Les séismes : origine, ondes sismiques et risques
Cours complet : manifestations d’un séisme, foyer et épicentre, failles, ondes sismiques, sismographe, magnitude et intensité, répartition des séismes, tsunamis, risque sismique et prévention.
Chaque jour, la Terre est secouée par des milliers de séismes. La plupart sont imperceptibles, mais certains peuvent être dévastateurs. Les séismes, comme le volcanisme, sont une manifestation de l’activité interne de notre planète.
Ce chapitre explique comment naît un séisme, comment les ondes sismiques se propagent, comment on mesure leur puissance et comment les populations peuvent se protéger.
I. Les manifestations d’un séisme
Un séisme (ou tremblement de terre) se manifeste par des secousses brèves et brutales du sol. Ces secousses peuvent durer de quelques secondes à quelques dizaines de secondes, suivies de répliques (secousses secondaires) dans les heures et jours qui suivent.
Conséquences possibles d’un séisme
| Type de conséquence | Exemples |
|---|---|
| Déformations du paysage | Apparition de failles visibles, décalages du sol, glissements de terrain, éboulements |
| Dégâts matériels | Effondrement de bâtiments, destruction de routes, rupture de canalisations |
| Victimes humaines | Morts, blessés, sans-abris, personnes déplacées |
| Tsunamis | Vagues géantes provoquées par un séisme sous-marin (ex. : Japon 2011, océan Indien 2004) |
Un séisme est un tremblement de terre causé par la libération brutale d’énergie lors de la rupture de roches en profondeur. Cette énergie se propage sous forme d’ondes sismiques.
II. L’origine d’un séisme : foyer, faille et ondes
A. L’accumulation de contraintes
En profondeur, les roches sont soumises en permanence à des contraintes (forces de compression ou d’extension) liées aux mouvements des plaques lithosphériques. Les roches, légèrement élastiques, se déforment lentement et accumulent de l’énergie — parfois pendant des dizaines ou des centaines d’années.
B. La rupture : le foyer
Quand les contraintes dépassent la résistance des roches, celles-ci cassent brutalement au niveau d’une zone de faiblesse : la faille. Le point exact de la rupture en profondeur s’appelle le foyer (ou hypocentre). Les deux blocs de roche se déplacent de part et d’autre de la faille.
C. La propagation : les ondes sismiques
L’énergie libérée lors de la rupture se transforme en ondes sismiques : des vibrations qui se propagent dans toutes les directions à grande vitesse (~4 km/s, soit ~14 400 km/h). En arrivant à la surface, ces ondes provoquent les secousses que l’on ressent.
D. Foyer vs épicentre
| | Foyer (hypocentre) | Épicentre |
|---|---|---|
| Localisation | En profondeur (de quelques km à 700 km) | En surface, à la verticale du foyer |
| Ce qui s’y passe | Point de rupture des roches, naissance des ondes sismiques | Point où les secousses arrivent en premier et sont les plus fortes |
| Dégâts | — | Les dégâts sont maximaux à l’épicentre |
Les roches accumulent de l’énergie sous l’effet des contraintes. Quand elles cassent (foyer), l’énergie est libérée sous forme d’ondes sismiques. Ces ondes se propagent dans toutes les directions et provoquent les secousses ressenties en surface. L’épicentre (à la verticale du foyer) est le point le plus touché.
Quand on jette un caillou dans l’eau, des ondes circulaires se propagent dans toutes les directions à partir du point d’impact, puis s’atténuent en s’éloignant. C’est exactement le même principe pour les ondes sismiques : elles partent du foyer, atteignent la surface à l’épicentre, puis s’affaiblissent avec la distance.
