exprimées en mètres par seconde au carré, sont
données par le tableau suivant :
ZONES CLASSE B CLASSE C CLASSE D
Ia
1.0
1.5
2.0
Ib
1.5
2.0
2.5
II
2.5
3.0
3.5
III
3.5
4.0
4.5
II. - Pour les bâtiments appartenant à la classe B définis au paragraphe 1.1 (domaine d’application) de la
norme NF P 06-014 "construction parasismique des maisons individuelles ou des bâtiments assimilés,
règles PS-MI 89 révisées 92" et qui sont situés dans l’une des zones de sismicité I a, I b ou II, l’application
des dispositions définies dans cette même norme dispense de l’application des règles indiquées au I du
présent article.
Art. 5 - L’arrêté du 16 Juillet 1992 relatif à la classification et aux règles de construction parasismique
applicables aux bâtiments de la catégorie dite "à risque normal" telle que définie par le décret du
14 Mai 1991 relatif à la prévention du risque sismique est abrogé aux dates d’entrée en application du
présent arrêté telles que précisées à l’article 6 ci-dessous.
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Art. 6. - Les dispositions du présent arrêté sont applicables, au plus tard, le premier jour du septième mois
suivant sa publication, aux bâtiments faisant l’objet d’une demande de permis de construire, ou d’une
demande d’autorisation au sens de l’article R. 123-23 du code de la construction et de l’habitation ou, en
dehors des cas indiqués précédemment, d’un début de travaux, à l’exception des bâtiments d’habitation
collective dont la hauteur est inférieure ou égale à 28 mètres, pour lesquels l’application des dispositions du
présent arrêté est reportée, au plus tard, au premier jour du treizième mois suivant la publication.
Art. 7. – Le directeur de la prévention des pollutions et des risques, délégué aux risques majeurs, le
directeur de l’eau, le directeur général des enseignements supérieurs, le directeur de la recherche et des
affaires scientifiques et techniques, le directeur de l’administration générale du ministère de la défense, le
directeur général de l’aviation civile, le directeur de la sécurité civile, le directeur du trésor, le directeur du
budget, le directeur du service public au ministère de l’industrie, de la poste et des télécommunications, le
directeur général de l’énergie et des matières premières, le directeur général des collectivités locales, le
directeur des affaires économiques, sociales et culturelles de l’outre-mer, le directeur de l’habitat et de la
construction, le directeur général de la santé et le directeur des hôpitaux sont chargés, chacun en ce qui le
concerne, de l’exécution du présent arrêté, qui sera publié au journal officiel de la République française.
Fait à Paris, le 29 mai 1997
10.2.3.2.
Arrêté du 10 mai 1993 (ORS)
Encadre la réglementation relative aux Ouvrages à Risque Spécial
Approche déterministe prenant en compte les domaines sismotectoniques
Commenté par la circulaire de la DPRM en date du 27 mai 1994.
ARRETE du 10 mai 1993 fixant les règles parasismiques applicables aux installations soumises
à la législation sur les installations classées (JO du 17 juillet 1993)
Article 1er
Sont visées par le présent arrêté :
Les installations énumérées à la nomenclature des installations classées pour la protection de
l'environnement sous la mention " servitudes d'utilité publique ", à l'exception des installations dont l'étude
des dangers montre qu'elles ne présentent pas, en cas de séisme, des dangers d'incendie, d'explosion ou
d'émanation de produits nocifs susceptibles de porter atteinte aux intérêts visés à l'article 1er de la loi du 19
juillet 1976 susvisée en aggravant notablement les conséquences premières du séisme ;
Les installations classées non visées ci-dessus pour lesquelles le préfet, après avis du conseil départemental
d'hygiène, constate qu'elles présentent en cas de séisme des dangers d'incendie, d'explosion ou d'émanation
de produits nocifs susceptibles de porter atteinte aux intérêts visés à l'article 1er de la loi du 19 juillet 1976
susvisée en aggravant notablement les conséquences premières du séisme. Dans ce cas, les mesures
prévues au présent arrêté sont prescrites par un arrêté préfectoral pris dans les formes prévues à l'article 17
ou 18 du décret du 21 septembre 1977 susvisé.
Article 2
L'exploitant d'une installation visée à l'article 1er évalue le ou les " séismes maximaux
historiquement vraisemblables " (S.M.H.V.) à partir des données historiques et géologiques.
