Introduction aux risques naturels Tsunami

17/09/2014
Les colères de la Terre :
Introduction aux risques naturels
Enseignants: G. Chazot, J. Déverchère et J. Perrot
[email protected]
La grande vague au large de
Kanagawa, 1823-29, Katsushika
Hokusai
- Pourquoi et comment se
produisent ces
phénomènes?
- Peut-on les prévoir ?
- Peut-on les contrôler?
Tsunami
- Phénomène connu mais qui dépend entre autres de l'occurrence
des séismes et dont les effets sont encore difficiles à anticiper
->Surveillance et prévention
GPS
Remparts anti-tsunami
Variations des pressions dans l'eau
1
17/09/2014
110 Volcans Actifs
Surveillance
température
distancemètre
composition gaz volcaniques
Séismes
1 séisme toutes les 30 secondes
Risque naturel complexe :
- natures et mouvements du sol
Surveillance: écoute sismologique
Prévention très importante
2
17/09/2014
Inondations et glissements de terrain
Risques naturels complexes:
- Paramètres internes: natures
et mouvements du sol,
présence de failles
-Paramètres externes: Climat
Surveillance: GPS, tachéomètre,...
Organisation de l’UE
Tous les mardis de 17 à 19h excepté pendant la semaine des
vacances, jusqu'au mardi 2 décembre inclus - en AMPHI A
Examen le 9 décembre 2014
durée: 1 heure
Crédits ECTS: 2.5
QCM
Emploi du temps et cours sur le web:
https://perso-sdt.univ-brest.fr/~jperrot/colereterre
Les cours seront accessibles sur Moodle également
QUESTIONS?
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17/09/2014
2014 UE Libre
Colères de la Terre :
Zoom 1/2
Introduction
aux risques naturels
J.D.: « Sismogéologue »
Rift Baïkal, marge algérienne, rift Tanzanien
Responsable pédagogique: Julie Perrot
Intervenants: Gilles Chazot, Jacques Déverchère
Séismes
- Pourquoi et comment se
produisent ces
phénomènes?
- Peut-on les prévoir ?
- Peut-on les contrôler?
Guide pratique, partie Séismes
Séances 2014: Amphi A, 17h-19h:
16 septembre
23 septembre
Consulter après le cours:
Les notes et illustrations du PDF (et éventuelles
annexes)
La bibliographie fournie par J. Perrot (site web cité)
Les sites internet cités
La définition des mots-clés du texte que vous ne
comprenez pas bien
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17/09/2014
Séismes:Zoom
un 1/2
des aléas naturels
• aléas naturels : contribution essentielle à l'étude du risque
• Caractéristiques fondamentales par 5 questions :
• Quelle est la cause du phénomène ? (contexte géodynamique
externe ou interne)
• Quelles sont ses conséquences ? (par quels « mécanismes » agit-il ? )
• Quand se réalise-t-il ? (fréquence, caractère rythmique ou aléatoire,
lien avec la prévision)
• Où se réalise-t-il ? (notion de zone à risque)
• Avec quelle intensité ? (quelle énergie mise en jeu, donnée
indispensable pour relier l'ensemble aux conséquences sur les enjeux)
• Aléas reliés :
• à la géodynamique externe : mouvements de sol, événements liés à
•
l'eau (inondations, tsunamis etc...), à l'air (tornades, ouragans)
à la géodynamique interne : risques sismiques et volcaniques
Zoom 1/2
Séismes: Objectifs du cours
• Compréhension de l’origine et des mécanismes de
déclenchement des séismes
• Analyse des risques associés : notions d’aléa et de
vulnérabilité
• Mise en place des systèmes de prévention et/ou impact sur
les populations
• Progrès récents liés à de nouvelles méthodes de détection
et d’observation, et développements et perspectives de
recherche dans ce domaine
• Etudes de cas
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17/09/2014
2014 UE Libre
Plan
• 1. Le séisme : rupture sur une faille
Zoom 1/2
– 1A. Elasticité des roches-> contraintes, résistance -> rupture
– 1B. Types de mouvements
– 1C. Le rebond élastique (Ried 1910) : Les phases inter -, co-, post-sismiques, le
cycle
• 2. Séismes: évaluation, distribution temps-espace,
lois d’échelle
– 2A. Mesures - Principes de localisation
– 2B. Magnitude, intensité, correspondances entre failles actives et magnitudes
– 2C. Distribution dans le temps et l’espace: liens avec la vitesse relative des
plaques
• 3. La protection contre le risque sismique
– 3A. Notions d’aléa et de vulnérabilité
– 3B. Prévision des tremblements de terre: la prédiction court, moyen, long
terme par l’analyse des cycles et par la modélisation
– 3C. Prévision du mouvement du sol: la prévention
– 3D. Génie parasismique
1. Le séisme : rupture sur une faille
–
DEFORMATION
ELASTIQUE:
Déformation
instantanée,
réversible Relation linéaire
entre déformation
et contrainte (Loi
de Hooke, valable
pour des
déformations
faibles)
1A. Elasticité des roches-> contraintes, résistance -> rupture
Seuil de plasticité
Rupture
Déformation permanente
Déformation
inverse par
relâchement
des
contraintes
DEFORMATION
PLASTIQUE:
Déformation non
réversible – Plus de
relation linéaire entre
déformation et contrainte
Quelques termes clés:
FLUAGE: Déformation à contrainte constante
Roche cassante = à déformation élastique avant la rupture pour des contraintes
relativement faibles
Le contraire: roche ductile
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1. Le séisme : rupture sur une faille
Notion de contrainte
Force transmise
à travers un corps de forme irrégulière en équilibre
Contrainte
forte
Contrainte
faible
Régime de contrainte: coulissant
F=F1 (et opposées pour un corps en
équilibre).
