Magnitude d'un séisme
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 | Le terme magnitude a été emprunté aux astronomes par comparaison avec la brillance relative d’une étoile vue par télescope. La magnitude d’un séisme quant a elle est une valeur intrinsèque du séisme ne dépendant ni du lieu d’observation ni des témoignages de la population. Elle a été introduite en 1935 par l’américain Charles Francis Richter pour les séismes locaux californiens afin d’estimer l’énergie libérée au foyer d’un tremblement de terre et de pouvoir ainsi comparer les séismes entre eux. On parle depuis de l’échelle de Richter. |
En effet, lors de la rupture qui se produit au foyer d'un tremblement de terre, seuls 20 à 30% de l’énergie libérée se propage au loin sous forme d'ondes élastiques (il s’agit du rendement sismique, c’est-à-dire le rapport entre l'énergie des ondes et l'énergie totale) tandis que la plus grande partie se dissipe sous forme de chaleur. La magnitude de Richter mesure uniquement l'énergie émise sous forme d'ondes élastiques.
Un séisme de magnitude 5 correspond à peu près à l'énergie dégagée par la bombe nucléaire qui détruisit Hiroshima
La magnitude n'est pas une échelle en degrés mais une fonction continue qui peut être négative ou positive et qui, en principe, n'a pas de limite. En réalité, sa valeur minimale est liée à la sensibilité des sismomètres. Acuellement un sismomètre très sensible peut enregistrer une magnitude de l'ordre de -2, équivalente à l'énergie dégagée par la chute d'une brique d'un kilo à un mètre de hauteur sur le sol. Sa valeur maximale est liée à la résistance de la croûte terrestre aux contraintes créées par le déplacement des plaques tectoniques mais aussi à la longueur maximum d'une faille susceptible de se fracturer d'un seul coup. Le séisme de plus grande magnitude connu au cours du siècle dernier est celui du Chili en 1960, de magnitude 9,5 ; la zone de rupture de la faille a atteint plus de 1000km de long. C'est à cause de cette limite qu'on entend parfois parler des 9 degrés de l'échelle de Richter. Les séismes de magnitude supérieure à 9 sont très rares et la magnitude 10 semble être une limite raisonnable compte tenu de la solidité des roches et de la fragmentation des failles.
Il n'y a que 4 séismes connus qui ont dépassé la magnitude 9
| 1960 | Chili | 9,5 | +/- 0,2 |
| 1964 | Alaska (USA) | 9,2 | +/- 0,2 |
| 2004 | Sumatra (Indonésie) | 9,2 | +/- 0,1 |
| 2011 | Japon | 9,0 | +/- 0,05 |
La magnitude est calculée soit à partir de l'amplitude du signal enregistré par un sismomètre, soit à partir de la durée du signal lue sur le sismogramme soit à partir de l'analyse mathématique d'une partie du signal. Son calcul peut nécessiter plusieurs corrections tenant compte du type de sismomètre utilisé, de la distance entre le séisme et la station d'enregistrement, de la profondeur du séisme, de la nature du sous-sol où se trouve la station d'enregistrement... Les corrections permettent de calculer partout dans le monde la même magnitude pour un même séisme.
Il existe plusieurs échelles de magnitude :
- magnitude locale ML : utilisée pour des séismes proches dits séismes locaux. Elle est définie à partir de l'amplitude maximale des ondes P. Elle est toujours moyennée sur plusieurs stations en tenant compte des corrections locales.
- magnitude de durée MD : utilisée pour des séismes proches mais définie à partir de la durée du signal.
- magnitude des ondes de surface MS : utilisée pour les séismes lointains, dits téléséismes, dont la profondeur est inférieure à 80km. Elle se calcule à partir de l'amplitude des ondes de surface.
- magnitude des ondes de volume MB : définie pour tous les téléséismes et en particulier pour les séismes profonds, car ceux-ci génèrent difficilement des ondes de surface. Elle est calculée à partir de l'amplitude de l'onde P qui arrive au début du sismogramme.
- magnitude de moment ou de Kanamori MW : mieux adaptée aux très gros séismes. Elle est calculée à partir d'un modèle physique de source sismique et est reliée au moment sismique m0 : m0 = μSΔu où μ correspond à la rigidité du milieu, Δu au déplacement moyen sur la faille, et S à la surface de la faille.
À noter que la magnitude change d'une unité lorsque l'amplitude du mouvement varie d'un facteur 10. Par exemple, l'amplitude du mouvement d'un séisme de magnitude 6 est dix fois plus élevée que celle d'un séisme de magnitude 5 et cent fois plus pour un séisme de magnitude 4.
Par contre, la relation qui existe entre la magnitude et l'énergie sismique libérée montre qu'un séisme de magnitude 6 libère à lui seul autant d'énergie qu'une trentaine de séisme de magnitude 5 ou 900 séismes de magnitude 4.
En principe, un séisme se caractérise par une seule magnitude, mais en pratique on obtient des résultats légèrement différents suivant l'appareil utilisé et suivant le type d'ondes enregistrées. Les résultats diffèrent beaucoup plus pour les très gros séismes, en particulier ceux dont la magnitude est supérieure à 7, le calcul des magnitudes MS et surtout MW est alors mieux adapté.
- Une magnitude ne peut pas être précise à plus de 0.25 degré près.
- Les médias annoncent généralement Mw qui décrit mieux les gros séismes.
Il ne faut pas confondre magnitude et intensité
- à l’inverse de la magnitude qui se calcule, l’intensité d’un séisme ne peut donner lieu qu’à une estimation,
- la magnitude est une valeur associée uniquement au séisme tandis que l’intensité est associée au lieu d’observation,
- il n’existe pas de véritable relation entre magnitude et intensité. Ainsi, deux séismes de même magnitude peuvent donner en surface des intensités différentes. De même, deux séismes de même intensité en un lieu peuvent avoir des magnitudes différentes.