Partie II Les param`etres des s´eismes

Partie IILes paramètres des séismes• Séisme: libération d’énergie destructrice à partir de lamagnitude 5→ Prévision sismique: déterminer l’aléa sismique→ Étude du mécanisme de rupture de la faille1. Introduction2. Localiser un séisme3. Déterminer la force d’un séisme4. Caractériser le mécanisme de rupture d’un séisme

Le tremblement de Terre ?T1T2T3• 2 Millions de séismes chaque année- Passage des ondes dans le sous-sol- origine du tremblement• Déplacement de 2 blocs séparés par 1 faillepréexistantea. b.Dans un premier temps mouvement le long de lafaille qui déforment les blocs sans les casserδδ→ Rupture: contraintes accumulées dépassent leseuil de résistance des zones les plus faible de lafaillec. d.δδ→ Longueur de la rupture• Géométrie de faille:b. Faille décrochante (δ souvent égal à 90 ◦ )c. Faille normale (souvent 45 ◦ < δ < 90 ◦ )d. Faille inverse (souvent 0 ◦ < δ < 45 ◦ )

Localiser un séisme• Localisation d’un séisme en utilisant la différence entre le temps d’arrivée des ondes P et S

Localisation et temps origine d’un séisme• Donnée utilisée: temps d’arrivée des ondes auxstations• Méthode utilisée: la triangulationépicentrehxhypocentreDlatitudelongitudeprofondeurt p = t 0 + D V p, 1t s = t 0 + D V s, 2station• 3 inconnus: latitude, longitude et profondeurrésistance des zones les plus faible de la faille→ 3 temps d’arrivée nécessaire• Distance:1+2 =⇒ t s − t p = D( 1 V s− 1V p)• Profondeur:=⇒ D = k(t s − t p ) avec k = V p= 8,4−1on applique Pythagore h = √ D 2 − x 2• Temps:1 =⇒ D = V p t p − V p t 0VpVs=⇒ t 0 = t p − D V p

Mesurer la taille d’un séisme• Définition de la taille d’un séisme très différentes:L’intensité: mesure des effets du séismes sur les hommes, les paysages et les constructionsLa magnitude: mesure faite à partir du sismogramme (amplitude, coda)Le moment sismique: mesure faite à partir de la géométrie de la faille

L’intensité: mesure des dégâts fait par un séisme• méthode utilisée: enquête macrosismique sur les réactions humaines, dégâts causés aux constructions,...→ Évaluation subjective du mouvement du sous-sol• Échelle variant de 1 à 12, établissement de courbes d’isoséiste.→ Intensité les + fortes indique approximativement la position de la failleIntensité Observations DétailsI Secousse non ressentie enregistrer par des instrumentsII Secousse peu ressentie perception par personnes au repos et aux étagesIII Secousse ressentie balancement d’objet suspendusIV Secousse très ressentie tremblements d’objets, perception dans et hors des maisonsV Secousse forte réveil des dormeurs, chute d’objets, fissures légères dans les plâtresVI Légers dommages fissures dans les murs, frayeur de nombreuses personnesVII Dégâts larges lézardes dans les murs, chutes de cheminéesVIII Dégâts massifs les habitations les + vulnérables sont détruitesIX Destructions nombreuses constructions détruites, chute des monuments et de colonnesX Destruction générale constructions de bonne qualité détruites (non parasismiques)XI Catastrophe toutes les constructions sont détruites (ponts,barrages, canalisations)XII Changement de paysage énormes crevasses dans le sol vallées barrées,...

