La sismicité de la France dans son cadre géodynamique. Leçon d Option. Proposition de plan par M. Rodriguez.

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1 La sismicité de la France dans son cadre géodynamique Leçon d Option Proposition de plan par M. Rodriguez rodriguez@geologie.ens.fr Introduction : Les séismes sont essentiellement localisés aux frontières de plaques (env. 90%), et sont la conséquence de leur cinématique. Une dizaine de % des séismes ont lieu en contexte de déformation intraplaque, ce qui peut être relativement important pour certains pays, dont la France. A l échelle du cycle sismique (~100 à 1000 ans selon les contextes), le frottement dû à la rugosité de l interface (i.e. plan de faille) entre deux plaques empêche le glissement, et de l énergie élastique s accumule jusqu à ce que les contraintes dépassent le seuil de rupture de l interface. Un séisme résulte donc de la libération d énergie sous forme d ondes élastiques lorsqu une rupture se propage au sein de la roche, à la faveur d un plan de faille. Un séisme est caractérisé par son moment sismique : Mo = µ. S. Δu Où Mo est le moment sismique, µ est la rigidité du milieu (~ N.m - ²), S la surface rompue sur le plan de faille (m²), Δu le glissement sur la faille (m). Le moment s exprime en N.m ou dyn.cm (1 N.m= 10 7 dyn.cm). La magnitude du moment sismique, la plus communément utilisée par les sismologues, s exprime de la sorte : Mw 2 log ( ) M 0 Le potentiel destructeur d un séisme dépend également de la fréquence des ondes sismiques rayonnées par la rupture, et donc de la vitesse à laquelle la rupture se propage : un séisme déclenché à la faveur d une surface de rupture importante, mais extrêmement lent, ne causerait pratiquement aucun dégât. Du point de vue anthropique, un séisme est caractérisé par son intensité ; i.e. les dégâts subis et la façon dont il est ressenti par la population.

2 -Ici nous considérons la sismicité de la France métropolitaine et des DOM-TOM, les Antilles en particulier. L enjeu est de contraindre la sévérité de l aléa et du risque sismique en France, afin de déterminer quels types de dégâts peuvent être infligés aux populations et aux infrastructures. Risque pour les centrales nucléaires près du fossé Rhénan (Fessenheim)? Risque dans les zones de barrages hydrauliques en montagne? -Quelle est la distribution de la sismicité en France? La sismicité s exprime-t-elle différemment (magnitude, nature de la source) selon le contexte géodynamique (zone de subduction, chaîne de montagne, fossé d effondrement, intraplaque)? Quelle est l histoire de la sismicité de la France? Est-ce que le risque sismique a été plus fort par le passé dans des régions aujourd hui relativement calmes? Peut-on déterminer la période de retour des évènements potentiellement destructeurs? Comment l aléa sismique est-il surveillé sur le territoire français? -Limites du sujet : de nombreux autres aléas sont associés aux séismes, comme par ex. les glissements de terrain ou les tsunamis. Limiter la leçon au seul aléa sismique. Remarque : Au cours de la leçon, il faut se débrouiller pour présenter un ex. de séisme dans chacun des contextes géodynamiques principaux. J ai fait ici mes propres choix, mais on peut choisir de présenter d autres exemples 1) La sismicité de la France depuis le début du XX siècle : la période instrumentale. A- La surveillance de la sismicité : du déploiement des sismomètres à celui des stations GPS -Réseau de surveillance actuel : CEA-Laboratoire de détection géophysique ; + Réseau national de surveillance sismique (à Strasbourg). Les premiers sismomètres ont été mis en place à la fin du XIX siècle à Strasbourg. -Le sismomètre : principe de l enregistrement des ondes sismiques ; identification ondes P S + ondes de surface (Love, Rayleigh) sur un sismogramme. Localisation d un épicentre à partir d un réseau de stations sismographiques. Etablissement d un mécanisme au foyer à partir des enregistrements sismographiques pour déterminer le régime de contrainte donnant naissance à un séisme. Ex. Le séisme de St Paul Le Fenouillet (Pyrénées), en Analyse complète de l évènement, cf Larroque & Virieux p 87.

3 -Le GPS et l enregistrement de la déformation lors d un cycle sismique- Quand la période du cycle sismique est trop longue pour être entièrement enregistrée (souvent le cas en France), les mesures GPS donnent une estimation du taux de déformation et du taux de chargement sur une faille donnée. Il est possible d estimer la quantité de contrainte accumulée nécessaire pour atteindre la rupture sur une faille donnée, à partir des formalismes à l origine du cercle de Mohr/Coulomb. Connaissant le taux de chargement de la faille sur les années de mesure GPS, on peut donc estimer, grossièrement, la période du cycle sismique. Ex. Mesures GPS des taux de déformation dans les Pyrénées ; retour des évènements de magnitude > 6 tous les ans. B- Distribution de la sismicité en France & origine géodynamique Commenter la distribution géographique des séismes à l aide de cartes/ pour chaque contexte présenter une coupe géologique montrant la structure générale -Pour la métropole : fossés d effondrement Cénozoïque ; bassin provençal (SE), chaînes de montagne (Alpes, Pyrénées) ; sismicité intraplaque sur les anciennes sutures. Voir Larroque & Virieux p 92 pour commentaire ; ou Robert & Bousquet p 275. Expliquer brièvement la géologie de chaque contexte ; âge de mise en place des structures (Eocène pour l essentiel, à part le craton armoricain). -Sismicité en Armorique atypique, car localisée sur des structures inactives depuis la fin du Paléozoïque. Mais atteint des magnitudes de l ordre de 5, comme dans les Pyrénées! Parfois attribuée au rebond post glaciaire, mais les cartes de la dernière glaciation montrent que glacier probablement trop loin pour générer un effet au cours de l Holocène. Les sutures hercyniennes constituent des hétérogénéités rhéologiques au sein de la lithosphère, et constituent des zones où se concentrent les contraintes intraplaques, au point de les réactiver -Pour les DOM-TOM : sismicité associée aux éruptions volcaniques (tremor précurseur) ; sismicité associée à la zone de subduction des Antilles. -Magnitude maximale mesurée pour la métropole autour de 6 ; possibilité d évènements supérieurs à 7, voire 8 pour les Antilles. Sismicité modérée pour la métropole, assez forte pour les Antilles, grande diversité de contextes géodynamiques.

