Tremblements de Terre : tectonique des plaques et Olivier Bellier

Tremblements de Terre : tectonique des plaques et
séismes « d’actualités »
Olivier Bellier
CEREGE & ECCOREV
Université Aix-Marseille , CNRS-INSU
Pour plus d’info. :
http://www.futura-sciences.com - dossier: « Qu’est-ce qui fait trembler la Terre? »
http://www.univ-cezanne.fr - dossier: « Paroles d’experts », n°2 Sept 2011
Les tremblements de terre
ou séismes:
une histoire de failles!
Le plus souvent en relation avec « Forces » de la tectonique des
plaques
La Terre (= la pêche)
la croûte terrestre
le manteau « supérieur »
le manteau « inférieur »
le noyau
la graine
La Lithosphère (100 km):
Croûte + partie sup. manteau supérieur
LA TECTONIQUE DES PLAQUES
Moteur : Dépense d’énergie = convexion en profondeur
Résultat: des plaques qui se déplacent (s’écartent ou se rapprochent) les unes / autres
à des vitesses de 1 à 10 cm/an
Les frontières des plaques : là où les plaques s’écartent (ride ou dorsale médioocéanique ) et se rapprochent (subduction et collision) il s’initie des FORCES à
l’origine des séismes
Séisme et Tectonique
des Plaques
Répartition des volcans et des séismes
non aléatoire
Les plaques tectoniques
> 90% de l’énergie
sismique libérée au niveau
des frontières des plaques
CONCLUSION - LA TECTONIQUE DES PLAQUES :
localise la séismicité et génère les contraintes produisant les séismes
Frontières en « rapprochement » (convergence)
Subduction et Collision
Deux plaques convergent,
dont au moins une est océanique
Les zones de subductions
Deux domaines continentaux
s’affrontent:
LA COLLISION
forme les chaînes de montagne
En domaine
oc
éoc
anique
En domaine
éanique
En domaine
continentalcontinental
En domaine
Frontières en mouvement latéral
ou décrochant: Les failles
transformantes
La faille de San Andreas
W de l ’Amérique du Nord
AM.N
3
4
J.deF.
Le séisme de
San Fransisco
1906
3.4
F.F de San Andreas
Faille
6
PAC.
6.3
9
7
CO.
Qu’est-ce qu’un séisme?
Un séisme = initiation et propagation d’une « cassure » (rupture) le long d’une faille
Propagation rupture : 10000 Km/h ; 3 km /s.
Mais qu’est-ce qu’une faille?
Une déchirure ou cassure de la croûte terrestre qui
accuse un mouvement
Tremblement de Terre ou séisme?
DEFINITIONS DU PETIT ROBERT
SEISME ET TREMBLEMENT DE TERRE :
ENSEMBLE DES PHENOMENES … CATASTROPHIQUES… LIES
A LA DEFORMATION DE L'ECORCE TERRESTRE
S é i sme
Te c t o ni q u e
1 - « cause » : mise sous contrainte – mouvement des plaques tectoniques
2 - « déclenchement » : rupture de la croûte terrestre (rigide, froide et cassante)
3 - « déroulement » : propagation d'une rupture le long d’une faille pré-existante
Rupture = relâchement des contraintes <=> Réponse au mouvement des plaques
Le séisme – la rupture ou cassure – génère:
- Un déplacement instantané sur la faille,
- des ondes sismiques, c’est à dire des « vibrations »
Les effets des tremblements de Terre
- Rupture et déplacement instantané
- Propagation des ondes sismiques (accélération du sol)
- Effets de site (augmente accélération)
San Fransisco 1906
Incendies
Tsunami - Raz de marée
Les effets des séismes:
les effets Induits
incendies, tsunamis, glissements de terrains…
Qu’est ce que le risque?
Phénomène
Intensité
Probabilité d ’occurrence
Éléments exposés
Vulnérabilité
Aléa
Enjeux
Probabilité de dommages
Evènement
Dommages
Prévention : tenir compte du risque sismique
Prise en compte de l’aléa sismique
2 notions fondamentales
Notion de cycle sismique:
Notion de « répétitivité » qui implique que la connaissance
des temps de retours des séismes du passé permet de
présumer du temps de retour des séismes futurs.
« Là où la Terre a tremblée, elle tremblera de nouveau… »
Séisme de Provence
1909, M=6
Notion de loi d’échelle :
l’énergie d’un séisme dépend de la
longueur de la rupture, i.e., longueur de la
faille réactivée durant le séisme
Aléa sismique : Où? Quand? Comment-combien?