L’intensité: Cartes MacrosismiquesFigure 2: courbes d’isoséistes du séisme deLambesc 11/06/1909Figure 1: courbes d’isoséistes du séisme de Lorient30/09/2002

Magnitude:mesure quantitative de la force d’un séisme• Définie en 1935 par Richter dans une tentative de rendre objective la mesure d’un séisme• Donnée utilisée: les paramètres exploitables à partir d’un sismogramme• Méthode utilisée: plusieurs définitions existent!• M S et m b : magnitude calculé à partir de l’ amplitude des ondes de surface et de volumeM = log A/T + q(∆, h) + aavec: A, Amplitude du mouvement du sol ( de l’ordre de 10 −9 m.)T ,Période de l’onde considérée.q, Fonction corrigeant de l’atténuation, dépend de la distance (∆) et de la profondeurdu séisme (h).• M d : magnitude de durée utilise la coda (durée) du signalavec: t m , durée du signal.M d = a + b log t m + c log t 2 m + d∆a, b, c, d, facteurs empiriques adaptés à chaque région.• M l : magnitude locale

Moment sismique et plan de faille• Donnée utilisée: les paramètres de la faille• M o : moment sismique calculé à partir du déplacement, D et de la surface de la faille, Splan de ruptureDSM o = µSD (N.m)avec: µ, coefficient de rigidité en (N.m −2 )Pour la croûte, µ c = 3.10 10• M w : magnitude d’énergie, quand M S ne convient plus M W = 2 3 log M o − 6longueur de la faille active (km) Déplacement (m) Magnitude (M W ) Durée de la rupture (s)800 8 9 250250 5 8 8550 1 7 1510 0.2 6 33 0.05 5 11 0.02 4 0.3

Mécanisme de rupture d’un séisme• Mécanisme au foyer: décrit la géométrie duplan de faille et la direction de déplacement• Donnée utilisé: la polarité des ondes (sens dumouvement du sol) lue sur les sismogrammes→ description des zones de dilatation et compression• Modèle théorique: double couple pour unesource écoutée de très loin(télésismique)• Relation entre plan faille et mécanisme au foyer

Modèle de rupture: théorie du double couplecompressionextensionplan de failleplan auxilliareplan de faille• La source est assimilée à un point→ ne rend pas compte de la réalité sur le plan de faille mais suffisamment précis pour simulerle rayonnement sismique loin de la source• Quand glissement sur faille, celle-ci tend à tourner dans le sens du glissement→ réaction élastique du milieu qui résiste à la rotation en fournissant une rotation égale maisde sens opposé à la celle de la faille principale→ Deux couples en action: l’un provenant de la faille, l’autre du milieu• Le milieu extérieur subit des déformations soit en dilatation soit en compression→ ce sont ces déformations qui sont observées aux station sismologiques après transport dece mouvement par les ondes sismiques

Diagramme de rayonnement et polarité→ diagramme de rayonnement pour un double couple et spécifique à l’onde considérée (Pou S)• Polarité: sens du mouvement de l’onde à la stationEN COMPRESSION: sens du mouvement en poussée (polarité dite positive, notée +, vers lehaut sur sismogramme)EN DILATATION: sens du mouvement en retrait ( polarité dite négative, noté -, vers le bassur sismogramme)• Diagramme de rayonnement: observé et théorique→ les polarités s’organisent en quadrants positif et négatif à partir desquels on ajuste laposition des plan nodaux

Relation entre rai et diagramme de rayonnement• Sphère focale: sphère arbitraire qui relie le sens du mouvement porté par un rai au diagrammede rayonnement par son angle d’incidence- dépend de l’azimut et de la distance épicentrale• Projection stéréographique: peu commode de travailler sur demi-sphère,on projette surplan horizontal passant par le point central de la sphère- Projection de Schmidt: préserve les angles des plans ou des lignes projetées→ angle d’incidence d’un rai sur la sphère focale positionné sur le canevas avec le sens dumouvement

Faille et mécanisme au foyer I• mécanisme au foyer différent selon les mécanisme de rupture de faille: 3 grandes familles- Faille décrochante (strike-slip)- Faille normale (reverse fault)- Faille inverse (thrust fault)• 2 plans nodaux: plan de faille + plan auxilliaire• Sépare les parties compressives (noires) et les parties en dilatation (blanches)

Faille et mécanisme au foyer II

Accès aux données sur internet• http://wwwneic.cr.usgs.gov/ : site de l’organisme NEIC• http://earthquake.usgs.gov/ : page d’information générale• http://www.isc.ac.uk/: site de l’organisme international• http://geoscope.ipgp.jussieu.fr/: site du réseau mondial francais• http://www.iris.washington.edu: site du réseau mondial américain