Licence S1: Planète Terre La Terre et l homme. Risques naturels: les séismes. Risques naturels: les séismes

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1 Licence S1: Planète Terre La Terre et l homme Jacques DEVERCHERE Séance 2 Risques naturels: les séismes CM >2h Puis Séance 3: tsunamis (<1h) et mouvements de terrain (<1h) Risques naturels: les séismes 1. La source sismique: le rebond élastique 2. L énergie rayonnée: mesures, définitions Magnitude Intensité Ruptures en surface 3. La protection contre le risque sismique Notions d aléa et de vulnérabilité Prévision des tremblements de terre: la prédiction Prévision du mouvement du sol: la prévention 4. Application: le territoire de la France métropolitaine Sismicité historique Sismicité instrumentale Zonage sismotectonique 1

2 1. La source sismique: le rebond élastique Le modèle: Ried, 1912 Période intersismique Période cosismique Chargement élastique SEISME: Chute de contrainte Libération de l énergie sismique accumulée -> Notions: Mise sous contrainte - élasticité résistance des roches chute de contrainte - cycle sismique 1. La source sismique: le rebond élastique Implications du modèle: - Echelle de temps: x 10 -> x 1000 ans - Cycle: régulier? NON Magnitude: identique? NON - Variations: vitesse, état du plan de rupture (friction), dimensions des zones de rupture -> Transformation difficile en modèle prédictif - De la source vers les constructions: effets changeants Cycle, résistance des failles Effets variables sur structures 2

3 Exemple d identification de zones de rupture et de lacunes sismiques Séisme du 22 janvier L énergie rayonnée: mesures, définitions A. Magnitude A1. L instrument: le sismographe 3

4 2. L énergie rayonnée: mesures, définitions A. Magnitude A2. Les ondes mesurées Réseaux Types d ondes Sismogramme 2. L énergie rayonnée: mesures, définitions A. Magnitude A3. Etablissement d une échelle ouverte: - basée sur les amplitudes (ou la durée): M L, Ms, mb - Aujourd hui: magnitude de moment sismique Mw, dépendant de l énergie sismique libérée 4

5 2. L énergie rayonnée: mesures, définitions A. Magnitude Mw, déduit du moment sismique Mo: Mo estimé par Mw = 2/3 logmo - 6 Mo = µ. S. D en N.m µ = Coefficient de rigidité (N.m - 2 ) S = Surface de la faille qui a subi la rupture D = Glissement sur la faille Pour un σ moyen de 3 MPa: loge = logmo 4.3 Analyse de spectres en fréquence obtenus aux stations sismologiques 1. Chili 05/22/ Mw Alaska 03/28/ Mw 9.2 Quelques chiffres 3. Russie 11/04/ Mw Equateur 01/31/ Mw Alaska 03/09/ Mw 8.8 Les 10 plus grands séismes du 6. Iles Kuriles 11/06/ Mw 8.7 vingtième siècle 7. Alaska 02/04/ Mw Inde 08/15/ Mw Argentine 11/11/ Mw Indonésie 02/01/ Mw 8.5 Nombre moyen de séismes dans le monde chaque année Magnitude M s > Nombre au-dessus de la magnitude M s 1 à plus de

6 2. L énergie rayonnée: mesures, définitions (suite) L énergie des séismes 2. L énergie rayonnée: mesures, définitions Intensité 6

7 2. L énergie rayonnée: mesures, définitions C. Ruptures en surface - Fournissent un moyen d estimer S (par L) et D - Séismes superficiels -> effets dévastateurs sur constructions Mais peu de séismes permettent une observation directe de la rupture C. Ruptures en surface Exemple1: El Asnam (Algérie) Séisme d El Asnam, 10 octobre 1980, Mw = 7.3 Faille inverse Déplacement cosismique D 7

8 C. Ruptures en surface Faille décrochante Exemple 2: Faille Nord-Anatolienne Séisme de Düzce (12 novembre 1999, Mw 7.2, L = 80 km) Séisme d Izmit (17 août 1999, Mw 7.4, L = 100 km) D 8

