Explications sur les tremblements de terre ou séismes

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Actualités séismes dans le monde

Cliquez sur la carte, pour connaître ou voir s'il y a eu des séismes dans le monde, le jour de votre consultation ou dans les 7 jours précédents.

Autres sites qui permettent de visualiser sur une carte les lieux des séismes : http://renass.u-strasbg.fr/
http://www.mgm.fr/Mappemonde/M301.html - http://tremblement-de-terre.fr/ -

Etude sur les liens éventuels entre les tremblements de terre dans le monde : http://www.la-croix.com/Y-a-t-il-un-lien-entre-les-recents-seismes-dans-le-monde-/article/2417412/4077

Si vous avez ou connaissez d'autres liens pour suivre l'actualité sismique, n'hésitez pas à les rajouter.

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Les tremblements de terre ou séismes

Mon petit-fils me posant beaucoup de questions à propos des tremblements de terre, je lui dis regarde sur le forum, tu devrais avoir des éléments de réponse... Il y a effectivement des réponses, mais pas vraiment celles qu'il recherchait... Pourtant j'étais persuadée d'avoir repris des éléments sur plusieurs sites pour faire un dossier sur le sujet... Cela ne semble pas le cas, à l'évidence... Donc acte, je répare cet oubli...

Comment se produit un séisme (ou tremblement de terre)

Un séisme, ou tremblement de terre, résulte de la libération brusque d'énergie accumulée par les contraintes exercées sur les roches. Le résultat de la rupture des roches en surface s'appelle une faille. Le lieu de la rupture des roches en profondeurs se nomme le foyer. Plus rares sont les séismes dus à l'activité volcanique ou d'origine artificielle (explosions par exemple).

Il se produit de très nombreux séismes tous les jours, mais la plupart ne sont pas ressentis par les humains. Environ cent mille séismes sont enregistrés chaque année sur la planète. Les plus puissants d'entre eux comptent parmi les catastrophes naturelles les plus destructrices. La science qui étudie ces phénomènes est la sismologie (étudiée par des sismologues) et l'instrument d'étude principal est le sismographe (qui produit des sismogrammes).

Le point d'origine d'un séisme est appelé hypocentre ou foyer sismique. Il peut se trouver entre la surface et jusqu'à sept cents kilomètres de profondeur (limite du manteau supérieur) pour les événements les plus profonds. On parle de l'épicentre du séisme pour désigner le point de la surface de la Terre qui se trouve directement au-dessus de l'hypocentre.

Les tremblements de terre engendrent parfois des tsunamis, dont la puissance destructrice menace une part croissante de l'humanité, installée en bordure de mer.

Ils peuvent aussi menacer les installations pétrolières et gazières offshore et disperser les décharges sous-marines contenant des déchets toxiques, déchets nucléaires et munitions immergées. On cherche à les prévoir, pour s'en protéger, à l'aide d'un réseau mondial d'alerte, qui se met en place, en Indonésie et Asie du Sud Est notamment.

Dans certains cas, les séismes provoquent la liquéfaction du sol : un sol mou et riche en eau perdra sa cohésion sous l'effet d'une secousse.

Les trois grands types de failles :

Image Wikipedia


Épicentre, hypocentre (foyer) et faille :

Image Wkipedia[/center]



image Futura Sciences


Source : Wikipedia / Futura Sciences pour l'ensemble du sujet.

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Trois catégories de tremblements de terre

Un tremblement de terre est une secousse plus ou moins violente du sol qui peut avoir trois origines : rupture d'une faille ou d'un segment de faille (séismes tectoniques) ; intrusion et dégazage d'un magma (séismes volcaniques) ; explosion, effondrement d'une cavité (séismes d'origine naturelle ou dus à l'activité humaine). En pratique on classe les séismes en trois catégories selon les phénomènes qui les ont occasionnés.

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Séismes tectoniques

Les séismes tectoniques sont de loin les plus fréquents et dévastateurs.

Une grande partie des séismes tectoniques se produisent aux limites des plaques, où il existe un glissement entre deux milieux rocheux. Ce glissement, localisé sur une ou plusieurs failles, est bloqué durant les périodes inter-sismiques (entre les séismes), et l'énergie s'accumule par la déformation élastique des roches. Cette énergie et le glissement sont brusquement relâchés lors des séismes.

Dans les zones de subduction, les séismes représentent en nombre la moitié de ceux qui sont destructeurs sur la Terre, et dissipent 75 % de l'énergie sismique de la planète. C'est le seul endroit où on trouve des séismes profonds (de 300 à 645 kilomètres).

Au niveau des dorsales médio-océaniques, les séismes ont des foyers superficiels (0 à 10 kilomètres), et correspondent à 5 % de l'énergie sismique totale.

De même, au niveau des grandes failles de décrochement, ont lieu des séismes ayant des foyers de profondeur intermédiaire (de 0 à 20 kilomètres en moyenne) qui correspondent à 15 % de l'énergie. Le relâchement de l'énergie accumulée ne se fait généralement pas en une seule secousse, et il peut se produire plusieurs réajustements (répliques) avant de retrouver une configuration stable.

Ainsi, on constate des répliques suite à la secousse principale d'un séisme, d'amplitude décroissante, et sur une durée allant de quelques minutes à plus d'un an.

Ces secousses secondaires sont parfois plus dévastatrices que la secousse principale, car elles peuvent faire s'écrouler des bâtiments qui n'avaient été qu'endommagés, alors que les secours sont à l'œuvre.

Il peut aussi se produire une réplique plus puissante encore que la secousse principale quelle que soit sa magnitude. Par exemple, un séisme de 9,0 peut être suivi d'une réplique de 9,3 plusieurs mois plus tard même si cet enchaînement reste extrêmement rare.

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Séismes d'origine volcanique

Les séismes d'origine volcanique résultent de l'accumulation de magma dans la chambre magmatique d'un volcan. Les sismographes enregistrent alors une multitude de microséismes (trémor) dus à des ruptures dans les roches comprimées ou au dégazage du magma. La remontée progressive des hypocentres (liée à la remontée du magma) est un indice prouvant que le volcan est en phase de réveil et qu'une éruption est imminente.

La remontée progressive des hypocentres (liée à la remontée du magma) est un indice prouvant que le volcan est en phase de réveil et qu'une éruption est imminente.

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Séismes d'origine artificielle

Les séismes d'origine artificielle (ou « séismes induits ») de faible à moyenne magnitude sont dus à certaines activités humaines telles que barrages, pompages profonds, extraction minière, explosions souterraines ou nucléaires. Ils sont fréquents et bien documentés depuis les années 1960-1970.

Par exemple, rien que pour la France et uniquement pour les années 1971-1976, plusieurs séismes ont été clairement attribués à des remplissages de lacs-réservoirs, à l'exploitation de gisements pétrolifères ou aux mines :

• le remplissage du lac-réservoir de Vouglans (Jura) (magnitude 4,3, le 21 juin 1971) qui produit des dégâts dans les villages voisins du barrage,
  
• autour du lac-réservoir de l'Alesani, en Corse, le 29 sept 1971 un séisme est ressenti sur une faible surface centrée sur le lac (dans une zone jusqu'alors complètement asismique) . En avril 1978, lors d'un nouveau remplissage (après vidange du barrage durant plusieurs mois), un nouveau séisme de magnitude 4,4 est ressenti,
  
• le lac-réservoir de Sainte-croix-du-Verdon (Alpes-de-Haute-Provence) n'a pas bougé lors de son remplissage, mais de septembre 1973 à aout 1975, les stations séismiques télémétrées ont enregistré plus de 90 petites secousses, au voisinage même du lac, et leur fréquence maximale (36 secousses en 3 mois) correspondait au moment du pic de remplissage (mars-mai 1975),
  
• le gisement pétrolifère et gazier de Lacq (surveillé depuis 1974), a encore produit des séismes (dont le 31 déc 72, de magnitude 4,0),
  
• le gisement gazéifère de Valempoulières (Jura) a généré un petit séisme le 8 janvier 1975, ressenti dans les communes l'entourant,
  
• des "coups de toit" touchent régulièrement le bassin minier de Fuveau-Gardanne dans les Bouches-du-Rhône et celui de Creutzwald-Merlebach en Moselle, parfois confondus avec de véritables séismes naturels.
  

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Magnitude

La puissance d'un tremblement de terre peut être quantifiée par sa magnitude, notion introduite en 1935 par le sismologue Charles Francis Richter.

La magnitude se calcule à partir des différents types d'ondes sismiques en tenant compte de paramètres comme la distance à l'épicentre, la profondeur de l'hypocentre, la fréquence du signal, le type de sismographe utilisé, etc.

La magnitude n'est pas une échelle mais une fonction continue logarithmique. En raison de ce caractère logarithmique, lorsque l'amplitude du déplacement du sol est multipliée par 10, la magnitude augmente d'une unité. Ainsi, un séisme de magnitude 7 provoquera un déplacement du sol dix fois plus important qu'un événement de magnitude 6, cent fois plus important qu'un de magnitude 5.

La magnitude, souvent appelée magnitude sur l'échelle de Richter, terme le plus connu du grand public, est généralement calculée à partir de l'amplitude ou de la durée du signal enregistré par un sismographe. Plusieurs valeurs peuvent être ainsi calculées (Magnitude locale M_L, de durée M_D, des ondes de surfaces M_S, des ondes de volumes M_B). Mais ces différentes valeurs ne sont pas très fiables dans le cas des très grands tremblements de terre. Les sismologues lui préfèrent la magnitude de moment (notée M_W) qui est directement reliée à l'énergie libérée lors du séisme. Des lois d'échelle relient cette magnitude de moment aux paramètres géométriques du séisme (surface rompue et quantité de glissement sur la faille).


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Intensités des séismes

[center]Image Wikipedia


La magnitude d'un séisme ne doit pas être confondue avec l'intensité macrosismique qui se fonde sur l'observation des effets et des conséquences du séisme en un lieu donné : vibration des fenêtres, nombre de personnes qui ressentent les secousses, ampleur des dégâts, etc. Les échelles d'intensité comportent des degrés notés en nombres romains, de I à XII pour les échelles les plus connues (Mercalli, MSK ou EMS). Parmi les différentes échelles, on peut citer :

• l'échelle Rossi-Forel (aussi notée RF),
  
• l'échelle Medvedev-Sponheuer-Karnik (aussi notée MSK),
  
• l'échelle de Mercalli (notée MM dans sa version modifiée),
  
• l'échelle de Shindo (震度) de l'agence météorologique japonaise,
  
• l'échelle macrosismique européenne (aussi notée EMS98).
  

Les relations entre magnitude et intensité sont complexes. L'intensité dépend du lieu d'observation des effets. Elle décroît généralement lorsqu'on s'éloigne de l'épicentre en raison de l'atténuation introduite par le milieu géologique traversé par les ondes sismiques, mais d'éventuels effets de site (écho, amplification locale par exemple) peuvent perturber cette loi moyenne de décroissance.

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Différents types d'ondes sismiques

Au moment du relâchement brutal des contraintes de la croûte terrestre (séisme), deux grandes catégories d'ondes peuvent être générées. Il s'agit des ondes de volume qui se propagent à l'intérieur de la Terre et des ondes de surface qui se propagent le long des interfaces.

Dans les ondes de volume, on distingue :

• les ondes P ou ondes de compression. Le déplacement du sol se fait par dilatation et compression successives, parallèlement à la direction de propagation de l'onde. Les ondes P sont les plus rapides (6 km/s près de la surface). Ce sont les ondes enregistrées en premier sur un sismogramme.
  
• les ondes S ou ondes de cisaillement. Les vibrations s'effectuent perpendiculairement au sens de propagation de l'onde, comme sur une corde de guitare. Plus lentes que les ondes P, elles apparaissent en second sur les sismogrammes.
  

Les ondes de surface (ondes de Rayleigh, ondes de Love) résultent de l'interaction des ondes de volume. Elles sont guidées par la surface de la Terre, se propagent moins vite que les ondes de volume, mais ont généralement une plus forte amplitude. Généralement ce sont les ondes de surface qui produisent les effets destructeurs des séismes.

