risque sismique
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Répartition des séismes
Trois types de limite de plaqueRides ou rift Zones de subduction
Faillestransformantes
Séismes = ruptures = formation de faillesFaille = plan de faiblesse dans la lithosphère
en fonction de la profondeur à laquelle ils se produisent:
- les séismes normaux ou superficiels (profondeur<60 km) = frontières de plaques divergentes et frontières de plaque convergentes (fosses océaniques)
- les séismes intermédiaires (60<profondeur<300 km) = frontières de plaques convergentes
- les séismes profonds (jusqu’à 700 km de profondeur) = frontières de plaques convergentes
Trois classes de séismes
Ride ou rift = zone de divergenceSEISMES SUPERFICIELS
Les séismes intraplaques sont superficiels.
Les frontières convergentes concentrent les trois catégories de séismes
5%
15%
75%
Zones divergentes
Zones convergentes
Zones de décrochement
Dissipation de l’énergie sismique de la planète
• Un matériau rigide soumis à des contraintes de cisaillement, se déforme de manière élastique puis de manière plastique
• Au point de rupture, il se rompt
DEFORMATION
Élastique : le matériau reprend sa forme et son volume lorsque la contrainte est relachée
Plastique : le matériau reste déformé lorsque la contrainte est relachée
Point de rupture: libération de l’énergie accumulée lors de la déformation plastique
Séisme = rupture Accumulation + Relâchement des contraintes
Foyer ou hypocentre
L'endroit où démarre la rupture est appelé foyer du séisme ou hypocentre (0 à 700 km profondeur)
Epicentre
L'épicentre microsismique est le point de la surface du sol le plus proche du foyer (latitude, longitude)L'épicentre macrosismique = lieu de plus forte intensité ressentie -Peut être différent de l'épicentre réel
Structure sismiqueRais sismiques
Les différents types d’ondes
Déclenchement d’un séisme = Propagation d’un front d'ondes sismiques
Deux types d'ondes : Ondes de fond qui se propagent à l'intérieur de la terre (ondes S et ondes P)
Ondes de surface qui se propagent seulement en surface (ondes de Love et ondes de Rayleigh)
Ondes P = ondes premières/ondes de Compression. Dans tous les états de la matièreLes particules se déplacent selon un mouvement avant-arrière dans la direction de la propagation de l'onde
Ondes S = ondes de cisaillement seulement dans les solides. Les particules oscillent dans un plan vertical, à angle droit par rapport à la direction de propagation de l'onde
Ondes L (ondes de Love) = ondes de cisaillement qui oscillent dans un plan horizontal Impriment au sol un mouvement de vibration latéral
Les ondes de Rayleigh = vague les particules du sol se déplacent selon uneellipse = vague qui affecte le sol lors des grands tremblements de terre
Propriété qui permet de localiser un séisme = Propagation des ondes P plus rapide que celle des ondes S
Ondes sismiques enregistrées en plusieurs endroits du globe
Enregistrement par sismomètres
Les vibrations verticales et horizontalesdu sol sont transmises à une aiguille qui les inscrit sur un cylindre qui tourne à une vitesse constante
En un lieu donné, ondes P puis décalage et enregistrement des ondes S
Exemple: retard de 6 minutes des ondes S par rapport aux ondes P
Les vitesses de propagation des deux types d'ondes (S et P) dans la croûte terrestre établies = courbes étalonnées
Pour une distance entre séisme et point d’enregistrement de 2000 Km, l'onde P mettra 4,5 min et l'onde S mettra 7,5 min = décalage de 3 min
Dans l’exemple, distance correspondant à un décalage de 6 min = 5000 Km
La méthode des cercles
Pour une station: temps d'arrivée de l'onde P: tp = t0 + (d/Vp)
temps d'arrivée de l'onde S: ts = t0 + (d/Vs)
Différence entre les deux relations précédentes :ts - tp = d . ( 1/Vs - 1/Vp)
On connaît les vitesses des ondes P et S dans la croûte et on admet que : (1/Vs - 1/Vp) = 1/8
D’où : d = 8 * (ts - tp)
On établit des abaques et on obtient directement d en fonction de (ts - tp)
basée sur la différence de propagation des ondes P et S