Le S.M.H.V. est défini de manière déterministe, en supposant que des séismes analogues aux séismes
historiquement connus sont susceptibles de se produire dans l'avenir avec une position d'épicentre qui
soit la plus pénalisante quant à ses effets en terme d'intensité sur le site, sous réserve que cette position
reste compatible avec les données géologiques et sismiques.
Article 3
Pour chaque séisme maximum historiquement vraisemblable ainsi déterminé, est défini le " séisme majoré
de sécurité " (S.M.S.) déduit du S.M.H.V. sur le site par la relation suivante (exprimée en unité d'intensité
M.S.K.) : intensité S.M.S. = intensité S.M.H.V. + 1, sous réserve que cette majoration reste compatible
avec les données géologiques et sismiques.
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Chaque S.M.S. est caractérisé par un spectre de réponse, c'est-à-dire la courbe représentant
l'amplitude maximale de la réponse d'un oscillateur simple en fonction de sa fréquence. Ce spectre est
représentatif du mouvement dans une direction d'un point à la surface du sol.
Article 4
Pour les installations situées dans les zones de sismicité 0 et I a, telles que définies par l'article 4 du
décret n° 91-461 du 14 mai 1991 susvisé et son annexe, l'exploitant peut substituer aux dispositions prévues
aux articles 2 et 3 ci-dessus la définition a priori d'un séisme majoré de sécurité. Ce dernier est alors
caractérisé par le spectre de réponse, en accélération horizontale, obtenu en multipliant les ordonnées du
spectre de référence, défini par l'annexe au présent arrêté, par une accélération de calage au moins égale à
1,5 m/s2 pour la zone de sismicité 0 et a 2,0 m/s2 pour la zone de sismicité I a.
Lorsque le préfet dispose de résultats d'études locales mettant en évidence des différences notables entre
les séismes majorés obtenus par les méthodes définies à l'alinéa précèdent et aux articles 2 et 3, il peut
imposer à l'exploitant d'avoir recours aux dispositions des articles 2 et 3, sans possibilité d'y déroger dans les
conditions définies à l'alinéa précèdent.
Article 5
L'exploitant établit, en tenant compte de l'étude de danger, la liste des éléments qui sont importants pour
la sûreté aussi bien pour prévenir les causes d'un accident que pour en limiter les conséquences.
Cette liste doit comprendre les équipements principaux ou accessoires ainsi que les éléments de supportage
et les structures dont la défaillance, éventuellement combinée, entraînerait un danger défini à l'article 1er,
de même que les éléments qui sont appelés à intervenir pour pallier les effets dangereux de la défaillance
d'un autre matériel.
Article 6
Les éléments importants pour la sûreté définis à l'article 5 doivent continuer à assurer leur
fonction de sûreté pour chacun des séismes majorés de sécurité définis à l'article 3 ou, lorsqu'il
en est fait usage, à l'article 4. L'exploitant établit les justifications nécessaires en étudiant la réponse de ces
équipements à des actions sismiques au moins égales à celles correspondant au spectre de réponse défini à
l'article 3 ou, lorsqu'il en est fait usage, à l'article 4. Pour celles-ci l'exploitant pourra prendre en compte la
possibilité d'incursion dans le domaine plastique soit par la prise en compte de coefficients de
comportement, soit par l'utilisation de critères traduisant le comportement élastoplastique. Ces coefficients
et critères doivent être compatibles avec la fonction de sûreté de l'équipement considéré.
Article 7
Les évaluations, inventaire, justification et définition prévus respectivement aux articles 2, 3, 5 et 6 seront
transmis a l'inspection des installations classées.
Article 8
Les dispositions du présent arrêté sont applicables à toute installation dont le dépôt de la demande
d'autorisation d'exploiter au titre de la législation des installations classées pour la protection de
l'environnement intervient plus d'un an après la date de publication du présent arrêté ; elles pourront être
rendues applicables en tout ou partie aux installations existantes dans les conditions prévues à l'article 18 du
décret n° 77-1133 du 21 septembre 1977.
Ces dispositions ne font pas obstacle aux mesures qui peuvent être prescrites compte tenu des particularités
des sites concernés, dans le cadre des arrêtés réglementant leur fonctionnement.
Article 9
Le directeur de la prévention des pollutions et des risques et les préfets de département sont chargés,
chacun en ce qui le concerne, de l'exécution du présent arrêté, qui sera publié au Journal officiel de la
République française.
