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LES TREMBLEMENTS DE TERRE ET LA RECONNAISSANCE DE LEURS EFFETS SUR LE BÂTI ANCI

LES TREMBLEMENTS DE TERRE ET LA RECONNAISSANCE DE LEURS EFFETS SUR LE BÂTI ANCIEN Agnès Levret Georgia Poursoulis Groupe APS Séminaire : L’homme et la terre. Risques sismiques et comportements des communautés Maison de l’Orient et de la Méditerranée. 4 décembre 2003 LES TREMBLEMENTS DE TERRE : DE L’ORIGINE À L’ALÉA Agnès Levret Groupe APS Séminaire : L’homme et la terre. Risques sismiques et comportements des communautés Maison de l’Orient et de la Méditerranée. 4 décembre 2003 LES TREMBLEMENTS DE TERRE : DE L’ORIGINE À L’ALÉA •I- L’origine des tremblements de terre •Tectonique des plaques •Dynamique des failles : cycle sismique •Energie - Magnitude •II - La propagation des ondes •Types d’ondes •Mouvement en surface •Effets - Intensité •Effets associés •III - Aléa sismique •Aléa et risque : le concept •Evaluation de l’aléa : le cas de Manosque (Provence) Structure de la terre et dynamique des plaques • Vers 1960 l’analyse des sismogrammes permet de connaître la constitution interne de la terre et sa dynamique. • Dans les 100 premiers km des plaques rigides (lithosphère) flottent sur des roches rendues visqueuses par la chaleur provoquée par la radioactivité naturelle des roches profondes (asthénosphère). Ces roches réchauffées se dilatent, la densité diminue, elles remontent en surface, se refroidissent, se densifient et replongent en profondeur. • Ces tourbillons qui brasent le manteau jusqu’à 2900 km sont le moteur des mouvements des plaques avec des vitesses de l’ordre de 1 à 10 cm/an. • A la surface au niveau des dorsales océaniques le magma visqueux remonte : régions d’extension tectonique générant une nouvelle croûte océanique avec les volcans sous-marins. • A l’autre bout la croûte océanique s’enfonce sous la croûte continentale : régions de subduction. • Deux plaques continentales peuvent s’emboutir formant les chaînes de montagne. Schéma P. Bernard, IPGP Agnès Levret, 2003 •Le mouvement des plaques entraîne des déformations crustales qui génèrent les séismes. •Les séismes sont la trace des réajustements des failles qui se fracturent et relachent en quelques secondes les contraintes accumulées pendant quelques siècles ou quelques millénaires. •Les failles, aux frontières des plaques, restent bloquées pendant de longues périodes tandis que le mouvement des plaques est continue. •Au voisinage de la faille bloquée, les roches de la croûte cassante se déforment de manière élastique, comme un ressort qui se tend. •La faille, zone de faiblesse, cède et coulisse brusquement sur toute sa surface, c’est la rupture sismique qui libère les contraintes tectoniques. •Puis la faille de nouveau bloquée se recharge lentement et le cycle recommence. Agnès Levret, 2003 Plaques tectoniques en Méditerranée • En méditerranée, la plaque africaine pousse au nord la plaque eurasienne de quelques cm /an. • Au niveau des Pyrénnées et des Alpes, ce mouvement est quelques mm/an et est à l’origine de ces montagnes. • Les grandes plaques peuvent être divisées en sous-plaques (Adriatique, Ibérique…) Schéma IPSN Agnès Levret, 2003 Longueur de faille et taille des séismes • Plus la rupture se fait sur une grande longueur mettant en jeu une énergie importante plus la taille du séisme est grande (magnitude) et plus ses effets en surface sont notables (intensité). • Une augmentation d’une unité de la magnitude revient à multiplier par 30 l’énergie. • A partir de M=6 la rupture des failles atteint la surface du sol. • Pour M=8 le mouvement de coulissage ou d’escarpement des failles en surface peut atteindre plusieurs mètres. Schéma P. Bernard IPGP Agnès Levret, 2003 Plus la magnitude est élevée, plus la longueur de faille, le coulissage moyen et la durée de la rupture sont important. A partir de la magnitude 6 environ, la rupture des failles atteint la surface du sol faisant apparaître un mouvement d ’escarpement ou de coulissage qui peut atteindre plusieurs mètres pour une magnitude 7. a b Schémas a, b P. Bernard, IPGP Agnès Levret, 2003 Géométrie de la faille et rupture • Si la faille est vertical, le coulissage des deux blocs de part et d’autre est horizontal. • La faille est décrochante. • Ces failles génèrent dans le paysage des décalages horizontaux de plusieurs dizaines ou centaines de km du fait de leur répétition : réseau hydrographique décalé, sédimentation perturbée. Schéma P. Bernard, IPGP Agnès Levret, 2003 Géométrie de la faille et rupture • Dans un contexte tectonique de collision : contraintes compressives. • Si la faille est inclinée un bloc montera sur l’autre entraînant un rapprochement des deux côtés de la faille. • La faille est chevauchante ou inverse. • Ces failles génèrent dans le paysage des escarpements parfois de plusieurs mètres. • Leur répétition crée les reliefs. Schéma