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Séismes les plus puissants jusqu'en 2011

Les plus anciens relevés sismiques datent du VIII^e millénaire av. J.-C.

Le tableau ci-dessous reprend les diverses données enregistrées par ordre croissant des dates. Je n'ai pas pu mettre l'image en plus grand... Si vous souhaitez un meilleur aperçu, c'est correct en réglant le zoom à 150%... ou mieux allez directement sur Wikipedia




Liens directs correspondant aux événements :

- USA, San Francisco (1906) : Tremblement de terre de 1906 à San Francisco
- JAPON, Kanto (1923) : Tremblement de terre de Kantō de 1923
- Indonésie, Mer de Banda (1938) : Tremblement de terre de la mer de Banda
- Chili, Valdivia (1960) : Séisme le plus violent recensé de l'histoire
Tremblement de terre de 1960 au Chili
- USA, Alaska (1964) : Tremblement de terre de 1964 en Alaska
- Mexique, Mexico (1985) : Tremblement de terre de 1985 à Mexico
- Pérou, Arequipa (2001) : Séisme de 2001 du Pérou
- Sumatra, Andaman (2004) : Tremblement de terre du 26 décembre 2004
- Sumatra, Ile de Nias : Séisme de 2005 à Sumatra
- Tonga (2006) : Tremblement de terre du 3 mai 2006 à Tonga
- Russie, Iles Kouriles (2006) : Raz de marée d'1,80 m et effets à plus de 16 000 km de l'épicentre, notamment à Crescent City, Californie
- Chili, Concepcion (2010) : Séisme de 2010 au Chili
- Japon, Sendaï Côte Pacifique du Tōhoku (2011) : Séisme de 2011 de la côte Pacifique du Tōhoku

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Les séismes les plus meurtriers jusqu'en 2011

Comme précédemment, dans le tableau ci-dessous, les événements répertoriés sont cités par ordre chronologique (du plus ancien au plus récent). Selon la source (Wikipedia) seuls sont cités ceux ayant fait plus de 15.000 victimes. Pour mieux lire le tableau, régler le zoom à 150% ou rendez-vous directement sur Wikipedia.




Liens d'accès directs aux événements :

- Japon, Tokyo (1923) : Le Séisme de 1923 de Kantō est suivi d'un gigantesque incendie.
- Chine, Tangshan (1976) : Le nombre officiel de morts est 240 000 personnes. D'autres estimations font état de 500 000 à 800 000 victimes directes ou indirectes. Article détaillé : Séisme de 1976 à Tangshan.
- Mexique, Michoacan (1985) : Séisme de 1985 à Mexico.
- Arménie, région de Spitak (1988) : Séisme de 1988 en Arménie.
- Turquie, Kocaeli (1999) : Séisme de 1999 en Turquie.
- Indonésie, Sumatra (2004) : Séisme de 2004 dans l'océan Indien.
- Pakistan, Muzaffarabad (2005) : Séisme de 2005 au Cachemire.
- Chine, province du Sichuan (2008) : Séisme du Sichuan de mai 2008.
- Haïti, Port aux Princes (2010) : Séisme de 2010 à Haïti.
- Japon, côte Pacifique du Tohoku : Séisme de 2011 de la côte Pacifique du Tōhoku.

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Méthodes de détection

Les méthodes de détection ont évolué avec le temps et la technologie.

Ancienne méthode chinoise : L'ancienne méthode chinoise consistait en un vase de bronze comportant huit dragons sur le contour. Une bille était placée dans la gueule de chacun d'eux, prête à tomber. Lorsqu'un séisme avait lieu (à proximité relative), le vase de bronze tremblait et deux billes tombaient, l'une pointant vers l'épicentre, l'autre pointant à l'opposé. L'Empereur chinois — ne pouvant savoir quel côté était le bon — envoyait des troupes dans les deux directions afin qu'elles aident à organiser les secours et à maintenir l'ordre après la catastrophe.

Image Wikipedia
Réplique du sismographe de Zhang Heng

Méthodes modernes : (voir Mesure en sismologie) La localisation de l'épicentre par des moyens modernes se fait à l'aide de plusieurs stations sismiques (3 au minimum), et un calcul tridimensionnel. Les capteurs modernes permettent de détecter des événements très sensibles, tels qu'une explosion nucléaire.

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Méthodes de prévision

On peut distinguer trois types de prévisions : La prévision à long terme (sur plusieurs années), à moyen terme (sur plusieurs mois), et à court terme (inférieur à quelques jours).

Long terme : Les prévisions à long terme reposent sur une analyse statistique des failles répertoriées. Elles permettent de définir des normes pour la construction de bâtiments. Certaines failles telles celles de San Andreas en Californie ont fait l'objet d'études statistiques importantes ayant permis de prédire le séisme de Santa Cruz en 1989. Des séismes importants sont ainsi attendus en Californie, ou au Japon (Tokaï, magnitude 8.3).

Moyen terme : Les prévisions à moyen terme sont plus intéressantes pour la population. Les recherches sont en cours pour valider certains outils, comme la reconnaissance de formes (dilatance).

Court terme : Les prévisions à court terme se basent sur des observations très précises des terrains à risque. Les moyens de détection peuvent avoir un coût important et des résultats non garantis, du fait de la grande hétérogénéité des signes précurseurs d'un séisme, voire leur absence dans des séismes pourtant de grande ampleur, tels que TangShan ou Michoacan, qui avaient été prévus à moyen terme mais non à court terme.

De plus les gouvernements ont besoin d'informations certifiées pour évacuer une population des sites suspectés. La Grèce étudie notamment la fiabilité de la méthode VAN, qui fonctionne par des enregistrements de variations des courants électrotelluriques. Cette méthode, bien que fortement controversée dans le milieu scientifique, semble avoir détecté 5 séismes majeurs avec plusieurs jours d'avance.

Les États-Unis utilisent des outils de grande sensibilité autour des points statistiquement sensibles (tels que Parkfield en Californie) : vibrateurs sismiques utilisés en exploration pétrolière, extensomètres à fil d'invar, géodimètres à laser, réseau de nivellement de haute précision, magnétomètres, analyse des puits.

Le Japon étudie les mouvements de l'écorce terrestre par GPS et par interférométrie (VLBI), méthodes dites de géodésie spatiale.

En Afrique du Sud, les enregistrements se font dans les couloirs des mines d'or, à 2 km de profondeur. La Chine se base sur des études pluridisciplinaires, tels que la géologie, la prospection géophysique ou l'expérimentation en laboratoire.

De nos jours encore, les prévisions, quel que soit le terme, sont imprécises voire impossibles avec suffisamment de précisions pour pouvoir prendre des mesures anticipatives. Pourtant, il serait bon et la c'est mon avis très personnel, de s'attacher davantage à l'observation de la faune sauvage sur terre ou dans l'océan... puisqu'il est reconnu que certaines espèces adoptent des comportements singuliers plusieurs jours à plusieurs mois avant l'apparition d'un séisme...

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Qu'est-ce qui fait trembler la terre ?

Les séismes ou tremblements de terre, catastrophes naturelles les plus meurtrières, résultent pour l’essentiel du mouvement des plaques lithosphériques, qui se déplacent inexorablement mais sûrement, au cours du temps à la surface du globe. Ces plaques, d’environ 100 km d’épaisseur, constituent la couche superficielle de la Terre, dont l'écorce (ou croûte), très rigide, forme l'enveloppe la plus externe (environ 30 km d’épaisseur).

1- Les principales plaques tectoniques, leurs frontières et leur déplacement.

1 - Image Futura Sciences

1 - Image Futura Sciences


Ces manifestations catastrophiques de la vie interne de la terre n’ont pas une répartition aléatoire. Elles se localisent pour l’essentiel le long de frontières de plaques de la Tectonique des plaques.

Les séismes n'ont donc pas une répartition géographique aléatoire, tout comme les volcans et les chaînes de montagne issus des mêmes mécanismes moteurs de la tectonique des plaques. En effet, plus de 90 % de l'énergie sismique totale relâchée à la surface de la terre est produite au niveau de grands accidents qui limitent les plaques.

2 - Répartition de la sismicité et tectonique des plaques

2 - Image Futura Sciences


C'est dans ces zones que s'accumule l'essentiel des contraintes résultant du déplacement des plaques les unes par rapport aux autres. Ces contraintes accumulées au cours du temps, pendant des dizaines, des centaines, des milliers d'années vont se trouver libérées de manière instantanée sous forme d'énergie sismique. Ce qui produira une rupture (ou “cassure”) et un déplacement violent (Figure 2). Les séismes correspondent donc à l’initiation et la propagation d'une rupture le long d’une discontinuité préexistante de la lithosphère, les failles.



Ces failles constituent, soit des ruptures de la croûte terrestre (confer image ci-dessous), soit des limites ou frontières de plaque.

3 - photo M. Diament
« Rupture » de surface qui s'est produit au cours du tremblement de terre de Spitak, Arménie, 1988, Magnitude 6,8.

La « cicatrice » affectant le sol représente la rupture cosismique, c'est-à-dire le déplacement brutal de la surface du sol qui se produisit instantanément au cours du séisme. Le déplacement cosismique a été localement de l’ordre de 1,5 m lors du séisme de 1988.

Futura Sciences : Olivier Bellier

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La géodésie, un outil pertinent pour comprendre les failles et leurs tremblements de terre

La géodésie est une sciences très ancienne qui a pour objectif de mesurer les forme et dimension de la Terre. Trois siècles avant J.-C., un géomètre Grec, Eratosthène, avait déjà déterminé le rayon et la circonférence de la terre avec une relative précision, en se basant sur la longueur des stades égyptiens (mesure fréquemment utilisée à l’époque !).

La géodésie permet en outre de positionner un point en trois dimensions à la surface du globe. L’aventure spatiale va alors révolutionner cette science. En effet depuis l’avènement de la géodésie spatiale (c'est-à-dire des instruments embarqués dans des satellites), cette science a subit une véritable révolution en permettant une amélioration considérable dans la mesure et donc dans la position de points à la surface de la terre. Un des instruments particulièrement utilisé aujourd’hui en géosciences est le GPS (Global Poisitionning System).

Image Futura Sciences

Le système GPS est basé sur un ensemble de satellites en orbite autour de la terre (à gauche) qui envoient en continu des signaux vers le Terre. Au sol des capteurs constitués d'une antenne et d'un récepteur enregistrent les signaux envoyés par les satellites (à droite). Le traitement de ces données permet de localiser avec précision les points où se situent les capteurs - A lire : "Topographie : découvrir le fonctionnement du GPS"


Ce système est constitué de plusieurs satellites en orbites autour de la terre qui envoient des signaux en continu vers la Terre. Les récepteurs localisés au sol réceptionnent alors ces signaux, ce qui permet (moyennant quelques calculs savants !) de localiser ce dernier avec une précision millimétrique à centimétrique. Si l’on mesure deux points de part et d’autre d’une faille à deux périodes différentes, on peut alors déterminer le déplacement de ces deux points au cours du temps. On peut en déduire avec précision la vitesse de déplacement de ces deux points l’un part rapport à l’autre et donc la vitesse de déplacement relatif des deux blocs de part et d’autre de la faille, c'est-à-dire la vitesse de la faille. A condition bien sûre que cette faille soit assez rapide, c'est-à-dire qu’elle ait une vitesse minimale de plusieurs millimètres par an. Avec une grande quantité de points, on peut alors suivre en continue le champ de déplacement à proximité et loin de la faille, et en déduire le comportement de la déformation entre deux tremblements de terre, mais aussi pendant un événement sismique.

