sismo1_eval_seismes_150mn [Mode de compatibilité]

S4 2012-2013 STE
UE Méthodes Zoom Géophysiques 1/2
Responsable pédagogique: Chantal Tisseau
Introduction:
- Différence entre sismique et sismologie?
Les séismes, comment et pourquoi les étudier?
- 1. Séisme = danger ! – Evaluer le phénomène sismique
- Ondes sismiques - Localisation des séismes
- Importance des séismes: magnitudes, intensité
- Se prémunir des effets: la prévention
- 2. Des ondes qui se propagent -> la structure interne du Globe
- Lois de vitesse
- Tomographie sismologique
- 3. Des forces qui agissent et déforment les roches…
- Du mécanisme au foyer à la contrainte déviatorique
- Les liens avec la tectonique des plaques
S4 2012-2013 STE
SISMOLOGIE: Méthodes, utilisations
Plan/2
A. Introduction: Pourquoi des séismes ?
B. Les ondes sismiques
C. La mesure sismologique
D. La localisation des séismes
E. La magnitude
F. L’intensité
G. Se prémunir des effets: la prévention
Jacques DEVERCHERE
http://perso-sdt.univ-brest.fr/~jacdev/
1. Evaluer les séismes
Jacques DEVERCHERE
Heures en présentiel: 6h CM, 3h TP
2h CM + 1h30 TP
2h CM + 0h30 TP
2h CM + 1h TP
1

1. Evaluer les Zoom séismes 1/2
A. Introduction: Pourquoi des séismes ?
Des plaques qui bougent, donc des contraintes, donc…
DEFORMATION
ELASTIQUE:
Déformation
réversible
Seuil de plasticité
Rupture
Séisme: rupture d’une
roche cassante (près du
seuil de plasticité)
Séisme = rupture ⇔ relâchement des contraintes
accumulées
Zoom 1/2
Séisme ⇔ relâchement des contraintes accumulées
Le modèle: Ried, 1908
D’après Larroque et Virieux (2001)
Période intersismique
Chargement élastique
DEFORMATION
PLASTIQUE:
Déformation non
réversible – Plus de
relation linéaire entre
déformation et
contrainte
À dessiner
Période cosismique
-> > Notions Notions de de « « cycle cycle » » sismique, sismique, récurrence
récurrence
SEISME: Chute de contrainte
– Libération de l’énergie
sismique accumulée
2

B. Les ondes sismiques Zoom 1/2
Les ondes sismiques : ondes de volume
Ondes P
Polarisation longitudinale
Ondes S
Polarisation transversale
Ondes de Love
B. Les ondes sismiques Zoom 1/2
Ondes de Rayleigh
Les ondes sismiques : Ondes de surface
direction de propagation
direction de propagation
3

B. Les ondes sismiques
Trajet des ondes: des noms
Pour les reconnaître
3 sortes de séismes selon la profondeur
du foyer h :
- Les séismes superficiels : h < 50 km
- les séismes intermédiaires : 50 km < h <
300 km
Zoom 1/2
L’ébranlement sismique se propage sous forme d’ondes
sismiques élastiques à l’intérieur de la Terre
- les séismes profonds : 300 km < h < 700
km
C. La mesure sismologique Zoom 1/2
Mesure de 3 composantes :
Nord-Sud Est-Ouest Verticale
source
récepteur
Larroque et Virieux (2001). Figure modifiée.
L’instrument: le sismographe
Le capteur: le sismomètre
L’enregistrement: le
sismogramme
4

• Pratique de la sismologie de terrain
Louis Dorbath
Michel Diament
C. La mesure sismologique Zoom 1/2Mesure
de 3 composantes :
Nord-Sud Est-Ouest Verticale
Composition du sismographe traditionnel (pendules
mécaniques): capteur mécanique, amplificateur, enregistreur, horloge
Un sismomètre L-4-3D construit par Mark Products, Inc.
Mesure: Mesure: Les capteurs sismologiques mesurent le mouvement du sol en un point à la surface de la
terre ou dans des puits peu profonds : ce sont des systèmes oscillants.
3 mesures possibles: Déplacement du sol, vitesse du mouvement (vélocimètres) ou accélération du
mouvement (accéléromètres)
Sismomètres Sismomètres récents récents: récents sismomètres électromagnétiques composés d'un pendule auquel est liée
une bobine d'induction qui se déplace dans un champ magnétique -> signal électromagnétique
amplifié électroniquement, transformé en courant électrique et enregistré sous forme numérique
et/ou graphique. Besoin: système d'amortissement, nécessaire pour obtenir une bonne restitution du
mouvement du sol.
Grande dynamique: « large bande »
Voir: http://eost.u-strasbg.fr/pedago/Accueil.html
Principes physiques nouveaux: capillarité, etc…
Un constructeur européen: Voir: www.guralp.com
5