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10.2.3.3.
Circulaire du 27 mai 1994 (ORS)
Circulaire DPPR/SEI du 27 mai 1994 relative à l'arrêté du 10 mai 1993 fixant les règles
parasismiques applicables aux installations classées pour la protection de l'environnement
Le ministre de l'Environnement à Mmes et MM. les préfets, M. le préfet de police.
Bien que la France soit rarement affectée par les séismes, les risques induits par de tels phénomènes
existent.
L'article 41 de la loi du 22 juillet 1987 relative à l'organisation de la sécurité civile et son décret d'application
du 14 mai 1991 définissent les principes généraux des mesures de protection à mettre en oeuvre. Le décret
distingue deux types d'approche préventive selon que les bâtiments, équipements et installations concernés
appartiennent à la catégorie dite "à risque normal" ou à celle dite "à risque spécial".
La 1ère catégorie comprend les bâtiments, équipements et installations pour lesquels les conséquences d'un
séisme demeurent circonscrites à leurs occupants et à leur voisinage immédiat et la seconde ceux pour
lesquels des dommages même mineurs à ces ouvrages résultant d'un séisme peuvent avoir un effet au-delà
de ce voisinage immédiat.
Pour les ouvrages de la 1ère catégorie dite "à risque normal", la sécurité parasismique est assurée selon une
approche normative.
Les installations dites "à risque spécial" au sens de l'article 6 du décret précité comprennent les
installations classées définies à l'article 1er de l'arrêté du 10 mai 1993. Pour ces installations, la prévention
du risque sismique fait l'objet d'une étude au cas par cas.
L'examen du risque sismique relatif à une installation classée s'intègre dans l'étude de danger, au même
titre que celui des autres risques naturels.
Les dispositions de l'arrêté du 10 mai 1993 se fondent notamment sur l'expérience acquise lors de l'étude
parasismique d'une part des installations nucléaires de base et d'autre part, au cours des dernières années,
de certaines installations classées. Cette expérience permet d'apporter les commentaires et précisions utiles
à l'application de ce texte.
L'arrêté définit dans un premier temps une méthode d'évaluation de l'aléa sismique à prendre en compte
(article 2 à 4). Il demande ensuite l'élaboration d'une liste des installations ou équipements devant faire
l'objet de mesures de protection (article 5) puis les objectifs en matière de sécurité que les dispositions de
protection doivent permettre de satisfaire (article 6).
Article 1er
La détermination du champ d'application de l'arrêté ne nécessite pas une connaissance particulière sur la
sismicité de la zone géographique concernée. La capacité d'une installation à créer, en cas de séisme,
des accidents aggravant notablement les conséquences premières du séisme pourra s'évaluer
au vu des scénarios d'accidents développés dans l'étude des dangers de l'installation. On pourra
en particulier examiner les conséquences de scénarios de fuites importantes sur des réservoirs de produits
inflammables, explosifs ou toxiques; scénarios probables en cas de séisme.
Article 2
En l'état actuel des connaissances des processus géologiques engendrant une rupture brutale des roches,
notamment dans les zones à sismicité modérée (cas de l'essentiel du territoire national), la prédiction précise
dans l'espace et dans le temps de l'occurrence d'un séisme et a fortiori de son "agressivité" est impossible.
Aussi la prévention sismique se fonde sur le postulat selon lequel un séisme passé peut se reproduire dans le
futur sur le même accident géologiquement actif [accident sismogène (*)] et cela avec une "puissance"
comparable.
C'est ce que traduit la notion de SMHV introduite dans l'article 2. Elle provient de la pratique adoptée pour
les installations nucléaires de base (règle fondamentale de sûreté n° 1.2.c). Il convient de remarquer que
pour un site donné, il peut y avoir plusieurs SMHV à considérer; par exemple : un séisme de magnitude (*)
relativement faible mais situé près du site, et un séisme plus fort mais plus lointain, les deux produisant la
même intensité (*) sur le site.
Concrètement, la détermination du ou des SMHV s'appuie sur un ensemble de données
sismologiques et géologiques à rechercher dans des documents et banques de données
spécialisés et servant de base à une analyse sismotectonique (voir annexe). Cette recherche
documentaire doit être complétée par un recueil complémentaire d'information et par un travail
d'interprétation.
