les seismes

Ch. 1 étude et analyse de l'origine des séismes.

1/ Etude des journaux.

A partir de coupures de journaux, nous allons essayé de comprendre ce qu'est un sésisme. Quel est le vocabulaire spécifique aux séismes. Quelle est la différence entre un séisme et un tremblement de terre.

Les mots que nous ne comprenons pas :
séisme : ensemble de vibrations et ondulations plus ou moins violentes du sol.
tsunami : nom que les japonais donnent aux raz de marées. Un tsunami est la plupart du temps provoqué par un séisme sous-marin.
foyer : point d'origine d'un séisme.
épicentre : point d'origine d'un séisme à la surface du globe. L'épicentre est situé à la verticale du foyer (voir schéma).
échelle de Richter : échelle de mesure de l'énergie libérée lors d'un séisme. l'unité de mesure de l'échelle de Richter est la magnitude.
failles-mecanismes.jpg 
 
 

1.2/ Observations des conséquences d'un séisme.

On constate en observant les photographies de notre livre (Ed Belin 4ème p. 14 et 15)  que suite à un séisme on voit différents effets dont l'apparition de failles à la surface du lsol. L'observation des photographies permet d'établir que les bâtiments peuvent être détruits de façons différentes. Certains bâtiments sont partiellement détruits alors que d'autres ce sont écroulés comme des châteaux de cartes, laissant un mille feuilles de planchers. Ceci suppose que les effets du séisme sur le sol n'ont pas été les mêmes. Si on regarde attentivement les autres documents on constate que parfois le sol peut avoir changer de hauteur de part et d'autre de la faille (mouvement vertical), d'autres fois c'est une partie du sol qui a avancé par rapport à l'autre (mouvement horizontal) et enfin sur certaines photographies on voit une ondulation du sol.  Un séisme peut, par conséquent, avoir plusieurs effets sur un sol entraînant des mouvements horizontaux ou verticaux par rapport à une faille ou alors une ondulation du sol qui peut être visible sur plusieurs kilomètres autour de l'épicentre.

faille : cassure rocheuse s'accompagnant d'un déplacement des deux blocs rocheux séparés (elle peut être visible (en surface) ou non (sous terre)).

Ci-dessous quelques exemples de séisme.

seisme-kokoxili-2001.jpg  

image du satellite SPOT du séisme du 14/11/2000
en chine. Image Geophysical letter 2002 ©

 

1.3/ Les mécanismes à l'origine des séismes.

Les séismes ont pour origine la libération brutale d'énergie accumulée lors d'une contrainte sur une partie du sol. Une contrainte est une force qui s'exerce entre 2 éléments (ici le sol). Les 2 éléments du sol accumulent de l'énergie qui sera libérée brutalement, c'est un séisme. Lors d'un séisme les régions du sol vont se déplacer de part et d'autre de la faille. Plus la contrainte a été forte, plus l'énergie accumulée est importante et par conséquent la libération brutale et soudaine de cette énergie sera importante. La magnitude du séisme sera importante (sa valeur sur l'échelle de Richter sera importante). Un séisme est donc un déplacement brutal de 2 régions du sol, ce qui va provoquer des ondulations et vibrations. Un séisme à toujours lieu sur une faille. En fonction du déplacement du sol au niveau de la faille on va pouvoir qualifier les failles de normales, inverses ou décrochantes. Ces noms correspondent à ce que nous allons observer à la surface après le séisme (voir schémas suivants).

types-failles-1.jpg

Les failles normales conservent l'ordre des couches géologiques alors que les failles inverses font remonter des couches géologiques anciennes au dessus de couches plus récentes. La faille décrochante ne modifie pas l'ordre des couches géologiques, elle déplace le sol de manière horizontale.

 

 1.4/ Relation entre un séisme, les dégâts, la magnitude et l'intensité

Est-ce parce que la magnitude est importante que les dégats sont importants? La réponse est oui et non, mais surtout il ne faut pas confondre les dégâts dus à un séisme et la magnitude de celui-ci. La magnitude mesure l'énergie libérée, elle est l'unité de base de l'échelle de Richter. Selon où est libérée l'énergie, les dégâts sur les constructions humaines ne seront pas les mêmes. Si le foyer est très profond, l'énergie libérée va devoir traverser plusieurs kilomètre de roches avant d'être ressenti à la surface (épicentre). A l'inverse si le foyer du séisme est proche de la surface, l'énergie à l'épicentre sera presque identique à celle du foyer. Par conséquent un séisme de magnitude 5 fera plus de dégâts si le foyer est proche de la surface que si il est en profondeur. Pour mesurer les dégâts d'un séisme, les sismologues utilisent une échelle d'intensité, l'échelle de Mercali (ou échelle MSK). L'échelle de Mercali permet d'évaluer l'intensité d'un séisme en fonction des effets ressentis (vibrations, cadres qui bougent) et des effets visibles (bâtiments détruits)...