Le séisme se trouve sur le périmètre d’un cercle de rayon d1 centré sur une première station d’enregistrement
d1
Avec une seconde station, on détermine la distance (d2) séparant cette station de l’épicentre du séismeLes deux points d’intersection des deux cercles définissent les deux localisations possibles de l’épicentre du séisme enregistré
Avec une troisième station, détermination de la distance (d3) séparant cette station de l’épicentre du séisme
Un seul point d ’intersection possible entre les trois cercles définit la position précise de l ’épicentre du séisme enregistré
La triangulation
d1
d2
d3
d2
d1
Effet des ondes sur les constructions
Ondes L et R - gamme des "basses fréquences » (< à 1 hertz) - nocives pour les bâtiments élevés -destructrices à des distances plus grandes que les -ondes P et S (quelques dizaines de kilomètres)
Ondes P et S - gamme des "hautes fréquences » (> à 1 hertz) -dangereuses pour diverses catégories de bâtiments bas
deux types de mouvements (et leurs combinaisons)
- à la verticale du foyer, à l’ épicentre = mouvement vertical - plus loin effet dominant = horizontal, lié au mouvement de la faille
La magnitude est mesurée par le logarithme de l’amplitude maximaledes ondes, mesurée en microns, à partir d’un sismomètre placé à une distance d’environ 100 km par rapport à l’épicentre
M = log A/T + F()
A amplitude en micronsT période en secondesF() terme empirique = amortissement du signal sismique en fonction de la distance et de la profondeur
La magnitude
Energie développée au foyer du séisme
Echelle de Richter instaurée en 1935
Calculée à partir de la quantité d'énergie dégagée au foyer
Fournit la magnitude (M) d'un séisme: log (E) = 11,4 + 1,5M
Un séisme de magnitude 8,5 est 100 millions de fois plus fort qu’un séisme de magnitude 3
Valeur objective = une seule valeur pour un séisme donné
A ce jour, plus fort séisme = 9,5 sur l'échelle de Richter (Chili).
Depuis janvier 2000, nouvelle échelle adoptée par les pays européens : EMS 98 (European Macroseismic Scale 1998)
Plusieurs échelles pour évaluer l’intensité des tremblements de terre
1) Echelle de Mercalli développée en 1902 et modifiée en 19562) Echelle MSK (Medvedev, Sponheuer et Karnik, 1964)
Ces deux échelles comportent douze degrés notés généralement en chiffres romains de I à XII
Intensité déterminée par: -Ampleur des dégâts causés par un séisme -perception de la population varient en fonction de la distance à l'épicentre. Echelle subjective Echelle variable géographiquement
L’intensité
Perception à l’intérieurEnregistrement par les sismomètres
Perception à l’extérieur
Quelques dommages
Dommages légers aux « bonnes constructions » destruction des « mauvaises »
Dommages considérablesModification des paysages
Les séismes entre 1990 et 2001
Un risque majeur
Conséquences secondaires:
• Glissements de terrains, éboulements
• Incendies
• Tsunamis
1436 Naples-Brindisi Italie 30 000 morts
1531 Lisbonne Portugal 30 000 morts
1693 Catane Italie 60 000 morts
1737 Calcutta Inde ~50 000 morts
1797 Quito Equateur 40 000 morts
1906 San Francisco Etats-Unis 700 morts
1908 Messine Italie 65 000 morts
1920 Ganzu (ou Kan-sou)
Chine 180 000 morts
1923 Tokyo Japon 143 000 morts
1976 Tangshan Chine 800 000 morts
1980 El-Asnam Algérie 3 500 morts
1985 Mexico Mexique 20 000 morts
1995 Kobe Japon 5 000 morts
1999 Izmit Turquie 20 000 morts
aléas et enjeux sismiques
• Enjeux : hommes, centres de vie, environnement
• Destruction des biens (habitations, infrastructures…)
• Pertes humaines (morts, blessés…)
• Impacts environnementaux (glissement de terrain, pollution…)
• Aléa : probabilité du séisme
Risque
Prévision du risque sismique
La prédiction
= prévoir précisément lieu / date / magnitude du séisme
2 approches:
Approche probabiliste:
identification zones à risque + probabilité d’occurrence
Approche déterministe: identification de signes précurseurs
interprétation par des processus physiques réalistes
élaboration d’un modèle physique prédictif
