SISMOLOGIE APPLIQUEE - Le Plan Séisme

5. La propagation des ondes sismiques5.1. Utilisation des caractéristiques de propagation des ondessismiques5.2. Vitesses de propagation, détermination de l’épicentre5.3. Lois d’atténuation5.4. Réflexion, réfraction diffraction des ondes aux interfacesdes sols et sous-sols différents5.5. Modification des ondes par les milieux traversés5.6. Les conditions de modification locale du mouvement fort5.7. L’intensité locale5.7.1. Définition5.7.2. Échelles de mesure5.7.3. Isoséistes6. Les moyens de caractérisation de l’aléa sismiquerégional6.1. Problématique : établir des « modèles » sismotectoniques6.2. La sismicité instrumentale6.3. La sismicité historique6.4. L’archéo-sismicité6.5. La paléo-sismicité6.6. Les investigations géotechniques et sismologiques7. L’aléa sismique régional7.1. Estimation du mouvement sismique possible « aurocher horizontal » d’un site et de sa périodicité de retour7.2. Caractérisation des structures tectoniques susceptibles dejouer7.3. Lois de distribution fréquence-magnitude7.4. Évaluation déterministe de l’aléa sismique régional7.5. Évaluation probabiliste de l’aléa sismique régional7.6. Zonage de l’aléa régional: Echelle d’étude 1/1 000 0008. L’aléa sismique local8.1. Effets directs du séisme8.1.1. Le mouvement « au rocher » (rappel)8.1.2. Les bouleversements topographiques à grande échelle8.1.3. Le jeu d’une faille en surfaceIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 3

8.2. Effets de site : amplification localisée du signal sismique8.2.1. Topographies amplifiant l’action sismique: butte, crête, bord defalaise8.2.2. Discontinuité latérale de densité du sol8.2.3. Sol alluvionnaire de forte épaisseur amplifiant l’action sismique8.3. Effets induits par les secousses sismiques sur les sites8.3.1. Glissements de terrains, chutes de pierres (purge)8.3.2. Liquéfaction des terrains granulaires saturés d’eau8.3.3. Subsidence sur cavités8.3.4. Tsunamis8.3.5. Effets d’origine anthropique, problèmes urbains8.4. Microzonage de l’aléa local : Echelle d’étude 1/10 0009. Les notions d’aléa, vulnérabilité et risque9.1. Terminologie UNDRO pour les risques majeurs9.2. Terminologie et concepts propres au risque sismique10. La traduction réglementaire des études desismologie appliquée: arbitrages politiques10.1. La politique de gestion des risques naturels majeurs10.2. Le contexte légal et réglementaire français10.2.1. Codes et Lois10.2.1.1. Loi n° 87-565 du 22 juillet 198710.2.1.2. Loi n° 95-101 du 2 février 1995 (Loi Barnier)10.2.1.3. Code de l’Environnement10.2.2. Décrets10.2.2.1. Décret n° 91-461 du 14 mai 199110.2.2.2. Décret n° 95-1089 du 5 octobre 199510.2.2.3. Décret no 2000-892 du 13 septembre 200010.2.2.4. Décret n° 2001-116 du 05 Février 200110.2.3. Arrêtés et circulaires10.2.3.1. Arrêté du 29 mai 1997 (ORN)10.2.3.2. Arrêté du 10 mai 1993 (ORS)10.2.3.3. Circulaire du 27 mai 1994 (ORS)10.2.3.4. Arrêté du 15 septembre 1995 (Ponts à risque normal)10.2.4. Et l’existant?10.2.5. Les règles PS-92, plan du contenu10.2.6. L’Eurocode 8, plan du contenu11. BibliographieIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 4

1. Introduction, avertissementLes sismologues et géophysiciens se livrent à des recherches toujours plus poussées pourcaractériser la sismicité du globe.Les mécanismes sismiques sont étudiés de plus en plus finement pour tenter d’établir deslois de comportement, des « modèles », qui permettent peu à peu de progresser dans laprévision des phénomènes et donc de la prévention.Dans l’état actuel des choses, il est question de prévoir et non de prédire. C’est à direqu’on peut assez bien caractériser ce qui peut arriver dans une zone sismique, et luiassocier une probabilité de survenance, mais pas encore dire quand.Une partie des résultats de la recherche est directement utile à l’élaboration de stratégiesde « protection » contre les actions sismiques, c’est celle qui intéresse les architectes etles ingénieurs, et en général les professionnels impliqués dans la prévention.Ainsi on peut assez bien :- définir la « violence » possible des séismes pouvant survenir sur les faillessismogènes, c’est à dire leur magnitude,- établir la manière dont la distance va atténuer l’amplitude des oscillations,- définir la manière dont un sol ou un site donné va modifier les oscillations qu’ilreçoit, en les amplifiant éventuellement,- définir la manière dont un sol peut voir ses caractéristiques mécaniques sedégrader (tassements, éboulements…) de façon inacceptable pour la sécurité despersonnes et activités qui s’y trouvent.Ce qui permettra d’opérer les bons choix en matière de construction, et en générald’aménagement du territoire.Ce fascicule d’introduction à la sismologie appliquée au bâtiment et à l’aménagement duterritoire rassemble quelques concepts dont la compréhension est nécessaire àl’identification des connaissances sur lesquelles repose toute la stratégie de laréglementation.La nécessaire simplification de la prise en considération des phénomènes aux finsd’arbitrages réglementaires ne doit pas dissimuler la complexité des phénomènes étudiéset des recherches en cours. Les résultats de ces recherches, permettent à l’architecte et àl’ingénieur, avec quelques connaissances spécifiques, d’affiner la vérification de lapertinence de leur projet, au-delà de la stricte application des règles en vigueur.Néanmoins, une réglementation applicable à chacun doit nécessairement passer par unesimplification forfaitaire dont la compréhension passe également par la maîtrise desdonnées suivantes.Le présent document commence par des considérations générales, chapitres 2 et 3décrivant les mécanismes sismiques et la tectonique des plaques, qui peuvent sembleréloignées des préoccupations du constructeur, mais dont la connaissance est nécessairepour comprendre les données directement exploitables pour la prévention, exposées auxchapitres suivants.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 5

2. Le phénomène sismiqueLes plaques continentales et océaniques qui constituent la croûte terrestre se déplacent àla surface de la planète sous l’effet des courants thermiques qui animent le magmavisqueux situé en profondeur. Ce phénomène est étudié sous le nom de « Tectonique desplaques » (voir §3).Les déplacements relatifs de ces plaques génèrent localement des« contraintes croissantes » à l’intérieur des roches qui les constituent (traction,compression, cisaillement…) au-delà du niveau de contrainte admissible il y a rupturebrutale du sous-sol rocheux: séisme. Ces ruptures se produisent essentiellement dans leszones situées à proximité des limites entre les plaques, là où les tensions sont les plusélevées dans les roches.2.1. Contrainte, déformation, rupture des rochesLà où elle est soumise à des contraintes croissantes, la croûte terrestre se déforme defaçon sensible et irréversible. On peut définir simplement la contrainte comme étant uneforce appliquée à une unité de volume. Lorsque la contrainte atteint un certain niveaupour un système donné (défini par ses matériaux, sa géométrie), il s'ensuit unchangement dans la forme et/ou le volume, une déformation.Comme pour n’importe quelle structure soumise à une contrainte croissante, trois stadesde déformation affectent la croûte terrestre: élastique (réversible si on arrêtait lacontrainte), plastique (irréversible même si on arrêtait la contrainte) et cassante (unquatrième type n'est pas évoqué ici : la déformation visqueuse qui s'applique aux fluides).Chaque système, pour un type de contrainte donné, a une courbe « contraintedéformation» caractéristique.Figure 2 - Exemple de courbe contrainte-déformation (Document Université de Laval – Québec)Figure 3 - Critères de déformation plastique et de déformation cassante : rupture (DocumentUniversité de Laval – Québec) Courbe représentant l’influence des paramètres température et pressionAinsi, sous l'effet des contraintes dues le plus souvent au mouvements des plaquestectoniques, la lithosphère accumule de l'énergie. Lorsqu'en certains endroits, la limited'élasticité est atteinte et que le matériau ne peut pas plastifier (conditions physiques), ilse produit une rupture sur un plan de rupture (ou plan de faille) qui libère une partiede l’énergie accumulée: le séisme.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 6

DEFORMATION PLASTIQUE DES ROCHESAinsi, dans certains cas, les roches peuvent se déformer sans amorcer de rupture fragile :– Déplacement tectonique lent,– Température et pression interne élevée, sont des facteurs de plasticité.Figure 4 - Représentations schématiques dela déformation plastique des roches(Document Université de Laval – Québec))Figure 5 - Représentations schématiques de ladéformation cassante des roches(Document Université de Laval – Québec)DEFORMATION CASSANTE DES ROCHESLorsque les conditions nécessaires (niveau de contraintes, vitesse de déformation, relationtempérature / pression) sont réunies, une rupture fragile de la roche peut survenir selonun « plan de faille ». Le point d’amorce de la rupture est le foyer du séisme.La propagation de la rupture depuis le foyer sur le plan de faille provoque des déformationstectoniques irréversibles et cassantes.La propagation des ondes sismiques (tridirectionnelle) depuis le foyer provoque desdéformations du sol temporaires (oscillations, voir § 4 et 5) et éventuellement définitives (effetsinduits comme les tassements de sol, voir §7).Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 7

2.2. Les différents mécanismes des failles activesAinsi, les déplacements relatifs entre les plaques tectoniques génèrent des contraintescroissantes dans les roches (traction, compression, cisaillement…). Au-delà d’un certainniveau de contrainte il y a rupture du sous-sol rocheux: le séisme. On ne peut contrôlerl’occurrence de la rupture fragile (séisme), même si la recherche vise à définir desprobabilités de retour pour les différentes magnitudes possibles pour chaque faille ouréseau de failles.Les différents mécanismes des failles correspondent aux différents types decontraintes. Or, la nature de la contrainte conditionne (avec d’autres paramètres) lescycles sismiques et les magnitudes possibles. En effet la roche résiste moins bien entraction qu’en cisaillement et qu’en compression. Ainsi une même roche soumise à unemême vitesse d’élévation de la contrainte rompra pour un niveau de contrainte plus oumoins élevé selon la nature de la contrainte. Ceci conditionnera donc un cycle plus oumoins rapide (voir § 2.3) et des magnitudes plus ou moins fortes (voir § 2.5).L’identification des mécanismes des failles contribue à la compréhension deleur activité et ainsi aux arbitrages des politiques de prévention.Faille normale(Traction)Faille inverse(Compression)Faille en décrochement(Cisaillement)Figure 6 - Types de mécanismes des failles.Les contraintes en traction ou en compression peuvent être associées à un cisaillement, on a alors unmécanisme composé. Un décrochement est « dextre » si, face à la faille, le déplacement se fait vers la droite(illustration), et « senestre » dans le cas contraire.2.3. Notion de cycle sismique d’une faille activeA l’origine de toute faille a été un niveau de contrainte trop élevé dans un milieu rocheuxplus ou moins homogène. Une première rupture s’est propagée à partir d’un « pointfaible » en s’accompagnant d’une chute brutale de contrainte. La faille ainsi crééeconstitue désormais un plan de rupture privilégié, puisque de moindre résistance à cettecontrainte qui continue de progresser jusqu’à atteindre à nouveau le point de rupture. Lafaille pourra s’allonger et se ramifier sous l’effet des séismes successifs, qui concernerontalors successivement des segments de cette faille qui rompront en fonction des niveaux decontraintes accumulées localement et des forces de friction en présence.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 8

En raison de ces forces de friction présentes entre les deux parois d'une faille, lesdéplacements le long de la faille ne se font pas de manière continue et uniforme, mais parà-coups successifs, générant à chaque fois un séisme. Dans une région soumise à unrégime de contraintes donné, des séismes se produiront de de façon récurrente sur lesdifférents segments d'une même faille.Chaque faille a un cycle sismique qui lui est propre et qui dépend de sonmécanisme, de la vitesse de progression des contraintes, de la nature desroches et de sa géométrie. Le cycle de retour des séismes de différentesmagnitudes obéit à des lois de probabilité. L’identification de ces lois fait partiedes outils de la prévention.Les régimes de contraintes d’origine tectonique évoluent à l’échelle des tempsgéologiques, ainsi des nouvelles failles naissent et d’autres cessent leur activitéprogressivement.CYCLE SISMIQUE D’UNE FAILLE SISMOGENE:Phases d’un cycle sismique sur une faille sismogène, processus en trois étapes:– Accumulation de contraintes.– Déclenchement de la rupture au-delà du seuil de résistance des roches.– Arrêt de la rupture sismique (quelques secondes plus tard).Cycle sismique d’une faille : Le cycle sismique d’une faille est une succession depériodes d’augmentation des contraintes et de ruptures brutales dont il faut établir lapériodicité pour définir son activité.Figure 7 - Représentation schématique du cyclesismiquea - Situation au début du cycle, b - Déformation peu detemps avant le séisme, c – Situation après le séismeIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 9

2.4. Caractérisation d’une source sismiquePhénomène:La chute de contrainte provoquée par la rupture brutale de la roche sur le plan de faillelibère de l’énergie, sous forme de chaleur et d’émission d’ondes élastiques. Plusla surface de rupture et le déplacement sont importants, plus la quantité d’énergie libéréel’est. La Magnitude représente la quantité d’énergie libérée par le séisme.Lorsqu'un séisme est déclenché, des trains d'ondes sismiques se propagent dans la croûteterrestre. On nomme foyer le lieu du plan de faille où commence la rupture, alors quel'épicentre désigne le point de la surface terrestre à la verticale du foyer.Figure 8 - Axonométrie schématique d'une source sismique (Document Université de Laval –Québec)Les paramètres suivants définissent la source sismique, qui est le segment de lafaille sismogène qui a rompu. Etablir les caractéristiques des sources sismiquespossibles sur les failles identifiées fait partie des outils de la prévention.Foyer ou hypocentre: Point de déclenchement de la rupture.Azimut de la faille: Angle compris entre l’axe du méridien et celui de la faille (orientationde la faille).Pendage de la faille: Inclinaison de la faille.Surface: Surface du plan de faille concernée par la rupture (Longueur x hauteur).Déplacement moyen: Longueur du glissement de la roche de part et d’autre du plan defaille.Magnitude: Mesure de l’énergie libérée, dépend du moment sismique, donc de la surfaceet du déplacement de la rupture.Vitesse de rupture: Vitesse de propagation de la rupture dans la roche, dépend du typede roche.Chute de contraintes: Différence entre l’état de contraintes dans la roche avant etaprès le séisme.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 10

Figure 9 - Représentations schématiques des mécanismes de rupture des faillesLa polarité des ondes enregistrées par les différentes stations permet de déterminer le mécanisme au foyerdu séisme. Les sismologues utilisent une représentation conventionnelle des failles donnant leur mécanisme,leur azimut et leur pendage. La représentation de gauche peut être celle d’un décrochement dextre d’azimutest et de pendage nul. Les trois représentations de droite donnent des exemples de pendage et d’azimut auxtrois mécanismes de rupture.Domaines de recherchesLes chercheurs tentent de caractériser les « segments » de faille maximumsusceptibles de jouer en une fois pour leur associer une magnitude (voir § 2.5).L’azimut, le pendage et la profondeur des segments de failles étudiés vont permettred’établir le mode de radiation des séismes se produisant sur les failles et d’enétablir les « lois d’atténuation » (voir § 5.3).Le mécanisme de la faille donne la « directivité » de la source sismique.Les trains d’ondes se propageant dans le sens de la rupture sont « plus rapprochés », car« la source se rapproche » en même temps qu’ils se propagent, ainsi leur amplitude estaccrue sur les sites situés dans la direction concernée, mais la durée du séisme est pluscourte. Lorsqu’on considère le sens de propagation opposé au sens de la rupture, lesondes sont « moins rapprochées » en raison de l’éloignement de la source, alorsl’amplitude est moins importante mais la durée du séisme est plus longue (voir illustrationci-après). Ce type de recherche permettra une pré-définition très fine du signal sismiquepossible sur un site, mais l’état actuel de la maîtrise du comportement en réponse auxséismes de la plupart des ouvrages construits n’atteint pas ce niveau de précision. Ce sontnéanmoins des pistes de connaissances qui concernent directement les constructeurs etseront peut-être un jour utilisées avec profit pour la sécurité.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 11

Figure 10 - Effet de directivité des sources sismiques. (Document Catherine Berge-Thierry,IPSN)La figure schématique du haut représente un segment de faille dont la rupture se propage de droite àgauche. Le séisme enregistré à la station 1 est représenté de façon symbolique par le « signal en 1 » pourlequel les trains d’ondes s’additionnent sur un laps de temps plus court puisque la rupture qui les génère serapproche. Ainsi leur amplitude est plus importante que celle du signal enregistré à la station 2 dont lapropagation de la rupture s’éloigne, ce qui entraîne une arrivée « plus étalée dans le temps » des trainsd’ondes et une amplitude globale moindre, ce que représente le « signal en 2 ». On peut également endéduire une incidence sur le domaine fréquentiel.2.5. Notion de Magnitude d’un séismeLa Magnitude (M, exprimée en chiffres arabes) est une grandeur logarithmiquereprésentative de la quantité d’énergie rayonnée par la source sous forme d’ondesélastiques. Le tableau ci-après donne une corrélation entre les ordres de grandeur de larupture sismogène et la magnitude du séisme.MAGNITUDENBREMOYENSEISMESANNUELLONGUEURCARACTERISTIQUEDE LA RUPTUREDEPLACEMENTSUR LE PLAN DERUPTUREDUREE DELARUPTUREENERGIELIBEREE9 800KM 8 m 250 s E x 36 000 0008 1 250KM 5 m 85 s E x 1 100 0007 18 50KM 1 m 15 s E x 33 0006 125 10KM 20 cm 3 s E x 10005 1500 3KM 5 cm 1 s E x 334 5000 1KM 2 cm 0,3 s EIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 12

QUAND ON PASSE D ’UN DEGRE DE MAGNITUDE A L ’AUTRE, ON MULTIPLIEL ’ENERGIE PAR 33, SOIT 1000 POUR 2 DEGRESIl n'y a qu'une seule valeur de magnitude pour un séisme donné (ne pasconfondre avec l’intensité locale, voir § 5.7). Puisqu’il s’agit d’une grandeurlogarithmique, le second chiffre n’est pas une décimale.Il existe plusieurs méthodes d’évaluation de la magnitude d’un séisme.Richter a été le précurseur. Pour les séismes majeurs, seule la « magnitude de moment »est précise (les autres méthodes « saturent » au-delà de M = 7.5. La magnitude peut êtrecalculée soit à partir de l’amplitude des mouvements enregistrés (Ml, Ms, mb, Mw), soit àpartir de leur durée (Md).DIFFERENTES METHODES D’EVALUATION DE LA MAGNITUDEML = Magnitude locale (définie par Richter en 1935)ML = log A max (∆) - log A o (∆)Aujourd'hui, on utilise un calcul modifié du calcul originel de Richter, en faisant intervenir le momentdu segment de faille le long duquel s'est produit le séisme.MS = Magnitude de surface (ondes R)MS = log A max /T) + 1,66 log∆ + 3,3(25°

LOI D’ECHELLELa « Loi d’Échelle » est issue de l’observation de nombreux séismes. Elle établitune corrélation empirique entre la longueur de la rupture et le moment duséisme, lui-même représentatif de la magnitude du séisme.La loi d’Échelle permet, pour un segment de faille sismogène donné une évaluation de lamagnitude du séisme maximum plausible à partir de l’estimation de la longueur maximumpossible de la rupture.Le moment du séisme, couple de forces qui a provoqué le déplacement de part etd’autre du plan de faille, dépend de la rigidité du milieu, de la longueur du déplacementmoyen et de l’importance de la surface de rupture. L’évaluation du moment du séisme(c’est-à-dire l’évaluation de la quantité d’énergie libérée) permet d’établir sa magnitude.• Le moment du séisme est déterminé par les études sismiques• La longueur de la rupture par les études géologiques et la distribution des répliquesOrdres de grandeur issus de la Loi d’échelle:LONGUEUR MOMENT TYPE DE SEISME- 1 000 km 10 24 Nm Les plus forts connus Magnitude de l’ordre de 9- 23 mai 1960: Chili- 28 mars 1964 Alaska- 100 km 10 21 Nm Magnitude 8: nombreux dégâts-et victimes- 10 km 10 18 Nm Magnitude 6: dégâts localisés- 1 km 10 15 Nm Magnitude 4: ressentis localement- 0,1 km 10 12 Nm Microséisme imperceptibleM=8Profondeur (km)01530M=5M=4M=7M=6FailleFigure 12 - Relation entre la magnitude du séisme et la longueur de rupture (Représentationschématique) (Document X)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 14

Figure 13 - Exemple d'approche de l'aléa sismique par la similitude des failles. (DocumentUSGS) Connaître le fonctionnement de la faille nord-anatolienne donne des informations sur lefonctionnement possible de la faille de San Andreas qui présente de nombreuses similitudes : mécanismes,loi d’échelle…BILAN ENERGETIQUE D’UN SEISMELa majeure partie de l’énergie libérée par le séisme l’est sous forme de chaleurÉnergie libérée :∆E = Ep1 – Ep2 = W + HW = énergie rayonnéeH = chaleurRendement sismique : = W/∆E (soit quelques %)MAGNITUDE 6,0 - 6,4 6,5 - 6,9 7,0 - 7,4 7,5 -7,9 > ou = 8 TotalMoyenneannuelle 65 19 6 2,4 0,3 92Ecart type 9 4 2 1,7 0,5 13Figure 14 - Tableau de dénombrement statistique des séismes majeurs annuels sur la planète.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 15

3.2. Sismicité de la planèteLes séismes se produisent essentiellement sur les frontières entre les plaques tectoniques.Les pays concernés doivent adopter des politiques de mitigation du risque sismique,comprenant notamment l’étude de la sismicité régionale et la mise en œuvre de mesuresréglementaires et incitatives.Figure 15 - Carte planisphère de sismicité. Une dizaine d'années de séismes moyens à forts sur la planèteFigure 16 - Carte planisphère de corrélation entre la sismicité terrestre et les limitestectoniques (Document Université de Laval –Québec)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 17

3.3. Structure de la planète, une dynamique internegénératrice de déplacements relatifs à la surfaceLa Terre est constituée d'une succession de couches de propriétés physiques différentes:au centre, le noyau, qui forme 17% du volume terrestre, et qui se divise en noyau internesolide et noyau externe liquide; puis le manteau, qui constitue l’essentiel du volumeterrestre, 81%, et qui se divise en manteau inférieur solide et manteau supérieurprincipalement plastique, mais dont la partie tout à fait supérieure est solide; finalement,la croûte (ou écorce), qui compte pour moins de 2% en volume et qui est solide.Figure 17 - Coupes schématiques sur le globe terrestre (documents Université de Laval,Québec)La lithosphère, couche solide qui comprend une partie du manteau supérieur et lacroûte terrestre, est divisée en plaques qui se déplacent les unes par rapport aux autressous l’effet des courants de convection qui animent l’asthénosphère, couche plastiquedu manteau supérieur.La lithosphère se présente comme un ensemble rigide et par conséquent fragile; latempérature et la pression, qui augmentent avec la profondeur, modifient cecomportement, qui devient de plus en plus ductile, c'est-à-dire capable de se déformersans casser. Ce passage du domaine cassant au domaine ductile marque la limitelithosphère-asthénosphère.Ces courants de convection dans l’asthénosphère sont générés par la forte chaleur dunoyau.On distingue deux types de croûte terrestre:- la croûte océanique qui est formée de roches basaltiques de densité 3,2 et qu'onnomme aussi SIMA (silicium-magnésium). C’est un socle rocheux « éphémère »produit par l’arrivée sur les dorsales océaniques de magma qui refroidit. Sous l’effetdes déplacements des plaques tectoniques océaniques elle « retourne » fondredans l’asthénosphère dont sont est issue (voir comment § 3.5).Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 18

- la croûte continentale, qui se situe au niveau des continents. Ce sont des soclesrocheux « originels » formés lors du refroidissement de la planète. Elle est plusépaisse et de plus faible densité (roches granitiques à intermédiaires de densité 2,7à 3). On la nomme SIAL (silicium-aluminium). C’est un socle rocheux persistant.La couverture sédimentaire est une mince pellicule de sédiments produits etredistribués à la surface de la croûte par les divers agents d'érosion (eau, vent, glace) etqui compte pour très peu en volume.Figure 18 - Tableau synoptique de la composition du globe terrestre (document Université deLaval - Québec)Figure 19 - Coupe sur le globe terrestre (Document USGS) indications sur la composition chimique etles températures des différents niveaux.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 19

3.4. Notion de dérive des continentsLa dérive des continents est une théorie proposée au début du siècle par le physicienmétéorologueAlfred Wegener.Au 17ème siècle des observateurs comme Francis Bacon en 1620, ont été étonnés par lasimilitude des tracés des côtes africaines et des côtes sud-américaines. Quelques tentativesde modèles furent faites. C’est seulement en 1915 qu’Alfred Wegener développa etargumenta l'idée du déplacement des continents à la surface de la planète. Sa théorie étaitétayée par la coïncidence des contours géologiques de part et d'autre de l'Atlantique sud,la similitude des séquences de roches et les indicateurs paléoclimatiques. Mais sa théoriefut d’abord rejetée par la communauté des géophysiciens.Dans les années quarante quelques géologues se sont peu à peu ralliés à l'hypothèse d'unmouvement des continents. Les derniers doutes furent levés en 1950, par les études sur lepaléomagnétisme des fonds océaniques. Le rôle des dorsales océaniques génératrices dematière sous l’action des courants de convection dans le manteau fut expliqué, grâce àl’étude des anomalies magnétiques décelées dans les planchers océaniques. Ce qui permitde déduire le phénomène de création continue de fonds océaniques.Figure 20 - Dérive des continents, représentation de Antonio Snider-Pellegrini en 1858(Document Université de Berkeley - Californie)Figure 21 - Alfred lothar WEGENER « Inventeur » de lathéorie de la dérive des continents (Document Alfred WegenerInstitute for Polar and Marine Research ; Bremerhaven, Allemagne)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 20

Figure 22 – Position actuelle des continents (Document Université de Laval - Québec)Wegener a imaginé que les continents sont les morceaux d'un seul bloc originel : laPangée.La tectonique des plaques aurait débuté vers -900 millions d'années. A cette époque, lespremiers boucliers continentaux remontés par convection de matériaux profonds dumanteau étaient déjà présents. Ces premiers continents se déplaçaient déjà sous l’effet descourants de convection. Il y a environ 270 millions d'années l’ensemble des terresémergées était réuni sous un continent unique, la Pangée. La Pangée, était entourée d'unvaste océan : la Panthalassa.La dynamique tectonique a abouti à l’aspect actuel de la planète.Figure 23 – La Pangée (Document Université de Laval - Québec) La reconstitution de Wegener (puiscelle plus précise de ses successeurs) montre que toutes les masses continentales ont été jadis réunies enun seul mégacontinent, la Pangée.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 21

Figure 24 - Corrélation des fossiles retrouvés sur les différents continents issus de ladislocation de la Pangée (Document USGS) On retrouve sur les continents actuels, une correspondanceentre les fossiles de plantes et d'animaux terrestres datant de 240 à 260 Ma. Avant la séparation de laPangée.Figure 25 - Les traces d'anciennes glaciations. (Document Université de Laval –Québec)On observe, sur certaines portions des continents actuels, des marques de glaciation datant d'il y a 250millions d'années, indiquant que ces portions de continents ont été recouvertes par une calotte glaciaire.Figure 26 – Glaciation sur la Pangée (Document Université de Laval -Québec) La reconstitutionsur la Pangée des marques de glaciation montre que le pôle Sud était recouvert d'une calotte glaciaire etque l'écoulement de la glace se faisait en périphérie de la calotte.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 22