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L'analyse de ces données doit permettre d'identifier :
- les domaines sismotectoniques (*) pertinents, c'est-à-dire les régions dont les caractéristiques tectoniques
(type et niveau des déformations, champs de contraintes) sont suffisamment homogènes pour qu'on puisse
envisager l'occurrence d'un séisme analogue à un séisme historiquement connu, en n'importe quel point du
domaine;
- les accidents (ou structures) sismogènes pertinents, c'est-à-dire les failles ou systèmes de failles, dont les
mouvements peuvent avoir été ou être à l'origine de séismes;
- pour ces 2 types "d'unités sismotectoniques", les séismes historiques les plus importants dans la région du
site, caractérisés de manière aussi précise que possible, compte tenu des données disponibles en termes de
distribution des intensités, de localisation de l'épicentre et de profondeur de foyer et, le cas échéant, de
données instrumentales.
A partir de ces éléments, la détermination du ou des SMHV découle de l'application des règles
déterministes suivantes :
a) Les séismes historiques du domaine sismotectonique auquel appartient le site, à l'exception de
ceux pour lesquels l'appartenance à un accident sismogène précis peut être justifiée, sont considérés
comme pouvant se produire au droit du site.
b) Ceux des séismes appartenant à un domaine sismotectonique voisin et non liés à un accident
sismogène (*) précis, sont considérés comme pouvant se produire au point de ce domaine le plus
proche du site.
c) Les séismes appartenant à un accident sismogène précis sont considérés comme pouvant se produire au
point de l'accident le plus proche du site.
L'aléa sismique ainsi paramétré permettant d'estimer les effets les plus importants sur le site est constitué
par le ou les séismes maximaux historiquement vraisemblables.
Article 3
La règle de majoration de un degré d'intensité, qui fait passer du SMHV au SMS vise à s'assurer,
avec un bon niveau de confiance, que l'installation ne subira pas, au cours de son existence, des actions plus
agressives que celles pour lesquelles elle aura été dimensionnée.
Cette règle de majoration est celle utilisée par la sûreté nucléaire, dans le contexte sismotectonique
de la France métropolitaine, caractérisé par :
- un niveau faible ou moyen de sismicité;
- une connaissance généralement bonne de la sismicité historique (sur une période d'au moins 500 ans);
- une connaissance incomplète des structures sismogènes actives dans une zone intraplaque
Cette règle de majoration peut s'avérer inapplicable, car aboutissant à des incohérences de
nature sismologique et/ou géotechnique dans un certain nombre de cas pour lesquels il peut
être admis, sous réserve de justifications, d'y déroger ou d'en modifier les modalités d'application ; ces cas
sont les suivants :
a) SMHV correspondant à un séisme interplaque (*) de grande magnitude (*). (cas de la zone de
subduction proche des Antilles françaises). La majoration de un degré d'intensité peut alors conduire à
envisager une dimension irréaliste pour la source sismique (magnitude); il convient alors de tenir
compte des dimensions maximales plausibles pour la source, pour fixer la magnitude à
considérer.
b) SMHV correspondant à un séisme intraplaque de magnitude voisine du maximum admis pour la
région considérée et dont le foyer est à grande distance du site; comme en a) ci-dessus, la majoration de
un degré d'intensité sur le site peut correspondre à une majoration irréaliste des effets du séisme dans la
zone épicentrale; la majoration pour passer du SMHV au SMS doit alors être prise en intensité épicentrale et
écrêtée à la valeur maximale la plus plausible compte tenu de l'extension de l'accident sismogène
correspondant; l'intensité sur le site découle alors de l'utilisation d'une loi d'atténuation
appropriée.
c) SMHV correspondant à un séisme de faible magnitude dont le foyer est proche du site et qui est
associé à un accident sismogène localisé et de faible extension ; la majoration de un degré d'intensité peut
alors correspondre (par exemple si l'on passe d'une intensité SMHV VIII à une intensité SMS IX) à une
extension de la zone source incompatible avec les dimensions estimées pour l'accident sismogène; dans un
tel cas, il convient, soit de procéder à des études spéciales, soit, à défaut, d'utiliser les règles
forfaitaires de détermination des mouvements décrites à l'article 2.4 de la règle fondamentale
de sûreté I.2.c.
d) Sites dont la nature des terrains et/ou la topographie sont telles qu'elles peuvent avoir une très
forte influence sur les mouvements sismiques en surface ; la majoration en termes d'intensité sur le site n'a
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alors plus guère de signification. La majoration doit alors être prise en termes de magnitude à la source,
avec un niveau qui correspondrait à une majoration d'intensité de un degré sur un site normal et les
mouvements sur le site doivent être calculés au moyen d'une étude particulière prenant en
compte la structure, la lithologie et la topographie du site.
