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Description du phénomène

Séismes

Description du phénomène

Un séisme est une vibration du sol provoquée par une rupture brutale des roches en profondeur le long d’une faille. Ces failles, ou zone de rupture en profondeur dans la roche, se prolongent parfois jusqu’à la surface du sol, et leurs deux bords se déplacent l’un par rapport à l’autre.

Le moteur de ces déplacements est la tectonique des plaques, c’est-à-dire le résultat des mouvements entres les plaques rigides de la lithosphère induit par les déformations des couches visqueuses en profondeur.

 

Vue d’une zone de la rupture en surface lors du séisme du Teil, Ardèche, 2019. © BRGM

 

Les éruptions volcaniques, autres phénomènes associés à la tectonique des plaques, occasionnent aussi une multitude de séismes et de microséismes.

Il a été observé également que des phénomènes naturels comme la fonte des glaciers ou des évènements pluvieux exceptionnels peuvent modifier l’état de contrainte dans de sous-sol au point de générer des séismes.

Enfin certains séismes peuvent être déclenchés par l’activité humaine. Cela a été observé par exemple lors de la mise en eau de certains barrages ou lors à proximité de sites d’exploitation ou de stockage de gaz en profondeur.

Origine du phénomène

Les séismes sont, avec le volcanisme, l’une des manifestations de la tectonique des plaques. Au niveau mondial, l’activité sismique est concentrée le long de failles, en général à proximité des frontières entre ces plaques. Mais il existe aussi de nombreuses failles capable de produire des séismes à l’intérieur des plaques tectoniques. Ce sont des zones de discontinuité dans les roches, héritées de l’histoire géologique, et le long desquelles des mouvements sont possibles.

Lorsque le frottement entre les blocs de part et d’autre d’une de ces failles est important, le mouvement est empêché. De l’énergie s’accumule le long de la faille. Lorsque l’énergie accumulée permet de surmonter l’effet du frottement, le retard du mouvement se traduit par un déplacement instantané entre blocs qui est la cause des séismes. Après la secousse principale, de petits réajustements des blocs au voisinage de la faille peuvent se produire, qui engendrent d’autres secousses, appelées répliques.

Dans certains cas, la nature du sous-sol ou le relief du secteur exposé, peuvent piéger les ondes sismiques et augmenter l’amplitude du mouvement sismique. On parle alors d’effets de site.

 

 

Effet des séismes : de la faille à la surface © BRGM

Intensité et magnitude

On peut comparer les séismes entre eux grâce à deux type de paramètres : l'intensité et la magnitude. 

 

L'intensité

Si on s’intéresse à l’effet des séismes en surface, l’intensité est déterminée sur une échelle qui va des secousses imperceptibles à celles qui provoquent l’effondrement généralisé des bâtiments.

La valeur de l’intensité dépend donc à la fois du phénomène, mais aussi du contexte local, et elle diminue globalement avec l’éloignement par rapport à l’épicentre.

L’intensité est très importante pour caractériser les séismes anciens, pour lesquelles aucune mesure instrumentale n’est disponible et dont la connaissance repose sur la mention des dégâts qu’ils ont provoqués.

 

La magnitude

Pour caractériser le phénomène (la rupture) on utilise la magnitude. La magnitude représente l’énergie libérée par la rupture en profondeur. Elle peut être calculée par différentes approches, à partir des enregistrements de stations sismique qui mesure les mouvements en surface. L’échelle de Richter est la plus connue, car c’est une échelle utilisée depuis 1935 pour comparer les séismes entre eux, à l’origine, en Californie.

 

En plus de calculer l’énergie libérée par un séisme, la localisation de la rupture est un paramètre important. En analysant les ondes mesurées par des stations situées à différents endroits on peut calculer le lieu d’où elles ont été émises grâce notamment au temps d’arrivée des ondes et à la connaissance de la vitesse des ondes dans le sous-sol. Pour caractériser précisément un séisme, il faut que plusieurs enregistrements de bonne qualité des ondes soient disponibles et connaitre les caractéristiques du sous-sol en profondeur. 

 

Principe de calcul de la localisation de l’épicentre d’un séisme à partir des mesures de trois stations © BRGM

Peut-on prédire les séismes ?

Les séismes résultent d’un phénomène global hautement imprévisible qui dépend de manière très sensible d’une infinité de paramètres qu’il n’est pas possible de caractériser avec une précision suffisante.

Ainsi, au moment où une rupture s’initie, celle-ci peut aussi bien se propager à l’ensemble d’un segment de faille (voir de plusieurs segments voisins) pour provoquer un important séisme, ou au contraire être rapidement stoppé.

La propagation des ondes dans le sous-sol est aussi dépendante de très nombreux facteurs, auxquels s’ajoute des facteurs d’amplification locaux.

Il n’est donc pas possible de prédire la survenue d’un séisme dans l’état des connaissances actuelles, ce qui n’empêche pas des travaux de recherche d’essayer d’en savoir plus à la fois sur les phénomènes et sur des précurseurs potentiels.

La prévention et la préparation des populations demeurent aujourd’hui la meilleure parade pour protéger des séismes.