Séisme

Un séisme, ou tremblement de terre, résulte de la libération brusque d'énergie accumulée par les contraintes exercées sur les roches. Le résultat de la rupture des roches en surface s'appelle une faille. Le lieu de la rupture des roches en profondeurs se nomme le foyer. Plus rares sont les séismes dus à l'activité volcanique ou d'origine artificielle (explosions par exemple). Il se produit de très nombreux séismes tous les jours, mais la plupart ne sont pas ressentis par les humains. Environ cent mille séismes sont enregistrés par an sur la planète grâce à des sismographes(appareils permettant de détecter les ondes sismiques à plus de milliers de kilomètres du foyer sismique). Les plus puissants d'entre eux comptent parmi les catastrophes naturelles les plus destructrices.

La science qui étudie ces phénomènes est la sismologie et l'instrument d'étude principal est le sismographe.

Conséquences d'un séisme à Mexico.

Vue panoramique de San Francisco après le tremblement de terre et l'incendie de 1906.

Caractéristiques principales

Le point d'origine d'un séisme est appelé hypocentre ou foyer sismique . Il peut se trouver entre la surface et jusqu'à sept cents kilomètres de profondeur (limite du manteau supérieur) pour les événements les plus profonds. On parle de l'épicentre du séisme, qui est le point de la surface de la Terre qui se trouve à la verticale de l'hypocentre.

Les trois catégories de tremblements de terre

Un tremblement de terre est une secousse plus ou moins violente du sol qui peut avoir trois origines : rupture d'une faille ou d'un segment de faille (séismes tectoniques) ; intrusion et dégazage d'un magma (séismes volcaniques) ; explosion, effondrement d'une cavité (séismes d'origine naturelle ou dus à l'activité humaine). En pratique on classe les séismes en trois catégories selon les phénomènes qui les ont engendrés :

• Les séismes tectoniques sont de loin les plus fréquents et dévastateurs. Une grande partie des séismes tectoniques se produisent aux limites des plaques, où il existe un glissement entre deux milieux rocheux. Ce glissement, localisé sur une ou plusieurs failles, est bloqué durant les périodes inter-sismiques (entre les séismes), et l'énergie s'accumule par la déformation élastique des roches. Cette énergie et le glissement sont brusquement relâchés lors des séismes. Dans les zones de subduction, les séismes représentent la moitié des destructeurs de la Terre, et ils dissipent 75 % de l'énergie sismique de la planète. C'est le seul endroit où on trouve des séismes profonds (de 300 à 645 kilomètres). Au niveau des dorsales médio-océaniques, les séismes ont des foyers superficiels (0 à 10 kilomètres), et correspondent à 5 % de l'énergie sismique totale. De même, au niveau des grandes failles de décrochement, ont lieu des séismes ayant des foyers de profondeur intermédiaire (de 0 à 20 kilomètres en moyenne) qui correspondent à 15 % de l'énergie. Le relâchement de l'énergie accumulée ne se fait généralement pas en une seule secousse, et il peut se produire plusieurs réajustements avant de retrouver une configuration stable. Ainsi, on constate des répliques suite à la secousse principale d'un séisme, d'amplitude décroissante, et sur une durée allant de quelques minutes à plus d'un an. Ces secousses secondaires sont parfois plus dévastatrices que la secousse principale, car elles peuvent faire s'écrouler des bâtiments qui n'avaient été qu'endommagés, alors que les secours sont à l'œuvre. Il peut aussi se produire une réplique plus puissante encore que la secousse principale quelle que soit sa magnitude. Par exemple, un séisme de 9,0 peut être suivi d'une réplique de 9,3 plusieurs mois plus tard même si cet enchaînement reste extrêmement rare.
• Les séismes d'origine volcanique résultent de l'accumulation de magma dans la chambre magmatique d'un volcan. Les sismographes enregistrent alors une multitude de microséismes (trémor) dus à des ruptures dans les roches comprimées ou au dégazage du magma. La remontée progressive des hypocentres (liée à la remontée du magma) est un indice prouvant que le volcan est en phase de réveil et qu'une éruption est imminente.
• Les séismes d'origine artificielle (ou « séismes induits ») sont dus à certaines activités humaines telles que barrages, pompages profonds, extraction minière, explosions souterraines ou nucléaires peuvent entraîner des séismes de faible à moyenne magnitude.