Les spectres de réponse définis au deuxième alinéa de l'article 3 constituent la donnée de base pour toute
étude de comportement des structures et des équipements de l'installation considérée, pour ce qui concerne
les effets des forces d'inertie. Pour certains autres effets (liquéfaction des sols, déformations
imposées aux conduites souterraines), il peut être nécessaire de compléter cette définition du
mouvement (indications sur la durée du mouvement, le nombre équivalent de cycles, les
longueurs d'ondes et les vitesses particulaires); ces données complémentaires doivent être
compatibles avec le niveau de mouvement associé aux spectres, les caractéristiques physiques du séisme et
les propriétés géotechniques des terrains du site. Par ailleurs, l'amplitude de mouvement de la composante
verticale peut être prise égale aux deux tiers de celle des composantes horizontales, auxquelles correspond
la définition des spectres.
Les procédures de calcul de spectre doivent suivre les procédures de corrélation actuellement
en vigueur, par exemple celles utilisées par le génie nucléaire.
Néanmoins, lorsqu'elles existent, d'autres méthodes d'évaluation de spectres pourront être utilisées, à des
fins de comparaison; on s'assurera que les paramètres physiques de la source sismique sont compatibles
avec les données de sismicité historique.
Les études nécessaires pour aboutir à cette détermination des SMHV, des SMS et des spectres
de réponse associés doivent être confiées à des équipes de spécialistes confirmés, ayant
notamment l'expérience de l'application pratique de la méthodologie précitée.
Article 4
Il convient de remarquer que la plus grande partie du territoire métropolitain est située en zone de sismicité
0 (qui ne signifie pas que le risque sismique est nul) ou Ia.
Article 5
Sur la base de l'étude de danger d'une installation concernée, l'exploitant détermine les ensembles, sousensembles ou éléments dont la défaillance serait de nature à aggraver notablement les conséquences
premières du séisme définies par l'article 1, et donc de nature à créer un suraccident.
Cela concerne donc les événements susceptibles d'avoir des effets importants hors site, c'est-à-dire
essentiellement :
- les émissions aériennes importantes de produits toxiques;
- les BLEVE;
- les déflagrations de nuages de gaz inflammables;
- les pollutions très graves de ressources en eau potable.
Dès lors qu'un suraccident a été identifié, l'exploitant étudie les causes susceptibles d'y conduire, en tenant
compte en outre des défaillances spécifiques de celles induites par les séismes (chute éventuelle de
structures ou d'autres équipements, mouvements de terrains...).
A partir de chaque cause, on étudiera les scénarios qui en découlent pour vérifier si les conséquences sont
celles redoutées. Si tel est le cas, l'étude définira les remèdes possibles pour supprimer chaque cause ou en
réduire les effets.
Cette étude aboutira à la liste des éléments et aux exigences de comportement associées telles que
précisées pour l'application de l'article 6.
Article 6
Il s'agit de définir les vérifications à effectuer sur les éléments définis à l'article 5 pour assurer leur tenue au
séisme.
A l'issue de l'étude mentionnée à l'article 5, les éléments sont classés selon l'une des exigences de
comportement suivantes :
- stabilité, imposée aux éléments pour lesquels il suffit de prévenir le risque d'effondrement, ou de chute de
certaines parties pour éviter d'endommager des équipements ou structures adjacentes;
- intégrité, imposée aux éléments qui doivent maintenir certaines fonctions passives (par exemple
l'étanchéité d'une paroi);
- capacité fonctionnelle pour les éléments mécaniques statiques traversés par un fluide et pour lesquels une
limitation de déformation doit être assurée afin de garantir qu'il n'y a pas, par exemple, de réduction de
débit ou, plus généralement, de gêne à l'accomplissement de la fonction de sécurité;
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- opérabilité , imposée aux éléments qui doivent maintenir certaines fonctions actives (par exemple la
capacité de fermeture d'une vanne).
La définition des vérifications consiste, alors, dans les deux étapes suivantes et inséparables :
- choix de la méthode de vérification : calcul dynamique spectral ou temporel, calcul statique, essai... ;
- définition des critères pour assurer le bon comportement.
