Les seismes

PLAN DU COURS

 

I - Les manifestations et les conséquences d'un séisme: Lien

 

II - L'enregistrement des séismes: Lien


III - L'étude des enregistrements des séismes 

 

IV - Le déclenchement d'un séisme :  Lien

 


Télécharger
Les séismes - Résumé du cours.pdf
Document Adobe Acrobat 283.2 KB

 

Chaque année, plus de 3 millions de séismes sont enregistrés dans le monde. Mais la plupart sont inoffensifs. Apeine une dizaine font des victimes et de gros dégâts. Dans ce chapitre nous verrons ce qu'est un séisme, quelles sont leurs conséquences et quels sont les risques pour les populations vivant près des zones sismiques.

 

Problématique: quelles sont les manifestations et les conséquences des séismes ?

 

I - Les manifestations et les conséquences d'un séisme

 

Carte des séismes les plus importants de l'histoire. Source: le-cartographe.net
Carte des séismes les plus importants de l'histoire. Source: le-cartographe.net

Le document ci-dessus montre la localisation et les conséquences des 10 principaux séismes ayant eu lieu dans le monde, leur date ainsi que leur intensité sur l'échelle de Richter (chiffre à droite).

 

Nous nous interesserons dans ce chapitre au séisme ayant eu lieu à Haiti le 12 janvier 2010.

Cette photo a été prise quelques heures après le séisme d'Haiti. On observe clairement les destructions. Ce qui n'est pas visible ce sont les morts: plus de 100 000 personnes ont péri ce jour là.

Conséquences du séisme sur une route japonaise.
Conséquences du séisme sur une route japonaise.

Cette photo et la suivante montre les conséquences sur les infrastructures routières du Japon. Ce pays est aussi localisé dans une zone très sismique et les séismes y sont fréquents et très destructeurs.

 

Cette route a été coupée en deux par une faille: il s'agit d'une rupture brutale des roches entrainant le mouvement des deux blocs rocheux de part et d'autre de la faille.

 

La photo ci-dessous montre la faille de San Andréas (USA) qui découpe le continent sur plus de 1000 km de long!

 

L'animation suivante (cliquer sur ce lien) permet de comprendre comment se forme une faille  lors d'un séisme.

Photo aérienne de la faille de San Andréas en Californie (USA). Source:enseignant.villamaria.qc.ca
Photo aérienne de la faille de San Andréas en Californie (USA). Source:enseignant.villamaria.qc.ca
Voie de chemin de fer détruite par le séisme de Kobé au Japon.
Voie de chemin de fer détruite par le séisme de Kobé au Japon.
Déformations du terrain sour un stade. Séisme de Kobé au Japon.
Déformations du terrain sour un stade. Séisme de Kobé au Japon.

Effets d'un séisme sur le revêtement d'un stade d'une école.

 

La vidéo ci-dessous permet d'observer toutes les conséquences d'un séisme destructeur.

Première vague du Tsunami ayant touché les côtes du Japon lors du séisme de la côte nord-est du Japon.
Première vague du Tsunami ayant touché les côtes du Japon lors du séisme de la côte nord-est du Japon.


Carte localisant l'épicentre du séisme ayant causé le tsunami qui ravagea la côte est du pays et entraina la catastrophe nucléaire de Fukushima. Sources: le cartographe.
Carte localisant l'épicentre du séisme ayant causé le tsunami qui ravagea la côte est du pays et entraina la catastrophe nucléaire de Fukushima. Sources: le cartographe.
Carte de l'océan Pacifique montrant l'avancée du tsunami heure par heure. On osberve que tous les pays autour du Pacifique sont touchés par la vague géante. Sources: le cartographe.
Carte de l'océan Pacifique montrant l'avancée du tsunami heure par heure. On osberve que tous les pays autour du Pacifique sont touchés par la vague géante. Sources: le cartographe.
Sources: Wikipédia.
Sources: Wikipédia.

Cette carte permet de lcoaliser la zone où s'est produit le séisme d'Haiti. Les cercles rouges représentent l'épicentre du séisme: c'est la zone la plus touchée.

 

Si on résumer les observations des documents: un séisme crée des vibrations qui ont 3 principales conséquences:

- destructions des infrastructures et des bâtiments

- victimes (morts et blessés) et disparus

- déformations du paysage (le sol bouge, se soulève ou s'abaisse).

Ces 3 conséquences ne s'observent que pour les séismes très importants. Pour la majorité des autres séismes on ne ressent presque rien et il n'y a pas de dégâts.

Echelle d'intensité sismique.
Echelle d'intensité sismique.

Pour établir les effets du séisme et surtout mesurer rapidement l'intensité d'un séisme, les chercheurs ont mis au point un tableau très simple d'utilisation (voir tableau ci-contre, cliquer dessus).