Ainsi, nous avons considérablement amélioré notre connaissance du comportement sismogénique des failles sismiques, c'est-à-dire le comportement de la faille entre deux séismes, quand elle « se charge » en contraintes (période inter-sismique), ou pendant le séisme (stade co-sismique) c'est-à-dire quand elle libère les contraintes accumulées au cours du temps. Ce cycle de chargement/déchargement, s’appelle le cycle sismique, il implique une relative régularité dans l’occurrence des séismes sur une faille donnée. Cette « répétitivité » des tremblements de terre constitue la récurrence sismique qui est un des paramètres primordiaux à définir pour appréhender l’aléa et donc le risque sismique. Toutefois, en France les vitesses des failles étant très faibles (inférieure au millimètre par an), la géodésie reste aujourd’hui un outil inadapté pour y appréhender de manière significative l’aléa sismique. Aussi, nous développerons ci-dessous essentiellement les approches géologique et sismologique de l’étude des failles pouvant générer des séismes (dites failles actives).

Futura Sciences
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A la recherche des très vieux gros séismes : la paléosismicité

Pour améliorer l'analyse de l'aléa sismique d'une zone de déformation crustale, il faudrait connaître son histoire sismique à long et moyen terme, c'est à dire, sur une fenêtre d'observation plus large que la sismicité instrumentale ou historique. C'est ce que permet la paléosismicité.

Une étude de paléosismicité consiste à effectuer des tranchées à travers la trace en surface d'une faille active dans le but d'identifier des séismes ayant affecté la région étudiée.

Ce type d'analyse permet d'accéder à l'histoire sismique d'une faille à l'échelle de plusieurs milliers d'années. En effet, l'observation dans des tranchées creusées à travers une faille active vise à mettre en évidence des niveaux de dépôts liés à l'activité sismique, par l'analyse de discordances dans les couches sédimentaires.

La stratigraphie, c'est à dire l'âge des couches successives accumulées au fur et à mesure des événements sismiques au contact de la faille permet ainsi de retracer l'histoire sismique. La datation, par la méthode ¹⁴C par exemple, de chaque niveau corrélé à un séisme donne l'âge des séismes majeurs successifs. Elle permet donc d'accéder au paramètre crucial qu'est la récurrence sismique de la faille; la récurrence étant le temps moyen de retour des séismes.

L'analyse paléosismique permet généralement de préciser plusieurs paramètres caractérisant le comportement d'une faille active, tels que la récurrence mais aussi, la magnitude maximum des séismes majeurs, la quantité de déplacement et le type de mouvements pour chaque événement.

L'utilisation de tranchées de paléosismicité pour l'étude du comportement d'une faille active est relativement récente. Leurs applications se sont longtemps limitées aux failles actives sismogènes en contexte désertique ou semi-aride.

En effet, ce type de climat permet une meilleure préservation des niveaux stratigraphiques liés à l'activité sismique. Plus récemment leur utilisation a été étendue à des climats moins favorables telle que en France, dans le cadre de collaborations entre de nombreux organismes, EDF, CNRS, Universités, BRGM, IRSN...

Les résultats de ces études de paléosismicité ont été révolutionnaires ; en deux sites distincts, dans la région de Nîmes-Orange et à proximité de Manosque, le long de la vallée de la Moyenne Durance, des tranchées ont révélé des paléoséismes violents de magnitudes largement supérieures à 6, au cours des derniers 100.000 ans. De tels séismes étaient insoupçonnés par la séismicité historique car aucun document ne faisait état d'événement d'une telle violence en France.

( Etude Chardon et al, 2005).

Vue générale de la tranchée de paléosismologie dans la région du séisme de Lambesc (Provence, 1909, Magnitude 6 et Intensité maximale VIII-IX), au Sud du chaînon de la Trevaresse, au Nord-Est d’Aix en Provence).

Plus récemment le même type d’étude a permis de montrer que la faille qui produisit le séisme de Lambesc fut le lieu de plusieurs séismes identiques voire légèrement supérieurs à celui de 1909, au cours des derniers cent milles ans.

( Etude Chardon et al, 2003,2005).

Détail de la tranchée de paléosismologie dans la région du séisme de Lambesc. Photographie (à gauche) et dessin interprétatif (à droite) de la tranchée. Dans cette tranchée on peut voir des terrains anciens (« Tortonien », de plusieurs millions d’années, bloc de gauche) qui chevauchent des terrains récents, plus jeunes que trois cent milles ans (bloc de droite). Les traits pleins, entre les deux domaines, illustrent les différentes failles permettant ce le déplacement du bloc gauche sur le bloc droit. La flèche (en haut) pointe vers le dernier déplacement qui affecte la base du sol actuel et qui est interprété comme résultant du séisme de 1909.

La paléosismicité est donc très fructueuse mais malheureusement elle n'est pas toujours facile à mettre en œuvre. En effet, elle nécessite une étape antérieure à l'excavation de la tranchée: trouver la faille! Or, cette étape est parfois laborieuse et difficile dans des régions comme la France métropolitaine où "l'érosion" est plus active que "la tectonique".

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l'aléa sismique: la localisation, et la quantification

Nous avons vu que les déformations de l'écorce terrestre libèrent le plus souvent leur énergie sous forme de séismes de magnitude plus ou moins élevée.

Par conséquent, pour mieux appréhender l'aléa sismique, il convient de bien connaître l'évolution de ces déformations et donc d'avoir une idée de la vitesse des failles, c'est à dire la vitesse de déplacement des blocs de part et d'autre des failles.

L'évaluation de l'aléa sismique repose donc, d'une part, sur l'identification et la localisation des déformations actives, autrement dit sur une bonne cartographie des failles correspondant aux secteurs à aléa élevé, et d'autre part, sur la compréhension et la quantification de la déformation.

Cette compréhension ne peut être effective que si les déformations sont considérées à différentes échelles de temps : de l'échelle du cycle sismique, soit de quelques jours à quelques milliers d'années, à l'échelle de la tectonique des plaques, soit de quelques milliers à quelques millions d'années.

L'évaluation de l'aléa sismique dépend donc avant tout de la connaissance du mécanisme des failles et en particulier de leur vitesse de déplacement.

Les relations empiriques entre magnitude, surface de rupture sismique et vitesse de déplacement permettent d'estimer indirectement la récurrence de séismes maximum potentiels, c'est-à-dire le temps de retour entre deux gros tremblements de terre.

Toutefois, du fait de l'incertitude sur la vitesse de déplacement, les paramètres primordiaux de l'aléa sismique restent souvent indéterminés, d'où la nécessité de contraindre "la vitesse" pour appréhender précisément "l'aléa".

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Comment déterminer les vitesses des failles sismiques ?

Pour quantifier la déformation à l'échelle géologique et déterminer la vitesse des failles (v (vitesse) = l (longueur) / t (temps)), il "suffit" d'identifier des marqueurs décalés (décalage, l) par les failles et de les dater (âge des marqueurs, t). Ces marqueurs sont des objets géologiques et géomorphologiques tels que les rivières, les volcans, les terrasses ou les cônes alluviaux...

Les images satellitales modernes, de par leur haute résolution, donnent accès à la mesure directe des déplacements horizontaux cumulés depuis les derniers milliers d’années sur toutes les failles actives à vitesse supérieure à 1 millimètre par an grâce à l'identification précise de marqueurs décalés.

L'identification des décalages s'effectue donc le plus souvent par l'analyse des objets géologiques observés sur l'imagerie et contrôlés sur le terrain. La datation de ces marqueurs décalés, c'est à dire la détermination du temps écoulé pour que s'effectue ce décalage, permet alors d'accéder au paramètre "vitesse".

Des décalages systématiques des cônes alluviaux ainsi que du réseau hydrographique témoignent du mouvement décrochant (coulissant latéralement) d’une des failles majeures de la chaîne. Les surfaces d’abandon qui constituent l’enveloppe topographique de ces cônes ont été datées, ces décalages permettent d’évaluer la vitesse de déplacement de cette faille qui est de l’ordre de 4 à 5 millimètres par an, ce qui en fait une faille à vitesse modérée. En effet, les failles rapides telles que la faille de San Andréas (ouest des Etats-Unis), ou la faille Nord Anatolienne en Turquie (qui généra le séisme d’Izmit) bougent à des taux de l’ordre de 1 à 3 centimètres par an.

(Etude en cours, E. Shabanian, CEREGE, 2007).

Différents documents illustrant un exemple d’étude de tectonique active permettant de cartographier la zone de déformation (les failles qui sont le lieu d’initiation et propagation des séismes) et de quantifier le déplacement sur ces failles (décalage et vitesse). En haut à gauche, image SPOT permettant d’observer une zone de failles décrochantes (horizontalement au milieu de l’image). Le mouvement sur cette zone décale latéralement un cône alluvial et le réseau hydrographique (talwegs) qui l’affecte. Le déplacement horizontal, de l’ordre de 330 mètres, est clairement visible sur le MNT (Modèle Numérique de terrain) qui est la représentation en 3 dimensions de la topographie, que l’on peut représenter, soit en relief (en bas à gauche), soit en carte topographique (en haut à droite)(La localisation de ce MNT est représentée par le carré en tiretés blancs sur l’image SPOT). Sur cette carte les courbes de niveau représentent les variations de topographie ; l’équidistance (altitude relative entre deux courbes) entre les courbes est de dix mètres. Le document en bas à droite est une coupe topographique déduite du MNT, qui permet d’illustrer le décalage vertical sur la zone de failles qui est de l’ordre 38 mètres. L’âge moyen de la surface du cône déterminé grâce à des dations géochronologiques est de l’ordre de 70.000 ans (cf. chiffres dans les rectangles de la carte en haut à droite) permet de déterminer une vitesse de déplacement horizontal d’environ 5 millimètres par an.

En France, zone à climat tempéré, à déformation et sismicité faibles à modérées et à forte densité de population (activité anthropique élevée) cette approche s'avère plus difficile à entreprendre. En effet, comme nous l'avons souligné plusieurs fois, l'analyse de la tectonique active en France est délicate du fait d'une déformation modérée et d'un contexte géographique défavorable (climat, érosion, végétation). Pour avoir une signature d'amplitude suffisante de la déformation analysée, il faut tenir compte de déformation à grande longueur d'ondes et coupler les informations à différentes échelles sur le terrain, les images satellitales et les documents topographiques dont les MNT (Figure 17) afin de pouvoir faire abstraction ou (et) de "lisser" les artefacts très locaux de la topographie liés à l'anthropisme (activité humaine).

Image SPOT « drapée » sur un Modèle Numérique de Terrain permettant de mieux appréhender les reliefs, notamment ceux liés aux failles.

Cette approche pluri- disciplinaire a permis de caractériser la vitesse de déformation de certaines failles françaises, telle que la faille de la Moyenne Durance. Cette dernière qui a su probablement générer au cours de sa vie récente un séisme de magnitude proche de 6,5, comme en atteste la paléosismicté, semble pourtant ne bouger qu'à une vitesse inférieure au millimètre par an! Les études les plus récentes et le plus fiables semblent même déterminer des vitesses de 0,1 millimètres par an pour nos failles…

Futura Sciences
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[BelleMuezza 0]

Des signes de l’existence de la tectonique des plaques sur Terre depuis des milliards d’années étaient déjà connus. Mais aucune preuve n’avait été apportée que des subductions semblables à celles que nous observons aujourd’hui, étaient en place il y a plus de 900 millions d’années. Un article publié dans Nature Geoscience montre que tel était bien le cas il y a au moins 2 milliards d’années.

La théorie de la tectonique des plaques est banale et évidente pour nous aujourd’hui. Pourtant, ce n’était pas encore le cas lorsque Maurice et Katia Krafft ont entrepris d’étudier la géologie au milieu des années 1960 et il a fallu l’œuvre de pionniers comme Haroun Tazieff et Jean Francheteau pour qu’elle s’impose dans le monde des géosciences. Il est probablement juste de dire qu’une partie des raisons qui ont fait qu’elle est devenue le paradigme de la géologie est son rôle en tant qu’outil pour la prospection minière.

On sait ainsi que des gisements se forment dans des conditions bien particulières associées à des zones de subductions. En outre, si un grand fleuve a charrié des diamants sur des centaines de kilomètres au moment où un paléocontinent existait, il suffit de chercher, sur les deux continents aujourd’hui séparés, les terrains correspondants au cours passé de ce fleuve pour découvrir de nouvelles zones d’exploitations.