La correspondance des structures géologiques.On observe évidemment aussi une concordance entre les structures géologiques descontinents anciennement réunis.Les continents flottent sur l’asthénosphèreLa croûte continentale est plus épaissesous les chaînes de montagnes que sousles plaines, cette situation répond auprincipe de l'isostasie qui veut qu'il y aitun équilibre entre les diverscompartiments de l'écorce terrestre, enliaison avec les différences de densité.Les croûtes océaniques, plus denses sontmoins épaisses et sont « recyclées » àterme dans l’asthénosphère (voir §3.52).Alors que les continents, moins densesque l’asthénosphère, "flottent" à sasurface et peuvent dériver les uns parrapport aux autres.Figure 27 - Dérive des continents depuis225 millions d’années (DocumentUniversité de Laval – Québec)3.5. Tectonique des plaques et sismicité associée auxdifférents types de limites entre plaquesAinsi, les séismes n'ont pas une répartition aléatoire à la surface de la planète, mais sontlocalisés pour leur immense majorité sur les frontières des plaques lithosphériques, ce quifacilite leur étude et la mise en place de politiques de prévention.La tectonique est la partie de la géologie qui étudie la nature et les causes desdéformations des ensembles rocheux, plus spécifiquement à grande échelle de lalithosphère terrestre. Une plaque est un volume rigide, peu épais par rapport à sasurface.On peut en première approche classer les séismes selon la profondeur de leur source, quipeut dépendre du type de frontière (voir explication des phénomènes plus loin).Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 23

- les séismes superficiels qui se produisent en faible profondeur, soit dans lespremières dizaines de kilomètres, se retrouvent autant aux frontières divergentesqu'aux frontières convergentes;- les séismes intermédiaires qui se produisent entre quelques dizaines et unecentaine de kilomètres de profondeur se concentrent uniquement au voisinage deslimites convergentes;- les séismes profonds qui se produisent à des profondeurs pouvant atteindreplusieurs centaines de kilomètres par rupture sous l’effet de la pesanteur desplaques « plongeant » vers la base de l'asthénosphère. Ces séismes se trouventexclusivement sur les limites convergentes. Très amortis, ils ne provoquent pas dedésordres sur les constructions et communément, en matière de définition de l’aléasismique régional on appelle « séismes profond » les séismes intermédiaires.Plaques tectoniquesFigure 28 - Répartition desplaques tectoniques à la surfacedu globe et sens de déplacement(Document X)Les plaques tectoniques sont en général « mixtes » et de tailles très variables : les plaquescontinentales sont souvent associées dans leurs déplacements à un « morceau » deplaque océanique.La tectonique des plaques est donc une théorie scientifique qui explique que lesdéformations de la lithosphère sont les conséquences des forces internes de la terre etque ces déformations se traduisent par le découpage de la lithosphère en un certainnombre de plaques rigides (13) qui bougent les unes par rapport aux autres en« glissant » sur l'asthénosphère.Une deuxième approche pour classer les séismes consiste à comprendre leursmécanismes, et le domaine tectonique qui leur est associé. C'est le long des limites entreplaques que l’activité sismique est la plus importante et que la caractérisation desdomaines tectoniques (voir § 3.6) doit être réalisée. Il existe trois types de limites :- les zones d'expansion océanique, dans lesquelles naît de la croûte océanique,- les zones de subduction, dans lesquelles disparaît du matériel crustal,- les zones transformantes, le long desquelles coulissent des plaques ou desfragments de plaques sans création ni résorption de croûte.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 24

Figure 29 - Types de frontières entre plaques (Document Université de laval - Québec)Les mouvements relatifs entre les plaques définissent trois types de frontières entre elles:1) les frontières divergentes, là où les plaques s'éloignent l'une de l'autre et où il y a production denouvelle croûte océanique; ici, entre les plaques A et B, et D et E;2) les frontières convergentes, là où deux plaques entrent en collision, conséquence de ladivergence; ici, entre les plaques B et C, et D et C;3) les frontières transformantes, lorsque deux plaques glissent latéralement l'une contre l'autre, lelong de failles; ce type de limites permet d'accommoder des différences de vitesses dans ledéplacement de plaques les unes par rapport aux autres, comme ici entre A et E, et entre B et D, oumême des inversions du sens du déplacement, comme ici entre les plaques B et E.La terre est une structure dont tous les éléments forment un grand système mupar la thermodynamique.Figure 30 - Coupe schématique sur la lithosphère et l'asthénosphère montrant plusieurs typesde frontières possibles entre les plaques (Document Université de Laval – Québec)Il existe des grandes cellules de convection dans le manteau qui sont le résultat du flux de chaleur qui va ducentre vers l'extérieur de la terre, un flux de chaleur dû à la décomposition des éléments radioactifscontenus dans les minéraux constitutifs de la terre. Ces cellules concentrent de la chaleur dans leur partieascendante, ce qui cause une fusion partielle du manteau supérieur et une expansion des matériaux. C'estcette expansion qui produit une dorsale médio-océanique (Voir § 3.51).Les mouvements de l'asthénosphère sous la lithosphère rigide entraînent cette dernière; ils provoquent destensions au niveau de la dorsale, causant la divergence et le magmatisme associé. Ainsi, il y a formationcontinuelle de nouvelle lithosphère océanique au niveau de la dorsale et élargissement progressif de l'océan.En contrepartie, puisque le globe terrestre n'est pas en expansion, il faut détruire de la lithosphère, ce qui sefait par enfoncement de lithosphère océanique dans les zones de subduction qui correspondent aux fossesocéaniques profondes (Voir 3.521). Les dorsales sont recoupées par des failles dites transformantes pouraccommoder des différences de vitesses de divergence (Voir 3.53).Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 25

Les vitesses de divergence et de convergence ne sont pas identiques partout. Ladivergence varie de 1,8 à 4,1 cm/an dans l'Atlantique et de 7,7 à plus de 18 cm/an dans lePacifique. La convergence se fait à raison de 3,7 à 5,5 cm/an dans le Pacifique. Ledéplacement transformant de la faille de San Andreas est de l’ordre de 5,5 cm/an.3.5.1. Limites divergentesLe phénomène de divergence commence sur un continent par la formation d’un fosséétroit ou rift accompagné d'un volcanisme basaltique. Le rift s’élargit et s'approfondit. Ilfinit par être envahi par la mer. Le rift central devient alors une dorsale médio-océanique,dont l'activité agrandit progressivement la taille de l'océan.Les schémas suivants illustrent le processus de création d’un rift continental etson évolution vers une dorsale océanique sous l’action du mouvementdivergeant en haut des cellules de convection de l’asthénosphère.Figure 31 - Phase 1. (Document Université de Laval - Québec)Lorsqu’une zone de convection se crée dans l’asthénosphère, l'accumulation de chaleur sous une plaquecontinentale cause une dilatation de la matière qui conduit à un bombement de la lithosphère. Il s'ensuit desforces de tension qui fracturent la lithosphère et amorcent le mouvement de divergence. Le magma viendras'infiltrer dans les fissures, ce qui causera par endroits du volcanisme continental; les laves formeront desvolcans ou s'écouleront le long des fissures. Un exemple de ce premier stade précurseur de la formation d'unocéan est la vallée du Rio Grande aux USA.Figure 32 - Phase 2. (Document Université de Laval - Québec)La poursuite des tensions produit un étirement de la lithosphère; il y aura alors effondrement en escalier, cequi produit une vallée appelée un rift continental. Il y aura des volcans et des épanchements de laves le longdes fractures. Le Grand Rift africain en Afrique orientale en est un bon exemple.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 26

Figure 33 - Phase 3. (Document Université de Laval - Québec)Avec la poursuite de l'étirement, le rift s'enfonce sous le niveau de la mer et les eaux marines envahissent lavallée. Deux morceaux de lithosphère continentale se séparent et s'éloignent progressivement l'un de l'autre.Le volcanisme sous-marin forme un premier plancher océanique basaltique (croûte océanique) de part etd'autre d'une dorsale embryonnaire; c'est le stade de mer linéaire, comme par exemple la Mer Rouge.Figure 34 - Phase 4. (Document Université de Laval - Québec)L'élargissement de la mer linéaire par l'étalement des fonds océaniques conduit à la formation d'un océan detype Atlantique, avec sa dorsale bien individualisée, ses plaines abyssales et ses plateaux continentauxcorrespondant à la marge de la croûte continentale.N-B : Les dorsales océaniques constituent des zones importantes de dissipation de lachaleur interne de la Terre.Figure 35 - Coupe schématique du cycle des fonds océaniques (Document Université de Laval -Québec) La convection dans l’asthénosphère provoque des concentrations de chaleur en certaines zones oùle matériel chauffé se dilate, ce qui explique le soulèvement correspondant à la dorsale océanique. Laconvection produit, dans la lithosphère, des forces de tension qui font que deux plaques divergent; elle estle moteur du « tapis roulant », entraînant la lithosphère océanique de part et d'autre de la dorsale. Entre lesdeux plaques divergentes, la venue de magma crée de la nouvelle croûte océanique.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 27

Figure 36 - Coupe schématique de détail d’une dorsale (Document Université de Laval -Québec)L'étalement des fonds océaniques crée dans la zone de dorsale, des tensions qui se traduisent par des faillesd'effondrement et des fractures ouvertes, ce qui forme au milieu de la dorsale, un fossé d'effondrementqu'on appelle un rift océanique. Le magma produit par la fusion partielle du manteau s'introduit dans lesfailles et les fractures du rift. Une partie de ce magma cristallise dans la lithosphère, alors qu'une autre estexpulsée sur le fond océanique sous forme de lave et forme des volcans sous-marins. C'est ce magmacristallisé qui forme de la nouvelle croûte océanique à mesure de l'étalement des fonds.C'est donc ainsi que se crée perpétuellement de la nouvelle lithosphère océanique auxniveaux des frontières divergentes, c'est-à-dire sur les dorsales médio-océaniques. Ceprocessus qui explique comment se sont formés les océans entre les continents.Sur les zones de divergence des plaques océaniques, la lithosphère océaniquedépasse rarement 10-15 km d’épaisseur, les séismes sont donc tous superficiels sur ceszones.Figure 37 - Faille de Pingvellir en Islande,terres émergées sur la dorsale Atlantique(Document Yann Arthus-Bertrand)On peut voir les déformations dues au régime enexpansion de la zone.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 28

Figure 38 - Cartographietopographique de la dorsalemédio-océanique Atlantique(Document USGS)N-B : L'iconographie de la tectonique des plaques représente les dorsales comme des« droites » sur un plan. En fait, la terre étant une sphère, le parcours de la dorsale estlinéaire sur la surface de cette sphère. On représente aussi les cellules de convection endeux dimensions; il faut faire un effort d'abstraction pour se les représenter en troisdimensions, à l'intérieur de la sphère.Inversion des champs magnétiques et datation du fond des océans.Les plaques océaniques divergent de part et d’autre de la dorsale océanique. Cephénomène est compensé par des apports de magma basaltique qui se solidifie en formede « coussins ». Ainsi la dorsale océanique est le lieu de création de la croûte océanique.En se refroidissant, les laves « fixent » l'orientation du champ magnétique du moment 1 .Figure 39 - Datation des fonds océaniquespar les inversions de polarité magnétique.(Document USGS)1 Le pôle magnétique de la planète est périodiquement inversé (sur de longues périodes). Il l’est pastoujours au nord. L’étude des champs magnétiques des fonds océaniques a permis d’établir que le champmagnétique terrestre avait subi des inversions périodiques et de déterminer ces périodes.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 29

Les fonds marins ont la polarité magnétique qui correspond à celle des pôles au moment où ils ont étécréés par refroidissement du magma sortant sur la dorsale. Les relevés de polarité des fonds sous-marins(que l’on peut dater), permettent de situer les époques d’inversion de la polarité du globe, donc de définirleur vitesse de progression. La vitesse d'expansion des fonds océaniques varie de 1 à 2 cm par an pour lesdorsales lentes, et atteint jusqu'à 10 cm et plus pour les dorsales rapides. Les dorsales lentes, telle la dorsalemédio-atlantique, présentent dans leur partie médiane, un rift, fossé profond de 2 000 m et large de 20 à 30km, alors que les dorsales rapides, comme la dorsale Est-Pacifique, en sont dépourvues et ne présententqu'un relief modéré. les chambres magmatiques n'y sont qu'à quelques kilomètres de profondeur.L’étude de ces champs magnétiques a mis en évidence la symétrie des fonds, d’autant plusanciens qu’éloignés de la dorsale. Les fonds océaniques les plus âgés avaient été forméspendant le jurassique ce qui indique qu’ils « disparaissent » puisqu’il n’y a pas de croûteocéanique aussi âgée que les croûtes continentales. C’est ce qu’on observe sur les limitesconvergentes en subduction.3.5.2. Limites convergentesAujourd'hui les géophysiciens sont d'accord pour dire que la terre n'est pas en expansion.Si la surface de la terre est un espace fini, le fait qu’il y ait création de matière auxfrontières divergentes implique que de la lithosphère est détruite ailleurs pour maintenirconstante la surface terrestre. Cette destruction se fait sur certaines frontièresconvergentes. La destruction de plaque se fait par l'enfoncement dans l'asthénosphèred'une plaque sous une autre plaque et par la fusion progressive de la portion de plaqueplongeant dans l'asthénosphère : le phénomène de subduction. Les manifestations decette convergence diffèrent selon la nature des plaques (océaniques ou continentales) quientrent en collision.Lorsque le mouvement de convergence fait « s’affronter » deux continents, donc deuxplaques « légères », le mécanisme de subduction d’une plaque plus dense que l’autre nepeut s’amorcer « aisément ». On assiste à un phénomène de surrection descontinents : formation et croissance de chaînes de montagnes.3.5.2.1. Subduction des plaques océaniquesUn premier type de collision résulte de la convergence entre deux plaques océaniques.Dans ce genre de collision, une des deux plaques (la plus dense, généralement la plusvieille) s'enfonce sous l'autre : c’est le phénomène de subduction (littéralement:conduire en-dessous).La ligne d'émergence du plan de subduction correspond à une fosse océanique.L’inclinaison des plans de subduction varie de 20 à 45°. Sur la bordure de la plaquechevauchante, s'accumulent des écailles tectoniques constituées par les sédiments quisont refoulés. Cet empilement constitue le prisme d'accrétion tectonique. La plaquechevauchante peut être une plaque continentale (voir plus loin) ou, parfois, une autreplaque océanique. On y observe alors un archipel d'îles volcaniques séparé du continentpar un bassin marginal (Japon, Antilles).Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 30

Figure 40 - Subduction entre plaques océaniques (Document Université de Laval - Québec)L'asthénosphère "digère" peu à peu la plaque lithosphérique subductée. Vers 100-150km de profondeur lesconditions (pression-température) provoquent la fusion partielle de cette plaque. Le magma résultant(liquide), moins dense que le milieu ambiant, monte vers la surface. Une grande partie de ce magma resteemprisonnée dans la lithosphère, mais une partie est expulsée à la surface, produisant des volcans sous laforme d'une série d'îles volcaniques (arc insulaire volcanique) sur le plancher océanique. De bons exemplesde cette situation se retrouvent dans le Pacifique-Ouest, avec les grandes fosses des Mariannes, de Tonga,des Kouriles et des Aléoutiennes, chacune possédant leur arc insulaire volcanique, ainsi que la fosse dePuerto Rico ayant donné naissance à l'arc des Antilles bordant la mer des Caraïbes Atlantique.LA ZONE DE SUBDUCTION DE L’ATLANTIQUE SOUS LA CARAÏBE0 100 200 kmArc insulaire Prisme d'accretion fosse océanique0100Zone deconcentrationdes foyerspeu profondsZone deconcentrationdes foyersprofondsAPLAQUE CARAIBEEDBCPLAQUE AMERIQUEProfondeur (en km)0-40-80MartiniqueCoupe n°11Séisme du 8/06/1999200A : Sources intraplaques caraïbe en faille normaleB : Sources intraplaques caraïbe intermédiaire-120-160300profondeur(km)C : Sources interplaques, plan de subductionD, E : Sources intraplaques Amérique subductéeFigure 41 - Coupes sur la subduction Antillaise (Documents Géo-Ter)La coupe schématique de gauche représente les différents domaines sismogènes associés à la subductionest-caribéenne et leurs mécanismes. En C, le plan de subduction lui-même, où sont attendues lesmagnitudes les plus élevées (les surfaces de ruptures les plus importantes). En A et B les séismes généréspar les contraintes en bordure de la plaque Caraïbe, de magnitudes possibles moins élevées (dimensions desfailles moins importantes), mais pouvant être (zone A) très proches des constructions et in fine aussi violentssur les terres émergées. En D et E, les séismes profonds dus aux ruptures de la plaque subductée sous sonpropre poids (Ces derniers sont très amortis lorsqu’ils arrivent à la surface).A droite une coupe sur les épicentres localisés : on reconnaît les différents domaines auxquels s’ajoutent lesséismes dus aux contraintes sur la plaque Amérique (zone de croûte océanique de l’Atlantique) à proximitédu plan de subduction.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 31-200-61.43°;14.63° -58.80°;15.26°040 80 120 160 200 240 280

Un second type de collision avec subduction est le résultat de la convergence entre uneplaque océanique et une plaque continentale. Dans ce type de collision, la plaqueocéanique plus dense s'enfonce sous la plaque continentale.Figure 42 - Subduction d'une plaque océanique sous une plaque continentale (DocumentUniversité de Laval - Québec)Les basaltes de la plaque océanique et les sédiments du plancher océanique s'enfoncent dans du matériel deplus en plus dense. Rendue à une profondeur excédant les 100 km, la plaque est partiellement fondue.Comme dans le cas précédent, la plus grande partie du magma restera emprisonnée dans la lithosphère (icicontinentale); le magma qui aura réussi à se frayer un chemin jusqu'à la surface formera une chaîne devolcans sur les continents (arc volcanique continental). De bons exemples de cette situation se retrouvent àla marge du Pacifique-Est, comme les volcans de la Chaîne des Cascades (Cascade Range) aux USA (incluantle Mont St. Helens) résultat de la subduction dans la fosse de Juan de Fuca et ceux de la Cordillère desAndes en Amérique du Sud reliés à la fosse du Pérou-Chili. Dans une phase avancée de la collision, lematériel sédimentaire qui se trouve sur les fonds océaniques et qui est transporté par le tapis roulant vientse concentrer au niveau de la zone de subduction pour former un prisme d'accrétion.Cas particulier de l'obductionL'obduction est le chevauchement de la croûte continentale par de la croûteocéanique. Elle peut être la conséquence d'une évolution particulière: transformationd'une dorsale océanique en zone de convergence (subduction), résorption du domaineocéanique, l'affrontement du continent et de la zone de subduction provoquant l'expulsiondu fond océanique sur le continent (c'est le cas de la Nouvelle-Calédonie).Ce phénomène suscite un grand intérêt chez les géologues. En effet, il permet d'observeraisément en trois dimensions un fragment de croûte océanique. Dans le Sultanat d'Omanon trouve une zone d’obduction d’une étendue longue de 500 km et large de 100 km.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 32

3.5.2.2. Surrection des plaques continentalesUn troisième type de collision implique la convergence de deux plaques continentales,elle s’accompagne de leur surrection. Les illustrations suivantes décrivent le phénomène.Figure 43 - Phase 1 (Document Université de Laval)L'espace océanique se refermant au fur et à mesure du rapprochement des deux plaques continentales, lematériel sédimentaire du plancher océanique, plus abondant près des continents, et celui du prismed'accrétion se concentrent de plus en plus; le prisme croît.Lorsque les deux plaques entrent en collision, le mécanisme se coince: le moteur dudéplacement (la convection dans le manteau supérieur) n'est pas assez fort pour enfoncerune des deux plaques dans l'asthénosphère à cause de la trop faible densité de lalithosphère continentale par rapport à celle de l'asthénosphère. Tout le matérielsédimentaire est comprimé et se soulève pour former une chaîne de montagnes où lesroches sont plissées et faillées. Des lambeaux de la croûte océanique peuvent même êtrecoincés dans des failles. Les deux plaques continentales se soudent pour n'en formerqu'une seule qui s’épaissit en altitude et en profondeur.Figure 44 - Phase 2 (Document Université de Laval - Québec)Toutes les grandes chaînes de montagnes plissées ont été formées par ce mécanisme. Un bon exemplerécent de cette situation, c'est la soudure de l'Inde au continent asiatique, il y a à peine quelques millionsd'années, avec la formation de l’Himalaya.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 33

SURRECTION DE L’HIMALAYAFigures 45 - (Documents USGS) (Photographie Gimmy Park Li.)Les coupes représentent de déplacement d’un point théorique pendant la surrection du massif himalayen. Leplan montre la progression de la plaque indienne au cours des 70 millions d’années passés.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 34

3.5.3. Limites transformantesLes frontières transformantes correspondent à de grandes fractures qui affectent toutel'épaisseur de la lithosphère; on utilise plus souvent le terme de failles transformantes.Ces failles permettent d'accommoder des différences dans les vitesses dedéplacement ou même des mouvements opposés entre les plaques, ou de fairele relais entre des limites divergentes et convergentes (ces failles transforment lemouvement entre divergence et convergence, de là leur nom de failles transformantes).Elles se trouvent le plus souvent, mais pas exclusivement, dans la lithosphère océaniqueoù elles compensent les différences de vitesses d’expansion sur les dorsales. Dans ce caselles sont sensiblement perpendiculaires à celles-ci.La faille de San Andreas en Californie est un autre bon exemple de limite transformante:elle assure le relais du mouvement entre la limite divergente de la dorsale du Pacifique-Est, la limite convergente des plaques Juan de Fuca-Amérique du Nord et la limitedivergente de la dorsale de Juan de Fuca.Figure 46 - Faille de San Andréas (Documents USGS)Elle concerne à la fois la lithosphère océanique et la lithosphère continentale. Elle constitue la limite entretrois plaques: plaque de Juan de Fuca, plaque de l'Amérique du Nord et plaque du Pacifique. Elle est trèsétudiée car elle concerne des millions de personnes. Au rythme actuel du déplacement (~ 5,5 cm/an), laville de Los Angeles sera au droit de San Francisco dans 10 Ma.La route qui traverse la faille donne l’échelle des reliefs associés au travail de ce décrochement sur lesroches.3.5.4. Cas des séismes intra plaquesMême si la grande majorité des séismes se situe aux frontières de plaques, il existe uneactivité sismique intra plaque, c'est à dire à l'intérieur même des plaques lithosphériques,loin des zones de contraintes identifiables à proximité de leurs frontières. Les séismes intraplaques continentaux sont plus difficile à expliquer, mais surtout à « prévoir » et localiser.Malheureusement ces séismes peuvent être très violents.N-B : les sismologues appellent « séismes intraplaques » les séismes proches d’une frontière tectoniquecomme un plan de subduction, mais hors de ce plan. En termes de politique de prévention on dénommeainsi les séismes éloignés des frontières tectoniques.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 35

3.6. De la modélisation des déplacements relatifs des plaquestectoniques à la définition des domaines tectoniquesFigure 47 - Représentation schématique des mouvements tectoniques à la surface de la planète(Document X)La modélisation de l’activité tectonique de la planète a permis de mieux caractériserl’activité sismique de chaque région. Cependant, le régime global associé à chaque limite(convergeant, expansif ou transformant) ne signifie pas que tous les domainessismotectoniques de la zone ont des mécanismes directement représentatifs de cesdéplacements. Ainsi on a des domaines de failles normales (expansion) à proximité desplans de subduction (convergence) en raison de l’interaction entre les plaques et desmodes de déformation locale. La cartographie des différents domaines tectoniques,comme ci-dessous en Italie permet de définir l’aléa sismique régional (voir § 6 et 7).Figure 48 – Carte des domainessismotectoniques de l’Italie (DocumentGNDT)Chaque domaine dont l’activité est étudiée pourétablir le zonage sismique réglementaire de l’Italieest repéré par un numéro. Chaque domainecorrespond à un mécanisme et une activitédistincte du domaine voisin. L’ensemble de cesdomaines suit bien les frontières tectoniques quibordent l’Adriatique et sont à l’origine duplissement de l’Arc Alpin.La sismicité associée à chaque domaine permetde définir l’aléa régional déterministe ouprobabiliste, et d’arbitrer le niveau de l’actionsismique pour les ouvrages à risque normal parune carte de zonage réglementaire.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 36

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4. La secousse sismique, caractérisation des ondessismiques4.1. Les types d’ondesLibérées par la rupture sur la faille, des ondes élastiques se propagent dans toutes lesdirections. Plusieurs types d’ondes aux effets différents sur les sols et les structures sontgénérés par le séisme.La connaissance des caractéristiques des différents types d’ondes (et de leurs conditions depropagation) permet de comprendre leur action sur une structure donnée en fonction dusite géologique où se situe la construction et de sa distance au foyer.4.1.1. Les ondes de volumeElles se propagent dans la masse terrestre depuis la source, elles sont réfléchies et/ouréfractées par les limites de couches de sol de densités différentes et par la surface (Voir§ 5.4). Ce sont les ondes de volume qui provoquent les déformations des constructionssous l’effet des forces d’inertie (leurs fréquences d’oscillation sont proches de celles desconstructions qu’elles peuvent mettre en résonance).- Les ondes P (Primaires) qui progressent en animant les sols traversés encompression/dilatation comme les spires d’un ressort.Les ondes P sont des ondes de compression assimilables aux ondes sonores et qui sepropagent dans tous les états de la matière (gazeux, liquide et solide). Les ondes P sedéplacent en créant successivement des zones de compression et des zones de dilatation.Les particules se déplacent selon un mouvement « avant-arrière » dans la direction de lapropagation de l'onde (Voir figure 48).• Vitesse : de l’ordre de 4 à 6 km/s (beaucoup moins selon la nature des roches tendres et des solstraversés près de la surface). Plus rapides que les ondes S, ce sont les premières enregistrées par lesappareils, d’où leur dénomination.• Périodes: de l’ordre de la seconde (de la fraction de seconde à quelques secondes)• Longueur d’onde: de l’ordre de 4 à 6 km- Les ondes S (Secondaires) qui progressent en cisaillant le solperpendiculairement à leur sens de cheminementLes ondes S sont des ondes de cisaillement qui ne se propagent que dans lessolides. Les particules oscillent dans un plan perpendiculaire à la direction de propagationde l'onde (Voir figure 48).• Vitesse : 60% de celle des ondes P• Périodes: de l’ordre de la seconde (de la fraction de seconde à quelques secondes)• Longueur d’onde: de l’ordre de 4 à 6 kmN-B : La vitesse de propagation des ondes sismiques est proportionnelle à la densité dumatériel dans lequel elles se propagent.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 38

Figure 49 – Représentation schématique du mouvement des ondes P et des ondes S(Document Université de Laval – Québec)4.1.2. Les ondes de surface (Ondes de Love et de Rayleigh)Elles sont générées par l’arrivée des ondes de volume à la surface du globe. Plus le séismeest profond, moins elles sont puissantes. Elles concernent les couches superficielles dessols. Les ondes de Love et de Rayleigh ont un contenu fréquentiel qui concerne certainesstructures, mais leur influence sur les constructions courantes est négligeable :• Vitesse : de l’ordre de 1 à 2 km/s• Périodes: de l’ordre de 20 s• Longueur d’onde: de l’ordre de 20 à 40 kmLes ondes de Love ou ondes L sont des ondes de cisaillement, comme les ondes S, maisqui oscillent dans un plan horizontal. Elles impriment au sol un mouvement de vibrationlatéral.Les ondes de Rayleigh ou ondes R sont assimilables à une vague; les particules du solse déplacent selon une ellipse rétrograde, créant une véritable vague qui affecte le sol lorsdes grands tremblements de terre.Figure 50 – Représentation schématique du mouvement des ondes L et R (Document X)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 39