 


Suivant  les observations des chercheurs (et des personnes présentes sur le lieu du séisme)qui ont observé les effets sur le paysage et les infrastructures du séisme, ils en ont déduit une échelle d'intensité macrosismique (tableau ci-dessus).

Par exemple, si un séisme a lieu et que les conséquences sont: "Séisme ressenti en plein air, les dormeurs se réveillent" c'est que ce séisme avait une intensité de V. On appelle cette échelle, l'échelle de Mercalli,  du nom de son inventeur. Mais elle a été modifiée de nombreuses fois et porte différents noms: échelle MSK, échelle macrosismique, échelle d'intensité sismique... Il ne faut surtout pas la confondre avec l'échelle de Richter qui donne la magnitude du séisme, c'est-à-dire l'énergie libérée (en équivalent de TNT qui explose) 

 

Quelle était l'intensité du séisme à Haiti?

Pour répondre à cette question, il suffit de regarder les conséquences du séisme: fortes destructions, nombreuses victimes. On peut donc supposer (d'après ce tableau) que le séisme avait une intensité de IX ou X.

Carte des intensité sismiques. Sources: http://jfjpm-genie-civil.blogspot.fr/
Carte des intensité sismiques. Sources: http://jfjpm-genie-civil.blogspot.fr/

En mesurant les effets du séisme d'Haiti sur tout le territoire et en créant une carte représentant les intensité ressentie dans tout le pays, les chercheurs on peu créer la carte ci-contre. Il s'agit de la carte de l'intensité du séisme.

Sur cette carte on observe que plus on se rapporche de la zone rouge, et plus les effets du séisme ont été violents et destructeurs.

 

Bien entendu, plus on s'éloigne de la zone en rouge sur la carte, et moins les effets du séisme seront faible jusqu'à devenir nuls très loin de l'épicentre.

Tableau des intensités sismiques (lien)

Sismomètre installé à proximité du Mont Spurr. Sources: © Neal C. A., USGS
Sismomètre installé à proximité du Mont Spurr. Sources: © Neal C. A., USGS


Mais comment peut-on mesurer l'intensité réelle d'un séisme? Comment peut-on enregistrer un séisme et que nous apportent ces informations sur l'origine du séisme?

 

 

 

 

II - L'enregistrement des séismes

 

Les vibrations sismiques (appelées aussi ondes sismiques) peuvent être enregistrées grâce à un appareil appelé sismomètre (les anciens appareils, non électroniques étaient appelés sismographes).

La photo ci-contre montre une installation en haut d'un plateau, proche d'une montagne où de nombreux séismes ont lieu chaque année. Le sismomètre est relié à des satellites et envoie ses enregistrements en continue dans des laboratoires.

La photo ci-dessous montre un sismomètre et la suivante montre un sismographe. C'est cet appareil que nous étudierons.

Sismomètre à large bande. Sources: http://smsc.cnes.fr/NETLANDER/Fr/seis.htm
Sismomètre à large bande. Sources: http://smsc.cnes.fr/NETLANDER/Fr/seis.htm
Sismographe, plus ancien. On voit le papier sur lequel sont enregistrées les vibrations sismiques. Sources: http://voisind.free.fr/volcan/43%20aujourdhui%20HOMME.html
Sismographe, plus ancien. On voit le papier sur lequel sont enregistrées les vibrations sismiques. Sources: http://voisind.free.fr/volcan/43%20aujourdhui%20HOMME.html

La vidéo ci-dessous montre un sismographe fabriqué par des élèves. Le socle de l'appareil ainsi que la potence sont fabriqués en bois. Le cylindre enregistreur est une vieille boite de conserve et le stylet est un feutre noir. Pour faire tourner le cylindre, un petit moteur de jouet est utilisé.

 

Lorsque les élèves sautent à côté de la table, le socle et le cylindre enregistreur bougent ce qui permet d'enregistrer les ondes sismiques (= vibrations) sur le papier. Vous observez que le stylet ne bouge PAS !

Sur la vidéo ci-dessous, vous pouvez observer un véritable sismographe (de la cité des Sciences et de l'Industrie à Paris). Lorsque la jeune femme saute à côté de l'appareil, les vibrations qu'elle crée se propagent dans le sol, touchent le socle du sismographe et le fait bouger. Le cylindre bouge à son tour et le stylet enregistre les vibrations sur le papier.

Ce modèle est de moins en moins utilisé de nos jours. On lui préfère le sismomètre.

Sismographe. Sources: banque de schémas - SVT
Sismographe. Sources: banque de schémas - SVT

Cliquer sur l'image pour l'agrandir.

 

Voici un schéma de l'appareil que l'on appelle le sismographe. Le stylet (non légendé) correspond à la tige située sous la masse qui permet d'écrire sur le papier.