Suivant une logique similaire, un groupe international de chercheurs, impliquant des chercheurs du Burkina Faso, s’est intéressé aux roches des bassins aurifères de l’Afrique de l’Ouest. Elles font partie de formations géologiques riches en minerais divers qui s’étendent sur plusieurs centaines de kilomètres depuis le Sénégal oriental jusqu’au Niger occidental et qui sont âgées d’au moins 2 milliards d’années. Ces bassins sont constitués de roches volcaniques et sédimentaires métamorphisées, à l’aspect vert. C’est pourquoi d’ailleurs on en parle comme des « roches vertes ».

Les chercheurs ont étudié de plus près ces roches afin de savoir dans quelles conditions de subduction elles se sont formées. En plus de donner des renseignements sur l’histoire passée de la Terre, comprendre les mécanismes de formation des gisements miniers en rapport avec ces conditions est une clé pour chercher ailleurs d’autres gisements. Il suffit alors de trouver des zones avec des roches similaires pour avoir de fortes chances de découvrir une nouvelle mine à exploiter.

Comme l’expliquent les chercheurs dans un article de Nature Geoscience, un couple de minéraux en particulier (chlorite et phengite) leur a permis de déterminer les conditions de pression et de température de formation de ces roches. Ils ont donc fait de la thermobarométrie en utilisant les réactions d’équilibre de ces minéraux. Ces thermobaromètres ont été bavards, indiquant que ces roches vertes métamorphiques, qui se sont mises en place il y a 2,2 à 2 milliards d’années, ont subi des gradients thermiques très variables compris entre 10 et 50 °C/km.

Il s’agit précisément des conditions que l’on trouve dans les roches se formant depuis quelques centaines de millions d’années aux frontières de plaques océaniques et ayant impliqué un ou plusieurs cycles de construction puis de destruction d’arcs insulaires, lorsqu’une plaque tectonique froide plonge dans le manteau terrestre.

La découverte est d’importance car si l’on disposait déjà d’arguments pour dire que la tectonique des plaques existait sur Terre depuis plus de 3 milliards d’années, il était difficile de dire si elle était identique à celle observée aujourd’hui. En effet, la Terre se refroidit lentement mais elle était plus chaude il y a 3 à 4 milliards d’années, alors que les continents étaient encore en formation. La convection dans le manteau devait être plus importante, la surface des continents était plus faible et on peut imaginer que la croûte terrestre était constituée d’un plus grand nombre de plaques, dérivant plus rapidement.

On sait donc maintenant qu’il y a au moins 2 milliards d’années, une subduction « froide », identique à celle existant de nos jours, se produisait déjà. C’est une information importante pour comprendre l’histoire thermique et chimique de la Terre et donc son histoire même. Elle aidera aussi à la recherche de gisements d'or.

Futura Sciences 28/11/2011

[BelleMuezza 0]

De nos jours, la densité de la population est telle qu'il convient de fournir des informations fiables afin de limiter le nombre de victimes potentielles... La technologie a évolué, les moyens d'informations aussi ! L'enjeu est de pouvoir prévenir vite et de toucher le plus grand nombre :

- Le système japonais de diffusion d'urgence utilisant la technologie de télévision numérique a été présenté au Chili. Il y a environ deux ans, ce pays d'Amérique du Sud a subi d'importants dégâts à cause d'un puissant séisme.

En 2010, de vastes zones du Chili ont été frappées par un tremblement de terre de magnitude 8,8 et un tsunami. La catastrophe a fait 520 morts. A l'époque, les systèmes d'alertes aux tsunamis et d'annonces des urgences ne fonctionnaient pas bien.

Vendredi le gouvernement chilien a organié un séminaire sur la prévention des catastrophes à Concepcion, l'une des zones les plus durement touchées en 2010. Le système japonais d'alertes fonctionnant dans le format de la télévision numérique terrestre a été présenté. Grâce à cette technologie, les téléviseurs s'allument automatiquement en cas de séisme. Elle permet également la diffusion, dans les zones pouvant être affectées, de textes appelant à la prudence et à évacuer.

NHK 10/03/2012

[BelleMuezza 0]

-----> Bien que cet article ne concerne pas notre bonne vieille terre, les explications relatives à la tectonique des plaques sont intéressantes et éclairent sous un nouveau jour l'utilité du volcanisme...

Les superterres en zone d’habitabilité sont très nombreuses dans la Voie lactée. Mais une des conditions pour qu'elles soient effectivement habitables serait l'existence d'une tectonique des plaques durant suffisamment longtemps. Un groupe de planétologues vient justement de relancer le débat sur l’occurrence de tels mouvements sur ces superterres. La tectonique ne serait pas inévitable.

La théorie de la tectonique des plaques est banale et évidente pour nous aujourd’hui. Pourtant, ce n’était pas encore le cas lorsque Maurice et Katia Krafft ont entrepris d’étudier la géologie au milieu des années 1960 et il a fallu l’œuvre de pionniers comme Haroun Tazieff et Jean Francheteau pour qu’elle s’impose dans le monde des géosciences.

Il semble que cette tectonique ait joué un rôle important dans le développement et le maintien de l’habitabilité de la vie sur Terre par l’intermédiaire du volcanisme. En libérant de grandes quantités de gaz carbonique dans l’atmosphère de la Terre, ce volcanisme a contribué à l’effet de serre qui conserve la température de la Terre suffisamment élevée pour que l’eau à sa surface reste liquide dans ses océans. C’est peut-être lui aussi qui a aidé la Terre à sortir du Cryogénien, période où la Planète subissait une forte glaciation selon la théorie dite de la Terre boule de neige.

Sur une échelle de temps assez longue, la tectonique des plaques joue un rôle régulateur du cycle du carbone sur la Terre. En engloutissant des plaques par subduction contenant des carbonates, elle recycle le carbone en le libérant à nouveau lors des éruptions volcaniques. Comme il semble bel et bien que la présence d’eau liquide aide au développement et au maintien de la tectonique des plaques, il existe donc une série de couplages entre effet de serre, persistance de la tectonique des plaques et cycle du carbone. C’est ce qui expliquerait que l’emballement de l’effet de serre à la surface de Vénus ait conduit à la disparition d’une tectonique des plaques sur la jumelle de la Terre.

Depuis la découverte des exoplanètes, la question de leur habitabilité est bien-sûr posée. Récemment, ce sont des milliards de superterres potentiellement habitables qui ont été découvertes dans la Voie lactée. Toutefois, se trouver dans la zone d’habitabilité ne suffit pas. Il faut que l’atmosphère de la superterre permette aussi l’existence de l’eau liquide à sa surface pendant longtemps. Vénus, par exemple, se trouve dans la zone d’habitabilité mais elle est un enfer du fait de son atmosphère et de son effet de serre.

Pour préciser les conditions d’habitabilité des superterres, il a donc fallu procéder à la modélisation de l’intérieur des exoplanètes ainsi que leur atmosphère. Résultat : elles pourraient avoir une exogéologie surprenante et seraient probablement fréquemment des Arrakis.

Un élément clé pour l’apparition et le maintien de l’habitabilité semble bien être, on l’a dit, une tectonique des plaques. Sur Terre, elle aurait été en place peut-être dès la fin de l’Hadéen. Les premières modélisations faites il y a quelques années étaient optimistes et laissaient penser que ce phénomène caractéristique de la Terre devait facilement se produire chez ses cousines. Mais si l’on en croit une publication récente dans The
Astrophysical Journal de membres du DLR
Institute of Planetary Research, ce ne serait pas le cas.


Le moteur de la tectonique des plaques sur Terre, c’est la convection de son manteau. Pour qu’un état convectif se développe à l’intérieur d’une planète rocheuse, des critères sont à satisfaire. La température et la pression, qui dépendent de la profondeur, font partie des paramètres importants, tout comme la viscosité des roches.

Cela peut paraître étonnant que l’on puisse parler de convection et de viscosité des roches du manteau quand on sait que celui-ci est essentiellement solide, mais tout n’est qu’une question d’échelle de temps. La glace d’un glacier coule et se déforme quand on l’observe à l’échelle des années et non des heures. C’est pareil dans le manteau. Si celui-ci était trop visqueux, compte tenu de la taille et de l’état thermique de la Terre, la convection du manteau ne pourrait pas se produire en donnant une tectonique des plaques durable.

Selon les chercheurs, les études réalisées jusqu’à présent ne tenaient pas compte du fait que la viscosité des roches augmente avec la pression. Transposé aux superterres, ce comportement de la viscosité rend plus problématique l’amorce d’un état convectif car, du fait des plus grandes tailles et masses de ces exoplanètes, les pressions qui règnent dans leurs intérieurs sont plus élevées. Si l’on applique cette contrainte aux premiers modèles de formation des superterres, elles ne contiennent pas assez de chaleur pour que leur manteau supérieur devienne convectif. Les nouveaux modèles prévoient toutefois que ces exoplanètes peuvent se former en étant plus chaudes qu’on ne le pensait. Même là, si un état convectif est possible, il n’est pas évident qu’il permette une tectonique des plaques favorables à la vie.

Il reste cependant dans ce dernier cas un autre paramètre dont il faut tenir compte, c’est la quantité d’eau présente dans les roches du manteau supérieur. Elle pourrait parfois contrecarrer l’effet de l’augmentation de la viscosité. Pour y voir plus clair, il faudra probablement entreprendre des expériences pour simuler avec des cellules à enclumes de diamants les conditions régnant dans les profondeurs des superterres.



FUTURA SCIENCES 02/10/2012

[BelleMuezza 0]

Jusqu’ici, les géologues admettaient l’hypothèse selon laquelle les séismes profonds étaient dus aux transformations du principal minéral constituant le manteau terrestre, l'olivine... Et des chercheurs français pensent aujourd'hui pouvoir confirmer cette théorie. [/color]

Si le mécanisme des tremblements de terre superficiels est assez bien connus, il n’en va pas de même des séismes profonds. Dès que le foyer du séisme se situe entre 400 et 700 km de profondeur, les géologues en sont réduits à émettre des hypothèses. En effet, difficile de tenir compte de la pression qui s’exerce ici en centaines de milliers de bars. Dans ces conditions, la pression est tellement importante que si une fracture s'initiait, elle ne pourrait pas glisser et être à l'origine de l'émission d'ondes sismiques comme c’est le cas plus en surface estiment certains.

"Comment ces séismes se produisent est un mystère.. Comment la roche peut elle glisser contre une autre roche aussi vite, alors qu'elle est comprimée par la pression de 610 kilomètres de roche située au-dessus ?", demande Thorne Lay, professeur à l'Université de Californie.

Il y a de ça environ 50 ans, une autre théorie jugeait que ces séismes profonds étaient dus aux transformations du principal minéral constituant le manteau terrestre : l'olivine. Plus on descend en profondeur plus l’olivine devient compacte (se transformant en wadsleyite à 410 km, puis en ringwoodite à 530 km sous terre). Ce serait alors elle qui provoquerait la rupture des roches dans la lithosphère océanique en subduction. Néanmoins, beaucoup mettaient en doute cette théorie qu’aucun modèle physique convaincant ni qu’aucune preuve expérimentale ne permettaient de vérifier.

L'étude menée par des chercheurs de plusieurs laboratoires français et américains (Universités de Californie et de Chicago) dirigée par Alexandre Schubnel du Laboratoire de géologie de l'École normale supérieure pourrait mettre tout le monde d’accord.

Les scientifiques ont en effet reproduit expérimentalement le mécanisme physique supposé être à l'origine des séismes profonds. Pour cela, les chercheurs ont utilisé une presse gros volume installée dans l'Illinois, aux États-Unis. Grâce à elle, ils ont déformé une roche synthétique constituée d'un agrégat compact de cristaux d'olivine de germanium (Mg2GeO4), proche de la structure de l'olivine naturelle. Comprimée à des pressions de 2 à 5 gigapascals (20 à 50.000 bars) et soumise à des températures avoisinant les 900°-1000°C, les chercheurs ont pu étudier le comportement de la roche.