Risque = effets des séismes
DOMMAGES (RISQUE) =
ALEA x VULNERABILITE
Prévention (mesures préventives):
Diminuer risque = diminuer vulnérabilité = diminuer les dommages
Le risque sismique
si la faille
est grande
à quelle distance
de la faille on se
trouve…
ET SURTOUT:
suis je bien
informé et ma
maison est-elle
bien construite ??
Quelle période
de retour…
et les effets de
site et induits
alors ?
Geluck modifié par F. Hollender
Triste actualité:
les séismes du XXIème siècle
Haiti, 12 Janvier 2010, M 7,1 : contexte général
Contexte géodynamique –
tectonique des plaques
•
•
Haïti est localisée dans la partie ouest
de l’Ile d’Hispaniola
Limite complexe entre la plaque
Caraïbes et la plaque Nord-américaine
Séismes historiques majeurs
Relative quiescence depuis 250 ans en Haïti
jusqu’au séisme de janvier 2010
Documents Bernard Mercier de Lépinay, Géoazur Univ. Nice
18
Haiti, 12 Janvier 2010, M: 7.1
Conséquences :
235 000 morts, 300 000 blessés, 1,2 Millions
sans-abris
Conjoncture malheureuse :
* Magnitude relativement élevée
* Séisme proche de urbanisation (peu profond 10-13 km)
* Effets de site et induits
SURTOUT :
* Vulnérabilité très élevée malgré un aléa bien connu!
Un mois plus tard, le 27 février 2010, le séisme de Concepcion (Chili) secoua la côte
Ouest de l’Amérique du Sud: Magnitude 8.8 / “peu de dommages”
Un mois plus tard, le 27 février 2010, le séisme
du Concepcion (Chili, M: 8,8) secoua la côte
Ouest de l’Amérique du Sud
- Séisme de subduction : rupture
600 x100 km
- Magnitude 8.8 / “peu de
dommages” (population bien
« préparée », région peu urbanisée,
séisme éloigné (subduction)
- Notion de « gap » (lacune)
sismique (prévision long-terme) : le
« big one » => gap de Arica
Japon : le séisme du 11 Mars 2011, M: 9,1
Fukushima, 2011
Séisme du 11 mars 2011
Tectonique des plaques: le Japon dans une
zone géodynamique complexe
Séismicité historique du Japon:
les séismes ne sont plus « une surprise » – longue culture
du séisme => pays bien préparé! Pas assez?
SOULEVE PROBLEME DES EFFETS EN CHAINE!
Les répliques du stade post-sismique
(durée +/- un an)
Autre séisme de Subduction : Le séisme de Sumatra 26 Déc. 2004
un des plus « gros » (M > 9 (9.3)) séisme de l’ère instrumentale…
M=9.3
=> Rupture >1000 km de long
Un séisme de subduction
associé à la convergence IndoAustralie / Eurasie (bloc de la
Sonde)
Vitesse de convergence environ
50-60 mm/an
A généré une « vague » (raz-de-marée
ou tsunami) de 1 à 10 m de haut à
travers l’océan indien (propagation à une
vitesse de 600-800 km / h)
Documents Vigny, ENS, Paris
Documents Vigny, ENS, Paris
Une Montagne est née: L ’Himalaya!
(séismes de collision)
LA COLLISION INDE - ASIE
Mattauer
Photo Bellier, 2010
COLLISION:
POINÇON RIGIDE et
extrusion horizontale (décrochement)
COLLISION
…de l’extrusion verticale
(raccourcissement / épaississement)
à l’extrusion horizontale (décrochement)...
Convergence Afrique-Europe / séismicité
Convergence Afrique / Eurasie : 1 cm/an, à l ’Est et 0.5 cm /an, à l ’Ouest.
Convergence Afrique-Europe / séismicité
10 mm/an
La Recherche, 1995
Séismicité de la méditerranée orientale
Subduction / Collision et Faille transformante
LA COLISION ARABIE / EURASIE
idem INDE / ASIE
Mattauer
Inde = ARABIE / Eurasie = EURASIE !
…de l’extrusion verticale (raccourcissement / épaississement)
à l’extrusion horizontale (décrochement)...
