La sismologie en quelques mots
Les déplacements des plaques lithosphériques créent des séismes
 | La chaleur accumulée par la Terre lors de sa formation et de son évolution se dissipe sur tout le globe, notamment sous forme de convection thermique dans le manteau. Ces mouvements internes de matière sont à l’origine des mouvements de grandes plaques lithosphériques d’environ 100km d’épaisseur. Ces plaques se déplacent à la surface à des vitesses de quelques centimètres par an. Leur déplacement continu engendre des contraintes. La croûte, la partie supérieure des plaques, se déforme de façon élastique jusqu’à un point de rupture. Elle casse alors brutalement le long d’une ou plusieurs failles, créant des secousses plus ou moins violentes. C’est le tremblement de terre ou séisme. Les séismes ne sont pas répartis de façon aléatoire. Ils se concentrent pour la plupart sur les bordures de plaques. |
Les séismes génèrent des ondes sismiques qui se propagent sur des milliers de kilomètres
Le relâchement des contraintes lors d’un séisme entraîne une dissipation de l’énergie sous forme d’ondes sismiques et sous forme de chaleur. Les ondes sismiques sont des ondes élastiques. Elles se propagent sans déformer durablement le milieu. Il existe principalement deux types d’ondes sismique :
- les ondes P et S, dites ondes de volume car elles se propagent partout à l’intérieur de la Terre,
- les ondes de Love et de Rayleigh, dites ondes de surface car elles se propagent guidées par la surface de la terre, elles naissent de l’interférence des ondes P et S.
Les ondes sismiques sont très rapides avec des vitesses de l’ordre du kilomètre par seconde. Ces vitesses dépendent du matériau traversé, de la pression et de la température. Les ondes ont des trajets complexes, elles peuvent se réfléchir à la surface de la terre ou à la limite noyau-manteau par exemple et parcourir des centaines de kilomètres avant d’être totalement atténuées.
Les séismes se produisent sur des failles
L’enregistrement des ondes sismiques nous donne très rapidement des informations précises sur les caractéristiques de séismes et sur les milieux qu’elles ont traversés. On peut ainsi connaître pour chaque séisme, sa localisation, la géométrie de la faille, son orientation, sa longueur, la dimension des glissements sur cette faille...
La rupture sur une faille commence en un point appelé foyer qui le plus souvent se situe dans les vingt premiers kilomètres de la croûte, dans sa partie cassante. La rupture se propage alors le long de la faille à une vitesse d’environ 3km/s. L’épicentre du séisme est le point en surface, à l’aplomb du foyer.
Bien connaître les failles, c’est peut-être un jour prévoir les séismes, car la plupart des séismes se produisent sur des failles anciennes. En France par exemple, on connaît bien certains systèmes de failles liés à la mise en place des massifs montagneux. L’étude de la sismicité de ces failles permet de repérer celles qui sont actives actuellement et présentent donc un risque. Mais celles qui n’ont pas bougé depuis longtemps ne sont pas forcément inactives et peuvent également présenter un risque. À l’échelle mondiale, certaines failles sont très étudiées comme la faille de San Andreas en Californie, la faille nord-anatolienne en Turquie ou le système de failles à l’est du Japon.
Il ne faut pas confondre magnitude et intensité
Pour mesurer l'importance d'un séisme, on peut s'intéresser à l'énergie qu'il a dégagée, on calcule alors une magnitude. On peut aussi vouloir quantifier les effets du séisme, on évalue alors une intensité. Ce sont deux notions très différentes.
La magnitude d'un séisme est une valeur intrinsèque de l’énergie sismique du séisme, indépendante du lieu d'observation, des témoignages de la population. Ce n'est pas une échelle en degrés mais une fonction continue, qui peut être négative ou positive et, en principe n'a pas de limites. Un sismographe très sensible peut enregistrer une magnitude de l'ordre de -2, équivalente à l'énergie dégagée par la chute sur le sol d'une brique de 1kg d'une hauteur de 1m. Sa valeur maximale est liée à la résistance de la lithosphère aux contraintes et à la longueur maximum de la faille susceptible de se fracturer. Le séisme de plus grande magnitude connu est celui du Chili en 1960, de magnitude 9.5 ; la zone de rupture de la faille a atteint plus de 1000km de long. Depuis, peu de séismes ont dépassé la magnitude 9 : en Alaska en 1964, à Sumatra en 2004 et au Japon en 2011.