Comme l'explique un communiqué du CNRS, ils ont ainsi constaté que lorsque l’olivine se condense (sous l’effet de la pression), elle entraîne une nucléation et la propagation de fractures millimétriques qui émettent des ondes acoustiques. Les ondes ultrasoniques particulièrement intenses ainsi émises se rapprochent à s’y méprendre à des séismes profonds.

L’étude des ondes montre que leur mécanisme est celui d’un cisaillement et que ces séismes présentent une magnitude qui suit la loi statistique observée de manière universelle en sismologie (la loi de Gutenberg-Richter). De plus, les chercheurs ont constaté qu'une fracture initiée de cette façon ne peut être réactivée. Une caractéristique qui rappelle le fait que les séismes profonds sont rarement suivis de répliques

D'après les auteurs, le plus grand séisme profond jamais enregistré s'est produit la 14 mai 2013 à près de 620 km sous la mer d'Okhotsk. Son moment sismique était environ 30 fois plus important que celui du deuxième plus grand séisme, survenu à 637 km de profondeur sous la Bolivie en 1994. L'énergie libérée par le tremblement d'Okhotsk a produit des vibrations qui ont été captées par des milliers de stations sismiques dans le monde.

Néanmoins, compte tenu de sa profondeur, la secousse n'a été que peu ressentie sur les îles de Sakhaline et d'Hokkaido, au Kamchatka et en Sibérie orientale russe. D'après les auteurs de l'étude, [i]le phénomène a libéré 3 fois plus d'énergie que celui de Bolivie, comparable à une explosion de 35 mégatonnes de TNT[i]. La zone et la vitesse de rupture étaient également plus importantes : elle s'est étendue sur 180 km, devenant ainsi la plus longue jamais enregistrée pour des séismes profonds.+


[url=http://www.maxisciences.com/s%e9isme/l-039-origine-des-seismes-profonds-enfin-confirmee_art30837.html[color=#9933ff]]Maxisciences 23/9/2013[/url]

[birdy1972 0]

C’est dans les failles verticales, spécifiques des rifts, que l’on a le plus de chance d’observer un phénomène lumineux tout à fait étrange. Lorsqu’un tremblement de terre se produit, la contrainte exercée sur les roches génère un champ électrique dont les charges interagissent avec l’atmosphère.

L’événement se produit juste avant que la terre ne tremble en surface, ou parfois en plein séisme. Mais le plus souvent, on ne voit rien, si ce n’est de la terre qui vibre. Depuis des siècles, des personnes témoignent de l’apparition de lumières dans le ciel durant un tremblement de terre. Longtemps considérés comme farfelus, ces témoignages ont pris de l’importance à mesure qu’ils se sont accumulés. Aujourd’hui, les outils de communication aident bien, le phénomène a été filmé à plusieurs reprises.

   En 2009, durant le tremblement de terre à L'Aquila, dans le centre de l'Italie, ce phénomène lumineux a été observé et filmé. La secousse principale était d'une magnitude comprise entre 5,8 et 6,7. enpasedecentrale, Flickr, cc by 2.0

La nature d’un tel amas de lumière est encore assez mystérieuse, mais dans un article publié dans les Seismological Research Letters, une équipe de géologues canadiens rapporte que la majorité de ces événements se produisent le long des rifts, actifs ou anciens. Menée par le chercheur Robert Thériault, l’équipe a réuni un ensemble de témoignages et différentes études antérieures en vue d’élaborer une théorie sur le mécanisme de formation. Dans l’article, elle suggère que durant un tremblement de terre, le long des failles, la pression exercée lors de la friction d’une roche sur l’autre générerait des charges électriques. C’est en se déplaçant de façon verticale vers la surface qu’elles interagiraient avec l’atmosphère.

Certains témoignages parlent de boules de feu, d’autres parlent de météores ou encore d’aurores polaires. L’équipe a conservé seulement les témoignages qui semblent fiables, depuis les années 1600 jusqu’à récemment. Au total, ce sont 65 séismes qui ont été analysés, 27 d’entre eux se sont produits en Amérique et 38 en Europe. Sur les 65, 56 s’étaient produits le long de rifts anciens ou encore actifs. Par ailleurs, dans 63 des cas, les failles se sont rompues à la verticale.

 

Sur cette vidéo, filmée durant le tremblement survenu au Pérou en août 2007, on observe différents événements lumineux liés à la secousse. chirinpancenita, YouTube

Friedemann Freund, impliqué dans l’étude et chercheur spécialisé dans la physique des minéraux, soumet une proposition de mécanisme de formation. La roche est pleine de défauts, où il manque un électron aux atomes d’oxygène, pris dans une structure chimique minérale. Dans une faille verticale, lorsqu’une roche presse l’autre, la contrainte est telle que les liaisons chimiques impliquées dans ces défauts peuvent se briser et créer des trous de charge électrique positive. Ce flux de charges monte en surface et génère de puissants champs électriques locaux, qui se manifestent par la lumière.

Pour vérifier cette théorie, il faudrait mesurer le champ électrique au sol, juste après un séisme. Il est probable que ces lumières ont plusieurs mécanismes de formation, les impuretés des roches n’étant sûrement pas la seule amorce. Si le phénomène garde beaucoup de zones d’ombre, la mise en évidence du lien entre les rifts et les lumières produites durant les séismes constituera une bonne base pour la suite des recherches.

F - S 5JAN.2014

[mustang91 0]

Les plaques tectoniques sont mobiles les unes par rapport aux autres à la surface de la Terre. Comment leur découpage s’est-il produit ? Des chercheurs français proposent le premier modèle qui explique le phénomène sur Terre et indique pourquoi il ne s’est pas produit sur Vénus, pourtant considérée comme la planète jumelle de la Terre.

Cette carte représente les principales plaques tectoniques de la Terre. Les surfaces sont déformées par la projection de Mercator. Comment ces plaques se sont-elles formées ? Une nouvelle étude montre qu’il s’agirait d’un équilibre entre des mouvements rapides de convection du manteau terrestre et une cicatrisation plus lente. Wikimedia Commons, DP

La lithosphère, la couche mobile et superficielle de la Terre, est divisée en un petit nombre de plaques rigides qui se déplacent sur l’Asthénosphère, la partie du manteau terrestre située immédiatement en dessous. Cette structuration contrôle des phénomènes géologiques comme les tremblements de terre ou le volcanisme. Elle influence aussi le climat de notre planète et a joué un rôle essentiel dans l’apparition de la vie.

De blorkator psn 16MAI2013

Comment les plaques tectoniques se sont-elles formées ? Les premières preuves de déformation de la lithosphère datent de quatre milliards d’années, mais l’individualisation complète des plaques et le démarrage de la tectonique sous sa forme actuelle sont sans doute advenus un milliard d’années plus tard. D’après une étude publiée dans la revue Nature par un scientifique du CNRS et un chercheur de l’université Yale (États-Unis), cette période de transition d’un milliard d’années aurait permis la création et la connexion de zones de faiblesse dans la lithosphère.

Le modèle présenté permet à la lithosphère de se diviser naturellement en plaques tectoniques rigides dont les frontières sont très déformables. Sur cette figure, les zones de frontière de plaques, du vert au rouge, sont 100 fois moins visqueuses que l’intérieur des plaques, en bleu. CNRS

Leur modèle considère que la lithosphère est un milieu formé de deux types de grains, qui reflète la composition minéralogique de la péridotite, principale roche des plaques lithosphériques. Il prend en compte les forces exercées sur les roches par l’asthénosphère sous-jacente, et intègre des données expérimentales sur les propriétés des roches et leur déformation.

Selon les chercheurs, la lithosphère se fragilise par interaction avec la convection du manteau, c’est-à-dire les mouvements très lents des roches constituant l’asthénosphère. Ces derniers étirent les roches de la lithosphère sus-jacente et la taille des grains composant les minéraux des roches diminue, ce qui les rend encore plus déformables : c’est ainsi que naît une zone de fragilité. Les mouvements de convection se déplacent dans le manteau au cours du temps, créant de nouvelles zones de faiblesse. Cependant, lorsqu’elles ne sont plus soumises à déformation, ces régions ont tendance à cicatriser, car les minéraux grossissent.

De Geosciences3D 9juin2013

D’après ce modèle, en raison de la température modérée de la Terre et de la présence de minéraux différents qui gênent mutuellement leur croissance, la cicatrisation de la lithosphère prend 100 fois plus de temps que sa fragilisation. Les changements de la convection mantellique ont donc endommagé localement la lithosphère, sans qu’elle puisse cicatriser complètement, accumulant ainsi assez de zones de faiblesse pour se découper en plaques. Selon leurs calculs, il aurait fallu un milliard d’années pour que les plaques tectoniques se forment, ce qui est compatible avec l’histoire géologique.

De bel fatmi amine 22avr2013

Les chercheurs expliquent aussi pourquoi Vénus, qui a pourtant une masse, une taille et une composition similaires à celles de la Terre, n’a jamais eu de tectonique des plaques : sa lithosphère, très chaude du fait d’un effet de serre extrême, cicatrise trop vite (en dix millions d’années) pour pouvoir se diviser en plaques tectoniques.

De MOSERONLINE 16déc2013

FUTURA SCIENCES 8AVR.2014

[Admin-lane 0]

Un groupe de chercheurs français et américains a peut-être trouvé un élément pour mieux comprendre l’origine des séismes : une jolie roche verte serait impliquée dans la dynamique des zones de subduction et des tremblements de terre qui en résultent.

 Un échantillon de serpentinite. Crédit : Catherine Lavender

Prenez une boule de plasticine, autrement dit de la pâte à modeler. Si vous tapez violemment dessus avec un marteau, elle va se déchirer mais si vous la malaxez lentement, elle se déformera gentiment. Le comportement d’un matériau est donc fonction de l’échelle de temps à laquelle on le considère. A celle des milliers d’années, les roches du manteau coulent comme des liquides mais, sur des intervalles de temps beaucoup plus courts, elles sont solides et cassent en produisant des séismes.

Ainsi, il existe de lents mouvements de convection brassant le manteau de la Terre et à l’origine de la dérive des continents, dans le cadre de la théorie de la tectonique des plaques. Lorsqu’une plaque plonge sous une autre, comme c’est le cas pour la plaque pacifique sous les plaques américaines et celle portant le Japon, il se forme une zone de subduction avec apparitions de nombreux séismes.

 Deux exemples de subduction de plaques océaniques sous des plaques continentales et océaniques respectivement. Crédit : Alan Colville

Or, on sait que les péridotites du manteau se transforment en des roches vert sombres, appelées des serpentinites (parfois aussi serpentine en raison du nom d'un groupe de minéraux la constituant), sous l’action de la chaleur et de l’eau de mer circulant dans des failles au niveau des fonds marins, sous la croûte océanique et dans les zones de subduction. Leur comportement vis-à-vis des contraintes mécaniques s’en trouve modifié et on soupçonnait que le phénomène pouvait intervenir aussi bien dans la formation et l’évolution des zones de subductions que dans la genèse des séismes.

Pour tenter d’en savoir plus un groupe de chercheurs du laboratoire des Sciences de la Terre (CNRS / ENS Lyon / Université Lyon 1), en collaboration avec des chercheurs du synchrotron américain APS et du Laboratoire de structure et propriétés de l'état solide (CNRS / Université Lille 1 / Ecole nationale supérieure de Chimie Lille) ont utilisé le faisceau de rayons X du synchrotron APS. Ils ont pu mesurer les propriétés mécaniques de la serpentine dans des conditions de pression et de température correspondant à une profondeur d'environ 100 km (la moyenne pour les zones de subduction). En modifiant ces conditions, ils ont aussi pu déterminer la loi régissant la déformation de la serpentine ainsi que sa viscosité.

 Les chercheurs ont reconstitué en laboratoire les conditions de température et de pression s'excerçant sur la serpentine, ici en vert sur le schéma d'une zone de subduction. Crédit : CNRS / ENS Lyon / Université Lyon 1

Ils viennent de publier les résultats de leurs expériences dans Science et, effectivement, un lien entre les serpentinites et les séismes semble en émerger.