Les tremblements de terre engendrent parfois des tsunamis, dont la puissance destructrice menace une part croissante de l'humanité, installée en bordure de mer. Ils peuvent aussi menacer les installations pétrolières et gazières offshore et disperser les décharges sous-marines contenant des déchets toxiques, déchets nucléaires et munitions immergées. On cherche à les prévoir, pour s'en protéger, à l'aide d'un réseau mondial d'alerte, qui se met en place, en Indonésie et Asie du Sud Est notamment.

Dans certains cas, les séismes provoquent la liquéfaction du sol : un sol mou et riche en eau perdra sa cohésion sous l'effet d'une secousse.

Magnitude

La puissance d'un tremblement de terre peut être quantifiée par sa magnitude, notion introduite en 1935 par le sismologue Charles Francis Richter. La magnitude se calcule à partir des différents types d'ondes sismiques en tenant compte de paramètres comme la distance à l'épicentre, la profondeur de l'hypocentre, la fréquence du signal, le type de sismographe utilisé, etc. La magnitude n'est pas une échelle mais une fonction continue logarithmique. En raison de ce caractère logarithmique, lorsque l'amplitude du mouvement ou l'énergie libérée par le séisme varient d'un facteur 10, la magnitude change d'une unité. Ainsi, un séisme de magnitude 7 sera dix fois plus fort qu'un évènement de magnitude 6, cent fois plus fort qu'un de magnitude 5.

La magnitude, souvent appelée magnitude sur l'échelle de Richter, terme le plus connu du grand public, est généralement calculée à partir de l'amplitude ou de la durée du signal enregistré par un sismographe. Plusieurs valeurs peuvent être ainsi calculées (Magnitude locale $M_{L}$, de durée $M_{D}$, des ondes de surfaces $M_{S}$, des ondes de volumes $M_{B}$). Mais ces différentes valeurs ne sont pas très fiables dans le cas des très grands tremblements de terre. Les sismologues lui préfèrent la magnitude de moment (notée $M_{W}$) qui est directement reliée à l'énergie libérée lors du séisme. Des lois d'échelle relient cette magnitude de moment aux paramètres géométriques du séisme (surface rompue et quantité de glissement sur la faille).

Intensités d'un séisme

Carte des intensités du tremblement de terre d'Haïti de 2010 .

La magnitude d'un séisme ne doit pas être confondue avec l'intensité macrosismique qui se fonde sur l'observation des effets et des conséquences du séisme en un lieu donné: vibration des fenêtres, nombre de personnes qui ressentent les secousses, ampleur des dégâts, etc. Les échelles d'intensité comportent des degrés notés en nombres romains, de I à XII pour les échelles les plus connues (Mercalli, MSK ou EMS). Parmi les différentes échelles, on peut citer :

• l'échelle Rossi-Forel (aussi notée RF),
• l'échelle Medvedev-Sponheuer-Karnik (aussi notée MSK),
• l'échelle de Mercalli (notée MM dans sa version modifiée),
• l'échelle de Shindo (震度) de l'agence météorologique japonaise,
• l'échelle macrosismique européenne (aussi notée EMS98).

Les relations entre magnitude et intensité sont complexes. L'intensité dépend du lieu d'observation des effets. Elle décroît généralement lorsqu'on s'éloigne de l'épicentre en raison de l'atténuation introduite par le milieu géologique traversé par les ondes sismiques, mais d'éventuels effets de site (écho, amplification locale par exemple) peuvent perturber cette loi moyenne de décroissance.

Les différents types d'ondes sismiques

Au moment du relâchement brutal des contraintes de la croûte terrestre (séisme), deux grandes catégories d'ondes peuvent être générées. Il s'agit des ondes de volume qui se propagent à l'intérieur de la Terre et des ondes de surface qui se propagent le long des interfaces.