A long terme: plusieurs dizaines d’années = définition de l’aléa, du mode de construction adapté et renforcement du bâti
A moyen terme: quelques mois, 1 an = surveillance et instrumentation des sites à risque
A court terme : quelques heures à quelques jours = mise en alerte des réseaux d’intervention, préparation des secours et évacuation des bâtiments
3 modes de prévision et de réponse adaptée
Beaucoup de difficultés pour la prédiction:• Méconnaissances des facteurs déclenchants• Paramètres très nombreux à entrer en jeu• Paramètres physiques des roches difficiles à mesurer en profondeur
A court et moyen terme
A long terme
Evaluation du risque sismique pour une zone donnée= donner la magnitude maximale pouvant être atteinte+ un pourcentage de chance pour que cette valeur soit atteinte sur une période de
référence.
Evaluation du risque
1.Définition de l’aléa sismique dans une région donnée:
• Installation d’un réseau de surveillance (Bornes GPS, sismomètres, géodésie spatiale…)
• Identification des failles actives•Etude de l’histoire sismologique de la région
2. Connaissances de tous les éléments susceptibles d’entraîner des dégâts
•Nature des sous-sols•Topographie•Nature et emplacements des bâtiments…
Cartographie du risque sismique
Différentes sciences étudient les séismes
Etude des « effets de site » :
Nature du sous sol (amplifications des ondes)
Instabilité des versants (réaction en chaîne)
Types de bâtiments
Topographie
Etude et surveillance des phénomènes précurseurs
Déformation crustale (faille asismique)
Variation des paramètres hydrologiques
Variation des vitesses de propagation des ondes
Phénomènes géochimiques ex: augmentation radon dans les eaux souterraines (dégazage lors de la friction des roches)
Variation de la résistivité électrique des roches (plusieurs %) et du potentiel électrique
Variation des émissions électromagnétiques
Variation du champ magnétique
• Enregistrement des secousses par des sismomètres
• Mesure de la déformation sismique d’un lieu : géodésie spatiale
mesure des déplacements verticaux (nivellement) de la surface
et des déplacement horizontaux (triangulation)
Ex: surveillance de la faille de San Andreas (Californie)
• Mesure des déformations de la Terre : Méthode des satellites GPS
Mesure du « retard au glissement » des plaques
Récapitulatif des méthodes de mesure
Deux réseaux connectés: Le laboratoire de Détection Géophysiquedu CEA et le Réseau National de surveillance sismique à StrasbourgInfos au Bureau Central Sismologique Français
Réseaux français d’observation et de surveillance
Le réseau GEOSCOPE
Centralisation et diffusion des données (avant d'être archivées au centre GEOSCOPE,
les données sont envoyées à l'PGP, à l'EOST et aux centres de l'IRD dans le monde)
25 stations dispersées dans le monde
Exemple de site surveillé par la France en coopération avec:Instituts de physique du globe (I.P.G.) de Paris et de Strasbourg,soutenus par l’Institut National des Sciences de l’Univers (INSU/CNRS)le ministère des Affaires étrangères et l’Institut de Recherche et Développement (IRD)
Nord du Chili
subduction de la plaque Nazca sous la cordillère andine (plaque Amérique du
Sud) = pas de grand séisme depuis celui de 1887 (magnitude 8,5) rapprochement de
10 mètres environ sur une longueur de 300 km
Mesure du « retard au glissement » = 10m depuis 110 ans stocké dans la déformation
élastique des roches (séisme magnitude >5 prédit dans la décennie)
Installation de réseaux sismologiques de surveillance aux deux extrémités de cette
“lacune sismique” et d’une station multiparamètre (gravimètre, station sismologique
de large bande spectrale, inclinomètres et antenne G.P.S. de positionnement par
satellite)
• constructions aux normes parasismiques
• développement de la recherche en matière de construction parasismique
• information et préparation de la population exposée au risque
• organisation des moyens de secours et de l’information d’urgence en cas
de séisme
L’évaluation complète du risque sismique est primordiale pour la mise en place d’une politique
de prévention efficace et adaptée.