4.2. Représentation dans le temps du mouvement sismiqueenregistré en un site : sismogrammes, accélérogrammesNotions de période et d’amplitude d’une ondeLa période et l’amplitude caractérisent les phénomènes ondulatoires. Pour les séismes ilpeut s’agir de caractériser le déplacement des particules de sol, leur vitesse dedéplacement et l’accélération de cette vitesse. Des caractéristiques du mouvementondulatoire dépend l’action possible des ondes sismiques sur les constructions.La fréquence (F, en Hz) est l’inverse de lapériode (T, en s).La période est la durée d’un cycle d’oscillation,la fréquence, le nombre de cycles par seconde.La notion de périodicité d’une sollicitationdynamique d’origine sismique serafondamentale pour la compréhension ducomportement dynamique des structures.L’amplitude traduit « l’énergie » dumouvement ondulatoire.Un signal sismique est complexe et aléatoire. Il peut être représenté commela superposition d’ondes (des différents types) de fréquences variées dontl’amplitude est plus ou moins importante. Un certain nombre de paramètres,dépendant de la source et des sols traversés conditionnent la nature dusignal sismique en un lieu. L’enjeu sera d’identifier les fréquences trèsénergétiques des signaux sismiques possibles sur le site à construire.= + +Nécessité d’identifier le signal possible d ’un séisme sur un site avant le séismeLa concordance entre les périodes de grande amplitude des oscillations pour un sol donnésous l’effet d’un séisme donné et les périodes propres d’oscillation d’une constructioncréent des phénomènes de résonance qui peuvent multiplier les accélérations que subit lastructure par 2 ou plus. C’est un des principaux facteurs de ruine s’il n’est pas pris enconsidération par le concepteur et le bureau d’études.L’un des objets de la sismologie appliquée est d’associer à chaque site un« outil de travail », appelé « spectre de réponse » (voir § 4.3 et 8.2), qui permetà l’architecte et à l’ingénieur d’évaluer la possible amplification des ondesarrivant sur le site par le bâtiment, en raison d’une mise en résonance de lastructure.La première étape pour y parvenir est d’enregistrer les séismes des différents types de sitepour en décomposer le signal.Enregistrement des séismesLa convention internationale est d’enregistrer les mouvements dans les trois directions :Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 40

N-S, E-O et verticale.3 types de capteurs: sismomètres (Déplacements), vélocimètres (Vitesses),accéléromètres (Accélérations). On utilise plus communément les accélérogrammes,enregistrements à partir desquels on peut retrouver la vitesse et le déplacement par calculintégral.Figure 51 - Principes schématiques des enregistrements dans les plans horizontaux et verticauxavec des appareils « mécaniques ». (Document EOST)Accélération (exprimée en m/s 2 ou en % de g, g = 9,81m/s 2 )On mesure les accélérations du sol dans les trois directions en fonction du temps.La recherche des pics d’accélération possibles sur une région donnée est le premierélément de l’évaluation du mouvement sismique pour l’application des règles de calculréglementaire. (En anglais PGA : Pic Ground Acceleration).Les accélérations, « en réponse » au séisme, de la structure conditionnent lesforces d’inertie qui vont s’appliquer à la structure et auxquelles elle devrarésister (Forces d’inertie = Masse(s) de la structure x Accélération(s) ).Figure 52 – Exemple d’accélérogramme (en cm/s 2 )En abscisse, le temps en secondes, et en ordonnée, les accélérations en cm/s 2 . Sur cet enregistrement uneaccélération maximale du sol (ou pic) de 4,6 m/s 2 ((0,46g) est repérée à 6 secondes.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 41

Vitesse (exprimée en m/s)On mesure les vitesses du sol dans les trois directions en fonction du temps. La vitesse« en réponse » au séisme est un paramètre du comportement dynamique des structures.La vitesse à laquelle se font les déformations dans une structure conditionnel’amortissement de l’énergie dynamique sous forme de chaleur (Forcesamorties = Coefficient(s) propre(s) au(x) matériau(x) x Vitesse(s) ). Cettedissipation de l’énergie dynamique réduit le niveau de contraintes dans la structure, doncses déformations (voir ci-dessous). Ainsi, pour les matériaux à coefficient d’amortissementnon négligeable, l’équation du séisme en fonction du temps introduit le paramètre de lavitesse.Figure 53 - Exemple de vélocigramme verticalEn abscisse le temps en secondes, en ordonnée la vitesse en m/s.Déplacement (exprimé en m)On mesure les déplacements du sol dans les trois directions en fonction du temps. Unestructure flexible peut subir des niveaux d’accélérations et des forces d’inertie acceptablesau regard de son dimensionnement, mais ses déformations peuvent être trop importantesà différents égards (pérennité de la structure, compatibilité avec les éléments secondaireset équipements.Les déplacements (déformations de la structure « en réponse » au séisme)possiblement importants sur les structures flexibles doivent être évalués etéquilibrés par les forces de rappel (Forces de rappel = coefficient(s) de raideurde la structure x déplacement). Il faut raidir (ou amortir, voir ci-dessus) les structuresdont la flexibilité provoquerait des déformations inacceptables.Figure 54 - Sismogramme Est-Ouest du séisme ligure de 1887.Les premiers sismomètres enregistraient des déplacements. Les oscillations mécaniques du bras autour d'unaxe vertical donnaient une "ordonnée courbe". Visiblement l’appareil s’est déréglé vers l’Est pendant leséisme.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 42

4.3. Représentation du mouvement enregistré en un site parson signal fréquentiel : le « spectre de réponse »Notion préalable :Le phénomène de mise en résonance d’un système par une oscillation forcéeChaque système (défini par ses matériaux et sa géométrie) a une « période propred’oscillation » : c’est celle de ses oscillations libres, jusqu’à arrêt du mouvement, aprèsune action unique le déplaçant (déformant) de sa position d’origine (exemple desoscillations du punching-ball après une poussée unique). La durée de cette période,propre au système, dépend de sa raideur, de sa masse et de la nature des liaisons entreses éléments et avec le « sol d’implantation ».Lorsque ce système est mis en mouvement par une action dynamique répétée du« sol d’implantation », si la période de cette action correspond à la période propred’oscillation du système, l’amplitude du mouvement du système augmente rapidement parmise en résonance. (Exemple de la balançoire qui reçoit de petites impulsions « encadence » avec sa période propre d’oscillation, ce qui fait croître l’amplitude dumouvement avec un faible apport énergétique, alors que des impulsions plus fortes, maisde période aléatoire seraient susceptibles de la ralentir et réduire l’amplitude de sesoscillations. N-B : L’analogie avec un oscillateur élastique déformé par les forces d’inertien’est pas exacte, mais l’illustration du phénomène de mise en résonance est valable)Ainsi, chaque site, caractérisé par ses données physiques (matériaux, géométrie desaccidents topographiques et/ou géométrie des couches de sol meuble sur le substratum),est un système qui va amplifier (ou atténuer) les différentes périodes qui composent lesignal sismique qui lui parvient depuis la source, en le « filtrant ». Chaque site auradonc un signal propre en réponse à un séisme donné.De même, chaque structure est un système qui possède une (ou plusieurs) période propred’oscillation et qui va amplifier (ou atténuer) les différentes composantes du signal propreau site. La « réponse » d’une structure est caractérisée par le niveaud’amplification ou d’atténuation du mouvement sismique que le sol luitransmet. Les constructions dont une période propre d’oscillation correspond àcelle(s) qui est (sont) amplifiée(s) par le site vont entrer en résonance avec lemouvement propre du site d’implantation, et leur mouvement « en réponse »pourra être multiplié par 3 et plus par rapport au mouvement de référence aurocher. C’est un des principaux facteurs de ruine totale en cas de séisme.La conception parasismique des structures vise, entre autres, la prévention del’amplification des secousses reçues du sol par la structure.Les études de sismologie visent donc la production, entre autres outils d’aide à laconception, de spectres de réponse, graphiques permettant à l’architecte et àl’ingénieur qui savent les lire de prendre en considération le phénomène d’amplificationpossible des secousses par la construction projetée.On doit donc distinguer (voir ci-après):- Le spectre de réponse d’un site à un séisme donné,- Le spectre de réponse d’un site aux différents séismes régionaux possiblesIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 43

- Le spectre de réponse réglementaire associé à une famille de sites comparables.Spectre de réponse des structures pour un site donné et un séisme donnéLe « spectre de réponse » des structures d’un site pour un séisme identifie les périodes du signal de ceséisme que ce site a amplifié (ou atténué) parmi celles qui sont parvenues au sol rocheux sous-jacent(mouvement de référence), et ainsi celles qui ont pu « exciter » les structures de période(s) propre(s)concordante(s) qui y sont implantées.Le « spectre de réponse » des structures, se présente sous la forme d’un « graphique » sur lequel on va lirele « coefficient » d’amplification (par mise en résonance) ou de dé-amplification (par non concordancedes périodes sol-bâtiment) des paramètres du mouvement sismique (déplacement, vitesse, accélération),mesurés au sol, par les différentes structures. Ainsi, on lira sur le spectre de réponse, la réponse de lastructure au signal du site en fonction de sa « période propre d’oscillation » et de son taux d’amortissement.Le spectre de réponse est établi par analyse du contenu fréquentiel du signalenregistré sur le site. Il est une représentation non temporelle, maisfréquentielle du séisme.Exemples de spectres de réponse pour un site et un séisme donné.Figure 55 - Spectres de réponse enaccélération, vitesse et déplacement d'unsite donné pour le séisme de Ceyhan-Misis. Quatre « courbes » pour chaqueparamètre, correspondant à quatre tauxd’amortissement du mouvement par lastructure différents (Turquie, 1998)On repère sur l’ordonnée la période propred’oscillations libres de l’oscillateur étudié(structure s’il s’agit de constructions) et on liten ordonnée le niveau de réponse de cetoscillateur. Dans le cas présent, les structuresde période propre 0,7 seconde ont amplifiéfortement les accélérations reçues, lesstructures de période propre inférieure à 0,3seconde et supérieure à une seconde ont eudes niveaux d’accélération faibles, ce qui a étéconstaté sur le terrain par les différents niveauxde désordres sur les différents types destructures selon leurs périodes propres. Lesstructures de période 1,2 seconde ont eu desréponses en déplacement élevées, ce qui peutexpliquer la dislocation de minarets de pierrequi n’ont pas supporté les déformations qu’ilssubissaient.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 44

- Pour un même séisme, on constatera des amplifications importantes des oscillations de périodescourtes sur les sites rocheux, et de périodes longues sur les sols meubles de grande épaisseur.- Pour un même site, les amplifications concerneront les périodes plus longues, mais à des niveauxplus faibles, pour les séismes lointains que pour les séismes proches (les fréquences élevées sontplus amorties avec la distance).Exemple de spectre de réponse pour un site donné et différentessources sismiquesEn termes de prévention, la connaissance du spectre de réponse d’un site pour un seulséisme n’est pas suffisante. En effet, les domaines fréquentiels des signaux parvenantd’une source proche ou lointaine ne sont pas les mêmes, on produira donc des spectresqui tiennent compte des différents signaux pouvant arriver sur le site.Le spectre de réponse des sites est un des outils issus des recherches ensismologie sans lesquels on ne peut pas faire de construction parasismique« démocratique ». Il permet de calculer avec des méthodes assez simplesl’action d’un séisme avec une très bonne fiabilité (spectre propre au site) ouune assez bonne fiabilité (spectre standard de la réglementation, voir plusloin).Figure 56 - Exemples de spectres enveloppes lissés pour un site (à El Centro, USA)A partir des spectres de réponse sur un site pour plusieurs séismes de sources différentes (signauxdifférents) on détermine des spectres de calcul qui « enveloppent », en les lissant, les différents pics desspectres réels. On peut alors les utiliser pour le calcul des structures en lisant sur l’ordonnée un niveaud’amplification qui est peut être surestimé, mais en principe pas trop sous-estimé.Le spectre en accélération est d’abord « calé », pour une période de 0 seconde (structure infiniment rigidese déplaçant avec le sol sans se déformer), au niveau d’accélération du sol vraisemblable sur le site (Issudes études d’aléa régional, voir § 7). Sur l’exemple ci-dessus il est calé à 3 m/s 2 . La réponse des structuresIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 45

qui s’y trouvent (définies par leur période propre) correspond au niveau d’amplification de cette accélération« régionale » par la structure. C’est celle que l’on lira sur le spectre. Sur l’exemple ci-dessus ; une structurede période = 0,4s ayant un taux d’amortissement ξ de 2%, sera calculée pour une accélération en réponsede 7 m/s 2 .Exemple de spectres de réponse réglementairesLorsqu’il s’agit de mettre en oeuvre une réglementation applicable à « tout le monde » àl’échelle d’un territoire national, quelques spectres de réponse doivent permettre dereprésenter l’enveloppe des différents séismes possibles sur tous les sites, de façon àfaciliter les études de dimensionnement des structures courantes. On réservera les étudesspécifiques (et coûteuses) aux grands enjeux.En France, les règles PS-92 (qui concernent tous les bâtiments courants situés en zonesismique) classent les sites selon quatre types S 0 , S 1 , S 2 et S 3 (du plus raide –rocher ouassimilé- au plus meuble) qui sont censés représenter tous les cas de figures.Les méthodes de calcul des « ouvrages à risque normal » concernés par les règles PS-92,calcul modal spectral, utilisent le spectre de réponse en accélération du mouvementsismique.La « forfaitisation » des différents sites d’implantation par 4 spectres de réponse enaccélération, correspondant à 4 sites types pour l’ensemble du territoire national,s’accompagne d’une marge d’erreur non négligeable, notamment en cas de picd’amplification important pour une période longue sur un sol meuble, qui peut donner desniveaux d’accélération réelle bien supérieurs à ceux du spectre de site S 3 , avec un risqued’effondrement de la structure à la clé pour estimation erronée de l’accélération de calcul.C’est une possibilité d’échec dont la faible probabilité d’occurrence est acceptée par lespolitiques de mitigation des risques par souci d’économie globale.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 46

Figure 57 – Exemple de spectreréglementaire en accélération (RèglesPS-92)On constate, ce qui est logique, que le spectreS 3 (sols meubles épais) donne des niveauxd’accélération en réponse plus importantspour les structures de période T élevées (>0,5 s) que les spectres pour sols plus raides(Mise en résonance possible des structuresflexibles par les sols souples).Le « plateau » (réponses des plus élevées dechaque spectre) devrait correspondre auxpériodes susceptibles d’être mises enrésonance par le sol, de façon probabiliste. Ilne signifie pas que toutes les structures de Tcorrespondantes seront mises en résonance.Que faire face aux marges d’erreurs des spectres réglementaires?La conception parasismique en amont du calcul réglementaire de l’action sismique (qui utilise des donnéespossiblement sur ou sous-évaluées), a pour objet de réduire les effets des erreurs sur les hypothèses decalcul en maîtrisant le comportement du bâtiment en cours d’endommagement afin de lui éviter la ruine encas de sous-évaluation, et en lui donnant une période propre la plus éloignée possible des domainesfréquentiels suspectés pour le site à partir de l’interprétation des sondages (Voir § 8.23).En ce qui concerne les grands enjeux, la définition du mouvement sismique et les méthodes de calcul quileur sont applicables sont plus précises que celles des règles PS-92 (voir § 10.2).Par ailleurs, des spectres de réponse plus précis que ceux des PS-92 sont en cours d’élaboration pour lesmicrozonages des PPR des grandes agglomérations situées en zone sismique (voir § 8.4).Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 47

5. La propagation des ondes sismiquesLes milieux traversés par les ondes sismiques vont conditionner le signal du site àconstruire. Pour cette raison la compréhension des modes de propagation des ondessismiques fait partie des domaines de recherche de la sismologie.5.1. Utilisation des caractéristiques de propagation des ondessismiquesLes différentes ondes sismiques ne se propagent pas de la même manière, ni à la mêmevitesse dans tous les milieux traversés. Cette propriété est utilisée entre autres pourcomprendre la nature physique du globe et pour déterminer les épicentres des séismes.Figure 58 - Les graphiques ci-dessus représentent les différences de vitesse de propagation desondes P et S dans les différentes strates du globe terrestre. (Document Université de Laval –Québec)Des enregistrements en différents points du globe des ondes P et des ondes S provenant des différentsséismes majeurs à des vitesses différentes ont permis de déterminer sur leurs trajets (en ligne directe entrel’épicentre et l’observatoire où se fait l’enregistrement en un point quelconque de la surface du globe) desvariations de densité, et la présence de milieux « liquides » dans lesquels les ondes S ne se propagent pas.Ainsi la géométrie et la nature des différentes strates de la planète ont pu être déterminées.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 48

5.2. Vitesses de propagation, détermination de l’épicentreMoins d'une heure après un tremblement de terre, on localise son épicentre. Commentarrive-t-on à localiser aussi rapidement et avec autant de précision un séisme?Les ondes P se propagent plus rapidement que les ondes S. Cette propriété permet delocaliser le séisme car les ondes sismiques sont enregistrées en plusieurs endroits duglobe.La détermination rapide des épicentres fait partie des outils de prévention des paysdéveloppés, elle permet de lancer les alertes dans les meilleurs délais. Ainsi la mise enréseau des observatoires et de leurs enregistrements est-elle réalisée pour permettre lasurveillance nationale et internationale 24h/24.Figure 59 - Décalage d'arrivée des ondes S par rapport aux ondes P : mesure de la distanceépicentrale (Documents Université de Laval – Québec)En un lieu donné, comme les ondes P arrivent en premier, il y aura sur l'enregistrement un décalage entre ledébut d'enregistrement des deux types d'ondes; ici par exemple, il y a un retard de 6 minutes des ondes Spar rapport aux ondes P. Le graphique suivant nous dit, par exemple, que pour franchir une distance de2000 kilomètres, l'onde P mettra 4,5 minutes, alors que l'onde S mettra 7,5 minutes pour parcourir la mêmedistance; il y a un décalage de 3 minutes. Pour un séisme donné, il s'agit de trouver à quelle distance sur cegraphique correspond le décalage obtenu sur l'enregistrement; on obtient alors la distance entre le séisme etle point d'enregistrement.Figure 60 - Détermination de l'épicentre(document Université de Laval – Québec)Un enregistrement ne nous donne cependant pas le lieudu séisme à la surface du globe. Pour connaître ce point,il nous faut au moins trois enregistrements.Dans cet exemple, considérons les enregistrements d'unséisme en trois points: Halifax, Vancouver et Miami. Lesenregistrements indiquent que le séisme se situe dans unrayon de 560 km d'Halifax, un rayon de 3900 km deVancouver et un rayon de 2500 km de Miami. On situedonc le séisme au point d'intersection des trois cercles,soit à La Malbaie. En pratique, on utilise évidemment plusque trois points.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 49

5.3. Lois d’atténuationLes lois d’atténuation du mouvement sismique par les sols traversés établissent la perted’énergie des ondes en relation avec la distance parcourue depuis la source.– En termes d’accélérations,– En termes de spectres de réponse (certaines périodes s’amortissent davantage surla distance).Les lois d’atténuation sont dépendantes du type de séisme et de sa profondeur. Or engénéral on utilise des lois établies suite à de gros séismes (Japon, Californie). Leur validitén’est pas absolue dans des contextes sismiques et géologiques très différents. Larecherche travaille entre autres à l’établissement de modèles numériques.Les lois d’atténuation prennent en considération :- l’atténuation radiale : la propagation des trains d’ondes est sphérique autour dela source et la surface de la sphère augmente avec la distance, ainsi, la quantitéd’énergie unitaire décroît assez rapidement avec la distance ;- l’amortissement : une partie de l’énergie ondulatoire est transformée en chaleurdans les sols traversés, ce qui contribue également à réduire l’intensité dessecousses avec la distance.L’établissement des lois d’atténuation permet de définir l’aléa sismique régional (ou la« violence » des secousses possibles au niveau du rocher d’un site, d’une région), à partirde la connaissance des sources « voisines » (voir § 7) et des milieux traversés.Figure 61 - Atténuation de l'énergie sismique (Document BRGM) Le schéma suivant symbolisel’atténuation du mouvement avec la distance. Nous verrons que les conditions locales de réponse des sitesfont que ce n’est pas systématique et qu’on peut avoir des amplifications locales à des distances trèsimportantes de l’épicentre.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 50

5.4. Réflexion, réfraction, diffraction des ondes aux interfacesdes sols et sous-sols différentsLe contraste d’impédance (dépendante de la densité des sols et de la vitesse depropagation des ondes S dans le matériau) entre les différents milieux traversés par lesondes sismiques modifie les champs d’ondes par réflexion 2 , réfraction 3 , diffraction 4 .Ainsi, les ondes sismiques peuvent se trouver « emprisonnées » dans une couchesupérieure de sol meuble par réflexion entre cette couche et le sous-sol rocheux et entrecette couche et la surface. Ce phénomène va amplifier les secousses et en prolonger ladurée.Les études géotechniques qui permettent de définir le profil des sols et détecter ce typede problèmes font partie des investigations nécessaires pour une bonne politique deréduction du risque sismique. Elles permettent de détecter et qualifier ces comportementsparticuliers des sites définis sous la terminologie d’effets de site, par la connaissance descaractéristiques physiques des sols et de leur géométrie.Figure 62 - Propagation des ondes sismiques aux limites des strates de sol (document MilanZacek).Ce phénomène explique les modifications sur signal sur les différents sites, dont les effets de site sur solmeuble.2 Réflexion : Changement de direction d’une onde (lumineuse, acoustique, radioélectrique) causé par unobstacle. (Lois de la réflexion, énoncées par Descartes. «Le rayon réfléchi est dans le plan du rayon incidentet de la normale à la surface de réflexion au point d’incidence. L’angle de réflexion est égal à l’angled’incidence.»)3 Réfraction : Déviation d’un rayon qui passe d’un milieu à un autre. L’Indice de réfraction dépend desdifférences d’impédance entre les milieux.4 Diffraction : Modification de la direction de propagation d’une onde au voisinage d’un obstacle.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 51

5.5. Modification des ondes par le siteAinsi, le signal sismique parvenant sur chaque site pour un séisme donné est-ilsensiblement différent. C’est bien à ce signal (fréquences, amplitudes et durée) que laconstruction devra résister et pas à une quantité d’énergie dépendant seulement de lamagnitude du séisme et de la distance épicentrale. Exemple :Figure 63 - Enregistrements d'un même séisme en des points différents (Document USGS)Ce document met en évidence plusieurs phénomènes : plus on s’éloigne de l’épicentre, plus l’arrivée desondes est tardive, ce qui est logique, mais par ailleurs la distance ne s’accompagne pas toujours de laréduction des accélérations ou de la durée du séisme. Ainsi, malgré l’atténuation du signal « au rocherhorizontal » par la distance, ce sont les conditions de site qui vont modifier le signal local en cas deconditions particulières : buttes, sols meubles, etc. (Si on établissait les spectres de réponse de cesenregistrements sur les différents sites on verrait aussi que les pics fréquentiels ne sont pas les mêmes). Cephénomène, appelé « effet de site » est décrit sommairement au § 8.2. Les politiques de préventionnécessitent l’identification des sites de comportements différents et leur caractérisation par des spectres deréponse spécifique.5.6. Les conditions de modification locale du mouvement fortNon linéaritéLe comportement des sols meubles est qualifié de « non linéaire », c’est à dire qu’il estdifférent selon la violence des secousses qui y parviennent. Ainsi les caractéristiques decomportement établies pour des mouvements faibles ne sont pas toujours valables pourdes mouvements forts. En effet, les sols meubles filtrent les hautes fréquences etamortissent davantage les mouvements forts que les mouvements faibles, ce qui estplutôt une bonne nouvelle en termes de sécurité (les spectres et leurs niveauxd’amplification sont souvent établis sur mouvements faibles, donc a priori surestimés),mais devrait être étudié en termes d’économies (pourquoi construire en fonction d’uneréponse plus élevée que la réponse réelle ?). La non-linéarité (l’amortissement) augmenteavec le niveau des sollicitations sismiques.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 52

La recherche travaille à caractériser les sols fortement non linéaires. Pour ce faire,disposer d’enregistrements sur différents sols d’un séisme de référence et de séries derépliques de magnitudes variables est nécessaire.On sait déjà que les sols peu consolidés, sous fortes accélérations, augmentent avec leniveau de sollicitation sismique leur taux d’atténuation anélastique des ondes (sansmodification macroscopique définitive de la structure du matériau) et diminuent leurmodule de cisaillement (sous l’action des ondes S).Ainsi on a un décalage de la fréquence fondamentale du sol vers les basses fréquences etune diminution générale de l’amplitude des ondes. On pourrait considérer que cephénomène est globalement favorable, mais le niveau de sollicitation peut rester assezimportant pour que certaines structures soient mises en résonance par les périodesd’oscillation qui sont donc plus longues sous séisme fort.Ces phénomènes sont encore trop mal identifiés pour être pris en considération par lesrègles de construction PS-92. Mais ils posent des interrogations pour l’établissement desspectres de microzonage des PPR à partir des enregistrements de mouvements faibles.La recherche a établi que la non-linéarité commence sur les sols sableux pour desaccélérations supérieures à 0,1 – 0,2g, et sur les autres sols meubles pour desaccélérations supérieures à 0,3 – 0,4g.Effets de siteLa topographie et la nature des couches de sol superficiel conditionnent fortement lemouvement sismique local. Ce phénomène est pris en considération de façon forfaitairepar les règles de construction PS-92. La compréhension et la maîtrise des phénomènes audelàde la stricte application des règles fait partie des objectifs de la conceptionparasismique, c’est pourquoi ils seront détaillés au § 8.2.5.7. L’intensité locale5.7.1. DéfinitionMesure en un lieu des effets du séisme, en termes de perception par la population (II àVI), désordres sur les constructions (VI à X), bouleversements sur l’environnement (X àXII). Elle s’écrit en chiffres romains quelle que soit l’échelle utilisée.5.7.2. Échelles de mesureMercalli a établi une échelle de mesure des effets locaux d’un séisme en 1902. Elle a étémodifiée en 1931. Elle évalue l'intensité d'un séisme sur une échelle discrète fermée de 12degrés (de I à XII).L’intensité est déterminée pour chaque site d’observation par l'ampleur des dégâts causéspar un séisme et par la perception qu'a eu la population du séisme. Il s'agit d'uneévaluation qui fait appel à une certaine subjectivité. Mais, à l'époque, on ne possédait pasles moyens d'établir une échelle objective comme la mesure de l’énergie à la source(Magnitude) et l’enregistrement des accélérations sur les sites.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 53

