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Prévenir les Séismes : Survivre aux Secousses

Auteurs : Adam Ellouze

Année Scolaire : 2023/2024

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Introduction

Problématique : Un séisme ou tremblement de terre est une secousse du sol résultant de la libération brusque d'énergie accumulée par les contraintes exercées sur les roches. Cette libération d'énergie se fait par rupture le long d'une faille, généralement préexistante. Plus rares sont les séismes dus à l'activité volcanique ou d'origine artificielle (explosions par exemple). Le lieu de la rupture des roches en profondeur se nomme le foyer ; la projection du foyer à la surface est l'épicentre du séisme. Le mouvement des roches près du foyer engendre des vibrations élastiques qui se propagent, sous la forme de paquets d'ondes sismiques, autour et au travers du globe terrestre. Il produit aussi un dégagement de chaleur par frottement, au point de parfois fondre les roches le long de la faille (pseudotachylites).

Il se produit de très nombreux séismes tous les jours, mais la plupart ne sont pas ressentis par les humains. Environ cent mille séismes sont enregistrés chaque année sur la planète. Les plus puissants d'entre eux comptent parmi les catastrophes naturelles les plus destructrices. Les séismes les plus importants modifient la période de rotation de la Terre et donc la durée d’une journée (de l'ordre de la microseconde).

La majorité des séismes se produisent à la limite entre les plaques tectoniques (séismes interplaques) de la terre, mais il peut aussi y avoir des séismes à l'intérieur des plaques (séismes intraplaques). La tectonique des plaques rend compte convenablement de la répartition des ceintures de sismicité à la surface du globe : les grandes ceintures sismiques du globe, caractérisées par la densité géographique des tremblements de terre, sont la ceinture de feu du Pacifique (elle libère 80 % de l'énergie sismique chaque année), la ceinture alpine (15 % de l'énergie annuelle) et les dorsales dans les océans (5 % de l'énergie annuelle).

La science qui étudie ces phénomènes est la sismologie, pratiquée par les sismologues, et son instrument de mesure principal est le sismographe, qui produit des sismogrammes. L'acquisition et l'enregistrement du signal s'obtiennent dans une station sismique regroupant, outre les capteurs eux-mêmes, des enregistreurs, numériseurs et antennes GPS, pour le positionnement géographique et le temps.

En quoi les séismes sont en rapport avec la Science ?

1. Origine :  Les séismes tectoniques sont de loin les plus fréquents et dévastateurs. Une grande partie des séismes tectoniques a lieu aux limites des plaques, où se produit un glissement entre deux milieux rocheux. Une autre partie a lieu sur le long d'un plan de fragilité existant ou néoformé. Ce glissement, localisé sur une ou plusieurs failles, est bloqué durant les périodes inter-sismiques (entre les séismes) de déplacement asismique des deux blocs séparés par la zone de rupture potentielle (la faille est alors inactive), et l'énergie s'accumule par la déformation élastique des roches. Cette énergie et le glissement sont brusquement relâchés lors des séismes. Dans les zones de subduction, les séismes représentent en nombre la moitié de ceux qui sont destructeurs sur la Terre, et dissipent 75 % de l'énergie sismique de la planète. C'est le seul endroit où on trouve des séismes profonds (de 300 à 645 kilomètres). Au niveau des dorsales médio-océaniques, les séismes ont des foyers superficiels (0 à 10 kilomètres), et correspondent à 5 % de l'énergie sismique totale. De même, au niveau des grandes failles de décrochement, ont lieu des séismes ayant des foyers de profondeur intermédiaire (de 0 à 20 kilomètres en moyenne) qui correspondent à 15 % de l'énergie. Le relâchement de l'énergie accumulée ne se fait généralement pas en une seule secousse, et il peut se produire plusieurs réajustements avant de retrouver une configuration stable. Ainsi, on constate des répliques à la suite de la secousse principale d'un séisme, d'amplitude décroissante, et sur une durée allant de quelques minutes à plus d'un an. Ces secousses secondaires sont parfois plus dévastatrices que la secousse principale, car elles peuvent faire s'écrouler des bâtiments qui n'avaient été qu'endommagés, alors que les secours sont à l'œuvre. Il peut aussi se produire une réplique plus puissante encore que la secousse principale quelle que soit sa magnitude. Par exemple, un séisme de 9,0 peut être suivi d'une réplique de 9,3 plusieurs mois plus tard même si cet enchaînement reste extrêmement rare.