4 -Analyse de cartes de mécanismes au foyer sur certaines régions clefs. Ex. Mécanismes au foyer sur la période instrumentale des séismes pyrénéens ; la plupart des séismes montrent que les failles ont un jeu normal dans le domaine ouest de la chaîne ; ce qui est contre intuitif considérant que nous sommes dans une chaîne de montagne, structurée par des chevauchements. La sismicité indique-t-elle l effondrement gravitaire de la chaîne? Des observations similaires ont été réalisées sur les Alpes. C- Anatomie de 2 séismes emblématiques de la période instrumentale : Lambesc (1909) et Arrete (1967) -Evènements marquants : Lambesc 1909 (faille aveugle mais systèmes de failles révélés par des tranchées); le seul séisme de Magnitude >6 en France métropolitaine; Arrete en 1967, Magnitude ~5.5. Corrolaire : sismicité de la période instrumentale suggère Pyrénées comme la région la plus dangereuse de la métropole, + Antilles pour les DOM-TOM. Mais s agit-il des seules régions dangereuses? Y-a-t-il eu des régions plus dangereuses par la passé, ou des séismes plus importants? Approche de la sismicité historique/ archéosismicité/ paléosismicité. 2) Sismicité historique et paléosismicité de la France A- Les témoignages historiques -Superposer à la carte de la sismicité de la période instrumentale la localisation des séismes historiques -Pour les Antilles : -Sismicité sur système décrochant/extensif arrière arc : Séismes de Magnitude>6 ; 1985 Redonda ; 2004 Les Saintes -Séismes sur le plan de subduction ; Séismes de magnitude >8 en 1839 et La sismicité, en redistribuant les contraintes au niveau de l arc, pourrait déclencher des éruptions volcaniques, par ex. on remarque une augmentation de l activité éruptive après les 2 méga séismes de ; dont l éruption du Mont Pelé en Pour la Métropole : -Séisme de Bâle en 1356 épicentre en Suisse mais le séisme a été ressenti en France et y a fait des dégâts. Il s agit du séisme le plus important de l histoire de l Europe Centrale. La

5 magnitude de l évènement serait comprise entre 6 et 7 selon les estimations. 300 morts à Bâle ; remparts détruits, incendies Plusieurs origines ont été proposées, soit chevauchement au niveau du Jura, soit faille normale sur le graben rhénan cette dernière hypothèse est celle qui tend à se confirmer. B- L enregistrement géologique d un séisme -Tranchées/ identification de failles recouvertes par la croissance des sols, la végétation ex. d une faille inverse dans la vallée du Rhône in Larroque & Virieux planche couleur VIII -Les séismes peuvent s enregistrer aussi sous la forme de séismites, mais pas de cas d école en France donc ne pas détailler -Fracturation de spéléothèmes dans les grottes/ Ex. Séisme de Bâle a délenché la fracturation de spéléothèmes dans une grotte proche en datant les couches des spéléothèmes on peut dater la fracturation et faire le lien avec le séisme consigné par ailleurs dans les ouvrages historiques. Voir Les traumatismes de la Terre, Schneider, p.78. -Etude de l escarpement des failles, décalage des séries sédimentaires ; datations des épisodes de décalage donnent l âge du séisme. Ex. pour Bâle, l enregistrement sédimentaire d une faille normale du fossé rhénan proche de la ville indique qu un décalage contemporain de la catastrophe s est produit. -Lac du Bourget/ Annecy : Séismites et homogénites préservées dans les sédiments des lacs, prélevées par carottages ; glissements de terrains contemporains de séismes historiques sont aussi préservés Ex. séisme de 1822 proche du Bourget enregistré par une homogénite. 3) Aléa et risque sismique en France -Modéré pour la métropole mais peut-être sous estimé? Nous n avons accès qu à un enregistrement relativement restreint de la sismicité Toutes les zones actives sont capables de générer des séismes de magnitude>5, quelque soit le contexte (chaîne de montagne, fossé d effondrement), même le massif armoricain -Possibilité de méga séisme pour les Antilles -Zonage sismotectonique en France p 120 Larroque & Virieux. -Aléas associés aux séismes : glissements de terrain, tsunami etc

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