Intensité del'échelle deMercalliIIIIIIIVVVIVIIVIIIIXXXIXIIAucun mouvement n'est perçu.Effets ressentisQuelques personnes peuvent sentir un mouvement si elles sont aurepos et/ou dans les étages élevés de grands immeubles.A l'intérieur de bâtisses, beaucoup de gens sentent un légermouvement. Les objets suspendus bougent. En revanche, àl'extérieur, rien est ressenti.A l'intérieur, la plupart des gens ressentent un mouvement. Lesobjets suspendus bougent, mais aussi les fenêtres, plats, assiettes,loquets de porte.La plupart des gens ressentent le mouvement. Les personnessommeillant sont réveillées. Les portes claquent, la vaisselle secasse, les tableaux bougent, les petits objets se déplacent, lesarbres oscillent, les liquides peuvent déborder de récipients ouverts.Tout le monde sent le tremblement de terre. Les gens ont lamarche troublée, les objets, tableaux, tombent, le plâtre des murspeut se fendre, les arbres et les buissons sont secoués. Desdommages légers peuvent se produire dans des bâtiments malconstruits, mais aucun dommage structural.Les gens ont du mal à tenir debout. Les conducteurs sentent leurvoiture secouée. Quelques meubles peuvent se briser. Des briquespeuvent tomber des immeubles. Les dommages sont modérés dansles bâtiments bien construits, mais peuvent être considérable dansles autres.Les chauffeurs ont du mal à conduire. Les maisons avec de faiblesfondations bougent. De grandes structures telles que des cheminéesou des immeubles, peuvent se tordent et se briser. Les bâtimentsbien construits subissent de légers dommages, contrairement auxautres qui en subissent de sévères. Les branches des arbres secassent. Les collines peuvent se fissurer si la terre est humide. Leniveau de l'eau dans les puits peut changer.Tous les immeubles subissent de gros dommages. Les maisons sansfondations se déplacent. Quelques conduits souterrains se brisent.La terre se fissure.La plupart des bâtiments et leurs fondations sont détruites. Il en estde même pour quelques ponts. Des barrages sont sérieusementendommagés. Des éboulements se produisent. L'eau est détournéede son lit. De larges fissurent apparaissent sur le sol. Les rails dechemin de fer se courbent.La plupart des constructions s'effondrent. Des pont sont détruits.Les conduits souterrains sont détruits.Presque tout est détruit. Le sol bouge en ondulant. De grands pansde roches peuvent se déplacer.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 54

En présence d’appareils de mesure sur les sites on peut évaluer l’impact local du séismede façon plus précise en termes d’accélérations du sol. Le tableau suivant propose deséquivalences approximatives entre les accélérations du sol et les intensités observées.Mais il ne peut s’agir que d’approximations, puisque le niveau de désordres dépend de laréponse des structures présentes sur le site, donc des domaines fréquentiels respectifs dessols et des constructions et pas seulement des accélérations du sol.Intensité VII VII VII-VIII VIII VIII+ VIII-IX IX- IXAccélération nominale 0,10g 0,15g 0,20g 0,25g 0,30g 0,35g 0,40g 0,45gCe type d’observations post-sismiques a toujours un intérêt. Elle permet, sur les sites nonéquipé d’appareils d’enregistrement, d’évaluer les accélérations par corrélations, etd’établir à rebours la magnitude d’un séisme passé bien décrit à partir des isoséistes (voir§ 5.6.3) et des lois d’atténuation.L’échelle de Mercalli a été précisée par la suite notamment par Medvedev, Sponheuer etKarnik en 1964 (Echelle MSK), puis par l’European Macroseismic Scale (EMS), actuellementutilisée en Europe. L’évolution des techniques de construction, une meilleure connaissancedes comportements des matériaux et structures différentes et la volonté d’établir unecorrélation plus fine entre les niveaux d’accélération observés et les intensités ont abouti àces modifications (Il existe d’autres échelles que les trois citées).Globalement un degré de plus sur une échelle des intensités correspond audoublement des paramètres de déplacement de sol.Figure 64 - Echelle des intensités et prévention (Document BRGM)Dans la réalité le détail des observations en fonction du type de construction est beaucoup plus précis quesur ce tableau synthétique. Ce qu’il faut retenir de ce tableau c’est l’objectif des règles de construction : desbâtiments bien conçus et bien réalisés visant le non-effondrement jusqu’à une intensité locale de X, mêmeau prix de dommages graves nécessitant la reconstruction. Alors que ce que l’on observe sur le patrimoineexistant, c’est que pour certains bâtiments, les dommages graves commencent dès I = VII ! C’est ce qui estdétaillé par les différentes échelles d’intensité récentes, matériau par matériau.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 55

5.7.3. IsoséistesAprès un séisme on établit les courbes isoséistes : courbes d’égale intensité ou égaleaccélération.La localisation et la géométrie de la source sont des facteurs déterminants des isoséistes.Mais ce ne sont pas les seuls. Les conditions de site sont également très importantes.Figures 65 - Il n'y a pas de corrélation absolue entre la distance épicentrale et les isoséistes(documents USGS)Pour un séisme donné, ici Taiwan en 1999, les courbes isoséistes (égale intensité locale) décroissantesmontrent que l’atténuation de l’énergie sismique ne dépend pas que de la distance, mais aussi de la sourceet des sites (topographie et nature des sols). Ainsi à Taiwan les courbes isoséistes ont davantage étéconditionnées par l’orientation du massif montagneux que par l’azimut de la faille.En raison de la propagation radiale desondes, la profondeur du séisme est undes paramètres de l’espacement desisoséistes, donc de l’étendue duterritoire concerné par le séisme.Figure 66 - Isoséistes de séismes demagnitudes comparables mais de profondeursdifférentes (Document Milan Zacek)Le séisme de Vrancea, profondeur 100 km, M=7.2, aeu une intensité à l’épicentre de VII-VIII, moinsélevée que celle du séisme d’El Asnam, profondeur 12km, M=7.3, qui était de IX+. En revanche il a étéressenti (isoséiste III) sur un territoire beaucoup plusimportant.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 56

6. Les moyens de caractérisation de l’aléa sismiquerégional6.1. Problématique : établir des « modèles » sismotectoniquesDans les régions du monde où la sismicité est modérée (période de retour des séismesmajeurs proche ou supérieure à 100 ans), comme en France métropolitaine ou dans lesdépartements antillais, l’évaluation de l’aléa sismique régional passe par la caractérisationdes failles : localisation, géométrie, mécanisme, etc., de façon à pouvoir leur associer unemagnitude maximum (pour déterminer l’aléa sismique déterministe) et des magnitudespossibles pour des périodes déterminées (pour déterminer l’aléa sismique probabiliste), onétudie donc le cycle sismique des failles, ce qui nécessite une collecte de données pardifférents moyens.Cette collecte de données passe entre autres par l’observation de la microsismicité actuelle(microsismicité en l’absence de séisme fort) et par des recherches sur les indices de lasismicité passée.Jusqu’à l’arrivée d’un séisme majeur on ne dispose pas d’enregistrements de mouvementsforts pour établir les spectres de réponse précis des sites et les spectres réglementaires dumicrozonage des PPR le cas échéant.On peut néanmoins utiliser des spectres établis sur les enregistrements de la microsismicitépour les différents types de sites. Ils indiquent assez bien les pics, sauf sur solmeuble, mais pas les niveaux d’amplifications qui sont « surestimés » : l’amortissementpar les sols traversés est moins important que sur mouvements forts (Voir § 5.6).6.2. La sismicité instrumentaleOn désigne par sismicité instrumentale,l’enregistrement des séismes (en généralmicro-séismes). Elle permet d’établir lesspectres de réponse types à partir des sitesinstrumentés qui sont choisis à cet effetpour leurs caractéristiques de sol et detopographie. En outre, la localisation desépicentres des micro-séismes contribue à ladétection d’éventuelles failles sismogènes.Figure 67 - Epicentres localisés pour un and'enregistrements en Guadeloupe (1994).(Document IPGP)On voit se dessiner la faille de Port-Louis (nord-ouestGrande Terre). Après plusieurs années ou décenniesd'enregistrements une cartographie plus précise del’activité sismique peut être établie.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 57

6.3. La sismicité historiqueLa localisation des épicentres des séismes passés, à partir de la reconstitution desisoséistes, des lois d’atténuation et des connaissances actuelles sur les plans de failledonne également des informations intéressantes sur les cycles sismiques et les éventuelleszones de « lacune » sismique, zones susceptibles de traduire une accumulation decontraintes sur une durée importante, laissant présager une catastrophe plus ou moinsproche, comme ici sur la zone de subduction à l’Est de la Guadeloupe et de la Dominique.Figure 68 - Sismicité historique de l’est Caraïbe. (Document Géo-Ter) Séismes fortsFigure 69 - Sismicité historiquede l’arc des Petites Antilles –(Document Géo-Ter Fichier Midas-IPGH 1650 – 1999)Les données de la sismicitéinstrumentale viennent complétercelles de la sismicité historique pourdonner une représentation de l’activitésismique régionale.6.4. L’archéo-sismicitéIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 58

Dans les régions du monde où les vestiges archéologiques sont nombreux, on peut, enétudiant les déformations qu’ils ont subies, par exemple :- des déplacements sur une mosaïque de sol qui traduirait un jeu de faille ensurface ;- des déplacements relatifs entre les pierres d’une structure non effondrée quitraduirait un dommage post-sismique ;détecter des indices de séismes passés qui complètent, confirment et précisent, leschroniques écrites historiques. Ce type d’études se développe. Les tentativesd’interprétation tendent à identifier le nombre d’événements sismiques subis par l’ouvrageet à évaluer l’action sismique compte tenu des déplacements observés pour y associer unniveau d’accélération.En Égypte, en Chine, en Grèce ou en Italie on dispose, à ce titre, d’informations sur unpassé beaucoup plus ancien qu’en Amérique par exemple.6.5. La paléo-sismicitéL’observation des déformations régionales et locales (suivie d’études géotechniques)permet de détecter la présence de failles ayant joué en surface dans un passé lointain etdont le cycle serait trop long pour que les données actuelles et même historiques suffisentà leur étude. Elle permet en outre de mesurer les déplacements sur une faille séisme parséisme et de déterminer le cycle d’une faille.Figure 70 - Exemple schématique de déformations régionales. (Document GNDT - Italie.)Les déformations régionales se traduisent par une évolution dans le temps des niveaux relatifs, par exempleici, le niveau de la vallée s’abaisse par rapport au niveau de la montagne. Les déformations locales peuventêtre comme ici la formation d’un talus sur la zone d’émergence du plan de faille.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 59

Figure 71 - Exemple schématique d’évolution de paysage (Document GNDT – Italie)Lorsque de longues périodes se sont écoulées depuis le dernier jeu de la faille, la présence d’éboulementssuperficiels rend nécessaire la réalisation des sondages de part et d’autre de l’accident topographique avantinterprétation.Figure 72 - Les gradinsapparents dans ce paysagetraduisent 2-3000 ans deséismes et un affaissementtotal proche de 50m.(Document GNDT – Italie)Figure 73 Les étudestopographiques permettent dedétecter les accidents de sold’origine tectonique. Les étudesgéologiques complémentairespermettent de les caractériser.(Document GNDT – Italie)Parmi les moyens d’investigation il fautnoter que l’observation des stalactites enzone sismique permet de dater lesséismes très anciens : connaissant lavitesse de croissance d’une stalactite, enrepérant une rupture ancienne et enmesurant la croissance après cetterupture, on peut dater l’événement. Ouune série d’événements.6.6. Les investigations géotechniques et sismologiquesPour préciser l’activité d’une faille identifiée, et la localiser de façon précise si elle estsusceptible de jouer en surface, on précise les études précédentes par des investigationsgéotechniques et sismologiques, comme l’étude de tranchées ou la sismique-réfraction.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 60

Figure 74 - Tranchée d’observations paléosismiques dans les Abruzzes: étude de lastratigraphie et des déformations. (Document GNDT)Figure 75 - Géologues travaillant sur une tranchée pour étudier une ramification de la faille deSan Andréas (Document USGS)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 61

7. L’aléa sismique régional7.1. Estimation du mouvement sismique possible « aurocher horizontal » pour un site ou une région et de sapériodicité de retourLe mouvement sismique de référence, avant modification éventuelle par un site donné,c’est à dire le niveau d’accélération possible, retenu pour calculer l’action sismique, estdéterminé de façon probabiliste ou déterministe pour une région ou un site donné. Il estdit « au rocher horizontal ». C’est à dire qu’il ne prend pas en compte les modificationslocales de signal dues à la nature du site. Il dépend de la magnitude de référence pourchaque source régionale atténuée par leur distance au site concerné (Lois d’atténuation).7.2. Caractérisation des structures tectoniques susceptibles dejouerIl faut donc, par l’exploitation des données (enregistrements, historique et études sur leterrain estimer pour chaque faille ou réseaux de fracturation identifiés:- sa loi d’échelle (par l’étude de sa géométrie)- sa loi de fréquence-magnitude (voir ci-après)7.3. Lois de distribution fréquence-magnitudeL’établissement d’un diagramme du nombre de séismes enregistrés sur une faille pourchaque magnitude, pour une durée donnée fait apparaître une répartition régulière(nombre décroissant avec l’augmentation de la magnitude) pour une faille donnée.La droite ainsi établie caractérise l’activité de la faille, son cycle. Elle permet de déterminerla magnitude maximum plausible en prolongeant la droite (en complément des donnéesde la loi d’échelle).Figure 76 - Loi de fréquence-magnitude (ouGutenberg-Richter) pour le fossé rhénansupérieur. Elle a été établie sur la base desenregistrements de 1971 à 1979 en retenant sur lediagramme les nombreux points alignés (repassésen noir). Les quelques points non alignés ont unécart faible.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 62

MwMATINIQUE (80 km)Période de retourSourcesProchesSubductionM ≥ 4 5 ans 4 moisM ≥ 5 ? (50-75) 5 ansM ≥ 6 - 25 ansM ≥ 7 - 150 ansNombre annuel de séismes de magnitude supérieure à Mw1E+31E+21010.10.011E-3NOMBRE ANNUEL DE SEISMES > Mw(période 1650-1999)Source : GEO-TER (1999)DONNEES DE SISMICITE (ARC)MARTINIQUE - SEISMES H>15 kmMARTINIQUE - SOURCES SUPERFICIELLES (H

Figures 78 - Cartographie du zonage sismique déterministe en France métropolitaine et auxAntilles (Documents BRGM)Les études poussées des domaines sismotectoniques ont permis d’établir les cartes d’aléa régional« déterministe » ci-dessus. Ce zonage est beaucoup plus précis que celui qui est actuellement utilisé pourl’application des règles PS-92 qui est lui-même sous-tendu par une approche historique des séismesmaximum connus. L’approche sismotectonique déterministe permet de faire des distinctions entre lesdifférentes zones des deux départements antillais par exemple (voir carte réglementaire au § 9). Ceci parlocalisation et évaluation précise des sources potentielles et application des lois d’atténuation selon ladistance de ces sources.Sur la carte antillaise, on observe dans l’encadré de droite les spectres de réponse établis pour les différenteszones pour les séismes lointains (en rouge, ceux de la zone de subduction) et pour les séismes proches (envert).Il faut préciser que les spectres présentés ne tiennent pas compte du taux d’amortissement des structures etdes différents sites.L’évolution de ces connaissances locales aboutira un jour à une traduction réglementaire à l’occasion d’unchangement des règles de construction parasismiques : Il y aura un nouvel arbitrage entre une augmentationdu niveau de sécurité et l’effort qui peut être consenti par la société à ce moment là. Néanmoins, pour lesouvrages à risque normal la future réglementation (EC8) va plutôt vers l’évaluation probabiliste de l’aléasismique régional.7.5. Évaluation probabiliste de l’aléa sismique régionalPour les ouvrages à risque normal, on ne peut pas demander aux populations de seprotéger contre un événement qui ne surviendra que tous les 5000 ans, même sil’événement est susceptible de se produire « demain ». Par l’étude des cycles sismiquesdes différents domaines sismotectoniques (Lois de fréquence-magnitude) on peutidentifier la valeur de la magnitude maximum pouvant être associée à un laps de tempschoisi.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 64

Les enjeux visés étant moins élevés et la couverture de l’ensemble du territoire devant sefaire à moins de frais, l’approche est « simplifiée ».L’approche est la suivante :- Connaissance historique de la macro-sismicité (à défaut d’études disponibles sur lesunités sismotectoniques), dans ce cas tout repose sur la valeur de l’échantillonnage- Etablissement de lois de distribution fréquence-magnitude.- Le séisme de référence est « laissé » sur son site (et non rapproché au point le plusproche du domaine) et pondéré par les lois d’atténuation comme précédemment.Le laps de temps retenu par la puissance publique pour l’application réglementaire de cetype de zonage est un arbitrage politique dépendant des conditions économiques. Eneffet, si ou retient une période plus longue, on prend en considération des magnitudesplus élevées dont la récurrence est moindre, dons l’action sismique de calcul sera plusélevée et le coût de la construction plus élevé.Figure 79 - Carte de l'aléa sismique régional probabiliste de la France métropolitaine pour unepériode de retour de 475 ans (Document BRGM) Ce document ne ressemble pas du tout à la carte del’aléa déterministe, ce qui indique que les séismes violents possibles dans la région de Nice, de la Durance,des Pyrénées orientales et de la région de Bâle, connus dans le passé, ont une période de retour trèslongue. Ainsi, les valeurs des « accélérations nominales » (mouvement sismique « au rocher ») retenuespour chaque région sont-elles beaucoup plus faibles, puisque les « grands séismes » plus rares ne sont pasretenus.7.6. Zonage de l’aléa régional: Echelle d’étude 1/1 000 000Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 65

La précision de ce type de document est de l’ordre du 1/1 000 000.Figure 80 - Carte de l’aléa régional probabiliste des petites Antilles (Document BRGM)L’étude de l’aléa sismique régional donne la carte d’aléa probabiliste ci-contre. On y observe bien que leszones les plus proches de la zone de subduction ont les accélérations nominales les plus élevées. Onconstate également que l’aléa est plus élevé au large de la Guadeloupe, c’est dû aux variations du pendagede la subduction.C’est bien sur les terres émergées (zones construites) que les valeurs estimées nous intéressent.Réglementation française relative aux méthodes de détermination de l’aléasismique régional:Pour les ouvrages à risque spécial (arrêté du 10 mai 1993) on retient pour déterminer l’aléarégional la méthode déterministe. (Voir § 10.2112)Pour les ouvrages à risque normal (arrêté du 27 mai 1997) on retient pour déterminerl’aléa régional des valeurs forfaitaires de l’accélération au rocher dépendant du zonageréglementaire (voir § 10.211) et de la classe des bâtiments : l’accélération nominale a N .(Voir § 11.2111)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 66

8. L’aléa sismique localUne fois défini l’aléa sismique régional du site à construire, et avant même d’entreprendrela phase « esquisse » du projet, il convient, en zone de risque sismique, de vérifierl’opportunité d’implantation du (des) bâtiment (s) sur le site retenu. En d’autrestermes, de caractériser l’aléa sismique local. C’est obligatoire pour les ouvrages à risquespécial et souhaitable pour les autres. En effet, un séisme génère :- Des effets directs : actions du sol sur les ouvrages, de type oscillatoire, jeu de la failleen surface.- Des effets de site : modification sensible du signal par un site, pouvant amplifier lesaccélérations du sol pour certaines fréquences.- Des effets induits : grands mouvements de sol ou d’eau pouvant agir sur les ouvrages:- déclenchement d’un phénomène latent par la mise en action des sols (chutes depierres, glissements de terrain, éboulis, subsidence…)- genèse d’un phénomène lié au caractère ondulatoire du mouvement(liquéfaction des sols, tsunamis, seiches).Figure 81 - Localisation schématique des effets possibles d’un séisme (Document Géo-Ter)Les effets du séisme peuvent être plus ou moins destructeurs d’un lieu à l’autre, pour unemême construction, parfois à quelques dizaines de mètres près. L’étude de l’aléa localpermet ainsi de préciser la part du risque liée au site d’implantation.S’il peut être envisagé de répondre à l’action de type oscillatoire par des dispositionsarchitecturales et constructives appropriées, il faut éviter absolument les conséquencesdes effets induits (agir sur le phénomène avant le séisme, ou implanter le bâtiment horszone d’effet induit).De même, il convient de vérifier l’adéquation entre le programme et le site:Le site lui-même peut ne pas aggraver la vulnérabilité potentielle d’un bâtiment, mais sesvoies d’accès ou ses viabilités peuvent être très vulnérables. Ce qui n’est pas acceptablepour certaines classes de bâtiments qui ont une nécessité vitale de pérennité des viabilitéset circulations, comme les hôpitaux ou les centres de secours par exemple.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 67

Certains problèmes de sol d’implantation ne peuvent être identifiés qu’à la suite d’étudesgéotechniques. D’autres peuvent être détectés par une simple observation du site surplace et/ou la lecture des cartes géologiques régionales. Il faut néanmoins prendre l’avisde spécialistes compétents afin de préciser l’aléa local.8.1. Effets directs du séisme8.1.1. Le mouvement « au rocher » (rappel)C’est le mouvement régional de référence (niveau d’accélération). Il est établi de façondéterministe ou probabiliste par les études d’aléa régional. Faute de mieux, on retiendrales valeurs réglementaires qui en tout état de cause sont les valeurs légales, même si lesétudes montrent qu’elles sont souvent surestimées (ceci compense en général la possiblesous-estimation des amplifications locales par des spectres de réponse réglementaires).8.1.2. Les bouleversements topographiques à grande échelleHeureusement assez rares, ces effets directs du séisme ne se produisent qu’en cas deséisme superficiel de magnitude très élevée. Les variations de niveau entre les« compartiments » situés de part et d’autre de la rupture ont atteint plusieurs mètres lorsdu séisme d’Alaska (1964).Figure 82 - Séisme d’Alaska en 1964. (Document X)Sur une étendue concernant des centaines de kilomètres une partie des terres a subi une surrectionculminant à +8m, une autre une subsidence allant jusqu’à –2m.Le problème se pose pour les grandes agglomérations et ouvrages importants situés surdes sites tectoniques associés à ce type de conditions.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 68

Figure 83 - Séisme de Messine (1908)(Document GNDT) Ici, les points de levée figuranten rose sont remontés (jusqu’à 13 cm), et ceux enbleu sont descendus (parfois de plus de 50 cm)Figure 84 - Séisme d’Izmit(1999) (Document CNRS –IPGP et SPOT Image)Lors de ce séisme, une partie de lacommune de Gölcük a subi unesubsidence : zones teintées de bleuvif sur l’image satellite. C’était pourpartie des zones urbanisées.Figure 85 - Séisme d’Izmit,Zone de subsidence à Gölcük(document BRGM)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 69

8.1.3. Le jeu d’une faille en surfaceLe risque lié au jeu d’une faille en surface (déplacement visible du sol, de part et d’autrede la faille, en hauteur et/ou en longueur) a une probabilité d’occurrence très faible enFrance. Il doit néanmoins être étudié précisément pour les ouvrages à risque spécial, etpour les bâtiments d’intérêt stratégique (classes C et D). Les constructions qui seraientimplantées sur une faille jouant en surface verraient leurs fondations (et l’ensemble de lastructure par conséquence) cisaillées par ce déplacement pouvant atteindre plusieursmètres dans certaines régions du monde!). Actuellement ce risque, bien que faible enFrance métropolitaine et aux Antilles est évalué aux Antilles. Les déplacements attendussont faibles (moins de 20 cm). En termes d’aléa il est traduit sur les cartes des PPR pardes bandes de neutralisation (inconstructibles), larges pour tenir compte de l’incertitude siles études précises n’ont pas encore été entreprises.Le jeu de la faille peut être apparent en surface si:– La Magnitude du séisme > 5.5– Son foyer a une profondeur < 5kmMAGNITUDE LONGUEUR DE REJET ENRUPTURESURFACE5.0 3 - 4 km --6.0 10 - 15 km ~ 20 cm7.0 40 - 50 km 1 -2 m8.0 200 - 300 km 4 - 6 m9.0 800 - 1000 km 15 - 20 mFigure 86 - Séisme de Taiwan, 1999, rejet de faille de près de trois mètres de haut dans unbâtiment (Document USGS)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 70

Figure 87 - Séisme d’Izmit (Turquie, 1999), décrochement en surface de 3,70m à cet endroit(Document AFPS)Règles PS-92, article 4.11. Voisinage des faillesSauf nécessité absolue, aucun ouvrage ne doit être édifié au voisinage immédiat d’unezone faillée reconnue active, éventuellement repérée sur les Plans d’Exposition auxRisques, dits PER 5 ; ces plans peuvent fixer la largeur des bandes à neutraliser de part etd’autre de l’accident et, le cas échéant, des bandes dans lesquelles il convient de prendreen compte un mouvement de calcul plus sévère.8.2. Effets de site : amplification localisée du signal sismiqueChaque site, même à équidistance du foyer sismique, a une « réponse » qui lui est propreaux différents séismes et il modifie les ondes qui parviennent au rocher sous-jacent.Le rocher peut être affleurant, et dans ce cas c’est la morphologie du site, s’il n’est passensiblement plan qui conditionnera l’amplification éventuelle de certaines composantesfréquentielles des ondes sismiques.Mais le plus souvent, c’est une épaisseur, plus ou moins importante, de sol plus ou moinsmeuble qui va agir comme un « filtre » et qui va amplifier certaines composantesfréquentielles du signal ou dé-amplifier certaines autres.C’est ce qu’on appelle un « effet de site ». Les études permettant de qualifier les effets desite possibles avant l’arrivée d’un séisme majeur passent par la définition de leurscaractéristiques géométriques, géomécaniques et géodynamiques. Elles ont pour but laproduction de « spectres de réponse » qui permettront à l’architecte d’identifier lesstructures plus vulnérables aux mouvements locaux et à l’ingénieur de calculer l’actionsismique propre au « couple sol-structure ».5 Actuellement Plans de Prévention des Risques (un PER approuvé vaut un PPR)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 71

Figure 88 - Séisme du 8 juin 1999 en Martinique (Document Géo-Ter)Les différents enregistrements du séisme indiquent un comportement dynamique très différent pour lesdifférents sites d’enregistrement. Outre l’arrivée plus ou moins tardive du séisme en fonction de la distance àl’épicentre, on voit que la valeur des accélérations est très sensiblement différente d’un site à l’autre, ainsique la durée du séisme. On peut même sur certains signaux identifier de sols dont le signal se situe plutôtdans les basses fréquences.8.2.1. Topographies amplifiant l’action sismique: butte, crête, bord defalaiseLa réflexion des ondes sismiques à l’intérieur de ces reliefs peut amplifier les secousses quiy parviennent, et plus particulièrement les composantes vibratoires correspondant auxcaractéristiques géométriques propres du site (effet de site). Les constructions implantéessur ce type de reliefs pourront subir une action sismique beaucoup plus importante quesur un site voisin non accidenté s’il y a concordance des fréquences du sol et du bâtiment.S’il n’est pas envisageable de changer d’implantation, il convient de prendre lesdispositions architecturales nécessaires (par exemple modification de la fréquence propredu bâtiment) et/ou des dispositions constructives appropriées (résistance mécaniqueaccrue, isolateurs, amortisseurs…)Figure 89 - Séisme de Lambesc, 1909,destruction des constructions situées sur labutte de Rognes par effet de site.(Document X)Toutes les constructions de pierre hourdées aumortier de chaux étaient peu résistantes. Pour ceséisme modéré, seules celles qui étaient situéessur la butte ont subi des accélérations assezélevées, par effet de site, pour s’effondrer.Il faut noter pour le cas des buttes, la possibleinsuffisance du coefficient topographique des PS-92 (maximum 1,4).Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 72