En particulier, en confirmant la faible viscosité de la serpentine et sa capacité à s’écouler à des températures plus basses que celles des péridotites du manteau, à différentes profondeurs, on peut en déduire que la serpentinite conditionne bien la répartition des séismes, et peut-être aussi la formation des zones de subductions en créant une zone de faiblesse.

En outre, en absorbant dans une certaine mesure l’énergie des contraintes mécaniques au sommet des plaques océaniques plongeant dans le manteau, la serpentinite expliquerait certains mouvements lents des plaques, générant des événements sismiques moins intenses, mais pourtant importants pour comprendre ce qui détermine la fréquence des séismes.

Futura sciences janv.2008

[Admin-lane 0]

Voilà près d’un siècle que la théorie du rebond élastique lors d’un séisme est communément admise. Elle traduit l’idée que les déformations de la croûte engendrées par un tremblement de terre ne sont pas permanentes. Une nouvelle étude suggère pourtant que les séismes majeurs déformeraient la planète de façon irréversible. Cela remet complètement en cause l’élasticité des roches jusqu’alors reconnue.

Le désert d'Atacama est une région hyperaride située dans le nord du Chili. C'est l'endroit qui abriterait les zones recevant le moins de précipitations au monde. À Arica, il tombe en moyenne 0,8 mm de pluie par an. B. Tafreshi, Eso, cc by sa 3.0

Lorsqu’un violent séisme se produit, il peut ravager la surface de la Terre, comme ce fut le cas par exemple au Chili en 2010. Mais un tremblement de terre est aussi accompagné de rebonds cosismiques. Ces mouvements ramènent les blocs de la croûte terrestre à leur position initiale. En conséquence, la déformation induite par un séisme de la croûte n’est pas considérée comme permanente. Elle est le plus souvent modélisée comme un phénomène élastique : c’est la théorie du rebond élastique. En 1906, Henry Reid proposait ce modèle pour expliquer un cycle sismique.

Ce modèle est donc basé sur l’idée que les mouvements de plaques à grande échelle engendrent localement des accumulations de contraintes. Lorsque les roches atteignent leur seuil de résistance, un glissement brutal se produit le long du plan de faille. La rupture se propage, et lorsqu’elle s’arrête, c'est le séisme. L’épisode est quasi instantané et relâche les contraintes. Le cycle peut alors recommencer. Voilà maintenant plus d’un siècle que ce modèle est utilisé ; pourtant, il se pourrait bien qu’il faille quelque peu l’améliorer.

 Dans la région étudiée au nord-ouest de l'Amérique du Sud, la plaque de Nazca subduit sous la plaque sud-américaine. C'est donc une région tectonique active qui engendre régulièrement des séismes. Sting, Rémih, Wikipédia, cc by sa 2.5

Au cours d’une étude menée sur le site d’Iquique, dans le nord du Chili, l’équipe du géologue Richard Allmendinger de l’université Cornell montre que les séismes peuvent fissurer la Terre de façon permanente. Leurs résultats, publiés dans Nature Geoscience, suggèrent en effet que des séismes majeurs, c'est-à-dire d’une magnitude supérieure ou égale à sept, ont visiblement forcé la Terre à se fissurer de manière permanente.

Situé dans le nord du Chili, le désert d’Atacama est l’endroit le plus sec de la Terre. Grâce à cela, les scientifiques ont pu étudier les traces laissées par des milliers de cycles de tremblements de terre. Partout ailleurs sur la planète, les enregistrements fournissent seulement des indices d’entre deux et quatre cycles de séismes. Les processus de transformations en surface effacent souvent les fissures engendrées par le séisme. La région d’Iquique est donc une véritable aubaine pour les géologues. Ils ont ainsi recueilli des enregistrements de séismes remontant à un million d’années !

L’enregistrement d’un grand nombre de séismes a permis aux chercheurs d’étudier leur comportement moyen. Les fissures observées ont été formées par un nombre de séismes compris entre 2.000 et 9.000 à la frontière des plaques de Nazca et sud-américaine. Ces tremblements de terre se sont produits au cours des 800.000 dernières années, voire voilà un million d’années. D’après leur étude, entre 1 et 10 % des fissures provoquées par ces séismes sont permanentes. « Nous avons toutes les raisons de croire que nos résultats seraient applicables à d'autres régions, mais les sites ne sont jamais aussi bien conservés que dans le désert d’Atacama », explique Richard Allmendinger.

Cette étude remet donc en cause les modèles basiques du cycle de tremblements de terre. Le modèle suppose normalement que toute déformation de la plaque supérieure est élastique, et donc non permanente. Le comportement élastique de la roche doit être révisé. En outre, la zone d’Iquique est l’un des seuls endroits de l’Amérique du Sud occidentale à n’avoir pas tremblé au cours du siècle dernier. Il a donc une forte probabilité d’être soumis à un séisme majeur dans les deux prochaines décennies.

Futura sciences 7/5/2013

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Compléments / ajout d'information par rapport aux explications précédentes. Ce nouveau dossier est proposé par Louis GÉLI (Sismologue et Géophysicien marin) à Futura Sciences. Compte tenu des précisions déjà apportées sur les séismes, il est possible que certaines informations se recoupent ou se superposent.

Imprévisibles et dévastateurs, les séismes et les tsunamis figurent parmi les phénomènes naturels les plus violents. Découvrez tout des tremblements de terre, des origines à la détection en passant par les signes avant-coureurs.

Les séismes fascinent autant qu’ils inquiètent. Ces phénomènes naturels provoquent de nombreux drames humains, qui nous rappellent en permanence combien la prévision des séismes et des tsunamis reste une science complexe et difficile.

Décembre 2004, tsunami de Sumatra ; janvier 2010, séisme d’Haïti ; mars 2011, séisme de Tohoku et tsunami de Fukushima ; avril 2015, tremblement de terre près de Katmandou, au Népal… Autant de catastrophes causées par des tremblements de terre.

Bien qu'imprévisibles, les séismes sont pourtant à l’origine de divers signes environnementaux, comme une activité inhabituelle des geysers à Yellowstone ou une altération du comportement de certains animaux. Pour anticiper au mieux ce phénomène, les hommes étudient leur fonctionnement et essayent d'en déceler les signes avant-coureurs. Ils améliorent sans cesse leurs constructions pour tenir compte de la violence des secousses sismiques et composer avec les risques de tsunami.

Dans ce dossier, Louis Géli, sismologue et géophysicien marin, répond à toutes vos questions sur les séismes. Qu’est-ce qu’un tremblement de terre ? Les trouve-t-on tous à la frontière de plaques tectoniques ? Quel est le plus fort séisme enregistré ? La Terre est-elle la seule planète à trembler ? Comment les mouvements du sol sont-ils détectés et enregistrés ? Découvrez aussi des aspects étonnants, comme l'étrange comportement des crapauds de L'Aquila, en Italie, avant la survenue du séisme.

 Découvrez l’ouvrage de Louis et Hélène Géli, « Un crapaud peut-il détecter un séisme ? 90 clés pour comprendre les séismes et les tsunamis », aux éditions Quae, qui constitue une introduction aux grandes notions élémentaires des séismes et un état des lieux de la prédiction. Prix : version papier 21€ + frais de port 5€ (pour un livre, 1€ par ouvrage supplémentaire) en colissimo suivi (pour la France uniquement), version PDF ou numérique (Epub) 12,99€. (Cliquez sur l'image pour vous rendre directement sur le site de l'éditeur). Sur [url=le site d'Amazon]le site d'Amazon[/url], la livraison est de 0,01€. Selon les informations figurant sur le site de la FNAC le livre bénéficie d'une réduction de 5% (soit 19,95€) pour un retrait en magasin. En livraison, le livre est vendu à 21€ et la livraison est gratuite.


Futura Sciences 6/6/2015

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Imprévisibles et dévastateurs, les séismes et les tsunamis figurent parmi les phénomènes naturels les plus violents. Découvrez tout des tremblements de terre, des origines à la détection en passant par les signes avant-coureurs.

Unisciel 31/7/2011

Notre planète est recouverte de plaques qui se frottent et s’encastrent les unes dans les autres comme un puzzle. Ces plaques, loin d’être immobiles, bougent et avancent sous l’effet des grands flux générés par la chaleur à l’intérieur de la terre : c'est la tectonique des plaques.

La chaleur en sous-sol crée des courants de convection qui modifient les propriétés des roches et les fait entrer en mouvement, en entraînant du même coup les plaques situées au-dessus. Au sein de cette grande marmite, certaines plaques s’écartent. D’autres se rapprochent et entrent en collision. D’autres encore glissent l’une sur l’autre, ou coulissent l’une à côté de l’autre. Quel que soit le cas de figure, c’est là, aux frontières de ces plaques, que se produisent la plupart des séismes.

Il existe différents types de faille. La plupart des séismes ont lieu dans ces régions particulières. R. Lacassin


Mises sous contrainte pendant des centaines, voire des milliers d’années, les roches finissent par atteindre un seuil de rupture mécanique au-delà duquel elles ne peuvent plus résister. Elles cassent alors en libérant brutalement toute l’énergie accumulée, à l’image d’un élastique étiré jusqu’à la rupture.

Si la secousse est violente, la rupture atteint la surface et crée des bouleversements physiques dans le paysage. Ce sont les tremblements de terre tels qu’on les connaît. Dans le cas contraire (et ce sont les séismes les plus nombreux), la secousse reste confinée en profondeur et personne ne la ressent.


Futura Sciences 6/6/2015

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Certains séismes se produisent, non pas à la frontière des plaques tectoniques, mais à l’intérieur. Ce sont en général les plus difficiles à prédire sur le long terme, et les plus dangereux en raison même de leur caractère singulier.

Pour les scientifiques, les séismes à l’intérieur des plaques restent un mystère. Comment se produisent-ils ? Selon quels mécanismes ? Un certain nombre d’hypothèses existent.

La première est liée à l’existence de failles cachées. L’histoire de la Terre, notre planète, est un éternel recommencement : les continents cassent, se disloquent, sont emportés par les tapis roulants formés par les plaques en mouvement, avant de se reformer. Or, il arrive parfois que ces continents se ressoudent à l’endroit même où ils ont cassé, comme une plaie qui se cicatrise. C’est là, dans ces anciennes zones de rupture (qui sont aussi des zones de fragilité) que se situent ces failles cachées. Reste que certaines sutures ne se réactiveront jamais. Et à l’inverse, certaines zones réactivées ne sont pas toutes d’anciennes sutures. Rien n’est jamais simple…

Plusieurs séismes relevant de cette hypothèse ont été identifiés. C’est le cas du séisme de magnitude 5,9 qui a frappé le centre du Québec en 1988. Ou encore de celui qui a eu lieu en août 2011, en Virginie, dans l'est des États-Unis, une zone au beau milieu de la plaque nord-américaine. Là encore, on pense à la réactivation d’anciennes failles inactives, ici liées à la chaîne de montagnes des Appalaches.

 Carte de la sismicité mondiale, de 1973 à 2004. NEIC, M.-A. Gutscher

Plus proches de nous, le sud de la Bretagne ou la Vendée, par exemple, sont des zones sismiquement actives avec des séismes de magnitude 5, alors même qu’elles ne sont ni l’une ni l’autre en bordure de plaque ! La raison est simplement qu’il existe ici de nombreuses failles très anciennes qui sont réactivées régulièrement (la faille sud-armoricaine notamment) malgré les faibles contraintes. Tous ces paramètres complexes font qu’il est parfaitement imprudent d'affirmer qu'aucun séisme n'arrivera jamais dans ces régions que l'on considère actuellement comme stables.

Autre explication avancée pour certains séismes intraplaques : l’existence de barrages qui, avec leurs alternances de niveaux, pourraient, dans certains cas, modifier l’état de contraintes dans le sous-sol et déclencher un séisme.