Intensité conséquences estimées du séisme en surface
I
secousse non ressentie, mais enregistrée par les instruments.
II
Secousse partiellement ressentie,
notamment par des personnes au repos et aux étages
III
 Secousse faiblement ressentie;
balancement des objets suspendus
IV
 Secousse  largement ressentie dans les habitations;
tremblement des objets
V
 Secousse forte; réveil des dormeurs;
chute d'objets; parfois légères fissures des plâtres
VI
 légers dommages, parfois des fissures dans les murs;
frayeur de nombreuses personnes
VII
 Dégats; larges lézardes dans les murs de nombreuses
habitationsz; chute de cheminées
VIII
 Dégâts massifs; les habitations les plus vulnérables sont
détruites; presque toutes subissent des dégâts important
IX
 Destruction de nombreuses constructions;
chute de monuments et de colonnes
X
 Destruction générale des constructions,
même les moins vulnérables
XI
 Catastrophe; toutes les constructions sont détruites
XII
 Changement de paysage; énormes crevassses dans le sol,
vallées barrées, rivières déplacées.

échelle de Richter et de Mercali

Pour comprendre comment un séisme se propage et ses effets sur le sol, on peut tracer sur une carte les courbes isocéistes. La courbe isocéiste isocéiste se définit par une courbe reliant les points (villes ou villages) dans lesquels l'intensité sismique ou la magnitude est de même intensité. On peut constater (sur le schéma ci-dessous) que les courbes isoséistes ne sont pas des cercles concentriques autour de l'épicentre (elles ne formes pas le dessin d'une cible). Ce phénomène est normal, en effet, en fonction de la nature des sols rencontrés (argileux, calcaire, granit, lac souterrain, etc...) les ondulations et les vibrations qui traversent le sol ne vont pas se propager de la même manière. Elles peuvent être arrétées, ralenties ou accélérées. Par conséquent la courbe isocéiste va donner un profil complexe de courbes de formes variées concentriques centrées sur l'épicentre.

 anchorage1958-isoseist.jpgseismelambesc1909-isocesiste.jpg

 

 

Ces 2 séismes présentes des courbes isoséistes de forme très différentes. Pour le séisme d'Anchorage en Alaska les courbes isoséistes sont presques concentriques. Pour le séisme de lambesc (à droite) les courbes isoséistes sont plus torturées. Ceci s'explique par la nature des sols, qui est homogène en alaska, alors qu'en provence le sol possède différentes compositions.

 

1.5/ l'enregistrement des séismes

Le premier enregistrement d'un séisme fut un phénomène fortuit dans un laboratoire allemand (à Potsdam). Les chercheurs qui analysaient les vibrations ont pu mesurer une vibration alors que leur expérience n'avait pas débuté. C'est en lisant les nouvelles qu'ils ont appris qu'il y avait eu un séisme à ce moment là à plusieurs miliers de kilomètre de là. Ils ont donc déduit qu'ils avaient enregistrer un séisme.

sismographe.gif

 

 

rtemagicc-potsdam-jpg.jpg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


     Image de l'enregistrement du séisme de Potsdam                                                         Un sismographe du début du 20ème siècle

Un sismographe permet l'enregistrement des vibrations du sol sur une feuille de papier. Cet enregistrement papier s'appelle un sismogramme.

 

1.6/ la propagation des ondes sismiques.

Les ondes sismiques se déplacent à travers le globe terrestre et peuvent être enregistrées à des miliers de kilomètres du foyer. Afin de mieux comprendre se phénomène nous allons étudier le séisme qui a eu lieu en 2011 et qui a provoqué le drame de Fukushima au Japon.

Sur cet enregistrement on observe le déplacement non pas des ondes sismiques mais des vagues provoquées par le séisme. On constate que les vagues couvrent tout l'océan pacifique et l'océan indien en 24h00. Il se passe la même chose pour les ondes sismiques mais sur un temps beaucoup plus court. Les ondes sismiques se déplacent très vite (environ 10 km/s). La vitesse des ondes sismiques varie en fonction des matériaux rencontrés elles sont plus rapides si la matière est dense (comme la roche) et plus lente si la matière est visqueuse ou liquide.

Analyse d'un sismogramme. Pour analyser un sismogramme on a besoin de peu de choses. Il faut savoir sa localisation géographique de son sismographe, avoir une bonne horloge et c'est presque tout. Il faut se souvenir que la formule de la vitesse est  v (km/s) = d (km) / t (s). Partant de là nous allons pouvoir obtenir beaucoup d'informations d'un sismogramme.

sismogramme.jpg

Ci-dessus l'enregistrement du séisme de Sumatra du 11 avril 2011 enregistré à la réunion à 4781 km de distance. Le séisme a eu lieu à 8h 38 min 38s (heure de Greenwich). Sur le sismogramme on constate que les ondes P (première) arrivent à 8h 43 min 28s (soit 4 min 50s après le séismes à Sumatra). Les ondes S (secondes) arrivent encore plus tardivement, environ 850 s après le séisme ( soit 14 min et 10s). Il est donc possible de déterminer la vitesse des ondes P qui est dans cet exemple de v = 4781 / 290 = 9,8 Km/s. De la même manière si on nous sur un sismogramme la vitesse de déplacement des ondes sismiques on pourra déterminer sa distance par rapport à l'épicentre.

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Date de dernière mise à jour : 24/09/2013