8.2.2. Discontinuité latérale de densité du solFigure 90 Séisme de Lambesc, 1909 Le caractère sélectifde l'amplification des ondes sismiques sur un site est mis enévidence par cet exemple. L’église se trouvait sur une buttecomme à Rognes. Le corps de l’église de période propre pluscourte que celle du clocher a été mis en résonance par lespériodes courtes du site s’est effondré. Alors que les faiblescaractéristiques mécaniques du clocher ont « suffi » à assurersa résistance puisque sa « réponse » au séisme était faible enraison de la non-concordance de sa période avec celles du sol.Les phénomènes de réflexion des ondes sur ces zones en raison des fortes variationsd’impédance entre les différents milieux (par exemple vallées rocheuses partiellementremplies d’alluvions) génèrent également des phénomènes d’amplification locale desondes sismiques par aggravation du phénomène décrit ci-après.8.2.3. Sol alluvionnaire de forte épaisseur amplifiant l’action sismiqueLa réflexion des ondes sismiques « prisonnières » à l’intérieur d’une couche de sol meubleentre la surface et le substratum rocheux a pour conséquence d’amplifier certainescomposantes des secousses sismiques qui y parviennent (en fonction de la période propredu système qui dépend de la nature physique du sol et de sa géométrie). Cescomposantes peuvent être très sous-estimées par les spectres des sols S 3 de laréglementation.En outre, ce type de sols permet une bonne propagation des ondes de surface (périodelongue) et prolonge notablement la durée de l’action sismique, alors que les méthodes decalcul « modal-spectral » des PS-92 ne tiennent pas compte de la durée du séisme.Les constructions de période propre plutôt élevée sur les sols meubles peuvent subir uneaction sismique beaucoup plus importante que sur le sol rocheux: éventuelle mise enrésonance si concordance entre les périodes propres du sol et celles du bâtiment,augmentation de l’amplitude des déplacements différentiels sur les fondations,prolongation de la sollicitation…S’il n’est pas envisageable de changer d’implantation, il convient d’éviter absolument lamise en résonance du bâtiment par concordance entre la fréquence propre du site et celledu bâtiment (ou de disposer un système d’amortisseur pour éviter l’amplification), et deprendre toutes les dispositions constructives liées à ce site sensible, notamment desfondations descendues au bon sol. Il faut noter que les spectres réglementaires nepermettent pas de prendre en compte un effet de site important sur sol meuble.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 73

Figure 91 - Séisme de Mexico (Document BRGM)Exemple remarquable de l'amplification du mouvement sismique pour une période T proche de 2 secondesdans cette cuvette alluvionnaire située à 350 km de l'épicentre. Les accélérations atténuées par la distance àun niveau de 0,035g au rocher ont été amplifiées par la mise en résonance du sol à 0,17g pour cette périodequi est celle de la cuvette définie par son matériau (limons) et sa géométrie (H = 50 m). Les constructionsqui avaient elles-mêmes une période de 2s se sont mises en résonance avec le sol et ont subi des gravesdommages ou l’effondrement, car leurs accélérations en réponse ont atteint 0,7g.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 74

Figure 92 - Mexico 1985. (Document EQIIS – USA) Coupde fouet sur les étages supérieurs par mise en résonance dubâtiment et du sol.Figure 93 - Mexico 1985 (Document NISEE-USA)Le bâtiment du premier plan, dont les périodes propres d’oscillation (courtes) ne sont pas entrées enrésonance avec le sol, n’a pas subi de dommages bien qu’il soit apparemment très vulnérable. A l’arrièreplan on devine un immeuble plus élancé qui a lui subi des dommages importants par « coup de fouet dansles étages » bien qu’étant vraisemblablement « mieux construit ». Il a « répondu » au séisme par desaccélérations et des déformations importantes de sa structure en raison d’une mise en résonance.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 75

EFFETS DE SITE ET REGLEMENTATION FRANCAISE POUR LES OUVRAGES A RISQUE NORMALRègles PS-92,article 5.2. DEFINITION DE L’ACTION SISMIQQUELe mouvement sismique de calcul est défini par les paramètres suivants :- L’accélération nominale a N déjà définie au 3.3.- L’ordonnée du spectre de dimensionnement normalisé dépendant des formations géologiques du site etde la période T, appelée R D (T),- Un coefficient lié à la topographie τ,- Un coefficient correctif d’amortissement ρ,On désigne par la suite le produit de ces paramètres par R(T)R(T) = a N .R D (T).ρ.τLa définition des spectres de dimensionnement normalisés repose sur les classifications des articles 5.21 et5.22article 5.21. Classification des solsEn vue de la définition des sites types, les sols sont classés en quatre groupes, en fonction de leurspropriétés mécaniques, comme indiqué ci-après :- Rocher sain ;- Groupe a : sols de résistance bonne à très bonne (par exemple sables et graviers compacts, marnes ouargiles raides ou fortement consolidées)- Groupe b : sols de résistance moyenne (par exemple roches altérées, sables et graviers moyennementcompacts, marnes ou argiles de raideur moyenne) ;- Groupe c : sols de faible résistance (par exemple sables ou graviers lâches, argiles molles, craiesaltérées, vases).article 5.22. Classification des sitesIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 76

Il est considéré quatre types de sites correspondant aux descriptions suivantes :Sites S 0- sites rocheux (site de référence)- sols du groupe a en épaisseur inférieure à 15mSites S1- sols du groupe a en épaisseur supérieure à 15m- sols du groupe b en épaisseur inférieure à 15mSites S 2- sols du groupe b en épaisseur comprise entre 15m et 50m- sols du groupe c en épaisseur inférieure à 10mSites S 3- sols du groupe b en épaisseur supérieure à 50m- sols du groupe c en épaisseur comprise entre 10 et 100mDans le cas de sites comportant des sols du groupe c en épaisseur supérieure à 100m, il convient deprocéder à une étude particulière en vue de la détermination d’un spectre spécifique.Ces descriptions supposent que les sols en cause sont disposés en formations à peu près régulières. Dans lecas de formations irrégulières ou lenticulaires, ou en cas d’ambiguïté, il convient de procéder à l’assimilationqui, compte-tenu de la forme des spectres ci-après et des périodes propres de la structure, conduit au degréde conservation immédiatement supérieur.article 5.24. Coefficient d’amplification topographiqueIl est tenu compte d’un coefficient multiplicateur τ dit d’amplification topographique pour les ouvrages situésen rebord de crête.Si on considère une arête C délimitant un versant aval de pente I (tangente de l’angle de pente) et unversant amont de pente i, et si :- H > ou = 10m (H étant la hauteur de l’arête au dessus de la base du relief)- i < ou = I/3Le coefficient τ- prend la valeur:τ = 1 pour I-i

Le problème est posé des spectres de réponse réglementaires qui ne permettent pas deprendre en compte les effets de site importants.On peut, de manière empirique avoir une première indication de la période fondamentaled’oscillation d’un sol dont on aura détecté par carottage un fort contraste d’impédanceavec le substratum rocheux, par sa nature et sa hauteur.Connaissant l’épaisseur H de la couche et sa nature, on peut lire dans le tableau declassement des sols des PS-92 la vitesse de propagation des ondes S dans le type de sol.Par la formule 4H/V S on a un ordre d’idée assez fiable de la période (par exemple àMexico, H=50 m de sol meuble, V S environ 100m/s, donc T = 2s).Par des méthodes aussi empiriques on peut avoir une approximation de la périodefondamentale d’une construction. Si les ordres de grandeur entre T sol et T bât sont proches,il conviendra de se livrer à des études plus approfondies que la simple application desrègles… ou de changer l’architecture pour modifier la période du bâtiment ou lui conférerun amortissement très élevé… En tout état de cause, ne pas se contenter aveuglément del’application des accélérations réglementaires de calcul sur les sols meubles.PARAMETRES DETERMINANT LE MOUVEMENT VIBRATOIRE1- La sourceTaille du séisme : MagnitudeContenu spectralChute de contrainteEffets de directivité(géométrie récepteur / sens de propagation de la rupture, + champ proche)Basses et Hautes fréquencesHétérogénéités du processus de ruptureHautes fréquences2- Propagation (1) : crustaleFacteur de qualité / Amortissement Structure profonde ProfondeurDécroissance spatiale et radiale2- Propagation (2) : Conditions localesRigiditéPiégeage et résonance : fi , AiGéométrieRelief de surfaceFocalisation + ? ?Interfaces (vallées, bassins, irrégularités)Diffraction, réflexionAmplification et prolongationNon-linéarités de comportementDiminution de la rigidité et augmentation de l’amortissementRéduction, voire élimination ( ?), des effets d’amplification8.3. Effets induits par les secousses sismiques sur les sites8.3.1. Glissements de terrains, chutes de pierres (purge)Les paramètres de suspicion d’une instabilité de terrain en pente sont géométriques(influence du % de pente par exemple), géologiques et géotechniques (influence de laIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 78

cohésion des sols), hydrauliques (influence des circulations et présence d’eaux) etclimatiques. On retient des facteurs d’aggravation du décrochement possible du sol enfonction des caractéristiques des séismes prévisibles dans la région.Dans certains cas, comme au Salvador (2001) à Santa Tecla, on soupçonne qu’un effet desite (mise en résonance d’une colline) a aggravé la sollicitation sur les versants instables.Il convient d’éviter absolument l’implantation sur les sols potentiellement instables enraison de la trop grande présomption de sinistre en cas de séisme car il n’existe pas desolution constructive pour se protéger d’un glissement de terrain important.Bord de falaise ou de talus instableOutre les problèmes d’amplification de l’action sismique exposés ci-avant, en cas deséisme ce type de site peut être le siège de ruptures et d’éboulements qui peuvententraîner les constructions qui y seraient implantées.Figure 94 - Séisme de Kobé, 1995, (Document NISEE -USA)Glissement de terrain ayant entraîné la perte totale de d’unbâtiment « parasismique » situé en bord de talus instable.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 79

Site en penteDe la même manière, le risque est représenté par le glissement du sol vers lesconstructions aval, mais également par la « régression » (progression vers l’amont de lazone d’éboulement) vers les biens situés en amont de la zone instable. Indépendammentde la détermination du risque de glissement des sols, il faut absolument, sur les sites enpente, veiller à implanter les fondations sur un sol homogène (attention aux déblaisremblais).Pied de falaise ou de versant instablePour les mêmes raisons de purge potentielle de la falaise ou du versant dominant un site,il convient d’éviter l’implantation des constructions sur les zones aval concernées par lerisque (avalanches de pierres ou coulées de boues…), dont l’étendue doit être déterminéeavec soin… Ce qui n’est pas facile.Figure 95 - Séisme du Salvador, 2001 (DocumentAssociated Press)Glissement de terrain à Santa Tecla ayant entraîné la perte totaled’un quartier (300 constructions ensevelies) dont les constructionsn’ont pas souffert des oscillations (signal riche en périodeslongues, ayant déclenché le glissement et constructions basses depériodes courtes). Des centaines de constructions voisines sansdommages ont été évacuées par la suite de façon définitive.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 80

Figure 96 - Chute de blocs (Document P. Balandier)Cette habitation en Guadeloupe (zone sismique III) a été traversée par des blocs rocheux, situés à l’origineen amont de la pente, sans séisme… Le séisme est un « puissant » facteur déclenchant de purge de penteset falaises. Il convient de procéder à cette purge avant de construire ou d’éviter certaines implantations si laprévention ne peut être assurée par la destruction de quelques blocs.8.3.2. Liquéfaction des terrains granulaires saturés d’eauEn cas de présence de couches de sable ou limons non cohérents à grains de faiblesdimensions (0.05 à 2mm) et de granulométrie « déterminée » à proximité de la surface, laprésence d’eau à saturation est un facteur de déclenchement du phénomène de« liquéfaction » en cas de secousse sismique. La violence et la durée possible du séismeen sont des facteurs déterminants.Dans ce cas, la « déstructuration » totale du sol peut entraîner la perte des constructionsdont la superstructure est réputée parasismique. Il faut soit descendre les fondations aubon sol, soit traiter le sol pour lui donner les caractéristiques souhaitées, soit éviter cessites pour l’implantation des constructions.Figure 97 - Séisme de Caracas,1967, (Document USGS)« Enfoncement » d’un bâtiment dansle sol sous l’effet d’un tassementlocalisé dû au phénomène deliquéfaction.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 81

Le phénomèneSous l’action des ondes P, la pression d’eau interstitielle des sols granulaires augmente etleur fait perdre leur cohésion. Des jets d’eau et de sable remontent à la surface sous l’effetde cette pression et sont projetés en l’air avant de retomber sous forme de cônes desable. Des affaissements localisés par tassement de la couche de sable, dont les grains se« réorganisent », se produisent.Les études géotechniques permettent d’identifier les critères de susceptibilité à laliquéfaction des sols et de détecter les zones où le phénomène pourrait se produire en casde séisme majeur.A cet égard, âge du dépôt, granulométrie, saturation d’eau, et taux de contrainte cycliquedes sols sont déterminants et bien précisés par les règles PS-92.Figure 98 - Séisme d’Izmit (1999) (Document AFPS).Ce bâtiment sur radier s’est enfoncé dans le sol de façon non symétrique. Lorsque le centre de gravité estsorti de la base de sustentation il a basculé. Son encastrement dans le sol a stoppé sa course. Il faut noterqu’il n’est pas disloqué et que ses vitrages sont intacts : Les ondes S qui déforment la construction ne sepropagent pas en milieu liquide. Ce sont les ondes P, ondes de compression qui génèrent le phénomène deliquéfaction.Figure 99 - Séisme d’Izmit 1999(Document BRGM)Cône de liquéfaction en ville : un jet d’eauet de sable est sorti sous pression à cetendroit là pendant le séisme.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 82

Figure 100 - Séisme de Kobé 1995(Document AFPS)Les désordres consécutifs au phénomènede liquéfaction concernent aussi largementles VRD que les structures.Mouvement de terrain dû à la liquéfaction du sol sous-jacent d’un talusLorsque la couche de sol liquéfiée se trouve sous un talus, un glissement de terrain induitpeut s’en suivre. Ce cas de figure concerne particulièrement les rivages.Figure 101 - Coupe schématique d’un glissement de talus sur sol liquéfié (Document BRGM)Figure 102 - Séisme d’Anchorage 1964 (Document X) Illustration dramatique d’un glissement de talusde grande ampleur sur une zone liquéfiée.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 83

Règles PS-92, article 4.12. Zones suspectes de liquéfactionLes couches de sol présentant les caractéristiques décrites dans l’article 9.12 doivent être à prioriconsidérées comme susceptibles de donner lieu à des phénomènes de liquéfaction.L’évaluation du risque de liquéfaction doit être faite suivant les dispositions des articles 9.12 à 9.15 ; lesmesures à prendre lorsque la sécurité apparaît insuffisante vis-à-vis de ce risque sont précisées à l’article9.16).Ces caractéristiques des sols liquéfiables, définies par les règles PS-92 ont été vérifiées àmaintes reprises sur les séismes majeurs. Or, elles n’ont en général pas été vérifiées pourla cartographie des Atlas communaux et des PPR français qui mentionnent une suspicionde liquéfaction pour des zones sur les seuls critères de présence d’eau et de sables oulimons. La vérification de ces critères sur les zones urbanisées et à urbaniser seraitsouhaitable pour des raisons économiques, car elle permettrait de lever la suspicion surnombre d’entre elles.8.3.3. Subsidence sur cavitésLe sol peut présenter toutes les caractéristiques apparentes d’un bon sol de fondations,mais la présence de cavités à proximité de la surface (gypse, anciennes carrières…) peutentraîner la ruine des constructions se trouvant au-dessus en cas de rupture de la voûtenaturelle ou artificielle sous l’action d’un séisme. L’effondrement est brutal si la cavité esttrès proche de la surface, les tassements du sol de surface plus ou moins importants dansles autres cas.On peut difficilement envisager des investigations systématiques, mais dans les régionsminières, les zones de gypse et de karst, s’il y a la moindre suspicion, il est préférable deprocéder à des sondages et essais géophysiques avant toute décision d’implantation. Dansle cas de cavités stabilisées et peu profondes on peut envisager de procéder à desinjections, et/ou réaliser des fondations spéciales.8.3.4. TsunamisLe raz de marée (qu'on appelle du nom japonais "tsunami" dans le Pacifique) constitue unphénomène particulièrement destructeur consécutif à un séisme. Il peut survenir plusieursheures après le séisme, et à des milliers de kilomètres de l’épicentre. Les Tsunamis quitraversent le pacifique sont observés par satellite par les japonais qui lancent le caséchéant une alerte d’évacuation des rivages.Figure 103 - Document Université de Laval (A) Un séismedéclenché dans la croûte océanique engendre un mouvementoscillatoire de l'eau (vagues). Ces vagues sont à peine perceptiblesen eau profonde (moins d'un mètre d'amplitude), mais s'enflent eneau peu profonde pour atteindre des amplitudes allant jusqu'à 30m. La vitesse de propagation de ces vagues est de 500 à 800km/heure et leur périodicité est de l'ordre de 15 à 60 minutes. Ainsi,un raz de marée initié par un séisme qui se sera produit à 1000 kmdes côtes viendra frapper ces côtes 2 heures plus tard. On peutaisément imaginer l'effet destructeur de telles vagues sur les côteshabitées. (B) A l'approche du raz de marée, il se produit d'abord unretrait de la Mer (ce qui est de nature à attirer les curieux). (C)Vient ensuite la première vague. (D) Celle-ci peut être suivie d'unsecond retrait, puis d'une autre vague.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 84

8.3.5. Effets d’origine anthropique, problèmes urbainsD’autres effets induits par la secousse sismique sont susceptibles de provoquer desdésordres ou la ruine des bâtiments : propagation des incendies post-sismiques,inondations par rupture d’une retenue d’eau, action de remblais lourds sur sols instables,purge des terrassements sans soutènement …Il est difficile de prétendre maîtriser tous les facteurs d’effets induits anthropiques.Cependant une discipline d’observation du site, d’investigations sur documents, etd’études géologiques ou géotechniques en rapport avec les enjeux de la construction enprojet … et la prise de décisions politiques permet de réduire sensiblement l’aléa lié auxeffets induits anthropiques.Outre la problématique de l’aléa local pour un bâtiment à construire en zone urbanisée,c’est toute la politique d’aménagement du territoire qui doit être envisagée en fonction del’aléa sismique : VRD, grands équipements, transports, etc.Figure 104 - Séisme de Kobé, 1995, (Document NISEE – USA)Propagation à grande échelle d’un incendie post-sismique ayant entraîné des pertes colossales sur desbâtiments parasismiques.Ainsi, bien que le sujet soit complexe, et dépasse l’objet strict de la sismologie appliquée àla construction, avec des incidences éventuellement lourdes sur la programmation et lebudget, il est souhaitable, pour une véritable démarche parasismique, de prendre enconsidération l’environnement construit et sa vulnérabilité.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 85

8.4. Microzonage de l’aléa local : Echelle d’étude 1/10 000Les études de microzonage sismique, réalisées par des sismologues, et desgéotechniciens sont désormais généralisées dans les régions sismiques très peuplées…des pays riches. Rappelons pour mémoire les différents aspects de l’aléa sismique qu’ilconvient d’identifier et de cartographier en vue de l’évaluation de la vulnérabilité deséléments à risque.- Mouvement de référence « régional » au rocher horizontal après localisation etétude des mécanismes des failles actives susceptibles de rejouer et de leursmagnitudes associées et lois d’atténuation.- Localisation des failles actives susceptibles de jouer en surface.- Identification et cartographie des sites susceptibles d’amplifier certainescomposantes des mouvements sismiques attendus (séismes lointains, séismesproches), évaluation de cette amplification traduite par les spectres de réponsedes sites cartographiés.- Identification et évaluation des possibles effets induits (glissements de terrain,chute de blocs, subsidence, liquéfaction, tsunamis…)Pour l’urbanisme parasismique, il conviendrait d’ajouter à cette cartographie les possibleseffets induits urbains : encombrements de voirie par la ruine des édifices trèsvulnérables, propagation d’incendies en tissu continu, pollutions diverses…Figure 105 - Cartographie de plusieurs aléas induits par le séisme à Fort de France (DocumentBRGM)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 86

Figure 106 - Cartographie del’amplification topographique etde la bande de neutralisation defaille de Dillon à Fort de France(Document BRGM)Figure 107 - Microzonage deszones à réponse dynamiquehomogène à Fort-de-France. Unspectre de réponse des structuresest associé à chaque zone.(Document BRGM)Figure 108 Spectres de réponseassociés au microzonage spectral deFort-de-France (Document BRGM)On voit également sur ce document lesspectres S0 à S3 des PS-92.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 87

LES REGLES PS-92 ET LES PROBLEMES DE SITES ET SOLS D’IMPLANTATIONLe chapitre 4, qui définit les règles générales de conception accorde une part importanteaux:– Choix du site– Reconnaissances de sol– Prise en compte du sol pour le choix des fondations4. REGLES GENERALES DE CONCEPTION4.1. Choix du site4.2. Reconnaissances et études de sol4.3. Fondations4.4. StructuresLe chapitre 9, qui précise les règles propres aux fondations définit:– Les critères de liquéfaction, de stabilité des pentes– Les dispositions propres aux différents types de fondations– La vérification de la portance des sols naturels et remblayés9. FONDATIONS9.1. Liquéfaction des sols9.2. Stabilité des pentes9.3. Dispositions techniques concernant les ouvrages de fondation9.4. Calcul des fondations profondes9.5. Vérification de la force portante9.6. Fondations sur sols substitués compactés9.7. (non) Prise en compte de l ’interaction sol-structureLe chapitre 10 est consacré aux problèmes de soutènement des pentes et présente lescritères de vérification de leur stabilité.10. PAROIS D ’INFRASTRUCTURE ET OUVRAGES DE SOUTENEMENT10.1. Règles générales10.2. Méthodes de calcul simplifiées10.3. Vérification de stabilité10.4. Vérification de résistance10.5. Murs de soutènement isolésIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 88

9. Les notions d’aléa, vulnérabilité et risque9.1. Terminologie UNDRO pour les risques majeursLes différents concepts relatifs à la gestion des risques majeurs font l’objet d’uneterminologie internationale adoptée par les Nations Unies (UNDRO)ALEA NATUREL ( Natural Hazard): Probabilité d’occurrence, dans une région et au coursd’une période donnée, d’un phénomène naturel susceptible de causer des dommages.VULNERABILITE (Vulnerability): Degré de perte ou d’endommagement d’un élémentdonné exposé au risque (ou d’un ensemble d’éléments), résultant de l’occurrence d’unphénomène naturel de magnitude donnée et s’exprimant sur une échelle de 0 (absence dedommages) à 1 (perte totale).RISQUE SPECIFIQUE (Specific Risk): Estimation du niveau des pertes pouvant êtreattendues suite à un phénomène naturel particulier, exprimées par une fonction de l’aléaet de la vulnérabilité.ELEMENTS A RISQUE (Elements at Risk): Populations, constructions, activités civiles,services publics, installations et infrastructures, etc., exposés au risque dans une régiondonnée.RISQUE (Risk): Estimation quantifiée des pertes en vies humaines, des blessés, desdommages aux biens, et des perturbations de l’activité économique pouvant êtreattendues suite à un phénomène naturel particulier, soit le produit du risque spécifique etdes éléments à risque.RISQUE ACCEPTABLE (Acceptable Risk): Niveau des pertes humaines et matériellesperçues par la communauté ou les autorités compétentes comme tolérable, dans le cadredes actions visant à minimiser le risque de catastrophe.CATASTROPHE (Disaster): Grave interruption du fonctionnement d’une sociétéengendrant de larges pertes humaines, matérielles ou environnementales qui dépassentles capacités de la société à faire face avec ses seules ressources propres. Lescatastrophes sont souvent classées selon leur mode d’occurrence (brusque ou progressif)ou selon leur origine (naturelle ou anthropique)PREVENTION (Prevention): Ensemble des actions destinées à fournir une protectionpermanente contre les catastrophes. Comprend les mesures pratiques de protection« physique » et relevant de l’ingénierie, comme les mesures législatives contrôlantl’aménagement du territoire et la planification urbaine. (Voir « préparation »)PREPARATION (Preparednes): Actions destinées à minimiser les pertes en vieshumaines et les dommages, à organiser l’évacuation temporaire des populations et desbiens d’un lieu menacé et à faciliter les opérations opportunes et espaces de sauvetage,secours et réhabilitation.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 89

PREVISION (Forecast): Etat ou estimation statistique de l’occurrence d’un événementfutur. Le sens de ce terme varie selon son emploi dans différentes disciplines, de mêmeque celui de « prédiction ».PREDICTION (Prediction): État de la date, du lieu et de la magnitude attendus d’unévénement futur (pour les séismes et éruptions volcaniques).9.2. Terminologie et concepts propres au risque sismiqueALEA SISMIQUE (Seismic Hazard): Ai, en un site donné, probabilité qu’au cours d’unepériode de référence (ex: probabilité annuelle), une secousse sismique atteigne oudépasse en ce site une certaine intensité (I, Amax, Vmax).EVALUER L’ALEA SISMIQUE D’UN SITE = calculer la fonction de répartition duparamètre choisi lors d’un séisme dont l’occurrence suit une loi de distribution connue.La VULNERABILITE V (Vulnerability) au sens commun, concerne le milieu construit(Vulnérabilité structurale).La vulnérabilité d’une construction ou d’une catégorie de constructions représente la perteproportionnelle (en%) exprimant le rapport du coût des dommages subis à la valeur de laconstruction. Elle dépend de l’intensité locale de la secousse subie:– Sensiblement nulle pour I inférieur ou égal à VI– Proche de 100% pour I supérieur ou égal à XIÉvaluer la vulnérabilité d’une construction = calculer une FONCTIOND’ENDOMMAGEMENT en fonction de l’intensité de la secousse et estimer le coût de lareconstruction.Le RISQUE SISMIQUE SECIFIQUE Ri (Seismic specific risk) définit la probabilité depertes, rapportée à une construction (ou une catégorie de constructions) de valeur unité,au cours d’une période de référence.Évaluer le RISQUE SISMIQUE SPECIFIQUE = convoluer les deux fonctions: aléasismique et vulnérabilitéRi = Ai x VLe RISQUE SISMIQUE R (Seismic risk) est la probabilité de pertes au cours d’unepériode de référence et dans la région considérée.– Proportionnelle au nombre de vies humaines et à la valeur des biens exposés.– Dépend de l’occupation humaine de la région considérée.EVALUER LE RISQUE SISMIQUE DANS UNE REGION = multiplier les risquessismiques spécifiques Ri, pour les divers sites de la région, par la valeur (coût Ci) desbiens existants (ou projetés) sur chaque site et sommer tous les risques.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 90

10. La traduction réglementaire des études desismologie appliquée: arbitrages politiques10.1. La politique de gestion des risques naturels majeursPROBLEMATIQUE SOCIO-POLITIQUE DE LA CATASTROPHELes sociétés concernées par la possibilité d’occurrence de catastrophes d’origine sismiquedoivent organiser une politique de mitigation du risque sismique selon ses différentsaspects :MITIGATION DU RISQUE (ACTIONS PREALABLES)• Prévention– Recherche scientifique et technique– Formation des professionnels acteurs de la mitigation du risque– Évaluation de l’aléa et de la vulnérabilité– Réduction de la vulnérabilité des constructions à venir» Législation» Réglementation» Financements• Préparation– Information du public– Réhabilitation parasismique de l’existant– Plans d’urgenceCRISE (ACTIONS D’URGENCE)• Organisation des secoursREPONSE A LA CRISE (ACTIONS EN VUE DU RETOUR A LA NORMALE)• Reconstruction• Réhabilitation• Politiques d’indemnisationENJEUX DE SOCIETESLes arbitrages politiques déterminant le niveau d’exigence légal pour la protection desbiens et des personnes dépendent du niveau de sensibilité de la société au problème et sefont en considération des facteurs :HumainsEconomiques (directs et indirects)Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 91