De l ’Arabie à l ’Arc Egéen - un bloc
« extrudé » l’Anatolie
Convergence Arabie-Eurasie : 25 mm/an
Vitesse de la Faille Nord Antolienne : 20 à 30 mm/an
Le séisme d ’Izmit (Kocaeli) - 17 Août 1999
Réactivation d ’un segment oriental de la FNA - Transition domaines Anatolien - Egéen
Déplacement horizontal
Ruptures de surface
Caractéristiques du séisme d ’Izmit
Magnitude : 7.3-7.8
Rupture = segment : 130 km
Déplacement : 2.6 m (max.5m)
Convergence Afrique-Europe / séismicité
0,5 cm/an
Séismicité de la méditerranée occidentale
Convergence Afrique Europe : 5-6 mm/an
La Recherche, 1995
Raz-de-marée en méditerranée?
Mai 2003
Le séisme de Boumerdes
Epicentre : 50 km à l ’Est d ’Alger (en Mer)
21 Mai 2003 - Mw : 6.8-6.9
Doc Valensise, INGV, Roma,
2012
Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia
The 20 May earthquake 2012
Le séisme de Ferrara,
20 Mai 2012, plaine du
Po, Italie
Magnitude 5,9-6,0
Intensité max. > X
Nbre victimes: > 17 morts
http://diss.rm.ingv.it/diss/
Les failles actives en Italie
Failles actives et
séismicité historique de la
plaine du Pô
Au “front” des Alpes et des
Appenins !
Trento
Aosta
Trieste
Milano
Venezia
Torino
Genova
Bologna
DISS Working Group [2010]
Firenze
Effets de surface résultent essentiellement de fissures, mouvemenst
de terrains, liquéfaction
Effets de surface: fissures, mouvements de terrains, liquéfaction
ALEA SISMIQUE EN DOMAINE CONVERGENT
Chardon, 2005, d’après Rebaï et al., 1992
La Provence: Le domaine du SEISME FRANCAIS
LE PLUS DESTRUCTEUR DU 20ème SIECLE
La Collision en
France
Mattauer, 1985
Convergence 5 mm/a accommodée au Nord de Afrique
Les séismes en France
Mythe ou Risque réel ?
La France domaine à sismicité modérée mais non négligeable!
St Cannat
Le séisme de Lambesc (11 Juin 1909, M= 6) - 46 morts, 300 victimes
La répartition de la sismicité en France
Répartition de la sismicité historique et des
failles en Provence
Sismicité historique
Et instrumentale
Cushing, IRSN
1909= faille de la Trevaresse
Séisme de Lambesc (1909)
Faille de la Trevaresse « source » du 1909
Topographie : le chaînon de la Trevaresse
Segmentation : 2 segments majeurs
Chardon et al., 2005
L (total) : 14-18 km
=> Mw : 5.7-6.3
/ Mw 1909 : 6.0
Le séisme de Manosque (Villeneuve) 19 Sept.
2012, M: 3,5
Localisation du séisme
Essaim de séismes en haute Ubaye – reprise de
l’activité le 26 Février 2012, M: 4.5
Séismes en France : ils existent!
Mais :
Les Tremblements de Terre en France sont rares
Les gros séismes sont très rares
Très très gros séismes: impossible!
Comprendre la Terre
Un challenge! La prévision sismique...
En attendant : la PREVENTION !
Pour plus d’info. : deux sites & 1 livre – Olivier Bellier: [email protected]
http://www.futura-sciences.com - dossier: « Qu’est-ce qui fait trembler la Terre? »
http://www.univ-cezanne.fr - dossier: « Paroles d’experts », n°2 Sept 2011
Livre : « Séismes en Provence… » de E. Bonnet-Vidal & O. Bellier
La paléosismologie :
Comprendre à l’échelle de la faille : cycle sismique?
Paléosismologie :
Max. 10 événements (< 300 ka)
Vitesse déplacement (8-17m)
300 ka : 0.045 +/- 0.015 mm/an
Récurrence « raisonnable » (M: +/- 6)
(>> 1000 ans) : 4000-10000 ans)
Les effets des séismes
Analyse des mécanismes locaux (aléa local/régional)
Dépots sé
sédimentaires
récents non consolidé
consolidés
AVANT LE SÉISME
FAILLE
EFFETS DE SITE
Amplification
Liqué
Liquéfaction
Glissement
de terrain
Eboulement
Rupture de surface
APRÈS LE SÉISME
lundi 12 novembre 2012
Foyer
du sé
séisme
Aménagement et Risques Naturels
> 61
ACTIVE DEFORMATION: GPS
Weber et al., 2010
http://ring.gm.ingv.it/velocityfield.php