Le document traite des séismes, leur classification selon la profondeur et leur relation avec les limites de plaques tectoniques. Il explique également les mécanismes de rupture des failles, la propagation des ondes sismiques, et les méthodes de détermination de l’épicentre. Enfin, il aborde les enjeux de prévention et de gestion du risque sismique, ainsi que les normes de construction parasismique.

2. Répartition des séismes

4. Trois types de limite de plaque
Rides ou rift
Failles
transformantes
Zones de subduction

5. Séismes = ruptures = formation de failles
Faille = plan de faiblesse dans la lithosphère

6. Trois classes de séismes
en fonction de la profondeur à laquelle ils se produisent:
- les séismes normaux ou superficiels (profondeur<60 km) = frontières de
plaques divergentes et frontières de plaque convergentes (fosses océaniques)
- les séismes intermédiaires (60<profondeur<300 km) = frontières de plaques
convergentes
- les séismes profonds (jusqu’à 700 km de profondeur) = frontières de plaques
convergentes

7. Ride ou rift = zone de divergence
SEISMES SUPERFICIELS

8. Les séismes intraplaques sont superficiels.

9. Les frontières convergentes concentrent les trois catégories de séismes

10. 5% Zones divergentes
Zones de décrochement
15%
Zones convergentes
75%
Dissipation de l’énergie sismique de la
planète

11. Séisme = rupture
Accumulation + Relâchement des contraintes
•
•
Un matériau rigide soumis à des contraintes de cisaillement, se déforme de
manière élastique puis de manière plastique
Au point de rupture, il se rompt
DEFORMATION
Élastique : le matériau reprend sa
forme et son volume lorsque la
contrainte est relachée
Plastique : le matériau reste
déformé lorsque la contrainte est
relachée
Point de rupture: libération de
l’énergie accumulée lors de la
déformation plastique

12. Foyer ou hypocentre
L'endroit où démarre la rupture est appelé foyer du séisme ou hypocentre
(0 à 700 km profondeur)
Epicentre
L'épicentre microsismique est le point de la surface du sol le plus proche du foyer
(latitude, longitude)
L'épicentre macrosismique = lieu de plus forte intensité ressentie -Peut être différent
de l'épicentre réel

13. Rais sismiques
Structure sismique

14. Les différents types d’ondes
Déclenchement d’un séisme = Propagation d’un front d'ondes sismiques
Deux types d'ondes : Ondes de fond qui se propagent à l'intérieur de la terre
(ondes S et ondes P)
Ondes de surface qui se propagent seulement en surface
(ondes de Love et ondes de Rayleigh)

15. Ondes P = ondes premières/ondes de
Compression. Dans tous les états de la matière
Les particules se déplacent selon un
mouvement avant-arrière dans la direction
de la propagation de l'onde
Ondes S = ondes de cisaillement seulement
dans les solides. Les particules oscillent
dans un plan vertical, à angle droit
par rapport à la direction de propagation
de l'onde
Ondes L (ondes de Love) = ondes de
cisaillement qui oscillent dans un plan
horizontal
Impriment au sol un mouvement de vibration
latéral
Les ondes de Rayleigh = vague
les particules du sol se déplacent selon une
ellipse = vague qui affecte le sol lors des
grands tremblements de terre

16. Propriété qui permet de localiser un séisme = Propagation des ondes P plus rapide
que celle des ondes S
Ondes sismiques enregistrées en
plusieurs endroits du globe
Enregistrement par sismomètres
Les vibrations verticales et horizontales
du sol sont transmises à une aiguille
qui les inscrit sur un cylindre qui tourne
à une vitesse constante

17. En un lieu donné, ondes P puis décalage et enregistrement des ondes S
Exemple: retard de 6 minutes des ondes S par rapport aux ondes P

18. Les vitesses de propagation des deux types d'ondes (S et P) dans la croûte terrestre
établies = courbes étalonnées
Pour une distance entre séisme et point d’enregistrement de 2000 Km, l'onde P mettra
4,5 min et l'onde S mettra 7,5 min = décalage de 3 min
Dans l’exemple, distance correspondant à un décalage de 6 min = 5000 Km