Définition des enjeux : notion de valeur économique et patrimoniale (artistique,historique, culturelles…) des biens.Un bien de vulnérabilité donnée, soumis à un aléa donné, représente un enjeu dont lavaleur dépend de paramètres plus ou moins aisés à définir. Ces paramètres dépendent dela société. On peut citer notamment :- pertes humaines potentielles par effondrement (morts, blessés), directes ou indirectes,- pertes matérielles potentielles par ruine, directes (le bien lui-même) ou indirectes(pertes d’exploitation, atteinte à d’autres biens),- atteintes à l’environnement (pollutions par exemple)Figure 109 - Séisme d’Izmit, 1999. (Document EERI – USA) La perte d’une raffinerie de pétrole a unimpact sur l’économie d’une région qui est infiniment plus important que la valeur des installations. Il faut yajouter une atteinte à l’environnement.Figure 110 - Séisme de Taiwan, 1999. (Document EQE – USA) Il en va de même pour la perte d’ungrand barrage. A ce titre, ces constructions font l’objet de procédures de construction plus complexes, cellesdes Ouvrages à Risque Spécial.- pertes patrimoniales (monuments, objets d’art…) qui n’ont pas une valeur matérielle ensoi, mais une valeur de mémoire pour la société,- pertes sociologiques (déstructuration temporaire ou durable d’une société), la crisesismique est un traumatisme dont la société qui en est victime ne sort pas indemne.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 92

ARBITRAGESIls doivent être faits entre :- Incidence économique de la prévention sur le neuf et sur l’existant- Incidence économique de la catastrophe, ramenée à sa probabilité d’occurrence.Un pari à faire ? Les arbitrages nécessitent une bonne connaissance de la sismologie, del’aléa, de la vulnérabilité. L’arbitrage politique peut éventuellement être élevé par choix dumaître d’ouvrage.En général :Le séisme est considéré comme une action accidentelle, ajoutée aux chargespermanentes des structures, pour laquelle on établit une probabilité d’occurrence etestime le risque.La politique de mitigation du risque sismique est probabiliste. Pour les ouvrages àrisque normal, elle vise à sauver les vies humaines, elle admet les dégâts et unpourcentage d’échecs décroissant avec l’importance de l’enjeu. Pour les ouvrages à risquespécial elle vise l’absence de nuisances indirectes.Le niveau de protection décidé par la puissance publique est forfaitaire.– Les critères sont physiques (aléa, vulnérabilité, risque)– Économiques (coût selon le niveau de réduction du risque)– Politiques (degré de sensibilisation de la société)DOMAINES D’ACTIONÀ l’échelle urbaine- PPR- Urbanisme (PLU, RNU)- Renforcement de l’existant(incitations)En prévision de la crise- Plans de secoursAu niveau des constructions- Règles parasismiques (pour lesconstructions neuves)Au niveau des acteurs- Formation- InformationCOUT REEL DES POLITIQUES DE PREVENTIONRéduction de la vulnérabilité du bien exposé à l’aléaOn doit mettre en relation la valeur des enjeux (selon les différents paramètres de l’enjeu)avec:- Le coût de la démarche parasismique préventive pour le neuf et pour lerenforcement de l’existant (coût absolu et coût relatif à l’aléa).- Le coût de la réparation ou de la reconstruction après séisme.(coût absolu et coût relatif à l’aléa).Pour ce faire il faut les rapporter à la notion de risque sismique (Aléa x vulnérabilité xEnjeux) et à une durée d’amortissement rapportée à la période de récurrence desévénements de gravité plus ou moins élevée.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 93

10.2. Le contexte légal et réglementaire françaisLes textes législatifs et réglementaires suivants encadrent la mitigation du risque sismiqueen France. Ils visent la protection des enjeux, et pour ce faire arbitrent, entre autres, leniveau de prise en considération de l’aléa sismique régional et local.10.2.1. Codes et Lois10.2.1.1. Loi n° 87-565 du 22 juillet 1987Cette Loi est la première à encadrer la notion de « prévention des risques majeurs » et ledroit du citoyen à l’information sur son exposition aux risques.(Loi codifiée en 2000.)Le Titre I° définit l’organisation de la sécurité civile- Plans ORSEC- Services d’incendie et de secoursLe Titre II concerne la protection de la forêt et la prévention des risques majeurs- Son article 21 précisait le droit du citoyen à l’information sur son exposition aux risques. Cet article aété abrogé par ordonnance le 18 septembre 2000 et remplacé par des dispositions du code del’environnement (voir § 10.213)- Ses articles 40-1 à 45 encadraient la prévention des risques naturels. Ces articles ont étémodifiés par la Loi Barnier (voir ci-après), puis abrogés par ordonnance le 18 septembre 2000 etremplacés par ceux du code le l’environnement et du décret du 13 septembre 2000 (Voir § 10.223).- Son article 41 prévoyait la sortie des décrets concernant le zonage sismique, les classesd’ouvrages à risque normal et la définition de l’action sismique réglementaire en fonction de la zonesismique et de la classe des ouvrages (voir ces décrets § 10.22).Equivalences entre la Loi du 22 juillet 1987 et le Code de l’environnement (via la Loi Barnier)Les articles 562-1 à 562-7 du Code reprennent les articles 40-1 à 40-7 de la LoiL’article 563-1 du Code reprend l’article 41 de la Loi10.2.1.2. Loi n° 95-101 du 2 février 1995 (Loi Barnier)Relative au renforcement de la Loi de 1987 dont elle précise certains articles, ellesubstitue les PPR aux PER.(Loi codifiée en 2000.)Son Titre I° encadre la participation du public et des associations en matière d’environnementSon Titre II encadre les dispositions relatives à la prévention des risques naturels.CHAPITRE Ier Des mesures de sauvegarde des populations menacées par certains risques- Ses articles (11 à 15) ont été codifiés (Voir § 10.213).CHAPITRE II Des plans de prévention des risques naturels prévisibles- Son article 16 (portant modification de la Loi de 1987), a été codifié (Voir § 10.213).- Ses articles 17 à 19 modifient le Code des assurances et la Loi sur l’indemnisation des victimes decatastrophes naturelles (Voir encadré ci-après)Ses autres articles et titres traitent d’inondations, de protection de l’environnement et despollutions.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 94

Loi Barnier : Extrait relatif à l’indemnisation des victimes:TITRE II DISPOSITIONS RELATIVES A LA PREVENTION DES RISQUES NATURELSCHAPITRE Ier Des mesures de sauvegarde des populations menacées par certains risques naturels majeursArt. 17. -Il est inséré, dans le code des assurances, un article L. 121- 16 ainsi rédigé :"Art. L. 121-16. - Toute clause des contrats d'assurance tendant à subordonner le versementd'une indemnité en réparation d'un dommage causé par une catastrophe naturelle au sens de l'article L.125-1 à un immeuble bâti à sa reconstruction sur place est réputée non écrite dès lors que l'espaceest soumis à un plan de prévention des risques naturels prévisibles."Art. 18. -Le I de l'article 5 et l'article 5-1 de la loi n 82-600 du 13 juillet 1982 relative à l'indemnisation des victimes decatastrophes naturelles sont abrogés.Art. 19. -L'article L. 125-6 du code des assurances est ainsi modifié :I. - Au premier alinéa, les mots : "plan d'exposition aux risques naturels prévisibles, défini par lepremier alinéa de l'article 5-1 de la loi n 82-600 du 13 juillet 1982" sont remplacés par les mots : "plan deprévention des risques naturels prévisibles approuvé dans les conditions prévues par la loi n 87-565du 22 juillet 1987 relative à l'organisation de la sécurité civile, à la protection de la forêt contre l'incendie età la prévention des risques majeurs".II. - Au quatrième alinéa, les mots : "plan d'exposition" sont remplacés par les mots : "plan de préventiondes risques".III. - Au quatrième alinéa, les mots : "prescriptions visées par le premier alinéa du I de l'article 5 de la loi n82-600 du 13 juillet 1982 relative à l'indemnisation des victimes de catastrophes naturelles" sont remplacéspar les mots : "mesures visées au 4 de l'article 40-1 de la loi n 87-565 du 22 juillet 1987 précitée".Art. 20. - I. -L'article 16 de la loi n 92-3 du 3 janvier 1992 sur l'eau est ainsi rédigé :"Art. 16. - Dans les parties submersibles des vallées et dans les autres zones inondables, les plans deprévention des risques naturels prévisibles institués par la loi n 87-565 du 22 juillet 1987 relative àl'organisation de la sécurité civile, à la protection de la forêt contre l'incendie et à la prévention des risquesmajeurs définissent en tant que de besoin les interdictions et les prescriptions techniques à respecter afind'assurer le libre écoulement des eaux et la conservation, la restauration ou l'extension des champsd'inondation".II. - Les articles 48 à 54 du code du domaine public fluvial et de la navigation intérieure sont abrogés.III. - Au I de l'article 46 de la loi n 92-3 du 3 janvier 1992 précitée, la mention des articles 48 à 54 du codedu domaine public fluvial et de la navigation intérieure est supprimée.Art. 21. -L'article 21 de la loi n 91-5 du 3 janvier 1991 modifiant diverses dispositions intéressant l'agriculture et laforêt est ainsi rédigé : "Art. 21. - Afin de définir les mesures de prévention à mettre en oeuvre dans leszones sensibles aux incendies de forêt, le préfet élabore, en concertation avec les conseils régionaux etconseils généraux intéressés, un plan de prévention des risques naturels prévisibles institué par la loi n 87-565 du 22 juillet 1987 relative à l'organisation de la sécurité civile, à la protection de la forêt contre l'incendieet à la prévention des risques majeurs."Art. 22. -A l'article L. 443-2 du code de l'urbanisme 6 , il est inséré, avant le dernier alinéa, un alinéa ainsi rédigé :"Si l'une des zones visées au présent article est couverte par un plan de prévention des risquesnaturels prévisibles établi en application de la loi n 87-565 du 22 juillet 1987 relative à l'organisation de lasécurité civile, à la protection de la forêt contre l'incendie et à la prévention des risques majeurs, lesprescriptions fixées en application du présent article doivent être compatibles avec celles définies parce plan."6 POS, actuellement PLUIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 95

10.2.1.3. Code de l’EnvironnementVoté fin 2000, il codifie l’ensemble de Lois de la responsabilité du Ministère del’Aménagement du Territoire et de l’Environnement (MATE), dont celles relatives auxrisques majeurs (Loi de 1987 et Loi de 1995).Son Titre VI encadre les risques naturels :TITRE VIPREVENTION DES RISQUES NATURELSChapitre IerMesures de sauvegarde des populations menacées par certains risques naturels majeursArt. L. 561-1. - Sans préjudice des dispositions prévues au 5o de l'article L. 2212-2 et à l'article L. 2212-4du code général des collectivités territoriales, lorsqu'un risque prévisible de mouvements de terrain,d'avalanches ou de crues torrentielles menace gravement des vies humaines, les biens exposés à cerisque peuvent être expropriés par l'Etat dans les conditions prévues par le code de l'expropriationpour cause d'utilité publique et sous réserve que les moyens de sauvegarde et de protection des populationss'avèrent plus coûteux que les indemnités d'expropriation.La procédure prévue par les articles L. 15-6 à L. 15-8 du code de l'expropriation pour cause d'utilité publiqueest applicable lorsque l'extrême urgence rend nécessaire l'exécution immédiate de mesures de sauvegarde.Toutefois, pour la détermination du montant des indemnités qui doit permettre le remplacement des biensexpropriés, il n'est pas tenu compte de l'existence du risque.Art. L. 561-2. - Sans préjudice des dispositions de l'article L. 13-14 du code de l'expropriation pour caused'utilité publique, les acquisitions d'immeubles peuvent ne donner lieu à aucune indemnité ou qu'à uneindemnité réduite si, en raison de l'époque à laquelle elles ont eu lieu, il apparaît qu'elles ont été faites dansle but d'obtenir une indemnité supérieure au prix d'achat.Sont présumées faites dans ce but, sauf preuve contraire, les acquisitions postérieures à l'ouverture del'enquête publique préalable à l'approbation d'un plan de prévention des risques naturels prévisibles rendantinconstructible la zone concernée ou, en l'absence d'un tel plan, postérieures à l'ouverture de l'enquêtepublique préalable à l'expropriation.Art. L. 561-3. - Le fonds de prévention des risques naturels majeurs est chargé de financer, dans la limitede ses ressources, les indemnités allouées en vertu des dispositions de l'article L. 561-1 ainsi que lesdépenses liées à la limitation de l'accès et à la démolition éventuelle des biens exposés afin d'enempêcher toute occupation future. En outre, il finance, dans les mêmes limites, les dépenses deprévention liées aux évacuations temporaires et au relogement des personnes exposées.Ce fonds est alimenté par un prélèvement sur le produit des primes ou cotisations additionnelles relatives àla garantie contre le risque de catastrophes naturelles, prévues à l'article L. 125-2 du code des assurances. Ilest versé par les entreprises d'assurances ou leur représentant fiscal visé à l'article 1004 bis du code généraldes impôts.Le taux de ce prélèvement est fixé à 2 %. Le prélèvement est recouvré suivant les mêmes règles, sous lesmêmes garanties et les mêmes sanctions que la taxe sur les conventions d'assurance prévue aux articles 991et suivants du code général des impôts.En outre, le fonds peut recevoir des avances de l'Etat.La gestion comptable et financière du fonds est assurée par la caisse centrale de réassurance dans uncompte distinct de ceux qui retracent les autres opérations pratiquées par cet établissement. Les fraisexposés par la caisse centrale de réassurance pour cette gestion sont imputés sur le fonds.Art. L. 561-4. - A compter de la publication de l'arrêté d'ouverture de l'enquête publique préalable àl'expropriation réalisée en application de l'article L. 561-1, aucun permis de construire ni aucune autorisationadministrative susceptible d'augmenter la valeur des biens à exproprier ne peut être délivré jusqu'à laconclusion de la procédure d'expropriation dans un délai maximal de cinq ans, si l'avis du Conseil d'Etat n'estpas intervenu dans ce délai.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 96

La personne morale de droit public au nom de laquelle un permis de construire ou uneautorisation administrative a été délivré en méconnaissance des dispositions du premier alinéaci-dessus, ou en contradiction avec les dispositions d'un plan de prévention des risques naturelsprévisibles rendues opposables, est tenue de rembourser au fonds mentionné à l'article L. 561-3 le coût de l'expropriation des biens ayant fait l'objet de ce permis ou de cette autorisation.Art. L. 561-5. - Le Gouvernement présente au Parlement, en annexe à la loi de finances de l'année, unrapport sur la gestion du fonds de prévention des risques naturels majeurs.Un décret en Conseil d'Etat précise les modalités d'application du présent chapitre.Chapitre IIPlans de prévention des risques naturels prévisiblesArt. L. 562-1. –I. - L'Etat élabore et met en application des plans de prévention des risques naturels prévisiblestels que les inondations, les mouvements de terrain, les avalanches, les incendies de forêt, les séismes, leséruptions volcaniques, les tempêtes ou les cyclones.II. - Ces plans ont pour objet, en tant que de besoin :1o De délimiter les zones exposées aux risques en tenant compte de la nature et de l'intensitédu risque encouru, d'y interdire tout type de construction, d'ouvrage, d'aménagement ou d'exploitationagricole, forestière, artisanale, commerciale ou industrielle ou, dans le cas où des constructions, ouvrages,aménagements ou exploitations agricoles, forestières, artisanales, commerciales ou industrielles pourraient yêtre autorisés, prescrire les conditions dans lesquelles ils doivent être réalisés, utilisés ou exploités ;2o De délimiter les zones qui ne sont pas directement exposées aux risques mais où des constructions,des ouvrages, des aménagements ou des exploitations agricoles, forestières, artisanales, commerciales ouindustrielles pourraient aggraver des risques ou en provoquer de nouveaux et y prévoir des mesuresd'interdiction ou des prescriptions telles que prévues au 1o ;3o De définir les mesures de prévention, de protection et de sauvegarde qui doivent êtreprises, dans les zones mentionnées au 1o et au 2o, par les collectivités publiques dans le cadrede leurs compétences, ainsi que celles qui peuvent incomber aux particuliers ;4o De définir, dans les zones mentionnées au 1o et au 2o, les mesures relatives àl'aménagement, l'utilisation ou l'exploitation des constructions, des ouvrages, des espaces misen culture ou plantés existants à la date de l'approbation du plan qui doivent être prises par lespropriétaires, exploitants ou utilisateurs.III. - La réalisation des mesures prévues aux 3o et 4o du II peut être rendue obligatoire enfonction de la nature et de l'intensité du risque dans un délai de cinq ans, pouvant être réduiten cas d'urgence. A défaut de mise en conformité dans le délai prescrit, le préfet peut, après mise endemeure non suivie d'effet, ordonner la réalisation de ces mesures aux frais du propriétaire, de l'exploitantou de l'utilisateur.IV. - Les mesures de prévention prévues aux 3o et 4o du II, concernant les terrains boisés, lorsqu'ellesimposent des règles de gestion et d'exploitation forestière ou la réalisation de travaux de préventionconcernant les espaces boisés mis à la charge des propriétaires et exploitants forestiers, publics ou privés,sont prises conformément aux dispositions du titre II du livre III et du livre IV du code forestier.V. - Les travaux de prévention imposés en application du 4o du II à des biens construits ou aménagésconformément aux dispositions du code de l'urbanisme avant l'approbation du plan et mis à la charge despropriétaires, exploitants ou utilisateurs ne peuvent porter que sur des aménagements limités.Art. L. 562-2. - Lorsqu'un projet de plan de prévention des risques naturels prévisibles contient certainesdes dispositions mentionnées au 1o et au 2o du II de l'article L. 562-1 et que l'urgence le justifie, le préfetpeut, après consultation des maires concernés, les rendre immédiatement opposables à toute personnepublique ou privée par une décision rendue publique.Ces dispositions cessent d'être opposables si elles ne sont pas reprises dans le plan approuvé ou si le plann'est pas approuvé dans un délai de trois ans.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 97

Art. L. 562-3. - Après enquête publique, et après avis des conseils municipaux des communes sur leterritoire desquelles il doit s'appliquer, le plan de prévention des risques naturels prévisibles est approuvépar arrêté préfectoral.Art. L. 562-4. - Le plan de prévention des risques naturels prévisibles approuvé vaut servituded'utilité publique. Il est annexé au plan d'occupation des sols, conformément à l'article L. 126-1 ducode de l'urbanisme.Le plan de prévention des risques naturels prévisibles approuvé fait l'objet d'un affichage en mairie et d'unepublicité par voie de presse locale en vue d'informer les populations concernées.Art. L. 562-5. –I. - Le fait de construire ou d'aménager un terrain dans une zone interdite par un plan de prévention desrisques naturels prévisibles approuvé ou de ne pas respecter les conditions de réalisation, d'utilisation oud'exploitation prescrites par ce plan est puni des peines prévues à l'article L. 480-4 du code de l'urbanisme.II. - Les dispositions des articles L. 460-1, L. 480-1, L. 480-2, L. 480-3, L. 480-5 à L. 480-9 et L. 480-12 ducode de l'urbanisme sont également applicables aux infractions visées au I du présent article, sous la seuleréserve des conditions suivantes :1o Les infractions sont constatées, en outre, par les fonctionnaires et agents commissionnés à cet effet parl'autorité administrative compétente et assermentés ;2o Pour l'application de l'article L. 480-5 du code de l'urbanisme, le tribunal statue au vu des observationsécrites ou après audition du maire ou du fonctionnaire compétent, même en l'absence d'avis de ces derniers,soit sur la mise en conformité des lieux ou des ouvrages avec les dispositions du plan, soit sur leurrétablissement dans l'état antérieur ;3o Le droit de visite prévu à l'article L. 460-1 du code de l'urbanisme est ouvert aux représentants del'autorité administrative compétente.Art. L. 562-6. - Les plans d'exposition aux risques naturels prévisibles approuvés en applicationdu I de l'article 5 de la loi no 82-600 du 13 juillet 1982 relative à l'indemnisation des victimes decatastrophes naturelles valent plan de prévention des risques naturels prévisibles. Il en est de mêmedes plans de surfaces submersibles établis en application des articles 48 à 54 du code du domaine publicfluvial et de la navigation intérieure, des périmètres de risques institués en application de l'article R. 111-3du code de l'urbanisme, ainsi que des plans de zones sensibles aux incendies de forêt établis en applicationde l'article 21 de la loi no 91-5 du 3 janvier 1991 modifiant diverses dispositions intéressant l'agriculture et laforêt. Leur modification ou leur révision est soumise aux dispositions du présent chapitre.Les plans ou périmètres visés à l'alinéa précédent en cours d'élaboration au 2 février 1995 sont considéréscomme des projets de plans de prévention des risques naturels, sans qu'il soit besoin de procéder auxconsultations ou enquêtes publiques déjà organisées en application des procédures antérieures propres àces documents.Art. L. 562-7. - Un décret en Conseil d'Etat précise les conditions d'application des articles L. 562-1 à L.562-6. Il définit notamment les éléments constitutifs et la procédure d'élaboration et de révision des plansde prévention des risques naturels prévisibles, ainsi que les conditions dans lesquelles sont prises lesmesures prévues aux 3o et 4o du II de l'article L. 562-1.Art. L. 562-8. - Dans les parties submersibles des vallées et dans les autres zones inondables, les plans deprévention des risques naturels prévisibles définissent, en tant que de besoin, les interdictions et lesprescriptions techniques à respecter afin d'assurer le libre écoulement des eaux et la conservation, larestauration ou l'extension des champs d'inondation.Art. L. 562-9. - Afin de définir les mesures de prévention à mettre en œuvre dans les zones sensibles auxincendies de forêt, le préfet élabore, en concertation avec les conseils régionaux et conseils générauxintéressés, un plan de prévention des risques naturels prévisibles.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 98

Chapitre IIIAutres mesures de préventionArt. L. 563-1. - Dans les zones particulièrement exposées à un risque sismique ou cyclonique,des règles particulières de construction parasismique ou paracyclonique peuvent être imposéesaux équipements, bâtiments et installations.Si un plan de prévention des risques naturels prévisibles est approuvé dans l'une des zonesmentionnées au premier alinéa, il peut éventuellement fixer, en application de l'article L. 562-1,des règles plus sévères.Un décret en Conseil d'Etat définit les modalités d'application du présent article.Art. L. 563-2. - Dans les zones de montagne, en l'absence de plan de prévention des risques naturelsprévisibles, les documents d'urbanisme ainsi que les projets de travaux, constructions ou installations soumisà une demande d'autorisation ou à une décision de prise en considération tiennent compte des risquesnaturels spécifiques à ces zones, qu'il s'agisse de risques préexistants connus ou de ceux qui pourraientrésulter des modifications de milieu envisagées.Cette prise en compte s'apprécie en fonction des informations dont peut disposer l'autorité compétente.Sans préjudice des dispositions des deux alinéas ci-dessus, le représentant de l'Etat visé à l'article L. 145-11du code de l'urbanisme pour les unités touristiques nouvelles et à l'article L. 445-1 du même code pour lesremontées mécaniques tient compte des risques naturels pour la délivrance des autorisationscorrespondantes.10.2.2. Décrets10.2.2.1. Décret n° 91-461 du 14 mai 1991,Modifié par le décret du 13 septembre 2000 (voir plus loin)Ce décret définit :- Le contexte de prise en compte du risque sismique- Le zonage sismique de la France en 5 zonesIl prévoit le cadre des deux 2 futurs arrêtés pour:- Les Ouvrages à Risque Normal (dont la ruine ne provoque que des atteintes de proximitéimmédiate). (Voir 10.231)- Les Ouvrages à Risque Spécial (dont la ruine provoque des atteintes à l’environnementsur des étendues importantes). (Voir 10.232)DECRET 91 461 du 14 MAI 1991Art. 1er. - Les dispositions mentionnées à l'article 41 de la loi n° 87-565 du 22 juillet 1987 susviséedestinées à la mise en œuvre de la prévention du risque sismique et applicables aux bâtiments, équipementset installations nouveaux sont définies par le présent décret.Art. 2. - Pour la prise en compte du risque sismique, les bâtiments, les équipements et lesinstallations sont répartis en deux catégories, respectivement dites "à risque normal" et "àrisque spécial".Art. 3. - La catégorie dite "à risque normal" comprend les bâtiments, équipements et installations pourlesquels les conséquences d'un séisme demeurent circonscrites à leurs occupants et leur voisinage immédiat.Ces bâtiments, équipements et installations sont répartis en quatre classes :- classe A : ceux dont la défaillance ne présente qu'un risque minime pour les personnes ou l'activitééconomique ;- classe B : ceux dont la défaillance présente un risque dit moyen pour les personnes;- classe C : ceux dont la défaillance présente un risque élevé pour les personnes et ceux présentant leIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 99

même risque en raison de leur importance socio-économique.En outre la catégorie "à risque normal" comporte une classe D regroupant les bâtiments, les équipementset les installations dont le fonctionnement est primordial pour la sécurité civile, pour la défense ou pour lemaintien de l'ordre public.Art. 4. - Pour l'application des mesures de prévention du risque sismique aux bâtiments, équipements etinstallations de la catégorie dite et "à risque normal", le territoire national est divisé en cinq zones desismicité croissante :- zone 0 ;- zone I a ;- zone I b ;- zone II ;- zone III.La répartition des départements, des arrondissements et des cantons entre ces zones est définie parl'annexe au présent décret.Art. 5. - Des mesures préventives et notamment des règles de construction, d'aménagement etd'exploitation parasismiques sont appliquées aux bâtiments, aux équipements et aux installations de lacatégorie dite "à risque normal", appartenant aux classes B, C et D situés dans les zones de sismicité Ia, I b, II et III, respectivement définies aux articles 3 et 4 du présent décret.Pour l'application de ces mesures, des arrêtés pris conjointement par le ministre chargé de la préventiondes risques majeurs et les ministres concernés définissent la nature et les caractéristiques des bâtiments,des équipements et des installations, les mesures techniques préventives ainsi que les valeurscaractérisant les actions des séismes à prendre en compte.Art. 6. - La catégorie dite "à risque spécial" comprend les bâtiments, les équipements et lesinstallations pour lesquels les effets sur les personnes, les biens et l'environnement de dommages mêmemineurs résultant d'un séisme peuvent ne pas être circonscrits au voisinage immédiat desdits bâtiments,équipements et installations.Art. 7. - Des mesures préventives et notamment des règles de construction, d'aménagement etd'exploitation parasismiques sont appliquées aux bâtiments, aux équipements et aux installations de lacatégorie dite "à risque spécial".Pour l'application de ces mesures, des arrêtés pris conjointement par le ministre chargé de la préventiondes risques majeurs et les ministres concernés définissent la nature et les caractéristiques des bâtiments,des équipements et des installations, les mesures techniques préventives ainsi que les valeurscaractérisant les actions des séismes à prendre en compte.Art. 8. - Le 2° de l'article 2 du décret du 11 octobre 1990 susvisé est ainsi rédigé :"2° Situées dans les zones de sismicité I a, I b, II et III définies par le décret n° 91-461 du 14 mai 1991."Annexe : Liste des cantons de chacune des 4 zones concernées par laréglementationN-B : Le zonage sismique réglementaire actuel de la France, issu d’études de la sismiciténationale, est utilisé pour application de l’arrêté du 29 mai 1997 (voir § 10.231)prescrivant l’application des règles de construction parasismique PS-92 pour les ouvragesà risque normal (ORN). Son échelle est le cantonSelon la zone sismique on calculera le bâtiment en lui « appliquant » des accélérationsplus ou moins violentes selon les enjeux qu’il abrite, pondérées par les données du spectrede réponse du type de site et, s’il y a lieu, d’un coefficient topographique. La zone III, desismicité forte ne concerne que la Guadeloupe et la Martinique.Les ouvrages à risque spécial (ORS), c’est à dire ceux dont la ruine peut nuire àl’environnement (en général risque industriel) font l’objet de règles beaucoup plusexigeantes (Voir § 10.232).Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 100