Dans les ondes de volume, on distingue :

• les ondes P ou ondes de compression. Le déplacement du sol se fait par dilatation et compression successives, parallèlement à la direction de propagation de l'onde. Les ondes P sont les plus rapides (6 km/s près de la surface). Ce sont les ondes enregistrées en premier sur un sismogramme.
• les ondes S ou ondes de cisaillement. Les vibrations s'effectuent perpendiculairement au sens de propagation de l'onde, comme sur une corde de guitare. Plus lentes que les ondes P, elles apparaissent en second sur les sismogrammes.

Les ondes de surface (ondes de Rayleigh, ondes de Love) résultent de l'interaction des ondes de volume. Elles sont guidées par la surface de la Terre, se propagent moins vite que les ondes de volume, mais ont généralement une plus forte amplitude. Généralement ce sont les ondes de surface qui produisent les effets destructeurs des séismes.

Enregistrement des séismes

Les séismes dans le monde de 1963 à 1998

Les plus anciens relevés sismiques datent du VIII^e millénaire av. J.-C.^{[réf. nécessaire]}.

Il est également à noter que des séismes se produisent en nombre, tous les jours ! Voilà le site du Centre Sismologique Euro-Méditerranéen (ou European-Mediterranean Seismological Centre) où sont répertoriés bon nombres de séismes >> [6]

Les séismes les plus puissants enregistrés depuis 1900

Pays	Ville / Zone	Magnitude	Date	Nombre de morts	Nombre de blessés	Remarques et liens vers les articles détaillés
Équateur		8,8	1906
États-Unis	San Francisco	8,5	18 avril 1906	3 000		Tremblement de terre de 1906 à San Francisco
Chili	Valparaiso	8,2	17 août 1906	20 000	20 000
Japon	Kanto	8,3	1er septembre 1923	141 720		Tremblement de terre de Kantō de 1923
Russie	Kamtchatka	8,5	1923
Indonésie	Mer de Banda	8,5	1er février 1938			Tremblement de terre de la mer de Banda
Chili	Chillán	8,3	24 janvier 1939	28 000	58 000
Tibet		8,6	1950
Russie	Kamtchatka	9,0	4 novembre 1952
Alaska	Andreanof	9,1	9 mars 1957
Maroc	Agadir	5,7	29 février 1960	12 000 à 15 000	25 000	Tremblement de terre d'Agadir de 1960
Chili	Valdivia	9,5	22 mai 1960	3 000		Séisme le plus violent rencensé de l'histoire Tremblement de terre de 1960 au Chili
Russie	Iles Kouriles	8,5	1963
États-Unis	Alaska	9,2	27 mars 1964	131		Tremblement de terre de 1964 en Alaska
États-Unis	Alaska	8,7	1965
Guatemala	Guatemala	7,5	4 février 1976	25 000
Pérou		7,5	31 mai 1970	66 000
Mexique	Mexico	8,1	19 septembre 1985	10 000		Tremblement de terre de 1985 à Mexico
États-Unis	Los Angeles	6,7	janvier 1984			Séisme à 4 km de profondeur. On a longtemps cru au Big One
Japon	Kōbe	7,3	17 janvier 1995	6 432	43 792	Tremblement de terre de Kōbe
Turquie	Kocaeli	7,8	17 août 1999	17 118	30 0000	Tremblement de terre du 17 août 1999 en Turquie
Algérie	Boumerdès	7,5	21 mai 2003	2 398	5 000
Sumatra	Andaman	9,3	26 décembre 2004	222 046	125 000	Tremblement de terre du 26 décembre 2004
Sumatra	Île de Nias	8,7	28 mars 2005
Tonga		8,3	3 mai 2006			Tremblement de terre du 3 mai 2006 à Tonga
Russie	Iles Kouriles	8,3	15 novembre 2006			Raz de marée d'1,80 m et effets à plus de 16 000 km de l'épicentre, notamment à Crescent City, CA, USA
Russie	Iles Kouriles	8,3	13 janvier 2007
Pérou	Lima	8	15 août 2007	387	1 050
Antilles françaises	Martinique	7,4	29 novembre 2007	1		Effets sur les îles alentour
Chine	Sichuan	7,9	12 mai 2008	88 000	374 000	Séisme du Sichuan de mai 2008
Océan Indien		7,6	10 août 2009
Océan Pacifique		8,3	29 septembre 2009
Haïti	Port-au-Prince	7,3	12 janvier 2010	150 000		Tremblement de terre d'Haïti de 2010

Séismes les plus meurtriers depuis 1900

Tremblements de terre ayant fait plus de 15 000 morts d'après les estimations des autorités locales, placés dans l'ordre chronologique. Comme on peut s'y attendre, ils comptent parmi les plus puissants.