P. Bernartd, IPGP Agnès Levret, 2003 Géométrie de la faille et rupture • Dans un contexte tectonique d’extension : contraintes extensives. • Si la faille est inclinée, le bloc supérieur descend et les deux blocs s’écartent mais sans ouverture notable du fait de la pression des roches en profondeur. • La faille est normale. • Ces failles génèrent dans le paysage des escarpements parfois de plusieurs mètres. • Leur répétition crée les reliefs. Schéma P. Bernard, IPGP Agnès Levret, 2003 Effets en surface • En se propageant vers la surface les ondes s’atténuent par effet géométrique et par amortissement dans les roches. Elles portent la marque de la complexité de la rupture et du milieu traversé. En surface elles peuvent être perturbées par des conditions particulières (géologiques ou topographiques). Elles génèrent des effets (dégâts) d’autant plus forts que la distance au foyer est faible. Schéma P. Bernard, IPGP Agnès Levret, 2003 Mouvements en surface •Bilan : 2000 bâtiments endommagés et 29 victimes. •Le segment de faille activé a rompu en 6 secondes avec 50 cm de glissement moyen. •Les accélérogrammes (composante horizontale) dominés par les ondes S montrent une décroissance des amplitudes avec la distance. •Le Golfe de Corinthe est une des régions les plus actives du bassin méditerranéens : en moyenne 10 séismes destructeurs par siècle. Schéma P. Bernard, IPGP Agnès Levret, 2003 Séisme de Kobé, Japon (17/01/1995 - M=7,5) • Les dommages au bâti sont surtout causés par les mouvements horizontaux du sol (ondes S) dans la gamme de période de 1s à 0,1s correspondant aux résonances de la plupart des bâtiments. Photo J.-Chr Gariel IRSN Agnès Levret, 2003 Séisme de Kobé, Japon (17/01/1995 - M=7,5) • La chute opposée de ces deux rangs de vélos permet de déduire la demi-période du mouvement horizontal (onde S). Photo J.-Chr. Gariel, IRSN Agnès Levret, 2003 Magnitude • Introduite par Richter en 1935, la magnitude est une mesure de la taille d’un séisme. • Elle est calculée à partir de l’enregistrement des amplitudes maximales de train d’ondes particuliers (Mb, Ms) en une ou plusieurs stations. • C’est une mesure continue. • On détecte des séismes de magnitude négative et le plus grand séisme enregistré à ce jour est M= 9,5 (séisme du Chili, 1960). • Quand la magnitude augmente d’une unité, l’énergie sismique est multipliée par 30 (log E= 4,8+1,5M =>E2/E1=10 1,5 = 30). • La magnitude moment est calculée à partir du moment sismique correspondant à l’énergie libérée sur la faille qui dépend de la surface de la rupture. Agnès Levret, 2003 Echelle d’intensité I secousse non ressentie, mais enregistrée par les instruments II secousse partiellement ressentie, notamment par des personnes au repos et aux étages III secousse faiblement ressentie, balancement des objets suspendus IV secousse largement ressentie dans et hors les habitations, tremblement des objets V secousse forte, réveil des dormeurs, chute d'objets, parfois légères fissures dans les plâtres VI légers dommages, parfois fissures dans les murs, frayeur de nombreuses personnes VII dégâts, larges lézardes dans les murs de nombreuses habitations, chutes de cheminées VIII dégâts massifs, les habitations les plus vulnérables sont détruites, presque toutes subissent des dégâts importants IX destructions de nombreuses constructions, quelquefois de bonne qualité, chute de monuments et de colonnes X destruction générale des constructions, même les moins vulnérables (non parasismiques) XI catastrophe, toutes les constructions sont détruites (ponts, barrages, canalisations enterrées...) XII changement de paysage, énormes crevasses dans le sol, vallées barrées, rivières Schéma A. Levret, IPSN Agnès Levret, 2003 •La sévérité de la vibration sismique à la surface du sol se mesure, en un lieu, par l’ampleur de ses effets sur l’homme et les objets ainsi que les dommages au bâti, dans une échelle d’intensité à 12 degrés : EMS 92 (standard européen), adaptation pour les constructions modernes de l’échelle MSK 64. •L’intensité généralement est maximale à l’épicentre et décroît avec la distance comme les amplitudes des ondes sismiques. •Des amplifications peuvent apparaître localement (terrains sédimentaires récents, topographie), ce sont les effets de site. •Pour un séisme donné,l’ensemble des enveloppes des zones d’égale intensité (courbes isoséistes) permet de retrouver les caractéristiques essentielles du séisme (magnitude, profondeur du foyer). •Pour les séismes historiques pour lesquels aucun sismogramme n’est disponible, l’étude des intensités macrosismiques est le seul moyen de connaître les caractéristique du séisme. Effets et intensité macrosismique Schéma A. Levret, IPSN Agnès Levret, 2003 Extension des effets des séismes La comparaison de l’étendue des isoséistes des séismes de Vrancea (Roumanie), 1977, M=7,2 et h=100km uploads/Geographie/ seisme.pdf