Rejet longitudinal dominant
F transmise à travers des surfaces
imaginaires inégales ->intensité de la
réaction sur ces plans est inégale -> force
par unité de surface = contrainte
Régime de contrainte : extensif
En fonction de la contrainte
appliquée sur un corps, celui-ci va
résister ou se déformer – Pour une
Rejet vertical dominant
contrainte donnée, cette capacité dépend
de l’état rhéologique du corps
Régime de contrainte : compressif
Rejet vertical dominant
-> Failles représentatives: décrochantes, normales, inverses
1. Le séisme : rupture sur une faille
Notion de résistance
–
1A. Elasticité des roches-> contraintes, résistance -> rupture
Résistance des roches et de la lithosphère
Enveloppe rhéologique
Profil (ou enveloppe) rhéologique
(« arbre de Noël ») où:
- Axe horizontal = Contrainte
différentielle: σ1 - σ3 , avec σ1 > σ2 > σ3
- Lecture du profil:
1. Dans enveloppe = domaines non
déformés ou présentant une
déformation élastique (réversible).
2. Hors enveloppe : la roche subit
une déformation : soit cassante (loi
de Byerlee), soit ductile (loi de
fluage, non linéaire)
Partie sismogène
Site ENS Lyon
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17/09/2014
1. Le séisme : rupture sur une faille
Notion de résistance
–
1A. Elasticité des roches-> contraintes, résistance -> rupture
Résistance des roches et de la lithosphère
Variations des propriétés rhéologiques: « strength »
Site ENS Lyon
-> Effet du gradient géothermique
Notion de résistance
1. Le séisme : rupture sur une faille
1A. Elasticité des roches-> contraintes, résistance -> rupture
Résistance des roches et de la lithosphère
Variations des propriétés rhéologiques: « strength »
-> Autres paramètres: composition,
fluides, taux de déformation
Cloetingh et al., 2005
Cloetingh et al., 2005
Integrated strength map for intraplate Europe. Adopted
composition for upper crust, lower crust and mantle is
based on a wet quartzite, diorite and dry olivine
composition, respectively. Rheological rock parameters
are from Carter and Tsenn (1987). The adopted bulk
strain-rate is 1016 s-1 .
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17/09/2014
1. Le séisme : rupture sur une faille
Zoom 1/2
1B. Types de mouvements
Mécanisme au foyer
Géométrie de la faille
Séisme : rupture sur une faille
www.prim.net.fr
1. Le séisme : rupture sur une faille
Faille décrochante dextre
1B. Types de mouvements
AM.N
3
4
J.deF.
3.4
F.F de San Andreas
Faille
6
PAC.
6.3
9
7
CO.
Le séisme de San Fransisco 1906
9
17/09/2014
1. Le séisme : rupture sur une faille
Faille décrochante: Séisme de Luzon,
Philippines, 1990, Mw 7.7
Faille décrochante sénestre
(doc. Jean-Claude Ringenbach, TOTAL)
1. Le séisme : rupture sur une faille
Spitak, Arménie, 1988, Mw 6.8
El Asnam, Algérie, 1980, Mw 7.3
Faille inverse
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17/09/2014
Lac Baïkal, Sibérie
Grèce
Faille normale
1. Le séisme : rupture sur une faille
BILAN: La Rupture
1. Mise sous contraintes
(mouvements des plaques)
2. Déclenchement: rupture dans
les parties rigides car
contraintes accumulées
dépassent la résistance des
roches
3. Propagation de la rupture sur
la faille
-> Chute de contrainte
Implications: Roche cassante – Rupture: assez tôt - Cisaillement
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17/09/2014
1. Le séisme : rupture sur une faille
–
1C. Le rebond élastique : Les phases inter-, co-, post-sismiques, le cycle
Le modèle: Ried, 1910
Les différents « moments »: chargement élastique,
rupture sismique, période post-sismique
Période intersismique
Chargement élastique
Période cosismique
SEISME: Chute de contrainte –
Libération de l’énergie sismique
accumulée
Contrainte
-> Notion de « cycle » sismique (rebond élastique répété)
A
C
Résistance mécanique
(frottement)
B
D
Temps
Notion de
récurrence sismique
régulière
Mais ce n’est pas aussi simple
dans la nature…
Question: Peut-on démontrer l’existence des
périodes inter- et co-sismiques?