Ville / Zone	Pays	Date	Magnitude	Victimes	Remarques et liens vers les articles détaillés
Kangra	Inde	04/04/1905	M=8,6	19 000 morts
Santiago du Chili	Chili	17/08/1906	M=8,6	20 000 morts
Messine	Italie	28/12/1908	M=7,5	100 000 morts
Avezzano	Italie	13/01/1915	M=7,5	29 980 morts
Bali	Indonésie	21/01/1917	M=?	15 000 morts
Gansu	Chine	16/12/1920	M=8,6	200 000 morts
Tōkyō	Japon	01/09/1923	M=8,3	143 000 morts	Le tremblement de terre de Kantō de 1923 est suivi d'un gigantesque incendie.
Xining	Chine	le 22/05/1927	M=8,3	200 000 morts
Gansu	Chine	le 25/12/1932	M=7,6	70 000 morts
Quetta	Pakistan	le 30/05/1935	M=7,5	45 000 morts
Chillán	Chili	le 24/01/1939	M=8,3	28 000 morts
Erzincan	Turquie	le 26/12/1939	M=8,0	30 000 morts
Ashgabat	Turkménistan	le 05/10/1948	M=7,3	110 000 morts
Agadir	Maroc	le 29/02/1960	M=5,9,intensité X(MM)	environ 12 000 morts
Dashti Biaz Khorassan	Iran	le 31/08/1968	M=7,3	16 000 morts
Chimbote	Pérou	le 31/05/1970	M=7,8	66 000 morts
Yibin	Chine	le 10/05/1974	M=6,8	20 000 morts
	Guatemala	le 04/02/1976	M=7,5	23 000 morts
Tangshan	Chine	le 27/07/1976	M=8.	240000 morts	Le nombre officiel de morts est 240 000 personnes. D'autres estimations font état de 500 000 à 800 000 victimes directes ou indirectes.
Michoacan	Mexique	19/09/1985	M=8,1	20 000 morts
Région de Spitak	Arménie	07/12/1988	M=7,0	25 000 morts
Zangan	Iran	20/06/1990	M=7,7	45 000 morts
Kocaeli	Turquie	17/08/1999	M=7,4	17 118 morts
Bhuj	Inde	26/01/2001	M=7,7	20 085 morts
Bam	Iran	26/12/2003	M=6,6	26 200 morts
Sumatra	Indonésie	26/12/2004	M=9,3	232 000 morts
Muzaffarabad	Pakistan	08/10/2005	M=7,6	79 410 morts
Province du Sichuan	Chine	12/05/2008	M=7,9	87 149 morts
Port-au-Prince	Haïti	12/01/2010	M=7,2	113 000 morts

Tremblements de terre en France

La France métropolitaine est un pays dont la sismicité est considérée comme modérée. Les séismes y sont essentiellement superficiels, leur foyer se situant à moins de 256 km dans la croûte terrestre. Ils résultent du rapprochement lent entre les plaques africaines et la plaque eurasienne et sont distribués le long des zones à failles et glissements souvent anciens. Le fichier de la macrosismicité de la France (fichier SIRENE : BRGM-Risque et Génie Sismique, LDG-CEA (catalogue micro-sismicité, EDF)) recense plus de 5 000 tremblements de terre ressentis au cours des dix derniers siècles, dont presque tous les séismes destructeurs depuis le XIV^e siècle. Il comporte 22 séismes d’intensité épicentrale, sur le territoire français, supérieure ou égale à sept, soit en moyenne quatre par siècle. En France, on dénombre en moyenne chaque année une vingtaine de séismes de magnitude supérieure à 3,5 alors que plusieurs milliers sont ressentis dans l’ensemble du bassin méditerranéen.