Prévention du risque dans le monde
1. Normes de construction parasismique
– Symétrie des bâtiments
– Abaissement du centre de gravité
– Eloignement minimum des bâtiments mitoyens
pour éviter l’entrechoquement
– Renforcement des angles
– Limitation du percement d’éléments porteurs
•USA: Uniform Building Code (UBC)•Europe: Eurocode 8, partie 1998-1-1 et 1998-2
2. Partenariats concernant– Le développement d’outils de prévision– La conduite d’études comparatives– L’échange d’informations
• Projet RADIUS: Secrétariat de la Décennie internationale de prévention des catastrophes (IDNDR) •Partenariat Japon-Roumanie
Génie parasismique = réalisation d’ouvrages et d’installations capablesde résister dans de bonnes conditions à des secousses importantes
En France •1ères lois parasismiques en 1969, modifiées en 1982 et 1992
Lois parmi les plus complètes au monde
•PPR: Plan de Prévention des Risques (loi du 2 février 1995)
Cartographie des risques naturels en France définition des règles d’urbanisme, de construction et de sauvegarde des bâtis existants et futurs. définition des mesures de protection et de sauvegarde des populations
Gestion du risque sismique
Etude macrosismique
Enquête directe sur le terrain envoi de questionnaires aux autorités (maires, instituteurs) de la région intéressée
Carte des courbes isoséistes = zones de même intensité L’épicentre macrosismique dans l’aire pléistoséiste = isoséiste de degré le plus élevé
Forme des isoséistes renseigne sur l’influence des terrains sur la propagation du mouvement sismique - Rôle important de la nature du sous-sol = intensité plus grande sur les terrains meubles et alluvionnaires
Isoséistes resserrées et allongées, = existence d’un accident tectonique (faille), siège du séisme
Forme et écartement des isoséistes = fonction de la profondeur du foyer du séisme.
Cartes d’isoséistes
Cartographie des zones à risques
Mise en sécurité de deux catégories d’installations
• Ouvrages à risque « normal » conséquences = dommages immédiats subis par l’ouvrage, ses occupants et son contenu = constructions civiles ou industrielles et autres ouvrages de génie civil
2) Installations « à haut risque » désordres, même mineurs = suites extrêmement graves pour la population et l’environnement: -industries chimiques traitant ou stockant des produits hautement toxiques susceptibles de se répandre-installations de sécurité nucléaire-grands barrages
Arbitrage entre exigences de sécurité et coût des mesures de protection
QuickTime™ et undécompresseur TIFF (LZW)
sont requis pour visionner cette image.
• Développement d’outils pratiques (manuels, logiciels) pour la prévision
• Promotion de l’échange d’informations entre les pays
• Préparation aux conséquences d’un séisme
- simulation de catastrophe
- exercice d’évacuation
- diffusion des consignes de sécurité etc…
(surtout en pratique au Japon, en Califormie mais aussi dans le sud de la France)
Exemple d’affichage utilisé dans l’Aude
Séismes en France en 2002