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17/09/2014
Période intersismique
1. Le séisme : rupture sur une faille
–
1C. Le rebond élastique (Ried 1910) le cycle
Mesure du chargement élastique : OUI
Vitesse mesurée par GPS (mm/an)
Mesures de déformation par GPS à travers la faille San
Andreas en Californie (période 1992-2000):
INTERSISMIQUE
Distance perpendiculaire à la faille de San Andreas (km)
⇒ La faille ne glisse pas: Faille
bloquée
⇒ La zone autour de la faille se
déforme
COSISMIQUE
Mesure de la rupture : OUI
Période cosismique
Exemple historique: Mesures pendant le séisme de Landers
(M=7.2, Juin 1992, Californie)
Distance variation (cm)
Variation de distance entre les sites GOLD
et PIN1 mesurée par GPS
Déplacements liés au
séisme de Landers
mesurés par
interférométrie radar
Day of year (1992)
2.8 cm / frange
Satellite ERS
Route décalée par la faille
lors du séisme de Landers
de 1992
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17/09/2014
2014 UE Libre
Plan
Zoom
1/2
• 1. Le
séisme : rupture sur une faille
– 1A. Elasticité des roches-> contraintes, résistance -> rupture
– 1B. Types de mouvements
– 1C. Le rebond élastique (Ried 1910) : Les phases inter -, co-, post-sismiques, le
cycle
• 2. Séismes: évaluation, distribution temps-espace,
lois d’échelle
– 2A. Mesures - Principes de localisation
– 2B. Magnitude, intensité, correspondances entre failles actives et magnitudes
– 2C. Distribution dans le temps et l’espace: liens avec la vitesse relative des
plaques
• 3. La protection contre le risque sismique
– 3A. Notions d’aléa et de vulnérabilité
– 3B. Prévision des tremblements de terre: la prédiction court, moyen, long
terme par l’analyse des cycles et par la modélisation
– 3C. Prévision du mouvement du sol: la prévention
– 3D. Génie parasismique
2. Séismes: évaluation, distribution temps-espace, lois d’échelle
–
2A. Mesures - Principes de localisation
A1. L’instrument: le sismographe
Systèmes oscillants
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17/09/2014
2A. Mesures - Principes de localisation
Mesures: au début…
http://crdp.ac-amiens.fr/crdp/seismes
132 après J.-C., Chang Heng:
jarre en porcelaine avec 8
ouvertures en forme de têtes de
dragons - points cardinaux, billes
dans les gueules.
• À l’intérieur : mécanisme de
pendule, oscillant lors d’une
secousse sismique -> gueule d’un
dragon libère la bille qui tombe
dans la bouche d’une grenouille ->
sens de la secousse -> direction
de l’épicentre
•
http://crdp.ac-amiens.fr/crdp/seismes
Mesures: depuis 100 ans…
•
•
Sismomètres : masses atteignant 19
tonnes (Institut de physique du globe de
Strasbourg en 1900) -> (petits)
sismomètres actuels.
Principe sismomètre (sismographe) =
pendule à forte inertie relié à un bâti ou
support solidaire du sol et de ses
mouvements. Le pendule est relié au
support avec un seul degré de liberté
(axe de rotation)
VERTICAL
HORIZONTAL
Train d’ondes -> Bâti se déplace avec le sol, pendule tend à rester immobile
à cause de
son inertie : mouvement relatif entre pendule et support -> signal électromagnétique
amplifié électroniquement, transformé en courant électrique puis enregistré (graphique ou
numérique).
Système d’amortissement (empêchant la masse d’osciller) + dispositif enregistrant
simultanément le temps
Actuellement, on utilise des sismomètres électromagnétiques qui mesurent la vitesse de
Exemple: voir http://www.guralp.com
mouvement du sol.
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2A. Mesures - Principes de localisation
Ondes mesurées
Types d’ondes
Sismogramme
2A. Mesures - Principes de localisation
Localisation
⇒ Déterminer Latitude Longitude Profondeur
X = distance hypocentrale
Station
h = Profondeur du foyer
D = Distance épicentrale
h
Réseaux
(Foyer)
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2A. Mesures - Principes de localisation
Localisation
Localiser l’épicentre d’un séisme grâce aux sismogrammes
d3
d2
d1
Partie I : Les tremblements de terre et leurs effets
J. Albaric, Janvier 2007
Exemple: Localisation du séisme du 11 octobre 2013
2 organismes localisent
les séismes en France:
le CEA et le RéNaSS.
Les localisations
diffèrent car en temps
réel, les stations
utilisées sont
différentes et peu
nombreuses en
Bretagne
Il est difficile de dire
quelle faille est
l'origine de ce séisme.
Trois candidats sont
possibles : la faille de
L'Elorn, la faille des
monts d'Arrée et le
cisaillement des
montagnes noires.
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