Figure 111 - Zonage sismique réglementaire de la FranceCe zonage établi il y a quelques années sur la base de connaissances historiques présente quelquessimilitudes avec le zonage déterministe. Il sera remplacé un jour, au vu de l’évolution des connaissances(Voir 7.4 et 7.5).10.2.2.2. Décret n° 95-1089 du 5 octobre 1995Définit les modalités relatives aux PPR en application de la Loi Barnier.DECRET 95-1089 du 5 octobre 1995Article 1L'établissement des plans de prévention des risques naturels prévisibles mentionnés aux articles40-1 à 40-7 de la loi du 22 juillet 1987 susvisée est prescrit par arrêté du préfet. Lorsque le périmètremis à l'étude s'étend sur plusieurs départements, l'arrêté est pris conjointement par les préfets de cesdépartements et précise celui des préfets qui est chargé de conduire la procédure.Article 2L'arrêté prescrivant l'établissement d'un plan de prévention des risques naturels prévisibles détermine lepérimètre mis à l'étude et la nature des risques pris en compte ; il désigne le servicedéconcentré de l'Etat qui sera chargé d'instruire le projet. L'arrêté est notifié aux maires descommunes dont le territoire est inclus dans le périmètre ; il est publié au Recueil des actes administratifs del'Etat dans le département.Article 3Le projet de plan comprend :1° Une note de présentation indiquant le secteur géographique concerné, la nature des phénomènesnaturels pris en compte et leurs conséquences possibles compte tenu de l'état des connaissances ;2° Un ou plusieurs documents graphiques délimitant les zones mentionnées aux 1° et 2° de l'article 40-1de la loi du 22 juillet 1987 susvisée ;3° Un règlement précisant en tant que de besoin :- les mesures d'interdiction et les prescriptions applicables dans chacune de ces zones en vertu du 1°et du 2° de l'article 40-1 de la loi du 22 juillet 1987 susvisée ;Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 101

- les mesures de prévention, de protection et de sauvegarde mentionnées au 3° de l'article 40-1 de la loi du22 juillet 1987 susvisée et les mesures relatives à l'aménagement, l'utilisation ou l'exploitation desconstructions, des ouvrages, des espaces mis en culture ou plantés existants à la date de l'approbation duplan, mentionnées au 4° du même article. Le règlement mentionne, le cas échéant, celles de ces mesuresdont la mise en oeuvre est obligatoire et le délai fixé pour leur mise en oeuvre.Article 4En application du 3° de l'article 40-1 de la loi du 22 juillet 1987 susvisée, le plan peut notamment :- définir des règles relatives aux réseaux et infrastructures publics desservant son secteurd'application et visant à faciliter les éventuelles mesures d'évacuation ou l'intervention dessecours ;- prescrire aux particuliers ou à leurs groupements la réalisation de travaux contribuant à laprévention des risques et leur confier la gestion de dispositifs de prévention des risques oud'intervention en cas de survenance des phénomènes considérés ;- subordonner la réalisation de constructions ou d'aménagements nouveaux à la constitutiond'associations syndicales chargées de certains travaux nécessaires à la prévention des risques, notammentl'entretien des espaces et, le cas échéant, la réalisation ou l'acquisition, la gestion et le maintien en conditiond'ouvrages ou de matériels.Le plan indique si la réalisation de ces mesures est rendue obligatoire et, si oui, dans quel délai.Article 5En application du 4° de l'article 40-1 de la loi du 22 juillet 1987 susvisée, pour les constructions, ouvrages,espaces mis en culture ou plantés, existants à la date d'approbation du plan, le plan peut définir desmesures de prévention, de protection et de sauvegarde. Ces mesures peuvent être rendues obligatoiresdans un délai de cinq ans, pouvant être réduit en cas d'urgence.Toutefois, le plan ne peut pas interdire les travaux d'entretien et de gestion courants des bâtimentsimplantés antérieurement à l'approbation du plan ou, le cas échéant, à la publication de l'arrêté mentionné àl'article 6 ci-dessous, notamment les aménagements internes, les traitements de façade et la réfection destoitures, sauf s'ils augmentent les risques ou en créent de nouveaux, ou conduisent à une augmentation dela population exposée.En outre, les travaux de prévention imposés à des biens construits ou aménagés conformément auxdispositions du code de l'urbanisme avant l'approbation du plan et mis à la charge des propriétaires,exploitants ou utilisateurs ne peuvent porter que sur des aménagements limités dont le coût estinférieur à 10 p 100 de la valeur vénale ou estimée du bien à la date d'approbation du plan.Article 6Lorsque, en application de l'article 40-2 de la loi du 22 juillet 1987 susvisée, le préfet a l'intention de rendreimmédiatement opposables certaines des prescriptions d'un projet de plan relatives aux constructions,ouvrages, aménagements ou exploitations nouveaux, il en informe le maire de la ou des communes sur leterritoire desquelles ces prescriptions seront applicables. Ces maires disposent d'un délai d'un mois pourfaire part de leurs observations.A l'issue de ce délai, ou plus tôt s'il dispose de l'avis des maires, le préfet rend opposables ces prescriptions,éventuellement modifiées, par un arrêté qui fait l'objet d'une mention au Recueil des actes administratifs del'Etat dans le département et dont une copie est affichée dans chaque mairie concernée pendant un mois auminimum.Les documents relatifs aux prescriptions rendues ainsi opposables dans une commune sonttenus à la disposition du public en préfecture et en mairie. Mention de cette mesure de publicité estfaite avec l'insertion au Recueil des actes administratifs et avec l'affichage prévus à l'alinéa précédent.L'arrêté mentionné au deuxième alinéa du présent article rappelle les conditions dans lesquelles lesprescriptions cesseraient d'être opposables conformément aux dispositions de l'article 40-2 de la loi du 22juillet 1987 susvisée.Article 7Le projet de plan de prévention des risques naturels prévisibles est soumis à l'avis des conseils municipauxdes communes sur le territoire desquelles le plan sera applicable.Si le projet de plan contient des dispositions de prévention des incendies de forêt ou de leurs effets, cesdispositions sont aussi soumises à l'avis des conseils généraux et régionaux concernés.Si le projet de plan concerne des terrains agricoles ou forestiers, les dispositions relatives à ces terrains sontIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 102

soumises à l'avis de la chambre d'agriculture et du centre régional de la propriété forestière.Tout avis demandé en application des trois alinéas ci-dessus qui n'est pas rendu dans un délai de deux moisest réputé favorable.Le projet de plan est soumis par le préfet à une enquête publique dans les formes prévues par les articles R11-4 à R 11-14 du code de l'expropriation pour cause d'utilité publique.A l'issue de ces consultations, le plan, éventuellement modifié pour tenir compte des avis recueillis, estapprouvé par arrêté préfectoral. Cet arrêté fait l'objet d'une mention au Recueil des actes administratifs del'Etat dans le département ainsi que dans deux journaux régionaux ou locaux diffusés dans le département.Une copie de l'arrêté est affichée dans chaque mairie sur le territoire de laquelle le plan est applicablependant un mois au minimum.Le plan approuvé est tenu à la disposition du public en préfecture et dans chaque mairie concernée. Cettemesure de publicité fait l'objet d'une mention avec les publications et l'affichage prévus aux deux alinéasprécédents.Article 8Un plan de prévention des risques naturels prévisibles peut être modifié selon la procédure décrite auxarticles 1er à 7 ci-dessus. Toutefois, lorsque la modification n'est que partielle, les consultations et l'enquêtepublique mentionnées à l'article 7 ne sont effectuées que dans les communes sur le territoire desquelles lesmodifications proposées seront applicables. Les documents soumis à consultation ou enquête publiquecomprennent alors :1° Une note synthétique présentant l'objet des modifications envisagées ;2° Un exemplaire du plan tel qu'il serait après modification avec l'indication, dans le document graphique etle règlement, des dispositions faisant l'objet d'une modification et le rappel, le cas échéant, de la dispositionprécédemment en vigueur.L'approbation du nouveau plan emporte abrogation des dispositions correspondantes de l'ancien plan.10.2.2.3. Décret no 2000-892 du 13 septembre 2000Porte modification du code de la construction et de l'habitation et du décret no 91-461 du14 mai 1991 relatif à la prévention du risque sismique.DECRET 2000-892 du 13 septembre 2000Art. 1er. - Le décret du 14 mai 1991 susvisé est modifié ainsi qu'il suit :I. - L'article 1er est remplacé par les dispositions suivantes :« Art. 1er. - Le présent décret définit les modalités d'application de l'article 41 de la loi du 22juillet 1987 susvisée, en ce qui concerne les règles particulières de construction parasismiquepouvant être imposées aux équipements, bâtiments et installations dans les zonesparticulièrement exposées à un risque sismique. »II. - L'article 5 est complété par un alinéa ainsi rédigé :« Les dispositions ci-dessus s'appliquent :- aux équipements, installations et bâtiments nouveaux ;- aux additions aux bâtiments existants par juxtaposition, surélévation ou création de surfacesnouvelles ;- aux modifications importantes des structures des bâtiments existants. »III. - Après l'article 7, est inséré un article 7-1 ainsi rédigé :« Art. 7-1. - Lorsqu'il prend en compte un risque sismique, un plan de prévention des risquesnaturels prévisibles, établi en application des articles 40-1 à 40-7 de la loi du 22 juillet 1987 susvisée,peut fixer des règles de construction plus sévères que les règles définies en application desarticles 5 et 7, en ce qui concerne notamment la nature et les caractéristiques des bâtiments,des équipements et des installations, les mesures techniques préventives ainsi que les valeurscaractérisant les actions de séismes à prendre en compte. »Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 103

Art. 2. - Il est créé, au chapitre II du titre Ier du livre Ier du code de la construction et del'habitation, une section première intitulée « Dispositions spéciales relatives à la prévention durisque sismique », comprenant un article R. 112-1 ainsi rédigé :« Art. R. 112-1. - Dans les zones particulièrement exposées à un risque sismique, les règlesconcernant la nature et les caractéristiques des bâtiments, des équipements et des installationset les mesures techniques préventives doivent respecter les dispositions du décret no 91-461du 14 mai 1991 modifié relatif à la prévention du risque sismique, sans préjudice del'application des règles plus sévères fixées par un plan de prévention des risques naturelsprévisibles, lorsqu'il existe. »Art. 3. - Le ministre de l'intérieur, le ministre de l'équipement, des transports et du logement, la ministre del'aménagement du territoire et de l'environnement, le secrétaire d'Etat à l'outre-mer et le secrétaire d'Etat aulogement sont chargés, chacun en ce qui le concerne, de l'exécution du présent décret, qui sera publié auJournal officiel de la République française.Fait à Paris, le 13 septembre 2000.10.2.2.4. Décret n° 2001-116 du 05 Février 2001Décret portant création du comité interministériel de prévention des risques naturelsmajeurs.DECRET n° 2001-116 du 05 Février 2001Article 1Il est institué un comité interministériel de prévention des risques naturels majeurs présidé parle Premier ministre ou, par délégation, par le ministre chargé de l'environnement.Article 2Le comité interministériel comprend les ministres chargés de la défense, de l'éducation nationale, de larecherche, de l'intérieur, de l'équipement, des transports, du logement, de l'urbanisme, de l'agriculture, del'outre-mer, des finances et de l'environnement.Les autres ministres intéressés par les questions inscrites à l'ordre du jour sont invités à siéger au comitéinterministériel.Article 3Le comité interministériel contribue à définir la politique conduite par le Gouvernement en matière deprévention des risques naturels majeurs. Plus particulièrement, le comité interministériel fixe lesorientations dans les domaines suivants :1° L'amélioration de la connaissance des risques, le renforcement de leur surveillance et de leurprévision, ainsi que le développement de l'information préventive sur ces risques ;2° Le renforcement de la prise en compte des risques dans l'utilisation des sols et dans laconstruction ainsi que la réduction de la vulnérabilité des personnes et des biens aux aléas,notamment par le développement des plans et des travaux de prévention des risques naturels;3° Le développement des méthodes d'analyse et d'expertise dans le domaine du risque naturel,notamment par l'amélioration des méthodes de retour d'expérience pour tirer les leçons descatastrophes occasionnées par la survenance des aléas et le renforcement des recherches dansle domaine de la prévention des risques naturels majeurs.Article 4Le comité interministériel se réunit au moins une fois par an. Le délégué aux risques majeurs assure lesecrétariat permanent du comité interministériel.Article 5Le comité interministériel s'appuie sur un conseil d'orientation chargé de lui donner des avis et de lui fairedes propositions en matière de prévention des risques naturels.Le conseil d'orientation peut proposer à l'Office parlementaire d'évaluation des choix scientifiques ettechnologiques de s'associer à ses travaux.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 104

Article 6Le conseil d'orientation comprend :1° Un représentant de chacun des ministres membres de droit du comité ;2° Le secrétaire général de la défense nationale ou son représentant ;3° Dix personnalités qualifiées, dont deux représentants des compagnies d'assurance désignés par leministre chargé des finances, une personnalité désignée par le ministre chargé de l'équipement, unepersonnalité désignée par le ministre chargé du logement, deux experts scientifiques désignés par leministre chargé de la recherche, et quatre personnalités désignées par le ministre chargé de l'environnement4° Douze élus :- trois députés désignés par l'Assemblée nationale ;- trois sénateurs désignés par le Sénat ;- six titulaires de mandats locaux désignés par le ministre chargé des collectivités locales.Le président du conseil d'orientation est désigné par le ministre chargé de l'environnement. Le secrétariat duconseil est assuré par le délégué aux risques majeurs.Le conseil se réunit sur convocation de son président en tant que de besoin, et au moins une fois par an.La durée des mandats des membres du conseil mentionnés au 3° de l'article 6 du présent décret est de troisannées.La qualité de membre se perd avec la cessation des fonctions en considération desquelles l'intéressé a étédésigné. Un nouveau titulaire est alors désigné dans les mêmes conditions, pour la période de mandatrestant à courir.Article 7Le rapport sur la prévention des risques naturels majeurs, élaboré chaque année par le déléguéaux risques majeurs, est soumis pour avis au conseil d'orientation puis au comitéinterministériel.10.2.3. Arrêtés et circulaires10.2.3.1. Arrêté du 29 mai 1997 (ORN)Encadre la réglementation relative aux Ouvrages à Risque NormalAbroge et remplace l’arrêté du 16 juillet 1992En application du décret du 14 mai 1991 il précise la règle pour les ouvrages à risquenormal. Abroge et remplace l’arrêté du 16 juillet 1992 qui avait le même objet, mais dontle niveau d’exigence demandait à être revu, par exemple remplacement des règles PS-69/82 par les règles PS-92, clarification de l’applicabilité à l’existant, etc.). Ainsi, il :- Redéfinit les classes A, B, C et D- Redéfinit les constructions auxquelles s’appliquent les règles- Rend applicables les règles PS 92 et définit les niveaux d’accélération à retenir pourles classes B, C, D selon chaque zone.ARRETE du 29 Mai 1997, publié au Journal Officiel du 03 Juin 1997Relatif à la classification et aux règles de construction parasismique applicables aux bâtiments de lacatégorie dite "à risque normal" telle que définie par le décret n° 91-461 du 14 Mai 1991 relatif à laprévention du risque sismique. Les articles de cet arrêté sont :Art. 1 er - Le présent arrêté définit les règles de classification et de construction parasismique pour lesbâtiments de la catégorie dite "à risque normal" en vue de l’application de l’article 5 du décret du14 Mai 1991 susvisé mentionnant que des mesures préventives sont appliquées aux bâtiments, équipementset installations de cette catégorie, et vise notamment l’application des règles aux bâtiments nouveaux ainsique, dans les conditions définies à l’article 3 du présent arrêté, à certains bâtiments existants faisant l’objetde certains travaux de construction.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 105

Art. 2. – I. - Classification des bâtimentsPour l’application du présent arrêté, les bâtiments de la catégorie dite "à risque normal" sont répartis enquatre classes définies par le décret du 14 Mai 1991 susvisé et précisées par le présent article. Pour lesbâtiments constitués de diverses parties relevant de classes différentes, c’est le classement le pluscontraignant qui s’applique à leur ensemble.Les bâtiments sont classés comme suit :En classe A :• les bâtiments dans lesquels est exclue toute activité humaine nécessitant un séjour de longue duréeet non visés par les autres classes du présent article ;En classe B :• les bâtiments d’habitation individuelle ;• les établissements recevant du public des 4 e et 5 e catégories au sens des articles R. 123-2 et R. 123-19 du code de la construction et de l’habitation ;• les bâtiments dont la hauteur est inférieure ou égale à 28 mètres ;• les bâtiments d’habitation collective ;• les bâtiments à usage de bureaux, non classés établissements recevant du public au sens del’article R. 123-2 du code de la construction et de l’habitation, pouvant accueillir simultanément unnombre de personnes au plus égal à 300 ;• les bâtiments destinés à l’exercice d’une activité industrielle pouvant accueillir simultanément unnombre de personnes au plus égal à 300 ;• les bâtiments abritant les parcs de stationnement ouverts au public ;En classe C :• les établissements recevant du public des 1 ère , 2 ème et 3 ème catégories au sens des articles R. 123-2et R. 123-19 du code de la construction et de l’habitation ;• les bâtiments dont la hauteur dépasse 28 mètres :o bâtiments d’habitation collective ;o bâtiments à usage de bureaux ;• les autres bâtiments pouvant accueillir simultanément plus de 300 personnes appartenantnotamment aux biens suivants :oles bâtiments à usage de bureaux, non classés établissements recevant du public au sens del’article R. 123-2 du code de la construction et de l’habitation ;o les bâtiments destinés à l’exercice d’une activité industrielle ;• les bâtiments des établissements sanitaires et sociaux, à l’exception de ceux des établissements desanté au sens de l’article L. 711-2 du code de la santé publique qui dispensent des soins de courtedurée ou concernant des affections grave pendant leur phase aiguë en médecine, chirurgie etobstétrique et qui sont mentionnés à la classe D ci-dessous ;• les bâtiments des centres de production collective d’énergie quelle que soit leur capacité d’accueil ;En classe D :• les bâtiments dont la protection est primordiale pour les besoins de la sécurité civile et de la défensenationale ainsi que pour le maintien de l’ordre public et comprenant notamment :ooles bâtiments abritant les moyens de secours en personnels et matériels et présentant uncaractère opérationnel ;les bâtiments définis par le ministre chargé de la défense, abritant le personnel et lematériel de la défense et présentant un caractère opérationnel ;• les bâtiments contribuant au maintien des communications, et comprenant notamment ceux :o des centres principaux vitaux des réseaux de télécommunications ouverts au public ;o des centres de diffusion et de réception de l’information ;o des tours hertziennes stratégiques ;• les bâtiments et toutes leurs dépendances fonctionnelles assurant le contrôle de la circulationaérienne des aérodromes classés dans les catégories A, B et C2 suivant les instructions techniquespour les aérodromes civils (ITAC) édictées par la direction générale de l’aviation civile, dénomméesrespectivement 4C, 4D et E suivant l’organisation de l’aviation civile internationale (OACI) ;• les bâtiments des établissements de santé au sens de l’article L. 711-2 du code de la santé publiquequi dispensent des soins de courte durée ou concernant des affectations graves pendant leur phaseaiguë en médecine, chirurgie et obstétrique ;• les bâtiments de production ou de stockage d’eau potable ;• les bâtiments des centres de distribution publique de l’énergie ;• les bâtiments des centres météorologiques.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 106

II. Détermination du nombre de personnes :Pour l’application de la classification ci-dessus, le nombre des personnes pouvant être simultanémentaccueillies dans un bâtiment est déterminé comme suit :• pour les établissements recevant du public : selon la réglementation en vigueur ;• pour les bâtiments à usage de bureaux ne recevant pas du public : en comptant une personne pourune surface de plancher hors œuvre nette égale à 12 mètres carrés ;• pour les autres bâtiments : sur déclaration du maître d’ouvrage.Art. 3 - Les règles de construction, définies à l’article 4 du présent arrêté, s’appliquent dans les zonesde sismicité I a, I b, II ou III définies par article 4 du décret du 14 Mai 1991 susvisé :1) A la construction de bâtiments nouveaux des classes B, C et D ;2) Aux bâtiments existants des classes B, C et D dans lesquels il est procédé au remplacement total desplanchers en superstructure ;3) Aux additions par juxtaposition de locaux :• à des bâtiments existants de classe C ou D dont elles sont désolidarisées par un joint defractionnement ;• à des bâtiments existants de la classe B dont elles sont ou non solidaires ;4) A la totalité des bâtiments, additions éventuelles comprises, dans un au moins des cas suivants :• addition par surélévation avec création d’au moins un niveau supplémentaire, même partiel, à desbâtiments existants de classe B, C ou D ;• addition par juxtaposition de locaux solidaires, sans joint de fractionnement, à des bâtimentsexistants de classe C ou D ;• création d’au moins un niveau intermédiaire dans des bâtiments existants de classe C ou D.Pour l’application des 3° et 4° ci-dessus, la classe à considérer est celle des bâtiments après addition outransformation. Au cas où l’application des critères ci-dessus ne permet pas de définir sans ambiguïté lanature des travaux d’addition ou de transformation et, notamment, d’opérer la distinction entre lasurélévation et la juxtaposition, c’est la définition la plus contraignante qui s’applique.Art. 4. - I. - Les règles de construction applicables aux bâtiments mentionnés à l’article 3 du présentarrêté sont celles de la norme NF P 06-013, référence DTU Règles PS 92 "Règles de constructionparasismique, règles applicables aux bâtiments, dites règles PS 92".Ces règles doivent être appliquées avec une valeur de l’accélération nominale a N résultant de lasituation du bâtiment par rapport à la zone sismique, telle que définie par l’article 4 du décret du14 Mai 1991 susvisé et son annexe, et de la classe, telle que définie à l’article 2 du présent arrêté, à laquelleappartient le bâtiment.Les valeurs minimales de ces accélérations, exprimées en mètres par seconde au carré, sontdonnées par le tableau suivant :ZONES CLASSE B CLASSE C CLASSE DI a 1.0 1.5 2.0I b 1.5 2.0 2.5II 2.5 3.0 3.5III 3.5 4.0 4.5II. - Pour les bâtiments appartenant à la classe B définis au paragraphe 1.1 (domaine d’application) de lanorme NF P 06-014 "construction parasismique des maisons individuelles ou des bâtiments assimilés,règles PS-MI 89 révisées 92" et qui sont situés dans l’une des zones de sismicité I a, I b ou II, l’applicationdes dispositions définies dans cette même norme dispense de l’application des règles indiquées au I duprésent article.Art. 5 - L’arrêté du 16 Juillet 1992 relatif à la classification et aux règles de construction parasismiqueapplicables aux bâtiments de la catégorie dite "à risque normal" telle que définie par le décret du14 Mai 1991 relatif à la prévention du risque sismique est abrogé aux dates d’entrée en application duprésent arrêté telles que précisées à l’article 6 ci-dessous.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 107

Art. 6. - Les dispositions du présent arrêté sont applicables, au plus tard, le premier jour du septième moissuivant sa publication, aux bâtiments faisant l’objet d’une demande de permis de construire, ou d’unedemande d’autorisation au sens de l’article R. 123-23 du code de la construction et de l’habitation ou, endehors des cas indiqués précédemment, d’un début de travaux, à l’exception des bâtiments d’habitationcollective dont la hauteur est inférieure ou égale à 28 mètres, pour lesquels l’application des dispositions duprésent arrêté est reportée, au plus tard, au premier jour du treizième mois suivant la publication.Art. 7. – Le directeur de la prévention des pollutions et des risques, délégué aux risques majeurs, ledirecteur de l’eau, le directeur général des enseignements supérieurs, le directeur de la recherche et desaffaires scientifiques et techniques, le directeur de l’administration générale du ministère de la défense, ledirecteur général de l’aviation civile, le directeur de la sécurité civile, le directeur du trésor, le directeur dubudget, le directeur du service public au ministère de l’industrie, de la poste et des télécommunications, ledirecteur général de l’énergie et des matières premières, le directeur général des collectivités locales, ledirecteur des affaires économiques, sociales et culturelles de l’outre-mer, le directeur de l’habitat et de laconstruction, le directeur général de la santé et le directeur des hôpitaux sont chargés, chacun en ce qui leconcerne, de l’exécution du présent arrêté, qui sera publié au journal officiel de la République française.Fait à Paris, le 29 mai 199710.2.3.2. Arrêté du 10 mai 1993 (ORS)Encadre la réglementation relative aux Ouvrages à Risque SpécialApproche déterministe prenant en compte les domaines sismotectoniquesCommenté par la circulaire de la DPRM en date du 27 mai 1994.ARRETE du 10 mai 1993 fixant les règles parasismiques applicables aux installations soumisesà la législation sur les installations classées (JO du 17 juillet 1993)Article 1erSont visées par le présent arrêté :Les installations énumérées à la nomenclature des installations classées pour la protection del'environnement sous la mention " servitudes d'utilité publique ", à l'exception des installations dont l'étudedes dangers montre qu'elles ne présentent pas, en cas de séisme, des dangers d'incendie, d'explosion oud'émanation de produits nocifs susceptibles de porter atteinte aux intérêts visés à l'article 1er de la loi du 19juillet 1976 susvisée en aggravant notablement les conséquences premières du séisme ;Les installations classées non visées ci-dessus pour lesquelles le préfet, après avis du conseil départementald'hygiène, constate qu'elles présentent en cas de séisme des dangers d'incendie, d'explosion ou d'émanationde produits nocifs susceptibles de porter atteinte aux intérêts visés à l'article 1er de la loi du 19 juillet 1976susvisée en aggravant notablement les conséquences premières du séisme. Dans ce cas, les mesuresprévues au présent arrêté sont prescrites par un arrêté préfectoral pris dans les formes prévues à l'article 17ou 18 du décret du 21 septembre 1977 susvisé.Article 2L'exploitant d'une installation visée à l'article 1er évalue le ou les " séismes maximauxhistoriquement vraisemblables " (S.M.H.V.) à partir des données historiques et géologiques.Le S.M.H.V. est défini de manière déterministe, en supposant que des séismes analogues aux séismeshistoriquement connus sont susceptibles de se produire dans l'avenir avec une position d'épicentre quisoit la plus pénalisante quant à ses effets en terme d'intensité sur le site, sous réserve que cette positionreste compatible avec les données géologiques et sismiques.Article 3Pour chaque séisme maximum historiquement vraisemblable ainsi déterminé, est défini le " séisme majoréde sécurité " (S.M.S.) déduit du S.M.H.V. sur le site par la relation suivante (exprimée en unité d'intensitéM.S.K.) : intensité S.M.S. = intensité S.M.H.V. + 1, sous réserve que cette majoration reste compatibleavec les données géologiques et sismiques.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 108