Les plus anciens séismes mortels en France se sont produits en :

• 1227 : Aix-en-Provence et Lambesc (intensité 10 : 5 000 morts)
• 1248 : Savoie (9 000 morts) Note : La catastrophe (gigantesque éboulement) dans la nuit du 24 au 25 novembre 1248 n'est très probablement pas due à un séisme (voir l'article Mont Granier).
• 1556 : Comté de Nice (intensité 9-10 : 150 morts)
• 1564 : Roquebillière, Comté de Nice (intensité 8 : 500 morts)

Les plus récents séismes en France se sont produits les :

• 11 juin 1909 : tremblement de terre (M=6,2) le plus meurtrier qu'ait connu la France au XX^e siècle (46 victimes) en Provence qui provoqua des destructions dans les villes de Salon-de-Provence, Vernègues, Lambesc, Saint-Cannat et Rognes
• 13 août 1967 : le village d'Arette (Pyrénées-Atlantiques) est détruit à 80 % par un séisme qui tua une personne.
• 30 septembre 2002 : épicentre situé près de Hennebont (Morbihan). Le séisme de 5.4 sur l'échelle de Richter est ressenti dans tout le Massif Armoricain, sur la Bretagne et une partie des Pays de la Loire.
• 22 février 2003 : épicentre situé près de Saint-Dié (Vosges) à 21h41, de magnitude 5,4 sur l'échelle de Richter.
• 23 février 2004 : Baume-les-Dames à 18 h 31, de magnitude 5,1 sur l'échelle de Richter occasionnant une rupture des réseaux électriques et téléphoniques.
• 24 aout 2007 : Île de La Réunion à 15 h 30, la totalité de l'île est secouée par un séisme de magnitude 3.6 sur l'échelle de Richter. La secousse provoque de nombreux effondrements dans les reliefs et fait apparaître quelques failles sur une école, fermée au moment du sinistre. Le réseau téléphonique est saturé pendant 15 minutes suivant le tremblement de terre. L'ensemble des conséquences qui en découlent sont restés sans gravité et n'ont causés aucune victime. Il semblerait que la secousse ait pour origine l'effondrement d'une partie du sous-sol de l'île dans la croute terrestre, La Réunion ne se trouvant pas à proximité immédiate d'une faille.
• 29 novembre 2007 : Le Robert fut touché par un séisme d'une magnitude de 7,4 sur l'échelle de Richter qui a secoué la Martinique.
• 5 mai 2009 : un tremblement de terre s'est produit en Allemagne vers 3 h 39, il a été ressenti en Alsace à Mulhouse, magnitude 4.

Méthodes de détection

Ancienne méthode chinoise

Réplique du sismographe de Zhang Heng

L'ancienne méthode chinoise consistait en un vase de bronze comportant huit dragons sur le pourtour. Une bille était placée dans la gueule de chacun d'eux, prête à tomber. Lorsqu'un séisme avait lieu (à proximité relative), le vase de bronze tremblait et deux billes tombaient, l'une pointant vers l'épicentre, l'autre pointant à l'opposé. L'Empereur chinois — ne pouvant savoir quel côté était le bon — envoyait des troupes dans les deux directions afin qu'elles aident à organiser les secours et à maintenir l'ordre après la catastrophe.

Méthodes modernes

La localisation de l'épicentre par des moyens modernes se fait à l'aide de plusieurs stations sismiques (3 au minimum), et un calcul tridimensionnel. Les capteurs modernes permettent de détecter des événements très sensibles, tels qu'une explosion nucléaire.

Méthodes de prévision

On peut distinguer trois types de prévisions : La prévision à long terme (sur plusieurs années), à moyen terme (sur plusieurs mois), et à court terme (inférieur à quelques jours).