19. La méthode des cercles
basée sur la différence de propagation
des ondes P et S
Pour une station:
temps d'arrivée de l'onde P: tp = t0 + (d/Vp)
temps d'arrivée de l'onde S: ts = t0 + (d/Vs)
Différence entre les deux relations précédentes :
ts - tp = d . ( 1/Vs - 1/Vp)
On connaît les vitesses des ondes P et S dans la croûte et on admet que :
(1/Vs - 1/Vp) = 1/8
D’où : d = 8 * (ts - tp)
On établit des abaques et on obtient directement d en fonction de (ts - tp)

20. La triangulation
d1
Le séisme se trouve sur le périmètre d’un cercle
de rayon d1 centré sur une première station
d’enregistrement
d1
d2
Avec une seconde station, on détermine la
distance (d2) séparant cette station de
l’épicentre du séisme
Les deux points d’intersection des deux cercles
définissent les deux localisations possibles de
l’épicentre du séisme enregistré
d1
Avec une troisième station, détermination de la
distance (d3) séparant cette station de l’épicentre
du séisme
d2
Un seul point d ’intersection possible entre les
trois cercles définit la position précise de
l ’épicentre du séisme enregistré
d3

21. Effet des ondes sur les constructions
Ondes L et R
- gamme des "basses fréquences » (< à 1 hertz)
- nocives pour les bâtiments élevés
-destructrices à des distances plus grandes que les
-ondes P et S (quelques dizaines de kilomètres)
Ondes P et S
- gamme des "hautes fréquences » (> à 1 hertz)
-dangereuses pour diverses catégories de
bâtiments bas
deux types de mouvements (et leurs combinaisons)
- à la verticale du foyer, à l’ épicentre = mouvement vertical
- plus loin effet dominant = horizontal, lié au mouvement de la faille

22. La magnitude
Energie développée au foyer du séisme
La magnitude est mesurée par le logarithme de l’amplitude maximale
des ondes, mesurée en microns, à partir d’un sismomètre placé à
une distance d’environ 100 km par rapport à l’épicentre
M = log A/T + F(∆)
A amplitude en microns
T période en secondes
F(∆) terme empirique = amortissement du signal sismique en fonction
de la distance ∆ et de la profondeur

23. Echelle de Richter instaurée en 1935
Calculée à partir de la quantité d'énergie dégagée au foyer
Fournit la magnitude (M) d'un séisme: log (E) = 11,4 + 1,5M
Un séisme de magnitude 8,5 est 100 millions de fois plus fort qu’un séisme
de magnitude 3
Valeur objective = une seule valeur pour un séisme donné
A ce jour, plus fort séisme = 9,5 sur l'échelle de Richter
(Chili).
Depuis janvier 2000, nouvelle échelle adoptée par les pays européens :
EMS 98 (European Macroseismic Scale 1998)

25. L’intensité
lusieurs échelles pour évaluer l’intensité des tremblements de terre
) Echelle de Mercalli développée en 1902 et modifiée en 1956
) Echelle MSK (Medvedev, Sponheuer et Karnik, 1964)
es deux échelles comportent douze degrés notés généralement en chiffres romains
e I à XII
ntensité déterminée par:
Ampleur des dégâts causés par un séisme
perception de la population varient en fonction de la distance à l'épicentre.
chelle subjective
chelle variable géographiquement

26. Perception à l’intérieur
Enregistrement par les sismomètres
Perception à l’extérieur
Quelques dommages
Dommages légers aux
« bonnes constructions »
destruction des « mauvaises »
Dommages considérables
Modification des paysages

27. Les séismes entre 1990 et 2001

28. Un risque majeur
Conséquences secondaires:
• Glissements de terrains, éboulements
• Incendies
• Tsunamis
1436
Naples-Brindisi
Italie
30 000 morts
1531
Lisbonne
Portugal
30 000 morts
1693
Catane
Italie
60 000 morts
1737
Calcutta
Inde
~50 000 morts
1797
Quito
Equateur
1906
San Francisco
Etats-Unis
1908
Messine
Italie
65 000 morts
1920
Ganzu (ou
Kan-sou)
Chine
180 000 morts
1923
Tokyo
Japon
143 000 morts
1976
Tangshan
Chine
800 000 morts
1980
El-Asnam
Algérie
3 500 morts
1985
Mexico
Mexique
20 000 morts
1995
Kobe
Japon
1999
Izmit
Turquie
40 000 morts
700 morts
5 000 morts
20 000 morts