Ces séismes, souvent mal compris, sont une véritable source d’angoisse pour les sismologues et les pouvoirs publics, qui ne peuvent en aucun cas prévoir leur survenue. Outre les nombreux débats tournant autour de ce sujet, cette difficulté de prévision est aussi la porte ouverte aux prédictions les plus fantaisistes. En 1989, Iben Browning, un climatologue américain, sismologue autoproclamé, a créé un véritable vent de panique en annonçant l’imminence d’un séisme à New Madrid (Missouri) pour décembre 1990. En vain. Reste qu’avec un regain d’activité sismique depuis septembre 2010 et plus de 500 tremblements de terre enregistrés dans le centre de l'Arkansas, la région de New Madrid est aujourd’hui plus que jamais sous haute surveillance.


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C’est ce qu’on appelle un « monstre tellurique ». Le plus grand tremblement de terre jamais enregistré est le séisme de Valdivia (de magnitude 9,5) qui a eu lieu au Chili le 22 mai 1960, suivi d’un tsunami dévastateur, dont les effets destructeurs ont été ressentis dans tout le Pacifique (côtes d'Hawaï et du Japon). Il aura fait au total 5.700 morts au Chili et deux millions de personnes sans abri, 61 morts à Hawaï et 130 au Japon. Un bilan relativement faible qui s’explique par le caractère désertique de la zone touchée.

Précédé de quatre ou cinq séismes de magnitude 7 la veille et de nombreuses répliques de magnitude équivalente le lendemain, le tremblement de terre de Valdivia est en réalité une série de trois séismes survenus entre les 21 et 22 mai 1960.

 L’île de Chiloé, dans le sud du Chili, après le tsunami provoqué par le séisme du 22 mai 1960, le plus puissant jamais enregistré (magnitude 9,5). NOAA, NGDC

En cause, une faille qui aurait rompu après 385 ans de blocage sur près de 1.000 kilomètres, et provoqué un déplacement des compartiments latéraux d’environ 80 mètres. Partie des côtes chiliennes, la vague soulevée par le séisme voyage sur 10.000 kilomètres jusqu'à Hawaï, qu’elle atteint quinze heures plus tard. Vingt-deux heures plus tard, après avoir encore franchi 5.000 kilomètres, des vagues hautes de six à dix mètres atteignent les îles Marquises, les îles Samoa, puis le Japon, les Philippines et jusqu’à la Nouvelle-Zélande.

Sous l’impact, des villes entières sont détruites le long de la côte chilienne, des infrastructures portuaires sont emportées à la mer. À Talcahuano, plus au sud, des bateaux sont projetés en plein centre-ville et bon nombre de côtes du Chili resteront pour toujours modifiées. À la suite du séisme, on constate que cinq départements chiliens se sont affaissés, leurs côtes étant désormais envahies à chaque marée haute.

Cette dévastation va même jusqu’au Japon ! À Matsushima, le célèbre archipel japonais, certaines langues de terre, autrefois unies, ont été si violemment fracassées qu’elles forment depuis des îlots séparés.


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Eh bien oui, la Terre est la seule planète à trembler. C’est ce que l’on peut dire dans l’état actuel de nos connaissances. Les sismomètres déposés par les astronautes américains lors du programme Apollo, entre 1969 et 1972, retransmettront vers la Terre des données sur la sismicité lunaire, par ondes radio, jusqu’en 1977. Aucun des signaux enregistrés n’a les caractéristiques des séismes que nous connaissons ici-bas.

Aussi étonnant que cela paraisse, la Terre est la seule planète de notre Système solaire à connaître des événements sismiques. Tout simplement parce que la Terre est la seule qui connaisse le phénomène de tectonique des plaques, la fameuse dérive des continents, avec cette structure interne si spécifique. Une croûte terrestre très fine, constituée de plaques solides et autonomes, qui se déplacent les unes par rapport aux autres, flottent sur le manteau, s’éloignent, se rapprochent, entrent en collision ou plongent l’une sous l’autre.

 L’astronaute Buzz Aldrin, devant le premier sismomètre posé sur la Lune, en juillet 1969. Nasa

C’est cette géologie propre, qu’aucune autre planète ne possède, qui explique l’activité sismique de la Terre, la création de plissements et de montagnes, qu’elles soient d’origine volcanique ou sismologique. Certes, la Lune, Mercure ou Mars ont aussi des montagnes. Sauf que ces effets physiques n’ont pas les mêmes causes géologiques. Ici, pas de tectonique des plaques, mais aussi pas d’eau… Selon certains planétologues, c’est la présence d’eau massive dans le manteau terrestre qui, en le rendant visqueux, permettrait aux plaques de bouger, et donc de vivre. Or, Vénus comme Mars sont des planètes solides où l’eau est absente. Ainsi, les séismes nous rappellent que la Terre est vivante. Dévastateurs, ils sont sans doute aussi, paradoxalement, à l’origine de notre présence sur la Planète bleue.


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L’appareil qui enregistre les ondes permettant de localiser les séismes et de calculer leur magnitude s’appelle un sismographe. Les sismographes actuels, qui sont des instruments de très haute précision capables de détecter des mouvements extrêmement faibles de l’ordre de quelques microns par seconde, doivent en général être maintenus dans des conditions de température et de pression contrôlées.

Les sismographes sont constitués, le plus souvent, d’une masse et d’un bâti lié au sol. Quand le système est soumis à une sollicitation sismique, la masse oscille suivant ses caractéristiques propres, tandis que le bâti reproduit le mouvement du sol.

Aujourd’hui, la plupart des sismographes sont électromagnétiques. Les mouvements du bâti, par rapport à l'aimant qui sert de masse, produisent des signaux qui vont être amplifiés par voie électronique et envoyés par satellite, ligne téléphonique ou radio aux réseaux de surveillance sismique.

 Schéma illustrant le principe de fonctionnement d’un sismomètre. En bas, on distingue l’enregistrement d’ondes P (ondes primaires), S (ondes secondaires) et L (ondes de Love). SVT4VR, DR

En cas de séisme, plusieurs séries d’ondes vont parvenir coup sur coup au sismographe :

- Les premières sont les ondes P, dites ondes primaires. Ce sont les plus rapides. 

- Celles qui suivent sont les ondes S ou ondes secondaires. Plus lentes, mais beaucoup plus violentes, ce sont elles qui créent en général le plus de dégâts. 

- Arrivent enfin les ondes dites de surface, qui se propagent le long de la surface terrestre. 

La vitesse à laquelle ces ondes se déplacent dépend de la nature et du type des roches traversées, mais elle varie généralement (pour les ondes P dans la croûte) de 3 à 8 km/s. En connaissant la vitesse des ondes P et S et en mesurant la différence de temps entre l'arrivée de ces deux ondes, on peut calculer la distance entre le sismographe et l'épicentre. Et donc, par triangulation avec plusieurs sismographes, le lieu du séisme.

À partir de ces données, les sismologues pourront également déterminer la magnitude du séisme. Pour cela, ils vont tenir compte du type de sismographe utilisé, de la distance entre le séisme et la station d'enregistrement, de la profondeur du séisme et de la nature du sous-sol où se trouve la station d'enregistrement.

Toutes ces corrections vont permettre de dresser partout dans le monde la même carte d’identité du même séisme, avec son amplitude, sa localisation et sa magnitude. Et cela très rapidement. Quelques minutes seulement après un séisme majeur, et avant même d’en savoir plus sur ce qui s’est passé sur le terrain, les observatoires sismologiques vont être capables de donner une magnitude (ou au moins une fourchette de magnitude). Cette rapidité de diagnostic est capitale, car c’est elle qui va permettre d’évacuer très vite, surtout si un tsunami menace…


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Pour faire de la prévision à long terme, il faut inventorier les failles actives dangereuses, mais aussi connaître leur histoire (date approximative des précédents séismes, magnitude, etc.).

Est « active » une faille qui a engendré des séismes au cours du temps. Mais de quel temps parle-t-on ? À l’échelle géologique, le temps n’a pas la même durée que celui que nous concevons. Est « récent », un événement qui a eu lieu il y a quelques millions d’années. Et est considéré comme « futur proche », ce qui se passera dans les prochains millénaires.

Pour les géologues, une faille est « active » si elle a subi au moins une réactivation sismique au cours du dernier million d'années ! Pour les sismologues, une faille est « active » si elle montre des preuves de déplacement dans les dix derniers milliers d’années. Certes, c’est plus court, mais quand même… Comment savoir qu’une faille a bougé il y a 2.000 ou 3.000 ans ?

 Tranchée creusée en travers de la faille du nord de Téhéran, en Iran, pour déterminer la récurrence des séismes passés. Jean-François Ritz

Dans certains cas favorables, la topographie en a gardé la trace. La répétition des événements sismiques est alors inscrite dans le paysage sous forme de déformations géologiques visibles, de décalages et d’escarpements, comme des marches d’escalier (de quelques décimètres à quelques mètres en surface), qui vont faire révéler des couches de différentes couleurs jusque-là enfouies sous terre. Au fil de secousses répétées, ces escarpements s'accumulent progressivement et finissent par façonner les reliefs. Pour mettre à nu cette histoire, le scientifique va creuser des tranchées, transversalement aux failles, pour faire apparaître les séquences successives des séismes, jusqu’à 10 ou 20, parfois !

Datées au carbone 14, ces signatures à même le sol vont alors permettre de dresser la carte de la mémoire sismique de la région. Quand, lors d’un séisme, se crée un escarpement de faille, celui-ci est en effet soumis à l’érosion dès sa formation. Il y a d’abord éboulement au pied de l’escarpement, puis des dépôts plus fins issus du ruissellement vont venir recouvrir ce relief. Avec le temps et les intempéries, un sol se forme, l’escarpement est nivelé et, in fine, plus rien ne se voit dans le paysage. Si un nouveau tremblement de terre intervient à cet endroit, ces anciennes traces ont de fortes chances d’être remises à l’air libre par le séisme lui-même ou par l’action des hommes. On découvrira donc que la zone n’en est pas à son premier séisme…

Un exemple : après le tremblement de terre qui a frappé l’Arménie en décembre 1988, les géologues ont creusé une tranchée perpendiculaire à la faille et ont découvert une ville antique, inconnue alors, avec fortifications, habitations et nécropoles. En collaboration étroite avec les archéologues, l'équipe a finalement pu faire la preuve qu'il s'agissait de la ville de Behoura, une cité occupée jusqu’à sa destruction par un séisme entre 782 et 773 avant J.-C., puis son enfouissement.

Les choses sont plus difficiles en mer. Pour repérer les événements sismiques, le géologue ne peut pas creuser de tranchées. En revanche, il peut faire l’hypothèse que les séismes majeurs ont engendré des glissements de terrain. Les dépôts associés à ces glissements sont facilement reconnaissables par leur couleur et leur texture, ils forment des couches de « turbidites » (un groupe de même roche sédimentaire) qui s’intercalent avec les sédiments déposés régulièrement en période calme. C’est ainsi que le géologue va prélever des carottes et compter le nombre de turbidites. Après, il suffit de les dater et on obtient la séquence des séismes passés.


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Peut-on construire des bâtiments résistants aux secousses telluriques ? Oui, et depuis longtemps. La plupart des pays riches à forte sismicité ont érigé des règles de construction parasismiques, qui permettent de limiter les dégâts dans les zones à risque. Plusieurs paramètres sont pris en compte : le choix de l’emplacement, l’architecture du bâtiment, les matériaux…


 Le pont Rion-Antirion relie le Péloponnèse à la Grèce continentale, qui s’écarte de 1,5 m par siècle environ. Nikos Nadiilidis

Aujourd'hui, les ingénieurs du génie civil savent construire des habitations capables de résister aux tremblements de terre. Un certain nombre de règles sont désormais acquises :

- On sait, par exemple, qu'il faut éviter de construire des bâtiments neufs asymétriques. L'asymétrie créant à chaque endroit autant de points de faiblesse.


- On sait également construire des bâtiments avec des chaînages horizontaux et verticaux incorporés à la structure, ce qui permet de solidariser l'ensemble en un seul bloc.

- La construction sur vérins permet également aux grands immeubles et aux gratte-ciel d'onduler pendant le séisme au lieu de se casser brutalement.

Les constructions doivent être les plus simples possible, pour pouvoir résister aux à-coups verticaux et horizontaux. Le mot d’ordre consiste à éviter les porte-à-faux, les encorbellements, tout ce qui fera prise.