Les Réseaux
Exemple:
Zoom 1/2
Mondiaux - nationaux - régionaux - locaux
http://geoscope.ipgp.jussieu.fr/
Partie I : Les tremblements de terre et leurs effets J. Albaric, Janvier 2007
Les Réseaux
Mondiaux - nationaux –
régionaux - locaux
Zoom 1/2
http://earthquake.usgs.gov/
6

À dessiner
h
D. La localisation
X
D
D = distance hypocentrale
h = Profondeur du séisme
X = Distance épicentrale
Zoom 1/2
Station
Sismogramme
Temps (s)
Données utilisées: temps d’arrivée des ondes
aux stations -> il faut…
Inconnues: latitude, longitude, profondeur, temps
origine
Théoriquement: 4 temps d’arrivée nécessaires
tp = to + D/Vp
Méthode simple: on utilise 3 écarts ts - tp
Partie I : Les tremblements de terre et leurs effets J. Albaric
(on s’affranchit de
to par différence)
D. La localisation
Zoom 1/2
(On utilise une
valeur moyenne de
D
Vp et Vp/Vs) Vp =?
D
Vp/Vs =?
D
A
7

Pratique: 3 stations, 3 Zoom valeurs de 1/2 ts - tp
d = (ts − tP ) ÷ 1
− 1 ⎛ ⎞
⎜ ⎟
⎝ ⎠
V S
V P
-> RESEAU
d 2
Zoom 1/2
Exemple de localisation par des stations lointaines
d 3
d 1
8

E. La magnitude: Mesure quantitative de la « force » d’un séisme
Zoom 1/2
- valeur calculée traduisant l’énergie du séisme,
- indépendante du lieu d'observation,
- indépendante des témoignages de la population.
MAGNITUDE = Fonction continue, qui peut être négative ou
positive et qui en théorie n'a pas de limites
Notion introduite en 1935 par l'Américain Charles Francis Richter pour les
séismes locaux californiens afin d'estimer l'énergie libérée au foyer d'un
tremblement de terre et de pouvoir ainsi comparer les séismes entre eux.
Lors de la rupture (au foyer d'un tremblement de terre), la plus grande
partie de l'énergie se dissipe sous forme de chaleur. Une partie
seulement se propage au loin sous forme d'ondes élastiques.
La magnitude (dite parfois « de Richter ») mesure l'énergie émise sous
forme d'ondes élastiques.
E. La magnitude
Zoom 1/2
Les différentes « types » de magnitude
• La magnitude locale M L (Richter): M L = logA + B
A (en mm) est l’amplitude maximale mesurée avec un sismographe Wood Anderson, B la
correction de la distance
• La magnitude de surface M s : utilisée pour les séismes lointains, dits téléséismes, dont la
profondeur est inférieure à 80 km. Elle se calcule à partir de l'amplitude des ondes de surface.
• La magnitude de volume m b : définie pour tous les téléséismes et en particulier pour les
séismes profonds, car ceux-ci génèrent difficilement des ondes de surface. Elle est calculée à
partir de l'amplitude de l'onde P.
• La magnitude de moment M w (Kanamori) : définie pour les forts séismes.
M w = 2/3 x log( M 0 ) – 6 avec M 0 =μ . S . D
Mo est le moment sismique (en N.m), μ la rigidité du milieu(en N.m -2 ), D le déplacement moyen
sur la faille (en m) et S la surface de la faille (en m 2 ).
9

Pour Ms et mb:
Relations
empiriques
Log(S)
log (sub surface rupture length km)
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
4.5 5.0
Zoom 1/2
Les lois d’échelle: espace (M-S)
À dessiner
Sumatra 2004
Magnitude 6.3 - SOUTH ISLAND OF NEW ZEALAND
2011 February 21 23:51:43 UTC
Alaska 1964
Chile 1960
5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5
Moment magnitude
?
Lisbon 1755
2000
1000
200
100
10
L
rupture length (km)
(Voir site USGS)
10