29. aléas et enjeux sismiques
• Aléa : probabilité du séisme
• Enjeux : hommes, centres de vie, environnement
Risque • Pertes humaines (morts, blessés…)
• Impacts environnementaux (glissement de terrain,
pollution…)
• Destruction des biens (habitations, infrastructures…)

30. Prévision du risque sismique

31. La prédiction
= prévoir précisément lieu / date / magnitude du séisme
2 approches:
Approche probabiliste:
identification zones à risque +
probabilité d’occurrence
Approche déterministe:
identification de signes précurseurs
 interprétation par des processus physiques
réalistes
 élaboration d’un modèle physique prédictif

32. 3 modes de prévision et de réponse adaptée
A long terme: plusieurs dizaines d’années = définition de l’aléa, du mode de
construction adapté et renforcement du bâti
A moyen terme: quelques mois, 1 an = surveillance et instrumentation des sites à
risque
A court terme : quelques heures à quelques jours = mise en alerte des
réseaux d’intervention, préparation des secours et évacuation des bâtiments

33. A court et moyen terme
Beaucoup de difficultés pour la prédiction:
• Méconnaissances des facteurs déclenchants
• Paramètres très nombreux à entrer en jeu
• Paramètres physiques des roches difficiles à mesurer en profondeur
A long terme
Evaluation du risque sismique pour une zone donnée
= donner la magnitude maximale pouvant être atteinte
+ un pourcentage de chance pour que cette valeur soit atteinte sur une période de
référence.

34. Evaluation du risque
1.Définition de l’aléa sismique dans une région donnée:
• Installation d’un réseau de surveillance (Bornes GPS,
sismomètres, géodésie spatiale…)
• Identification des failles actives
•Etude de l’histoire sismologique de la région
2. Connaissances de tous les éléments susceptibles d’entraîner des
dégâts
•Nature des sous-sols
•Topographie
•Nature et emplacements des bâtiments…
Cartographie du risque sismique

35. Différentes sciences étudient les séismes

36. Etude des « effets de site » :
 Nature du sous sol (amplifications des ondes)
 Instabilité des versants (réaction en chaîne)
 Types de bâtiments
 Topographie

37. Etude et surveillance des phénomènes précurseurs
Déformation crustale (faille asismique)
Variation des paramètres hydrologiques
Variation des vitesses de propagation des ondes
Phénomènes géochimiques ex: augmentation radon dans les eaux souterraines
(dégazage lors de la friction des roches)
Variation de la résistivité électrique des roches (plusieurs %) et du potentiel
électrique
Variation des émissions électromagnétiques
Variation du champ magnétique

38. Récapitulatif des méthodes de mesure
• Enregistrement des secousses par des sismomètres
• Mesure de la déformation sismique d’un lieu : géodésie spatiale
mesure des déplacements verticaux (nivellement) de la surface
et des déplacement horizontaux (triangulation)
Ex: surveillance de la faille de San Andreas (Californie)
• Mesure des déformations de la Terre : Méthode des satellites GPS
Mesure du « retard au glissement » des plaques

39. Réseaux français d’observation et de surveillance
Deux réseaux connectés: Le laboratoire de Détection Géophysique
du CEA et le Réseau National de surveillance sismique à Strasbourg
Infos au Bureau Central Sismologique Français

40. Le réseau GEOSCOPE
25 stations dispersées dans le monde
Centralisation et diffusion des données
(avant d'être archivées au centre GEOSCOPE,
les données sont envoyées à l'PGP, à l'EOST et aux centres de l'IRD dans le monde)