La grande tendance des nouveaux règlements sismiques est aussi de faire appel à la ductilité des matériaux, qui doivent pouvoir se déformer sans rompre, à l’image d’un roseau. Même une structure en béton, et notamment en béton armé, peut encaisser l'énergie transmise par le séisme, moyennant des déformations élastiques.

Une des réalisations les plus ingénieuses est celle du pont Rion-Antirion, qui enjambe l’entrée du golfe de Corinthe, pour relier le Péloponnèse à la Grèce continentale. Inauguré en 2004, il a été construit de manière à résister aux secousses fréquentes dans la zone et à accompagner l’extension du rift entre les deux rives, plus d’un mètre et demi par siècle !


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Y a-t-il des signes avant-coureurs précédant un séisme ? Oui, et rien d’étonnant à cela, quand on sait que l’énergie libérée par un séisme de magnitude 7 représente l’équivalent d’environ 900 fois la bombe d’Hiroshima ! Comment imaginer qu’un phénomène d’une telle puissance puisse se déclencher comme cela, sans aucun signe annonciateur ! Le problème n’est donc pas dans l’existence de ces signes, mais dans la capacité à les détecter… avant ! Et ça, on ne sait toujours pas faire.

La première famille de précurseurs regroupe les signaux associés aux mouvements du sol. Des mouvements que l’on peut mesurer au millimètre près avec des outils de nivellement ou par GPS. Avant certains séismes, on a parfois remarqué que le sol gonfle ou se déforme. Le problème, c’est qu’il n’y a pas que la déformation de la croûte qui soulève le sol. De fortes précipitations, par exemple, peuvent faire déborder les nappes phréatiques et faire gonfler le sol du même coup. Différentes causes, mêmes effets. La piste n’est pas vraiment fiable.

La deuxième famille d’observations regroupe les signaux dits sismiques, car détectables avec des sismomètres. Peu avant un séisme, la croûte qui se déforme lentement engendre de petits essaims de séismes précédant la rupture majeure, ou encore des sortes de murmures ou gargouillements en provenance des profondeurs de la faille, appelés trémors tectoniques, sortes de chants d’outre-tombe, comme si la faille grondait avant de lâcher. Ces signaux annonciateurs, parfois concentrés sur une zone de quelques kilomètres de large, pourraient trahir l’amorce du processus de rupture.

 Environ 44 minutes avant le séisme qui a dévasté la ville d’Izmit (Turquie), le 17 août 1999, des signaux comparables à celui à l’image ont été enregistrés sur une station proche de l’épicentre. Problème : il a fallu dix années de recherche pour réussir à identifier ces signaux ! La route vers les précurseurs est encore longue… Bouchon

Troisième type de précurseurs possibles : ceux qui ont trait au comportement des gaz ou des fluides contenus au plus profond de la Terre. En se déformant, la croûte va se fissurer et créer des microfractures, dans lesquelles les fluides vont s’infiltrer. Cette infiltration, qui aura pour effet de perturber la circulation des eaux souterraines et de modifier le niveau des nappes phréatiques, va également faire varier le niveau des puits. Un indice qui peut mettre en alerte.

Le contenu en gaz de ces eaux peut également varier. Juste avant un séisme, certains observateurs ont dit avoir détecté dans l’air des concentrations exceptionnelles de radon, un gaz radioactif naturel qui se trouve normalement enfoui en profondeur dans le sol. L’explication pourrait être que ce gaz remonte à la surface par le canal des microfractures générées par la friction des roches. Mais est-ce réellement à cause des secousses ? Ou plutôt des variations météorologiques ? La piste du radon reste controversée.

Dernière famille enfin, celle qui regroupe tout ce qui n’est pas considéré comme sérieux ou conventionnel par les sismologues. Pêle-mêle :

-  les signaux électriques et électromagnétiques, que ce soit au sol, dans l’atmosphère ou dans l’ionosphère, 

- les signaux thermiques, observables par satellite, à l’aide de capteurs infrarouge.

- Et, bien sûr, les comportements anormaux d’animaux précédant les séismes.

 Paradoxe : c’est autour de cette famille que la recherche est la plus active, car conduite par des physiciens et non des sismologues qui craignent, eux, pour leur réputation.

Reste que tous ces signaux sont encore, la plupart du temps, détectés après le séisme ! Entre prédiction et prévision réussie, le chemin reste encore long…


Futura Sciences

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Depuis de nombreuses années, des scientifiques japonais ont remarqué que dans certaines régions, le sol (ou même le niveau marin) se soulevait de plusieurs dizaines de centimètres à l'approche d'un séisme, comme s'il gonflait avant le choc.

C’est en 1944 que le phénomène a été documenté pour la première fois avant le séisme qui a frappé la région au sud-ouest de Tokyo et une deuxième fois en 1964, avant celui de Niigata. Cette fois-ci, l’observation s’est faite en mer. Les instruments de mesure mis en place à partir de 1960 au bord des côtes ont effectivement constaté que la mer était montée de près de 20 centimètres quelques mois avant le séisme. En cause, le soulèvement probable du plancher océanique.

 Au cours de l’hiver 2004-2005, en Californie du Sud, le sol s’est mis à gonfler de manière inquiétante. Ce gonflement a d’abord été interprété comme un signal annonciateur d’un séisme imminent. Heureusement, on s’est rapidement rendu compte que le phénomène était dû au remplissage des aquifères par les précipitations particulièrement abondantes de cet hiver-là, le plus pluvieux des 100 dernières années ! Graphies, MEDD-DPPR

Ce phénomène de gonflement du sol a fait l’objet de nombreuses études, mais les résultats sont controversés en raison de la difficulté à obtenir des mesures fiables. Quelques dérapages sont restés célèbres dans l’histoire de la sismologie, par leur retentissement médiatique.

Le plus connu est celui de Palmdale Bulge, en Californie du Sud. Peu avant le séisme de San Fernando en 1971, certains spécialistes affirmèrent que le sol de la Californie du Sud s’était progressivement soulevé entre 1960 et 1975 de plus de 35 centimètres sur une étendue grande comme la moitié de la Bretagne. Convaincus qu’ils tenaient là « le » précurseur que tous attendaient, ces sismologues n’ont pas hésité à s’aventurer encore plus loin. Non seulement ce gonflement était un précurseur du séisme de San Fernando, mais il en annonçait un autre, bien plus terrible encore ! Après avoir déclenché une véritable psychose dans toute la Californie, on a découvert que ces gonflements anormaux n’étaient en réalité… que des erreurs de mesure.

Un nouvel épisode de gonflement du sol met à nouveau les systèmes de surveillance en alerte en 2005. Mais cette fois, les sismologues échaudés ont fait preuve d’une prudence exemplaire. Données en main, on finit par comprendre que c’est la pluviométrie exceptionnelle de l’hiver 2004 en Californie du Sud qui, après avoir gorgé d’eau les nappes phréatiques, est responsable du gonflement.

Alors que penser de ce précurseur ? Une fois de plus, les choses ne sont pas simples. À ce jour, on ne connaît toujours pas d’exemple indiscutable de corrélation entre surélévation du sol et séisme. À l’inverse, des surélévations ont été observées dans des régions où aucun séisme n'a eu lieu…


Sciences et avenir

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Les observations liées à la circulation des fluides sont très anciennes, puisque certaines datent de plus de 200 ans. Les premières concernent les propriétés physiques et chimiques des eaux aux alentours de la zone du séisme. Peu avant l’événement, certaines sources vont en effet voir leur température ou leur débit augmenter et leur composition chimique changer : teneur en chlore, concentration en sels minéraux, etc.

Physiquement, on sait que certains puits ont vu leur niveau d’eau monter de cinq ou dix centimètres quelques jours avant le séisme. Ou à l’inverse, baisser de façon significative, ce qui n’est pas contradictoire, car tout dépend des conditions géologiques locales ou de la position du puits par rapport à l’épicentre.

 Des changements semblent avoir été observés dans le fonctionnement des geysers du parc de Yellowstone, situé dans le Wyoming, quelques jours avant certains séismes lointains de Californie. Jean Vandemeulebrouck

Ces variations constatées, reste la principale inconnue, le facteur temps. Et toujours les mêmes questions : quand le séisme se produira-t-il ? Dans quelques heures, jours, mois ?

L’autre difficulté est d’arriver à évaluer, à partir de ces indices, le périmètre de la zone qui sera affectée. Aux États-Unis par exemple, certains geysers du parc de Yellowstone, au nord-est de la Californie, se sont mis en activité anormale quelques jours avant le séisme de Loma Prieta (magnitude 7,1), qui a eu lieu en 1989 près de San Francisco. À des centaines de kilomètres de là, alors que certaines sources situées, elles, à proximité du séisme n’ont pas bougé !

Ces mêmes difficultés existent pour les caractéristiques chimiques des eaux. Certes, on constate que les concentrations en certains éléments chimiques augmentent ou baissent selon les cas, mais à partir de là, qu’en déduire ? Et quelle prédiction faire ? En l’état actuel des connaissances, ces observations restent inexploitables.


Futura Sciences

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Le cas des crapauds de L’Aquila, en Italie, a de quoi intriguer. À 70 kilomètres de la ville de L’Aquila, se trouve un lac connu pour être un lieu de reproduction intense de Bufo bufo, le crapaud commun le plus répandu en Europe. Ces animaux ont pourtant déserté le site cinq jours avant le séisme de L'Aquila. Pourquoi ?

Après avoir hiberné d’octobre à mars, ces populations sortent en général à la fin mars et se reproduisent pendant plusieurs semaines. Hasard du calendrier : en avril 2009, une équipe britannique de l’Open University, dirigée par la biologiste Rachel Grant, était en train de mener une étude sur ces batraciens.

 Deux crapauds communs (Bufo bufo) copulant durant la période de migration, dans le parc national de Peneta-Gerês, au Portugal. Janekpfeifer, cc by sa 3.0

Commencée le 1er avril, cette étude révèle des résultats pour le moins étonnants. Cinq jours avant le tremblement de terre qui a frappé L’Aquila le 6 avril à 3 h 30 heure locale, les crapauds mâles ont commencé à déserter leurs sites de reproduction, et leur nombre s'est brutalement réduit de 96 %.

Un comportement totalement inhabituel, car normalement, une fois sortis pour se reproduire, ces crapauds restent actifs jusqu'à ce que la saison des amours soit terminée. Deux jours plus tard, le nombre d'accouplements est tombé à zéro. Que s’est-il passé ? Et quels types de changements environnementaux ces crapauds ont-ils pu sentir ? Les hypothèses sont nombreuses.

Dans les jours qui ont précédé le séisme, la température à 15 kilomètres de la frayère a brutalement chuté de près de 10 °C. Pourquoi ? Difficile à dire. Toujours est-il que cette seule anomalie thermique pourrait expliquer le départ des batraciens.

D’autres explications tiennent à la possible émanation de gaz et de particules. Selon Friedemann Freund, géophysicien allemand de la Nasa qui s’est intéressé de près à l’étude, les roches de la croûte terrestre, « stressées » par les variations de contraintes qui précèdent un séisme, relâchent des particules chargées qui réagissent avec l'air quand elles atteignent la surface de la Terre. Or, ces particules dans l'air sont réputées donner mal à la tête, créer des nausées et augmenter le niveau de sérotonine, une hormone du stress. Ces particules pourraient aussi intervenir dans les propriétés de l’eau du lac, en la transformant en peroxyde d'hydrogène, une substance toxique pour les animaux aquatiques. Incommodés, les animaux auraient tout simplement fait leurs bagages…

Le cas des crapauds de L'Aquila ne prouve pas le lien de causalité entre l’imminence du séisme et le comportement animal, mais il a l’avantage d’avoir été étudié en détail, in situ, au moment des faits. Pour la première fois, on a assisté, en temps réel, à un comportement inhabituel des animaux en l’observant, en le consignant et en quantifiant jour après jour le nombre des individus restant sur la frayère. Une avancée scientifique intéressante qui ne justifie toutefois pas de mettre un crapaud en bocal sur son bureau !


Futura Sciences