Les légendes entourées en vert correspondent aux parties de l'appareil qui ne bougent pas grâce à la masse qui empêche tout mouvement. Les légendes entourées en vert correspondent aux parties de l'appareil qui bougent.

 

Pour comprendre comment fonctionne un sismographe, cliquez sur le lien suivant: lien.

 

Un ancien sismographe à cylindre enregistreur. Source: cliquer sur l'image.
Un ancien sismographe à cylindre enregistreur. Source: cliquer sur l'image.



Mais quel est le résultat de l'enregistrement des ondes sismiques par un sismographe et quelles informations nous apportent cet enregistrement ?

 

III - L'étude des enregistrements sismiques

 

Sismogramme enregistré à Strasbourg d'un séisme ayant eu lieu dans les iles Tonga. Sources: http://jeanvilarsciences.free.fr/?page_id=404
Sismogramme enregistré à Strasbourg d'un séisme ayant eu lieu dans les iles Tonga. Sources: http://jeanvilarsciences.free.fr/?page_id=404


Cet enregistrement est appelé un sismogramme. Chaque trait vertical correspond à une secousse. Plusieurs traits qui se suivent correspondent à un train d'ondes sismiques (comme un train de plusieurs wagons ou chaque wagon correspond ici à une vibration).

Un sismogramme nous apporte différentes informations sur un séisme:

- l'heure du séisme

- l'heure du début d'enregistrement du séisme (visible sur le document)

- l'heure de la fin de l'enregistrement du séisme

-l'intensité du séisme (plus les traits verticaux sont hauts et nombreux et plus le séisme était puissant).

- la localisation du séisme (ici les îles Tonga, dans l'océan Pacifique, donc très loin de Strasbourg).

Cet enregistrement nous prouve aussi que les ondes sismiques se déplacent très rapidement et sur de très grandes distances car entre Strasbourg et les îles Tonga, il y a 16952 km !

 

Distance entre Strasbourg et les iles Tonga. Sources:http://www.levoyageur.net/distan.php
Distance entre Strasbourg et les iles Tonga. Sources:http://www.levoyageur.net/distan.php

Mais quelle est la vitesse d'une onde sismique ?

 

Pour calculer un vitesse, nous avons besoin de 3 paramètres pour utiliser la formule suivante: vitesse = (Distance/Temps).

- Le sismogramme nous donne le temps que met le séisme à arriver au niveau du sismographe (visible en bas au niveau de l'abscisse).

-La distance est donnée par les satellites (GPS, comme sur le document ci-dessus); sinon on peut utiliser une mappemonde ou un planisphère.

On peut donc calculer la vitesse d'une onde sismique. Attention, il ne faut pas se tromper dans les unités:

- les ondes sismiques mettent 1230 secondes pour arriver à Strasbourg.

- la distance entre Strasbourg et les Iles Tonga est de 16952 km.

 

Calcul: V= D/t donc V= 16952 km/1230 s = 13,7 km/s. La vitesse des ondes sismiques est donc d'environ 13km/s (ce qui est plutôt rapide, il est possible que cet enregistrement ne sois pas correct, vu qu'il est tiré d'un livre de SVT et n'est pas réel!).

 

Et comment comprendre plusieurs sismogrammes différents?

 

Sismogrammes enregistrés dans 3 paysa différents lors du séisme de Bam. Sources: SVT Belin, 2007 p143.
Sismogrammes enregistrés dans 3 paysa différents lors du séisme de Bam. Sources: SVT Belin, 2007 p143.

Le document ci-dessous nous présente les 3 sismogrammes enregistrés dans 3 pays différents: Djibouti en Afrique, Saint-Sauveur en France et la Guyane français en Amérique du Sud. Ces 3 pays sont très éloignés les uns des autres (voir la carte).

 

On peut se demander quel sismogramme enregistre les ondes sismiques en premier ?

C'est celui de Djibouti, car l'enregistrement début à 2h 1min 53s, donc bien avant celui de Saint Sauveur et de Guyane. Cela se voit sur les sismogrammes, car on enregistre des pics (ondes sismiques) d'abord à Djibouti.

 

Essayez de vous entraîner à donner l'heure du début de chaque enregistrement en ne regardant que les sismogrammes et sans regarder le temps indiqué dans les bulles.

 

Si l'enregistrement débute d'abord à Djibouti, cela veut dire que ce pays est situé le plus près de l'épicentre du séisme. En effet, on observe sur la carte que Djibouti est plus proche de Bam (lieu du séisme).

 

 

Nous ne savons toujours pas ce qui déclenche un séisme.

 

Problème: comment se déclenche un séisme ?

 


IV - Le déclenchement d'un séisme

 

Hypothèse: je suppose qu'un séisme se déclenche lorsque des roches cassent en profondeur.

 

L'expérience ci-contre représente une modélisation. On essaye de recréer avec des matériaux simples (ici du polystyrène) le comportement des roches à l'intérieur de la Terre.