III. L’enregistrement des séismes
Les ondes sismiques sont enregistrées par des appareils très sensibles appelés sismographes (ou sismomètres). L’enregistrement obtenu est un sismogramme : une courbe qui montre les vibrations du sol en fonction du temps.
| Terme | Définition | Ce qu’on en tire |
|---|---|---|
| Sismographe | Appareil qui détecte et enregistre les vibrations du sol | Détection des séismes, même les plus faibles et les plus lointains |
| Sismogramme | Courbe enregistrée par le sismographe (amplitude des vibrations en fonction du temps) | Calcul de la magnitude, localisation du foyer, vitesse des ondes |
Un réseau mondial de sismographes (comme le réseau Géoscope) enregistre en permanence les séismes de toute la planète. En comparant les sismogrammes de plusieurs stations situées à des distances différentes de l’épicentre, on peut localiser précisément le foyer et calculer la magnitude du séisme.
IV. Mesurer un séisme : magnitude et intensité
Il existe deux façons de mesurer l’importance d’un séisme. Elles ne mesurent pas la même chose :
| | Magnitude | Intensité |
|---|---|---|
| Ce qu’elle mesure | L’énergie libérée au foyer | Les effets ressentis en surface (dégâts, ressenti humain) |
| Échelle | Échelle de Richter (pas de limite théorique, en pratique max ~9,5) | Échelle MSK ou EMS (de I à XII) |
| Valeur par séisme | Une seule valeur (la quantité d’énergie est fixe) | Varie selon le lieu d’observation (diminue en s’éloignant de l’épicentre) |
| Comment la mesure-t-on ? | À partir des sismogrammes | À partir des dégâts observés et du témoignage des habitants |
| Type d’échelle | Logarithmique : +1 de magnitude = ×30 d’énergie | Qualitative (descriptions des effets de I « pas ressenti » à XII « destruction totale ») |
L’échelle de Richter : quelques repères
| Magnitude | Effets typiques | Fréquence mondiale |
|---|---|---|
| < 3 | Non ressenti par les humains, détecté uniquement par les sismographes | ~1 000 par jour |
| 3 à 4 | Légèrement ressenti, vibrations des objets | ~50 000 par an |
| 5 à 5,9 | Dégâts modérés sur les bâtiments fragiles | ~1 300 par an |
| 6 à 6,9 | Dégâts importants dans un rayon de ~100 km | ~130 par an |
| 7 à 7,9 | Séisme majeur, destructions graves. Ex. : Haïti 2010 (magnitude 7,0) | ~15 par an |
| ≥ 8 | Séisme dévastateur. Ex. : Japon 2011 (magnitude 9,1), Indonésie 2004 (magnitude 9,1) | ~1 par an |
Ne pas confondre magnitude et intensité ! La magnitude est unique pour un séisme donné (l’énergie libérée ne change pas). L’intensité varie d’un lieu à l’autre : elle est maximale à l’épicentre et diminue avec la distance. Un séisme de forte magnitude dans une zone déserte → faible intensité (peu de dégâts). Un séisme de magnitude modérée dans une ville dense → forte intensité (beaucoup de dégâts).
V. La répartition des séismes sur Terre
Les séismes ne se produisent pas au hasard. Ils se concentrent le long des frontières de plaques lithosphériques, exactement comme les volcans. En cartographiant tous les séismes, on retrouve le contour des plaques.
| Zone | Contexte tectonique | Profondeur des séismes | Exemples |
|---|---|---|---|
| Dorsales océaniques | Divergence (plaques s’écartent) | Superficiels (< 20 km) | Islande, dorsale médio-atlantique |
| Zones de subduction | Convergence (plaque océanique plonge) | Superficiels à très profonds (jusqu’à 700 km) | Ceinture de feu du Pacifique, Japon, Chili |
| Chaînes de montagnes | Collision (deux plaques continentales) | Superficiels à moyens | Himalaya, Alpes, Turquie |
| Failles transformantes | Coulissement latéral de deux plaques | Superficiels | Faille de San Andreas (Californie) |
C’est justement en cartographiant la répartition mondiale des séismes et des volcans que les scientifiques ont pu dessiner les frontières des plaques lithosphériques. Les zones de séismes et de volcans = les bords des plaques.