Chaque S.M.S. est caractérisé par un spectre de réponse, c'est-à-dire la courbe représentantl'amplitude maximale de la réponse d'un oscillateur simple en fonction de sa fréquence. Ce spectre estreprésentatif du mouvement dans une direction d'un point à la surface du sol.Article 4Pour les installations situées dans les zones de sismicité 0 et I a, telles que définies par l'article 4 dudécret n° 91-461 du 14 mai 1991 susvisé et son annexe, l'exploitant peut substituer aux dispositions prévuesaux articles 2 et 3 ci-dessus la définition a priori d'un séisme majoré de sécurité. Ce dernier est alorscaractérisé par le spectre de réponse, en accélération horizontale, obtenu en multipliant les ordonnées duspectre de référence, défini par l'annexe au présent arrêté, par une accélération de calage au moins égale à1,5 m/s2 pour la zone de sismicité 0 et a 2,0 m/s2 pour la zone de sismicité I a.Lorsque le préfet dispose de résultats d'études locales mettant en évidence des différences notables entreles séismes majorés obtenus par les méthodes définies à l'alinéa précèdent et aux articles 2 et 3, il peutimposer à l'exploitant d'avoir recours aux dispositions des articles 2 et 3, sans possibilité d'y déroger dans lesconditions définies à l'alinéa précèdent.Article 5L'exploitant établit, en tenant compte de l'étude de danger, la liste des éléments qui sont importants pourla sûreté aussi bien pour prévenir les causes d'un accident que pour en limiter les conséquences.Cette liste doit comprendre les équipements principaux ou accessoires ainsi que les éléments de supportageet les structures dont la défaillance, éventuellement combinée, entraînerait un danger défini à l'article 1er,de même que les éléments qui sont appelés à intervenir pour pallier les effets dangereux de la défaillanced'un autre matériel.Article 6Les éléments importants pour la sûreté définis à l'article 5 doivent continuer à assurer leurfonction de sûreté pour chacun des séismes majorés de sécurité définis à l'article 3 ou, lorsqu'ilen est fait usage, à l'article 4. L'exploitant établit les justifications nécessaires en étudiant la réponse de ceséquipements à des actions sismiques au moins égales à celles correspondant au spectre de réponse défini àl'article 3 ou, lorsqu'il en est fait usage, à l'article 4. Pour celles-ci l'exploitant pourra prendre en compte lapossibilité d'incursion dans le domaine plastique soit par la prise en compte de coefficients decomportement, soit par l'utilisation de critères traduisant le comportement élastoplastique. Ces coefficientset critères doivent être compatibles avec la fonction de sûreté de l'équipement considéré.Article 7Les évaluations, inventaire, justification et définition prévus respectivement aux articles 2, 3, 5 et 6 seronttransmis a l'inspection des installations classées.Article 8Les dispositions du présent arrêté sont applicables à toute installation dont le dépôt de la demanded'autorisation d'exploiter au titre de la législation des installations classées pour la protection del'environnement intervient plus d'un an après la date de publication du présent arrêté ; elles pourront êtrerendues applicables en tout ou partie aux installations existantes dans les conditions prévues à l'article 18 dudécret n° 77-1133 du 21 septembre 1977.Ces dispositions ne font pas obstacle aux mesures qui peuvent être prescrites compte tenu des particularitésdes sites concernés, dans le cadre des arrêtés réglementant leur fonctionnement.Article 9Le directeur de la prévention des pollutions et des risques et les préfets de département sont chargés,chacun en ce qui le concerne, de l'exécution du présent arrêté, qui sera publié au Journal officiel de laRépublique française.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 109

10.2.3.3. Circulaire du 27 mai 1994 (ORS)Circulaire DPPR/SEI du 27 mai 1994 relative à l'arrêté du 10 mai 1993 fixant les règlesparasismiques applicables aux installations classées pour la protection de l'environnementLe ministre de l'Environnement à Mmes et MM. les préfets, M. le préfet de police.Bien que la France soit rarement affectée par les séismes, les risques induits par de tels phénomènesexistent.L'article 41 de la loi du 22 juillet 1987 relative à l'organisation de la sécurité civile et son décret d'applicationdu 14 mai 1991 définissent les principes généraux des mesures de protection à mettre en oeuvre. Le décretdistingue deux types d'approche préventive selon que les bâtiments, équipements et installations concernésappartiennent à la catégorie dite "à risque normal" ou à celle dite "à risque spécial".La 1ère catégorie comprend les bâtiments, équipements et installations pour lesquels les conséquences d'unséisme demeurent circonscrites à leurs occupants et à leur voisinage immédiat et la seconde ceux pourlesquels des dommages même mineurs à ces ouvrages résultant d'un séisme peuvent avoir un effet au-delàde ce voisinage immédiat.Pour les ouvrages de la 1ère catégorie dite "à risque normal", la sécurité parasismique est assurée selon uneapproche normative.Les installations dites "à risque spécial" au sens de l'article 6 du décret précité comprennent lesinstallations classées définies à l'article 1er de l'arrêté du 10 mai 1993. Pour ces installations, la préventiondu risque sismique fait l'objet d'une étude au cas par cas.L'examen du risque sismique relatif à une installation classée s'intègre dans l'étude de danger, au mêmetitre que celui des autres risques naturels.Les dispositions de l'arrêté du 10 mai 1993 se fondent notamment sur l'expérience acquise lors de l'étudeparasismique d'une part des installations nucléaires de base et d'autre part, au cours des dernières années,de certaines installations classées. Cette expérience permet d'apporter les commentaires et précisions utilesà l'application de ce texte.L'arrêté définit dans un premier temps une méthode d'évaluation de l'aléa sismique à prendre en compte(article 2 à 4). Il demande ensuite l'élaboration d'une liste des installations ou équipements devant fairel'objet de mesures de protection (article 5) puis les objectifs en matière de sécurité que les dispositions deprotection doivent permettre de satisfaire (article 6).Article 1erLa détermination du champ d'application de l'arrêté ne nécessite pas une connaissance particulière sur lasismicité de la zone géographique concernée. La capacité d'une installation à créer, en cas de séisme,des accidents aggravant notablement les conséquences premières du séisme pourra s'évaluerau vu des scénarios d'accidents développés dans l'étude des dangers de l'installation. On pourraen particulier examiner les conséquences de scénarios de fuites importantes sur des réservoirs de produitsinflammables, explosifs ou toxiques; scénarios probables en cas de séisme.Article 2En l'état actuel des connaissances des processus géologiques engendrant une rupture brutale des roches,notamment dans les zones à sismicité modérée (cas de l'essentiel du territoire national), la prédiction précisedans l'espace et dans le temps de l'occurrence d'un séisme et a fortiori de son "agressivité" est impossible.Aussi la prévention sismique se fonde sur le postulat selon lequel un séisme passé peut se reproduire dans lefutur sur le même accident géologiquement actif [accident sismogène (*)] et cela avec une "puissance"comparable.C'est ce que traduit la notion de SMHV introduite dans l'article 2. Elle provient de la pratique adoptée pourles installations nucléaires de base (règle fondamentale de sûreté n° 1.2.c). Il convient de remarquer quepour un site donné, il peut y avoir plusieurs SMHV à considérer; par exemple : un séisme de magnitude (*)relativement faible mais situé près du site, et un séisme plus fort mais plus lointain, les deux produisant lamême intensité (*) sur le site.Concrètement, la détermination du ou des SMHV s'appuie sur un ensemble de donnéessismologiques et géologiques à rechercher dans des documents et banques de donnéesspécialisés et servant de base à une analyse sismotectonique (voir annexe). Cette recherchedocumentaire doit être complétée par un recueil complémentaire d'information et par un travaild'interprétation.Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 110

L'analyse de ces données doit permettre d'identifier :- les domaines sismotectoniques (*) pertinents, c'est-à-dire les régions dont les caractéristiques tectoniques(type et niveau des déformations, champs de contraintes) sont suffisamment homogènes pour qu'on puisseenvisager l'occurrence d'un séisme analogue à un séisme historiquement connu, en n'importe quel point dudomaine;- les accidents (ou structures) sismogènes pertinents, c'est-à-dire les failles ou systèmes de failles, dont lesmouvements peuvent avoir été ou être à l'origine de séismes;- pour ces 2 types "d'unités sismotectoniques", les séismes historiques les plus importants dans la région dusite, caractérisés de manière aussi précise que possible, compte tenu des données disponibles en termes dedistribution des intensités, de localisation de l'épicentre et de profondeur de foyer et, le cas échéant, dedonnées instrumentales.A partir de ces éléments, la détermination du ou des SMHV découle de l'application des règlesdéterministes suivantes :a) Les séismes historiques du domaine sismotectonique auquel appartient le site, à l'exception deceux pour lesquels l'appartenance à un accident sismogène précis peut être justifiée, sont considéréscomme pouvant se produire au droit du site.b) Ceux des séismes appartenant à un domaine sismotectonique voisin et non liés à un accidentsismogène (*) précis, sont considérés comme pouvant se produire au point de ce domaine le plusproche du site.c) Les séismes appartenant à un accident sismogène précis sont considérés comme pouvant se produire aupoint de l'accident le plus proche du site.L'aléa sismique ainsi paramétré permettant d'estimer les effets les plus importants sur le site est constituépar le ou les séismes maximaux historiquement vraisemblables.Article 3La règle de majoration de un degré d'intensité, qui fait passer du SMHV au SMS vise à s'assurer,avec un bon niveau de confiance, que l'installation ne subira pas, au cours de son existence, des actions plusagressives que celles pour lesquelles elle aura été dimensionnée.Cette règle de majoration est celle utilisée par la sûreté nucléaire, dans le contexte sismotectoniquede la France métropolitaine, caractérisé par :- un niveau faible ou moyen de sismicité;- une connaissance généralement bonne de la sismicité historique (sur une période d'au moins 500 ans);- une connaissance incomplète des structures sismogènes actives dans une zone intraplaqueCette règle de majoration peut s'avérer inapplicable, car aboutissant à des incohérences denature sismologique et/ou géotechnique dans un certain nombre de cas pour lesquels il peutêtre admis, sous réserve de justifications, d'y déroger ou d'en modifier les modalités d'application ; ces cassont les suivants :a) SMHV correspondant à un séisme interplaque (*) de grande magnitude (*). (cas de la zone desubduction proche des Antilles françaises). La majoration de un degré d'intensité peut alors conduire àenvisager une dimension irréaliste pour la source sismique (magnitude); il convient alors de tenircompte des dimensions maximales plausibles pour la source, pour fixer la magnitude àconsidérer.b) SMHV correspondant à un séisme intraplaque de magnitude voisine du maximum admis pour larégion considérée et dont le foyer est à grande distance du site; comme en a) ci-dessus, la majoration deun degré d'intensité sur le site peut correspondre à une majoration irréaliste des effets du séisme dans lazone épicentrale; la majoration pour passer du SMHV au SMS doit alors être prise en intensité épicentrale etécrêtée à la valeur maximale la plus plausible compte tenu de l'extension de l'accident sismogènecorrespondant; l'intensité sur le site découle alors de l'utilisation d'une loi d'atténuationappropriée.c) SMHV correspondant à un séisme de faible magnitude dont le foyer est proche du site et qui estassocié à un accident sismogène localisé et de faible extension ; la majoration de un degré d'intensité peutalors correspondre (par exemple si l'on passe d'une intensité SMHV VIII à une intensité SMS IX) à uneextension de la zone source incompatible avec les dimensions estimées pour l'accident sismogène; dans untel cas, il convient, soit de procéder à des études spéciales, soit, à défaut, d'utiliser les règlesforfaitaires de détermination des mouvements décrites à l'article 2.4 de la règle fondamentalede sûreté I.2.c.d) Sites dont la nature des terrains et/ou la topographie sont telles qu'elles peuvent avoir une trèsforte influence sur les mouvements sismiques en surface ; la majoration en termes d'intensité sur le site n'aIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 111

alors plus guère de signification. La majoration doit alors être prise en termes de magnitude à la source,avec un niveau qui correspondrait à une majoration d'intensité de un degré sur un site normal et lesmouvements sur le site doivent être calculés au moyen d'une étude particulière prenant encompte la structure, la lithologie et la topographie du site.Les spectres de réponse définis au deuxième alinéa de l'article 3 constituent la donnée de base pour touteétude de comportement des structures et des équipements de l'installation considérée, pour ce qui concerneles effets des forces d'inertie. Pour certains autres effets (liquéfaction des sols, déformationsimposées aux conduites souterraines), il peut être nécessaire de compléter cette définition dumouvement (indications sur la durée du mouvement, le nombre équivalent de cycles, leslongueurs d'ondes et les vitesses particulaires); ces données complémentaires doivent êtrecompatibles avec le niveau de mouvement associé aux spectres, les caractéristiques physiques du séisme etles propriétés géotechniques des terrains du site. Par ailleurs, l'amplitude de mouvement de la composanteverticale peut être prise égale aux deux tiers de celle des composantes horizontales, auxquelles correspondla définition des spectres.Les procédures de calcul de spectre doivent suivre les procédures de corrélation actuellementen vigueur, par exemple celles utilisées par le génie nucléaire.Néanmoins, lorsqu'elles existent, d'autres méthodes d'évaluation de spectres pourront être utilisées, à desfins de comparaison; on s'assurera que les paramètres physiques de la source sismique sont compatiblesavec les données de sismicité historique.Les études nécessaires pour aboutir à cette détermination des SMHV, des SMS et des spectresde réponse associés doivent être confiées à des équipes de spécialistes confirmés, ayantnotamment l'expérience de l'application pratique de la méthodologie précitée.Article 4Il convient de remarquer que la plus grande partie du territoire métropolitain est située en zone de sismicité0 (qui ne signifie pas que le risque sismique est nul) ou Ia.Article 5Sur la base de l'étude de danger d'une installation concernée, l'exploitant détermine les ensembles, sousensemblesou éléments dont la défaillance serait de nature à aggraver notablement les conséquencespremières du séisme définies par l'article 1, et donc de nature à créer un suraccident.Cela concerne donc les événements susceptibles d'avoir des effets importants hors site, c'est-à-direessentiellement :- les émissions aériennes importantes de produits toxiques;- les BLEVE;- les déflagrations de nuages de gaz inflammables;- les pollutions très graves de ressources en eau potable.Dès lors qu'un suraccident a été identifié, l'exploitant étudie les causes susceptibles d'y conduire, en tenantcompte en outre des défaillances spécifiques de celles induites par les séismes (chute éventuelle destructures ou d'autres équipements, mouvements de terrains...).A partir de chaque cause, on étudiera les scénarios qui en découlent pour vérifier si les conséquences sontcelles redoutées. Si tel est le cas, l'étude définira les remèdes possibles pour supprimer chaque cause ou enréduire les effets.Cette étude aboutira à la liste des éléments et aux exigences de comportement associées telles queprécisées pour l'application de l'article 6.Article 6Il s'agit de définir les vérifications à effectuer sur les éléments définis à l'article 5 pour assurer leur tenue auséisme.A l'issue de l'étude mentionnée à l'article 5, les éléments sont classés selon l'une des exigences decomportement suivantes :- stabilité, imposée aux éléments pour lesquels il suffit de prévenir le risque d'effondrement, ou de chute decertaines parties pour éviter d'endommager des équipements ou structures adjacentes;- intégrité, imposée aux éléments qui doivent maintenir certaines fonctions passives (par exemplel'étanchéité d'une paroi);- capacité fonctionnelle pour les éléments mécaniques statiques traversés par un fluide et pour lesquels unelimitation de déformation doit être assurée afin de garantir qu'il n'y a pas, par exemple, de réduction dedébit ou, plus généralement, de gêne à l'accomplissement de la fonction de sécurité;Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 112

- opérabilité , imposée aux éléments qui doivent maintenir certaines fonctions actives (par exemple lacapacité de fermeture d'une vanne).La définition des vérifications consiste, alors, dans les deux étapes suivantes et inséparables :- choix de la méthode de vérification : calcul dynamique spectral ou temporel, calcul statique, essai... ;- définition des critères pour assurer le bon comportement.Le choix des critères doit tenir compte de la méthode de vérification choisie, de la vulnérabilité réelle miseen évidence par le retour d'expérience sismique, ainsi que de l'exigence de comportement demandée àl'élément.La protection visée, pour le niveau de séisme pris en compte, peut, dans la plupart des cas, autoriser desincursions dans le domaine plastique.Ceci résulte du fait que les sollicitations sismiques sont essentiellement du type déformation imposée ce quientraîne que le mode de ruine est généralement associé à une limite de déformation plutôt qu'à une limitede contrainte. La plupart des matériaux présentant une capacité importante de déformation plastique avantrupture, il est donc possible d'obtenir une sécurité acceptable en autorisant des incursions significatives dansle domaine plastique, sous réserve que la configuration de l'équipement et sa réponse sismique permettentla mobilisation effective de ces capacités de déformation.Toutefois, il est en général difficile de vérifier l'obtention de ces capacités de déformation par le calcul,notamment en raison de l'incertitude sur les critères à utiliser. C'est pourquoi on utilise une méthode simple,fournissant une approximation assez bonne, qui consiste à représenter ces comportements élasto-plastiquespar le biais d'un coefficient diviseur des efforts calculés sur un modèle élastique, dit coefficient decomportement supérieur ou égal à 1. Ces coefficients dépendent de la nature du matériau (plus ou moinsgrande ductilité) de la fréquence fondamentale de l'élément et de son mode de ruine (dans lequell'apparition des déformations plastiques d'ensemble doit précéder les phénomènes d'instabilité tels que leflambage ou la déchirure). Leurs valeurs numériques sont pour l'essentiel tirées des constatations faites àl'occasion de séismes réels.L'approche par coefficients de comportement s'applique bien lorsque la stabilité, l'intégrité ou même lacapacité fonctionnelle sont recherchées. D'une manière générale, les critères d'intégrité suffisent à assurer lacapacité fonctionnelle.Pour le cas de l'opérabilité, où l'on recherche à limiter les déformations et déplacements lors du séisme, onimpose à l'équipement de rester dans le domaine élastique. Pour certains matériels, comme les relais oucontacteurs, machines tournantes..., il peut être nécessaire d'avoir recours à des essais sur table vibrante,pour démontrer l'opérabilité.La complexité du signal sismique, de son comportement et de ses effets sur les structures limiteconsidérablement les possibilités de modélisation.La méthodologie ainsi décrite fait souvent référence à l'expérience acquise soit à la suite de séismes réelssoit aux termes d'expérimentation. Les résultats valident d'ailleurs cette approche. Pour la prolonger defaçon pratique, mes services élaborent actuellement des fiches guides relatives au dimensionnementsismique de quelques structures type. Elles seront tenues à jour et diffusées.Article 8En ce qui concerne les installations existantes, compte tenu du nombre limité d'expertscompétents dans ce domaine, de la nécessité d'affiner les méthodologies, vous vous attacherezprioritairement aux installations visées à la nomenclature des installations classées sous lamention : "Servitudes d'utilité publique" en ne retenant pour les premières années que cellespour lesquelles le facteur aggravant en cas de séisme est très important.Vous voudrez bien me faire connaître les références de l'installation (ou des installations) que vousenvisagez de retenir et les échéances correspondantes afin d'apprécier au niveau national l'adéquation del'ensemble du programme avec la capacité d'expertise existante.Pour ces installations existantes, les mesures prises pour atteindre le ou les objectifs décrits à l'article 6 nepeuvent pas entraîner de modifications importantes touchant le gros oeuvre de l'installation et elles doiventêtre techniquement et économiquement réalisables (article 37, alinéa 3, et 17, alinéa 2 du décret du 21septembre 1977)Je vous saurais gré de bien vouloir me faire part des difficultés qui pourraient apparaître dans l'applicationdu présent arrêté.(*) Voir glossaire.GlossaireIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 113

Intensité : Cotation sur une échelle conventionnelle (échelle macrosismique) des effets d'une secoussesismique en un site donné, sur l'homme, ses oeuvres et son environnement (mesure de la force destructriceou de l'agressivité d'un séisme en un site donné).Echelle macrosismique d'intensité : Echelle conventionnelle de cotation des effets macrosismiques. Ilexiste plusieurs échelles macrosismiques. En France et en Europe, on utilise l'échelle MSK comportant 12degrés discontinus.Magnitude : Mesure de l'énergie émise par une source sismique sous forme d'ondes. Elle est utiliséecomme une mesure de la "grandeur" ou "puissance" du séisme.Echelle de Richter : "Echelle" de mesure de la magnitude des séismes. Elle n'a pas, de par sa définition,de limite théorique supérieure (ni inférieure). Sur des critères physiques liés à la taille maximale d'unesource sismique et à l'énergie correspondante qui peut être rayonnée, on estime cependant qu'une valeurlimite doit exister (la magnitude des plus forts séismes connus à ce jour ne dépasse pas 9,2).Domaine sismotectonique : Cette expression résulte de l'évolution des méthodes d'analyse etd'interprétation des phénomènes sismiques. Elle reprend la notion de domaine tectonique figurant dans larègle fondamentale.Accident sismogène : Discontinuité géologique (faille) constituant ensemble des lieux d'origine (foyers)des séismes passés et vraisemblablement futurs. Une faille active n'est pas nécessairement sismogène.Intraplaque/interplaque : Qui est situé à l'intérieur/en bordure des plaques (cf . théorie de la tectoniquedes plaques).Annexe : Banques de données sismologiquesIl existe actuellement en France deux banques de données dont les informations peuvent être mises à ladisposition des maîtres d'oeuvre d'études parasismiques dans les conditions indiquées ci-après :1° Banque de données SIRENE gérée par le Bureau de recherches géologiques et minières (BRGM) pour sonpropre compte ainsi que pour l'Institut de protection et de sûreté nucléaire (IPSN) et Electricité de France(EDF).Cette banque rassemble les informations macrosismiques brutes concernant les séismes survenus pendant lapériode historique sur le territoire métropolitain ou à proximité. Une demande de consultation doit êtreprésentée à l'un des trois organismes propriétaires. Il est néanmoins conseillé de demander au moins unemise en forme pratique des données. Cette mise en forme ne constitue pas une exploitation des données etne suffit pas à la détermination du SMHV (nécessité d'une analyse sismotectonique).2° Banque de données des mouvements forts (sismothèque) constituée par l'IPSN. L'utilisation de cettebanque nécessitant un minimum de connaissances en sismologie, son interrogation directe est déconseillée.L'Institut peut fournir les données spectrales et les accélérogrammes appropriés correspondant aux SMS dusite concerné.Les prestations minimales de ces organismes correspondent à quelques jours d'ingénieur et sontactuellement facturées sur la base d'un forfait ou des tarifs en vigueur.Les adresses des services à contacter sont les suivantes :- BRGM (Groupe risques naturels et géoprospective) 117, avenue du Luminy, BP 167, 13276 Marseille Cedex09.- EDF, département TEGG, 905, avenue du Camp-de-Menthe, BP 605, 13093 Aix-en-Provence Cedex 02.- IPSN, DPEI/BERSSIN, BP 6, 92265 Fontenay-aux-Roses.10.2.3.4. Arrêté du 15 septembre 1995 (Ponts à risque normal)Relatif à la classification et aux règles de construction parasismiques applicables aux pontsde la catégorie dite à risque normal (prescrit notamment l’application du " Guide AFPS1992 pour la protection parasismique des ponts" ou du DAN de l’EUROCODE 8, partie 2).Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 114

10.2.4. Et l’existant ?Commentaire de Philippe Bisch 7 , Président de l’Association Européenne de GénieParasismique, membre du GEP.« Le GEP (Groupe d’Etude et de Propositions pour la prévention du risque sismique enFrance), formé sur l’initiative de l’Administration, a pour mission de déterminer et deproposer ce qu’il est possible de faire en matière de réglementation sismique, sur la basedes connaissances scientifiques acquises, avec pour souci de faire en sorte que les textesréglementaires soient réellement applicables. Il a donc participé d’une manière décisive àl’élaboration des Arrêtés visés ci-dessus.Un problème très important, qui est un défi au GEP sur le plan technique, et à laPuissance Publique sur le plan des décisions à prendre et actions à engager, estl’extension du cadre réglementaire administratif et technique aux bâtiments existants,comme le souhaite implicitement la loi Barnier.Ceci peut être considéré sur le plan politique comme une action nécessaire pour établirl’égalité des citoyens devant le risque. Mais une telle extension se heurte à des difficultéstechniques et économiques très importantes. La seule norme pouvant faire référenceaujourd’hui est l’ENV EUROCODE 8 partie 1.4, mais ce texte est très critiqué par denombreux pays (dont la France), et il est peu probable qu’il peut faire l’objet d’un DANapplicable à court terme, et qui plus est qu’il puisse être converti en EN sans modificationsprofondes, ce qui demandera quelques années. En l’absence de texte technique deréférence, on voit mal comment la volonté fort louable du Législateur pourra être mise enpratique dans un court délai. »10.2.5. Les règles PS-92, plan du contenuPLAN DE LA NORME NF P 06 – 013 (Règles PS-92)1. Objet, domaine d'application, conditions de validitéobjetréférences normativesdomaine d’applicationcontenu2. Détermination de la sécuritéactions et situations sismiquesobjectifs de comportementvérifications de sécurité3. Niveau minimal réglementaire de protection - valeurs de a nzones de sismicitéclasses de protection des ouvragesvaleurs de a nsurclassement des ouvrages4. Règles générales de conceptionchoix du sitereconnaissances et études de solfondationsstructures5. Définition du séisme de calculmodélisation du mouvement du soldéfinition de l'action sismiquedéplacement du sol7 Conférence annuelle des Grands Ateliers de l’Isle d’Abeau, Lyon, novembre 1998Introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 115

6. Actions sismiques d'ensemblemodélisation du mouvement sismique et nature des actions à considérermodélisation des structuresprise en compte des comportements non linéairescombinaison des effets des composantes du mouvement sismiquenotationsméthodes de calcul7. Actions localeséléments passibles d'un calcul forfaitairestructures secondaires et sous-systèmes8. Règles de vérificationcombinaisons d’actionssécurité vis-à-vis des états limites ultimessécurité vis-à-vis des déformations9. Fondationsliquéfaction des solsstabilité des pentesdispositions techniques concernant les ouvrages de fondationcalcul des fondations profondesvérification de la force portantefondations sur sols substitués compactésprise en compte de l'interaction sol-structure10. Parois d'infrastructure et ouvrages de soutènementrègles généralesméthode de calcul simplifiéevérifications de stabilitévérifications de résistancemurs de soutènement isolés11. Béton armé et béton précontraintgénéralitésspécifications concernant les matériauxdispositions constructives des éléments principaux des ossaturesdispositions propres aux murs et voiles de contreventementdispositions propres aux dalles et diaphragmesdispositions propres aux éléments précontraintscoefficient de comportementvérification de sécurité des éléments principauxdispositions propres aux éléments secondaires12. Structures en maçonneriegénéralitéséléments structurauxéléments non structurauxéléments divers13. Construction métalliquesymboles utilisésprincipes générauxtypes de structures métalliquescoefficient de comportement des structures dissipativesexigences relatives à la classe des sectionsassemblages situés au voisinage des zones dissipativesvérification des barres dans les zones dissipatives14. Constructions en boisprincipes générauxassemblagesrègles particulières des structures en boiscoefficients de comportementvérifications15. Façades légèresIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 116

généralitésactionsrègles de vérificationméthodes de calculdispositions constructives16. Compléments relatifs aux composants préfabriqués en béton et aux structures utilisant ces composantsdomaine d’applicationterminologiecoefficient de comportementdispositions relatives aux composants linéaires principauxdispositions relatives aux planchersdispositions relatives aux toitures des bâtiments industrielsdispositions relatives aux éléments de fondations10.2.6. L’Eurocode 8, plan du contenuN° Partie TitrePartie 1-1Partie 1-2Partie 1-3Partie 1-4Partie 2Partie 3Partie 3Partie 5Règles générales : actions sismiques et exigences générales pour laconceptionRègles générales : règles générales pour les bâtimentsRègles générales : règles spécifiques pour divers éléments et matériauxRègles générales : renforcement et réparation des constructionsPontsTours, mâts et cheminéesSilos, réservoirs et pipelinesFondations, ouvrages de soutènement et aspects géotechniques11. Ouvrages de vulgarisation en sismologie appliquéeIntroduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieursPatricia BALANDIER pour DDE Martinique – SECQUIP – Juillet 2001 Page 117