 

On va exercer une contrainte (c'est-à-dire une force) de plus en plus importante sur le morceau de polystyrène et voir ce qu'il se passe. Au bout de quelques secondes, le polystyrène casse au niveau d'une zone fragile (la faille dans la réalité). Les bandes rouges permettent de mieux observer le mouvement des deux blocs de polystyrène. On fait ici l'hypothèse que le polystyrène correspond aux roches dans la réalité. Bien entendu ce modèle est loin d'être parfait, car en réalité, les roches sont soumises à des pressions gigantesques puisqu'elle sont recouvertes par d'autres roches! Ce modèle permet de comprendre le phénomène mais il ne permet pas de le modéliser parfaitement.

 

La photo ci-dessous montre une autre modélisation qui permet d'arriver aux mêmes conclusions: c'est l'accumulation de contraintes sur les roches situées en profondeur qui va les faire rompre. Car rien n'est indestructible, et même des roches très résistantes possèdent un point de rupture après avoir accumulé des contraintes.

Modélisation d'un séisme par accumulation de pression exercée par un serre-joint sur une plaque de polystyrène.
Modélisation d'un séisme par accumulation de pression exercée par un serre-joint sur une plaque de polystyrène.
Sources: SVT Belin, 2007 p145.
Sources: SVT Belin, 2007 p145.

Le document 5 ci-dessous explique en détails le déclenchement d'un séisme.

Le document 6 ci-dessus montre la magnitude de différents séismes. La magnitude est une mesure de l'énergie libérée par un séisme. Elle est mesurée sur l'échelle de Richter qui est, en fait, infinie! On compare l'énergie libérée par le séisme à celle libérée par l'explosion de TNT (explosif), on peut aussi la comparer en terme  de nombre de bombes nucléaires identiques à celle ayant détruit Hiroshima. On observe que le séisme ayant libéré le plus d'énergie est celui de Sumatra en 2004.

Schéma montrant la rupture de roches au niveau d'ue faille en profondeur et la création d'ondes sismiques qui se propagent dans toutes les directions. Plus les batiments sont loin de l'épicentre et moins ils seront touchés.
Schéma montrant la rupture de roches au niveau d'ue faille en profondeur et la création d'ondes sismiques qui se propagent dans toutes les directions. Plus les batiments sont loin de l'épicentre et moins ils seront touchés.

BILAN DU CHAPITRE:

 

A l'échelle locale (quelques kilomètres à quelques mètres), les séismes se déclenchent lorsque les roches qui se trouvent en profondeur, et qui ont accumulé trop de contraintes, finissent par rompre. Cette rupture a presque toujours lieu au niveau d'une faille. Cette faille qui joue, va entraîner le mouvement brusque de 2 blocs rocheux et la création d'ondes sismiques. Ces ondes sismiques progressent dans toutes les directions et lorsqu'elles arrivent en surface, elles peuvent entraîner:

- des destructions

- des déformations du paysage

- des victimes

- parfois des tsunamis (lorsque le séisme a lieu en pleine mer).

Le point situé à la surface du foyer (lieu où les roches cassent en profondeur) est appelé l'épicentre. Plus on se trouve loin de l'épicentre, et moins l'intensité du séisme sera ressentie, et donc moins les dégâts seront importants.

Le sismographe est l’appareil qui enregistre les ondes sismiques et le sismogramme est le nom de l'enregistrement. Il est actuellement impossible de prévoir les séismes.

Voir les schémas ci-dessous pour comprendre la formation d'un séisme.

 

Le lien suivant permet d'observer une animations qui rend compte du phénomène sismique: lien.

 

 

Schéma-bilan à connaitre par coeur. Il faut savoir le légender.
Schéma-bilan à connaitre par coeur. Il faut savoir le légender.

Mais est-ce que les séismes sont répartis au hasard à la surface du globe ?

 

 

Le document ci-dessus montre la répartition de nombreux séismes. On observe clairement que les séismes ne sont pas répartis au hasard.

Il semblent, au contraire, être localisés au niveau de 3 principales zones:

- sur les bords des continents

- au milieu des océans

- au niveau des chaines de montagne (ex: les Alpes ou l'Himalaya).

 

Les séismes ne sont donc pas répartis au hasard. Mais comment l'expliquer ? Ça sera le but du chapitre 3!


Écrire commentaire

Commentaires : 2
  • #1

    Vic (lundi, 13 octobre 2014 22:28)

    Quelques erreurs d'orthographe mais dans l'ensemble c'est juste

  • #2

    clercsvt (dimanche, 24 avril 2016 13:14)

    Bonjour, merci pour votre message. Pour les fautes d'orthographe j'y travaille mais je vous mets aussi à contribution: n'hésitez pas à me les faire remonter. C'est beaucoup plus rapide !!