Le choix des critères doit tenir compte de la méthode de vérification choisie, de la vulnérabilité réelle mise
en évidence par le retour d'expérience sismique, ainsi que de l'exigence de comportement demandée à
l'élément.
La protection visée, pour le niveau de séisme pris en compte, peut, dans la plupart des cas, autoriser des
incursions dans le domaine plastique.
Ceci résulte du fait que les sollicitations sismiques sont essentiellement du type déformation imposée ce qui
entraîne que le mode de ruine est généralement associé à une limite de déformation plutôt qu'à une limite
de contrainte. La plupart des matériaux présentant une capacité importante de déformation plastique avant
rupture, il est donc possible d'obtenir une sécurité acceptable en autorisant des incursions significatives dans
le domaine plastique, sous réserve que la configuration de l'équipement et sa réponse sismique permettent
la mobilisation effective de ces capacités de déformation.
Toutefois, il est en général difficile de vérifier l'obtention de ces capacités de déformation par le calcul,
notamment en raison de l'incertitude sur les critères à utiliser. C'est pourquoi on utilise une méthode simple,
fournissant une approximation assez bonne, qui consiste à représenter ces comportements élasto-plastiques
par le biais d'un coefficient diviseur des efforts calculés sur un modèle élastique, dit coefficient de
comportement supérieur ou égal à 1. Ces coefficients dépendent de la nature du matériau (plus ou moins
grande ductilité) de la fréquence fondamentale de l'élément et de son mode de ruine (dans lequel
l'apparition des déformations plastiques d'ensemble doit précéder les phénomènes d'instabilité tels que le
flambage ou la déchirure). Leurs valeurs numériques sont pour l'essentiel tirées des constatations faites à
l'occasion de séismes réels.
L'approche par coefficients de comportement s'applique bien lorsque la stabilité, l'intégrité ou même la
capacité fonctionnelle sont recherchées. D'une manière générale, les critères d'intégrité suffisent à assurer la
capacité fonctionnelle.
Pour le cas de l'opérabilité, où l'on recherche à limiter les déformations et déplacements lors du séisme, on
impose à l'équipement de rester dans le domaine élastique. Pour certains matériels, comme les relais ou
contacteurs, machines tournantes..., il peut être nécessaire d'avoir recours à des essais sur table vibrante,
pour démontrer l'opérabilité.
La complexité du signal sismique, de son comportement et de ses effets sur les structures limite
considérablement les possibilités de modélisation.
La méthodologie ainsi décrite fait souvent référence à l'expérience acquise soit à la suite de séismes réels
soit aux termes d'expérimentation. Les résultats valident d'ailleurs cette approche. Pour la prolonger de
façon pratique, mes services élaborent actuellement des fiches guides relatives au dimensionnement
sismique de quelques structures type. Elles seront tenues à jour et diffusées.
Article 8
En ce qui concerne les installations existantes, compte tenu du nombre limité d'experts
compétents dans ce domaine, de la nécessité d'affiner les méthodologies, vous vous attacherez
prioritairement aux installations visées à la nomenclature des installations classées sous la
mention : "Servitudes d'utilité publique" en ne retenant pour les premières années que celles
pour lesquelles le facteur aggravant en cas de séisme est très important.
Vous voudrez bien me faire connaître les références de l'installation (ou des installations) que vous
envisagez de retenir et les échéances correspondantes afin d'apprécier au niveau national l'adéquation de
l'ensemble du programme avec la capacité d'expertise existante.
Pour ces installations existantes, les mesures prises pour atteindre le ou les objectifs décrits à l'article 6 ne
peuvent pas entraîner de modifications importantes touchant le gros oeuvre de l'installation et elles doivent
être techniquement et économiquement réalisables (article 37, alinéa 3, et 17, alinéa 2 du décret du 21
septembre 1977)
Je vous saurais gré de bien vouloir me faire part des difficultés qui pourraient apparaître dans l'application
du présent arrêté.
(*) Voir glossaire.
Glossaire
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Intensité : Cotation sur une échelle conventionnelle (échelle macrosismique) des effets d'une secousse
sismique en un site donné, sur l'homme, ses oeuvres et son environnement (mesure de la force destructrice
ou de l'agressivité d'un séisme en un site donné).