L’intensité d’un séisme est mesurée en un lieu à partir des dégâts observés sur les bâtiments, à partir du ressenti des personnes et des mouvements observés en tenant compte de la fragilité et du type des bâtiments, de la position (en étage par exemple) des personnes... La plupart des pays utilisent une échelle de comparaison de 10 ou 12 degrés. La France a choisi depuis janvier 2000, une échelle européenne : EMS98. Elle comporte 12 degrés, le degré I correspondant à des effets négligeables, le degré XII, à des dégâts très importants allant jusqu'à une modification des paysages. On établit alors des cartes d’intensité. Ces cartes permettent de mieux comprendre comment se répartissent les dégâts autour d’un séisme, en fonction notamment des terrains et de la topographie.
L’enregistrement des ondes sismiques permet de connaître la structure de la Terre.
Avec des années d’enregistrement de séismes, on peut également bâtir des modèles de plus en plus précis de la structure interne de la Terre en travaillant avec les autres disciplines des Sciences de la Terre. On sait maintenant avec certitude que la Terre est composée de trois couches : la croûte, le manteau, le noyau. Cette décomposition s’appuie sur des différences de pétrologie : les roches du manteau ne sont pas les mêmes que celles de la croûte ou du noyau. On connaît assez bien la composition chimique de chaque enveloppe, on commence à bien connaître les variations latérales dans chaque enveloppe. Le manteau sous l’Afrique n’est pas exactement le même que le manteau sous l’Atlantique. On se dirige vers une vision en trois dimensions de l’intérieur de la Terre. On appelle cette technique la tomographie sismique. On peut également décrire l’ensemble croûte-manteau supérieur différemment. Cette décomposition plus récente s’appuie sur des différences de comportement mécanique. On parle alors de lithosphère et d’asthénosphère.
Des centaines de sismomètres surveillent la Terre
L’enregistrement des séismes est possible grâce à des appareils capables d’enregistrer des mouvements du sol inférieurs au centième de millimètres : ce sont les sismomètres. Il y a actuellement des centaines de sismomètres installés partout à la surface de la Terre et même des séismes très petits peuvent être enregistrés dans des zones bien surveillées. Dans une configuration classique actuelle, un sismomètre capable d’enregistrer dans trois directions indépendantes sera connecté à une acquisition numérique avec une base de temps très précise et un système d’enregistrement.
On peut évaluer le risque sismique mais on ne peut pas prévoir les séismes
Il n’existe actuellement aucune méthode permettant de prévoir un séisme avec un délai qui permettrait une évacuation de la population. Certains signaux se produisent parfois avant les séismes, ils sont très étudiés, on les appelle des précurseurs : émission de gaz, variation de niveaux d’eau, augmentation de la microsismicité... Mais ces précurseurs ne sont pas suffisamment fiables pour une prévision à court terme.
En revanche, on connaît parfaitement le mouvement des plaques et dans certaines régions, on connaît bien la sismicité ancienne, parfois sur des centaines d’années. On peut alors évaluer le risque d’occurrence d’un tremblement de terre qu’on appelle l’aléa sismique. Pour définir le risque sismique, il faut connaître l’aléa mais aussi ce que l’on appelle la vulnérabilité, c’est-à-dire le risque qu’un séisme puisse faire des dégâts. En France ce travail donne lieu à un zonage sismique établi canton par canton qui définit les normes de construction pour chaque type d’ouvrages, maisons, écoles, centrale nucléaire ... À l’échelle mondiale, des mesures de prévention sont prises dans les zones à haut risque. La prévention passe par l’information des populations sur les conduites à tenir, la construction ou le renforcement des bâtiments suivant des normes parasismiques et l’organisation des secours en cas de séisme.