Le cas particulier des tsunamis
Un tsunami se produit quand un séisme puissant a lieu sous la mer. Le déplacement brutal du fond océanique crée une onde qui se propage à ~800 km/h en pleine mer (avec une hauteur de seulement ~1 m, imperceptible pour les bateaux). En approchant des côtes peu profondes, la vague ralentit mais sa hauteur augmente considérablement (10 à 30 m), provoquant des destructions massives.
VI. Risque sismique et prévention
A. Évaluer le risque sismique
Le risque sismique combine deux facteurs :
| Facteur | Définition | Exemple |
|---|---|---|
| Aléa sismique | Probabilité qu’un séisme survienne dans cette zone (basée sur l’historique et la géologie) | Fort au Japon, faible en Bretagne |
| Enjeux | Population, bâtiments, infrastructures exposés | Tokyo (37 M d’habitants) vs zone désertique |
Risque = Aléa × Enjeux. Un aléa fort dans une zone très peuplée = risque très élevé.
B. Peut-on prévoir un séisme ?
Non. Contrairement aux éruptions volcaniques, il n’existe pas de signes précurseurs fiables. On ne peut pas prévoir la date, le lieu exact ni la magnitude d’un séisme à court terme. En revanche, on connaît les zones à risque grâce à l’étude des failles actives et des séismes passés.
C. Les mesures de prévention
| Mesure | Description |
|---|---|
| Normes parasismiques | Les bâtiments sont conçus pour absorber les vibrations au lieu de s’effondrer (structures flexibles, amortisseurs, fondations renforcées) |
| Cartes de zonage sismique | Identification des zones à risque pour adapter les constructions et l’urbanisme |
| Éducation de la population | Exercices d’évacuation, réflexes à adopter (s’abriter sous un meuble solide, s’éloigner des fenêtres, ne pas utiliser les ascenseurs) |
| Systèmes d’alerte aux tsunamis | Réseau de capteurs en mer détectant les vagues anormales et déclenchant l’alerte pour les zones côtières |
| Plans de secours | Organisation des secours, stocks d’urgence, plans d’évacuation |
On ne peut pas prévoir les séismes, mais on peut s’y préparer. Les zones à risque sont connues. Les normes parasismiques, l’éducation de la population et les systèmes d’alerte (tsunamis) permettent de réduire le nombre de victimes et les dégâts.
VII. Glossaire des définitions
Tremblement de terre causé par la libération brutale d’énergie lors de la rupture de roches en profondeur.
Point en profondeur où les roches se rompent et d’où partent les ondes sismiques.
Point en surface situé à la verticale du foyer, où les secousses sont les plus fortes et les dégâts les plus importants.
Fracture de la roche le long de laquelle deux blocs se déplacent. C’est au niveau des failles que se produisent les séismes.
Vibrations qui se propagent dans toutes les directions à partir du foyer, à grande vitesse (~4 km/s). Elles s’atténuent avec la distance.
Appareil qui détecte et enregistre les vibrations du sol causées par les ondes sismiques.
Enregistrement des vibrations du sol en fonction du temps, produit par un sismographe.
Mesure de l’énergie libérée au foyer d’un séisme (échelle de Richter). Valeur unique pour un séisme donné. Échelle logarithmique.
Mesure des effets d’un séisme en un lieu donné (dégâts, ressenti). Échelle MSK/EMS de I à XII. Varie selon la distance à l’épicentre.
Lignes reliant les points de même intensité sismique sur une carte. Elles forment des cercles autour de l’épicentre.
Secousse secondaire survenant après la secousse principale d’un séisme, dans les heures ou jours suivants.
Série de vagues géantes causées par un séisme sous-marin. Se propage à ~800 km/h, peut atteindre 10 à 30 m de haut près des côtes.
Combinaison de l’aléa (probabilité d’un séisme) et des enjeux (population et biens exposés). Risque = Aléa × Enjeux.
Règles de construction permettant aux bâtiments d’absorber les vibrations sismiques sans s’effondrer.
VIII. Questions fréquentes (FAQ)
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