Echelle macrosismique d'intensité : Echelle conventionnelle de cotation des effets macrosismiques. Il
existe plusieurs échelles macrosismiques. En France et en Europe, on utilise l'échelle MSK comportant 12
degrés discontinus.
Magnitude : Mesure de l'énergie émise par une source sismique sous forme d'ondes. Elle est utilisée
comme une mesure de la "grandeur" ou "puissance" du séisme.
Echelle de Richter : "Echelle" de mesure de la magnitude des séismes. Elle n'a pas, de par sa définition,
de limite théorique supérieure (ni inférieure). Sur des critères physiques liés à la taille maximale d'une
source sismique et à l'énergie correspondante qui peut être rayonnée, on estime cependant qu'une valeur
limite doit exister (la magnitude des plus forts séismes connus à ce jour ne dépasse pas 9,2).
Domaine sismotectonique : Cette expression résulte de l'évolution des méthodes d'analyse et
d'interprétation des phénomènes sismiques. Elle reprend la notion de domaine tectonique figurant dans la
règle fondamentale.
Accident sismogène : Discontinuité géologique (faille) constituant ensemble des lieux d'origine (foyers)
des séismes passés et vraisemblablement futurs. Une faille active n'est pas nécessairement sismogène.
Intraplaque/interplaque : Qui est situé à l'intérieur/en bordure des plaques (cf . théorie de la tectonique
des plaques).
Annexe : Banques de données sismologiques
Il existe actuellement en France deux banques de données dont les informations peuvent être mises à la
disposition des maîtres d'oeuvre d'études parasismiques dans les conditions indiquées ci-après :
1° Banque de données SIRENE gérée par le Bureau de recherches géologiques et minières (BRGM) pour son
propre compte ainsi que pour l'Institut de protection et de sûreté nucléaire (IPSN) et Electricité de France
(EDF).
Cette banque rassemble les informations macrosismiques brutes concernant les séismes survenus pendant la
période historique sur le territoire métropolitain ou à proximité. Une demande de consultation doit être
présentée à l'un des trois organismes propriétaires. Il est néanmoins conseillé de demander au moins une
mise en forme pratique des données. Cette mise en forme ne constitue pas une exploitation des données et
ne suffit pas à la détermination du SMHV (nécessité d'une analyse sismotectonique).
2° Banque de données des mouvements forts (sismothèque) constituée par l'IPSN. L'utilisation de cette
banque nécessitant un minimum de connaissances en sismologie, son interrogation directe est déconseillée.
L'Institut peut fournir les données spectrales et les accélérogrammes appropriés correspondant aux SMS du
site concerné.
Les prestations minimales de ces organismes correspondent à quelques jours d'ingénieur et sont
actuellement facturées sur la base d'un forfait ou des tarifs en vigueur.
Les adresses des services à contacter sont les suivantes :
- BRGM (Groupe risques naturels et géoprospective) 117, avenue du Luminy, BP 167, 13276 Marseille Cedex
09.
- EDF, département TEGG, 905, avenue du Camp-de-Menthe, BP 605, 13093 Aix-en-Provence Cedex 02.
- IPSN, DPEI/BERSSIN, BP 6, 92265 Fontenay-aux-Roses.
10.2.3.4.
Arrêté du 15 septembre 1995 (Ponts à risque normal)
Relatif à la classification et aux règles de construction parasismiques applicables aux ponts
de la catégorie dite à risque normal (prescrit notamment l’application du " Guide AFPS
1992 pour la protection parasismique des ponts" ou du DAN de l’EUROCODE 8, partie 2).
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10.2.4.
Et l’existant ?
Commentaire de Philippe Bisch7, Président de l’Association Européenne de Génie
Parasismique, membre du GEP.
« Le GEP (Groupe d’Etude et de Propositions pour la prévention du risque sismique en
France), formé sur l’initiative de l’Administration, a pour mission de déterminer et de
proposer ce qu’il est possible de faire en matière de réglementation sismique, sur la base
des connaissances scientifiques acquises, avec pour souci de faire en sorte que les textes
réglementaires soient réellement applicables. Il a donc participé d’une manière décisive à
l’élaboration des Arrêtés visés ci-dessus.
Un problème très important, qui est un défi au GEP sur le plan technique, et à la
Puissance Publique sur le plan des décisions à prendre et actions à engager, est
l’extension du cadre réglementaire administratif et technique aux bâtiments existants,
comme le souhaite implicitement la loi Barnier.