41. Exemple de site surveillé par la France en coopération avec:
Instituts de physique du globe (I.P.G.) de Paris et de Strasbourg,
soutenus par l’Institut National des Sciences de l’Univers (INSU/CNRS)
le ministère des Affaires étrangères et l’Institut de Recherche et
Développement (IRD)
Nord du Chili
subduction de la plaque Nazca sous la cordillère andine (plaque Amérique du
Sud) = pas de grand séisme depuis celui de 1887 (magnitude 8,5) rapprochement de
10 mètres environ sur une longueur de 300 km
Mesure du « retard au glissement » = 10m depuis 110 ans stocké dans la déformation
élastique des roches (séisme magnitude >5 prédit dans la décennie)
Installation de réseaux sismologiques de surveillance aux deux extrémités de cette
“lacune sismique” et d’une station multiparamètre (gravimètre, station sismologique
de large bande spectrale, inclinomètres et antenne G.P.S. de positionnement par
satellite)

42. L’évaluation complète du risque sismique
est primordiale pour la mise en place d’une politique
de prévention efficace et adaptée.
•
constructions aux normes parasismiques
•
développement de la recherche en matière de construction parasismique
•
information et préparation de la population exposée au risque
•
organisation des moyens de secours et de l’information d’urgence en cas de
séisme

43. Prévention du risque dans le monde

44. Génie parasismique = réalisation d’ouvrages et d’installations capables
de résister dans de bonnes conditions à des secousses importantes
1. Normes de construction parasismique
– Symétrie des bâtiments
– Abaissement du centre de gravité
– Eloignement minimum des bâtiments mitoyens
pour éviter l’entrechoquement
•USA: Uniform
Building Code (UBC)
•Europe: Eurocode 8,
partie 1998-1-1 et
1998-2
– Renforcement des angles
– Limitation du percement d’éléments porteurs
• Projet RADIUS:
Secrétariat de la Décennie
internationale de prévention
des catastrophes (IDNDR)
•Partenariat
Japon-Roumanie
2. Partenariats concernant
– Le développement d’outils de prévision
– La conduite d’études comparatives
– L’échange d’informations

45. En France
•1ères lois parasismiques en 1969, modifiées en 1982 et
1992
 Lois parmi les plus complètes au monde
•PPR: Plan de Prévention des Risques (loi du 2 février
1995)
Cartographie des risques naturels en France
 définition des règles d’urbanisme, de
construction et de sauvegarde des bâtis existants et
futurs.
 définition des mesures de protection et de
sauvegarde des populations

46. Gestion du risque sismique

47. Cartes d’isoséistes
Etude macrosismique
Enquête directe sur le terrain
envoi de questionnaires aux autorités (maires, instituteurs) de la région
intéressée
Carte des courbes isoséistes = zones de même intensité
L’épicentre macrosismique dans l’aire pléistoséiste = isoséiste de degré le plus
élevé
Forme des isoséistes renseigne sur l’influence des terrains sur la propagation
du mouvement sismique - Rôle important de la nature du sous-sol = intensité
plus grande sur les terrains meubles et alluvionnaires
Isoséistes resserrées et allongées, = existence d’un accident tectonique (faille),
siège du séisme
Forme et écartement des isoséistes = fonction de la profondeur du foyer du
séisme.

48. Cartographie des zones à risques
ise en sécurité de deux catégories d’installations
Ouvrages à risque « normal » conséquences = dommages immédiats subis
ar l’ouvrage, ses occupants et son contenu = constructions civiles ou industrielles
autres ouvrages de génie civil
Installations « à haut risque » désordres, même mineurs = suites extrêmement
aves pour la population et l’environnement:
ndustries chimiques traitant ou stockant des produits hautement toxiques
sceptibles de se répandre
nstallations de sécurité nucléaire
rands barrages
rbitrage entre exigences de sécurité et coût des mesures de protection

49. QuickTime™ et un
décompresseur TIFF (LZW)
sont requis pour visionner cette image.

50. • Développement d’outils pratiques (manuels, logiciels) pour la prévision
• Promotion de l’échange d’informations entre les pays
• Préparation aux conséquences d’un séisme
- simulation de catastrophe
- exercice d’évacuation
- diffusion des consignes de sécurité etc…
(surtout en pratique au Japon, en Califormie mais aussi dans le sud de la France)

51. Exemple d’affichage
utilisé dans l’Aude

52. Séismes en France en 2002