9 2. L énergie rayonnée: mesures, définitions (fin) C. Ruptures en surface L D Extrait de Larroque et Virieux, 2001 Changement en Magnitude Changement en mouvement du sol (Déplacement) Changement en énergie fois ~32 fois fois ~5.5 fois fois ~3 fois fois ~1.4 fois 3. La protection contre le risque sismique A. Notions d aléa et de vulnérabilité Recherche fondamentale Alerte (BCSF, Strasbourg) Aléa sismique Amplitude, durée et fréquence du mouvement du sol (y compris effets topographiques, d amplification) Calcul des magnitudes Calcul d un spectre de réponse Risque sismique Génie civil, études AFPS, CETE, BRGM Vulnérabilité sismique Effets des mouvement du sol sur les vies, les constructions humaines et l environnement Calcul des intensités «Taille» du séisme Effets ressentis et produits en surface Définition de normes parasismiques Zonage et microzonage sismique 9

10 Aléa Effets de sites notions de base TOPOGRAPHIQUES Vallées, sommets D AMPLIFICATION (du sous-sol) Structure et état du sous-sol Modèle de propagation sous Mexico EFFETS INDUITS -Liquéfaction -Glissements de terrain -Chutes de blocs -Tarissement ou jaillissement d eau Nigata, Japon 23/10/04 M 6.5 Effets topographiques évalués sur la côte de Nice pour un séisme en mer Quelques chiffres à morts par an en moyenne Séisme, magnitude Lisbonne 7 à 8? Spitak 6.9 Kobé 7.2 Lambesc 6.4 Année Victimes Remarque s Accompagné d un tsunami Epicentre et magnitude? Constructions inadéquates Dégâts: 15 milliards Aujourd hui: morts, 1 milliard 10

11 Vulnérabilité: difficulté d établir des normes Spitak, Arménie, 1988 Kobé, Japon, 1995 PROBLEMES et QUESTIONS: -> 1. Adéquation des normes (quand elles existent!)? -> 2. Application aux constructions neuves? -> 3. Problème des constructions antérieures Izmit, Turquie, 1999 B. Prévision des tremblements de terre : la prédiction - Court terme (< 1mois): les précurseurs infructueux (Paramètres: microséismes déformations lentes niveau d eau radon champ électromagnétique ) - Exemple de prédictions: Chine: + (Haicheng 1975), REUSSIE - (Tangshan 1976, ECHEC, > morts) - Moyen terme (10-20 ans): en cours - Exemple de sites «multi-paramètres»: Parkfield (Californie), Mudurnu (Turquie) 11

12 2000 Prédiction à moyen terme: ECHEC aussi parfois - Probabilité d occurrence d un séisme: Modèles «multi-paramètres» Parkfield (San Andreas): séisme attendu depuis les années octobre 1989, Mw 7.1 C. Prévision du mouvement du sol: la prévention Exemple: Spectre de réponse à un séisme donné en Californie - Besoin de multiples observations par petits séismes 12

13 Exemple d effet de site: Kobé (Japon): 17 janvier 1995, Mw 7.2 Constructions avant Kobé: prévues pour résister à 0.4 g 4. Application: le territoire de la France métropolitaine A. Sismicité historique - Séisme Ligure (1887) 13

14 - Séisme de Lambesc, dit «de Provence» (1909) Carte macrosismique B. Sismicité instrumentale Stations permanentes «courtes périodes» Stations permanentes «large bande» 14

15 B. Zonage sismotectonique Zones et niveaux de risque sismique sur le territoire français B. Zonage sismotectonique Application à la ville de Grenoble: effets de site attendus - En bleu: séisme de magnitude 2 - En rouge: estimation pour un séisme de magnitude Spectres d amplification estimés d après lois parasismiques PS92 -> > les petits séismes aident à prévoir les effets des futurs «grands» séismes 15