Ceci peut être considéré sur le plan politique comme une action nécessaire pour établir
l’égalité des citoyens devant le risque. Mais une telle extension se heurte à des difficultés
techniques et économiques très importantes. La seule norme pouvant faire référence
aujourd’hui est l’ENV EUROCODE 8 partie 1.4, mais ce texte est très critiqué par de
nombreux pays (dont la France), et il est peu probable qu’il peut faire l’objet d’un DAN
applicable à court terme, et qui plus est qu’il puisse être converti en EN sans modifications
profondes, ce qui demandera quelques années. En l’absence de texte technique de
référence, on voit mal comment la volonté fort louable du Législateur pourra être mise en
pratique dans un court délai. »
10.2.5.
Les règles PS-92, plan du contenu
PLAN DE LA NORME NF P 06 – 013 (Règles PS-92)
1. Objet, domaine d'application, conditions de validité
objet
références normatives
domaine d’application
contenu
2. Détermination de la sécurité
actions et situations sismiques
objectifs de comportement
vérifications de sécurité
3. Niveau minimal réglementaire de protection - valeurs de an
zones de sismicité
classes de protection des ouvrages
valeurs de an
surclassement des ouvrages
4. Règles générales de conception
choix du site
reconnaissances et études de sol
fondations
structures
5. Définition du séisme de calcul
modélisation du mouvement du sol
définition de l'action sismique
déplacement du sol
7
Conférence annuelle des Grands Ateliers de l’Isle d’Abeau, Lyon, novembre 1998
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6. Actions sismiques d'ensemble
modélisation du mouvement sismique et nature des actions à considérer
modélisation des structures
prise en compte des comportements non linéaires
combinaison des effets des composantes du mouvement sismique
notations
méthodes de calcul
7. Actions locales
éléments passibles d'un calcul forfaitaire
structures secondaires et sous-systèmes
8. Règles de vérification
combinaisons d’actions
sécurité vis-à-vis des états limites ultimes
sécurité vis-à-vis des déformations
9. Fondations
liquéfaction des sols
stabilité des pentes
dispositions techniques concernant les ouvrages de fondation
calcul des fondations profondes
vérification de la force portante
fondations sur sols substitués compactés
prise en compte de l'interaction sol-structure
10. Parois d'infrastructure et ouvrages de soutènement
règles générales
méthode de calcul simplifiée
vérifications de stabilité
vérifications de résistance
murs de soutènement isolés
11. Béton armé et béton précontraint
généralités
spécifications concernant les matériaux
dispositions constructives des éléments principaux des ossatures
dispositions propres aux murs et voiles de contreventement
dispositions propres aux dalles et diaphragmes
dispositions propres aux éléments précontraints
coefficient de comportement
vérification de sécurité des éléments principaux
dispositions propres aux éléments secondaires
12. Structures en maçonnerie
généralités
éléments structuraux
éléments non structuraux
éléments divers
13. Construction métallique
symboles utilisés
principes généraux
types de structures métalliques
coefficient de comportement des structures dissipatives
exigences relatives à la classe des sections
assemblages situés au voisinage des zones dissipatives
vérification des barres dans les zones dissipatives
14. Constructions en bois
principes généraux
assemblages
règles particulières des structures en bois
coefficients de comportement
vérifications
15. Façades légères
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généralités
actions
règles de vérification
méthodes de calcul
dispositions constructives
16. Compléments relatifs aux composants préfabriqués en béton et aux structures utilisant ces composants
domaine d’application
terminologie
coefficient de comportement
dispositions relatives aux composants linéaires principaux
dispositions relatives aux planchers
dispositions relatives aux toitures des bâtiments industriels
dispositions relatives aux éléments de fondations
10.2.6.
L’Eurocode 8, plan du contenu
N° Partie Titre
Partie 1-1
Règles générales : actions sismiques et exigences générales pour la
conception
Partie 1-2
Règles générales : règles générales pour les bâtiments
Partie 1-3
Règles générales : règles spécifiques pour divers éléments et matériaux
Partie 1-4
Règles générales : renforcement et réparation des constructions
Partie 2
Ponts
Partie 3
Tours, mâts et cheminées
Partie 3
Silos, réservoirs et pipelines
Partie 5
Fondations, ouvrages de soutènement et aspects géotechniques
11. Ouvrages de vulgarisation en sismologie appliquée
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