Les prévisions à long terme reposent sur une analyse statistique des failles répertoriées. Elles permettent de définir des normes pour la construction de bâtiments. De manière générale, plus il y a du temps entre deux séismes, plus le deuxième est proche et sera plus puissant. Certaines failles telles celle de San Andreas en Californie ont fait l'objet d'études statistiques importantes ayant permis de prédire le séisme de Santa Cruz en 1989. Des séismes importants sont ainsi attendus en Californie, ou au Japon (Tokaï, magnitude 8.3).

Les prévisions à moyen terme sont plus intéressantes pour la population. Les recherches sont en cours pour valider certains outils, comme la reconnaissance de formes (dilatance).

Les prévisions à court terme se basent sur des observations très précises des terrains à risque. Les moyens de détection peuvent avoir un coût important et des résultats non garantis, du fait de la grande hétérogénéité des signes précurseurs d'un séisme, voire leur absence dans des séismes pourtant de grande ampleur, tels que TangShan ou Michoacan, qui avaient été prévus à moyen terme mais non à court terme. De plus les gouvernements ont besoin d'informations certifiées pour évacuer une population des sites suspectés. La Grèce étudie notamment la fiabilité de la méthode VAN, qui fonctionne par des enregistrements de variations des courants électrotelluriques. Cette méthode, bien que fortement controversée dans le milieu scientifique, semble avoir détecté 5 séismes majeurs avec plusieurs jours d'avance. Les États-Unis utilisent des outils de grande sensibilité autour des points statistiquement sensibles (tels que Parkfield en Californie) : vibrateurs sismiques utilisés en exploration pétrolière, extensomètres à fil d'invar, géodimètres à laser, réseau de nivellement de haute précision, magnétomètres, analyse des puits. Le Japon étudie les mouvements de l'écorce terrestre par GPS et par interférométrie (VLBI), méthodes dites de géodésie spatiale. En Afrique du Sud, les enregistrements se font dans les couloirs des mines d'or, à 2 km de profondeur. La Chine se base sur des études pluridisciplinaires, tels que la géologie, la prospection géophysique ou l'expérimentation en laboratoire.

Conduite à tenir en cas de tremblement de terre

Aux premières secousses, ne chercher ni à entrer ni à sortir des immeubles. Se tenir à l'écart des vitres et des fils électriques. En voiture, s'arrêter mais ne pas sortir. Après le tremblement, vérifier l'eau, le gaz et l'électricité. Réserver le téléphone aux urgences et écouter les consignes radio.

Annexes

Bibliographie

• Victor Davidovici, La construction en zone sismique, Paris, 1999, 330 p.
  La réglementation et la technique de construction en zone sismique illustrée par des exemples concrets de calculs

Articles connexes

• Liste de catastrophes sismiques
• Tremblements de terre en France
• Sismologie
• Bradyséisme
• Tectonique des plaques
• Tremblement d'étoile

Liens externes

• (fr) Carte des séismes en France et carte officielle des risques (aléas)
• (fr) Plan Séisme, Programme national de prévention du risque sismique de la France
• (fr) Cours sur les séismes.
• (fr) Les séismes et les risques sismiques, conférence de l'Université de tous les savoirs.
• (fr) Textes et expériences sur les séismes (réseau Sismalp, Observatoire de Grenoble).
• (fr) La sismicité historique des Alpes-Maritimes et de la Ligurie.
• (fr) Institut de Physique du Globe de Paris.
• (fr) À l'écoute des tremblements de terre - Les archives de Radio-Canada.

Réseau sismique accessible en ligne

• (fr) GEOSCOPE, un réseau mondial français.
• (fr) Le réseau RENASS en France.
• (fr)/(en) Le réseau Sismalp (surveillance des séismes dans les Alpes).
• (en) Le réseau du service géologique américain (USGS).
  • (en) Historic Worldwide Earthquakes. Sorted by Magnitude, Magnitude 6.0 and Greater
• (en) Centre Sismologique Euro-Mediterraneen Information temps réel sur les séismes de la region Euro-Méditerranéenne et du Monde (cartes, animation, questionnaires...)
• (en) Incorporated Research Institutions for Seismology (IRIS) Consortium interuniversitaire dédié à l'étude de la structure profonde de la terre à partir des séismes.
• (fr)/(nl)/(de)/(en) Observatoire Royal de Belgique - Section de Séismologie