Les séismes d'origine volcanique résultent de l'accumulation de magma dans la chambre magmatique d'un volcan. Les sismographes enregistrent alors une multitude de microséismes (trémor) dus à des ruptures dans les roches comprimées ou au dégazage du magma. La remontée progressive des hypocentres (liée à la remontée du magma) est un indice prouvant que le volcan est en phase de réveil et qu'une éruption est imminente.

1. Comment les mesurer : La puissance d'un tremblement de terre peut être quantifiée par sa magnitude, notion introduite en 1935 par le sismologue Charles Francis Richter. La magnitude se calcule à partir des enregistrements des différents types d'ondes sismiques en tenant compte de paramètres comme la distance à l'épicentre, la profondeur de l'hypocentre, la fréquence du signal, le type de sismographe utilisé, etc. La magnitude est une fonction continue logarithmique : lorsque l'amplitude des ondes sismiques est multipliée par 10, la magnitude augmente d'une unité. Ainsi, un séisme de magnitude 7 provoquera une amplitude dix fois plus importante qu'un événement de magnitude 6, cent fois plus importante qu'un événement de magnitude 5.

La magnitude, souvent appelée de manière impropre magnitude sur l'échelle de Richter, est à l'origine calculée à partir de l'amplitude ou de la durée du signal enregistré par un sismographe.

1. Les impacts :  

Les séismes peuvent avoir de vastes impacts sur les sociétés et l'environnement, affectant différents aspects sociaux, économiques et environnementaux. Voici quelques-uns des principaux impacts :

1. Impacts sociaux :
   • Pertes en vies humaines : Les séismes peuvent causer des pertes tragiques en vies humaines, surtout dans les zones densément peuplées ou mal préparées.
   • Destruction des infrastructures : Les bâtiments, les routes, les ponts et les services essentiels comme les hôpitaux et les écoles peuvent être endommagés ou détruits, perturbant la vie quotidienne des personnes touchées.
   • Déplacements de populations : Les séismes peuvent entraîner le déplacement de populations entières, créant des situations d'urgence humanitaire et des défis pour les systèmes de secours et de logement.
2. Impacts économiques :
   • Pertes matérielles : Les dommages causés aux biens immobiliers et aux infrastructures peuvent entraîner des pertes économiques considérables, tant pour les particuliers que pour les entreprises et les gouvernements.
   • Perturbations des activités économiques : Les séismes peuvent interrompre les activités économiques normales, entraînant des pertes de production, des fermetures d'entreprises et des perturbations des chaînes d'approvisionnement.
   • Coûts de reconstruction : La reconstruction après un séisme peut être coûteuse et prendre du temps, affectant les budgets publics et privés sur le long terme.
3. Impacts environnementaux :
   • Dégradation des écosystèmes : Les séismes peuvent causer des dommages aux écosystèmes naturels, en détruisant des habitats, en perturbant les cours d'eau et en provoquant des glissements de terrain.
   • Pollution : Les séismes peuvent entraîner des fuites de produits chimiques et des déversements d'hydrocarbures, polluant les sols et les cours d'eau et posant des risques pour la santé humaine et la biodiversité.
   • Risques accrus : Les séismes peuvent également augmenter les risques d'autres catastrophes naturelles, comme les tsunamis, les glissements de terrain et les éruptions volcaniques, exacerbant les impacts environnementaux.

En somme, les séismes ont des répercussions étendues et complexes sur les sociétés et l'environnement, nécessitant des mesures de prévention, de préparation et de réponse efficaces pour atténuer leurs effets néfastes.

Les conséquences des séismes et les méthodes de prévision.

La localisation de l'épicentre par des moyens modernes se fait à l'aide de plusieurs stations sismiques (3 au minimum), et un calcul tridimensionnel. Les capteurs modernes permettent de détecter des événements très sensibles, tels qu'une explosion nucléaire.

Le Centre sismologique euro-méditerranéen a quant à lui développé un processus de détection sismique basé sur l'analyse du trafic web et des contenus sur Twitter. La collecte de témoignages et de photos permet en outre de connaître l'intensité des séismes ressentis, et d'apprécier et géolocaliser les dégâts matériels.

Méthodes de prévision : Les méthodes de  prévision sismique reposent sur une prévision qui spécifie, avec leur incertitude, la position, la taille, la date du séisme, et donne une estimation de la probabilité de son propre succès. La possibilité de la prédiction sismique repose sur l'existence, et la reconnaissance des « précurseurs », signes avant-coureurs d'un séisme. En l'absence de précurseurs fiables, ces méthodes sont accompagnées de non-détections qui entraînent des procès pour les spécialistes et des fausses alarmes qui provoquent une perte de confiance des populations alertées, et éventuellement évacuées à tort. Enfin, dans les régions à forte sismicité comme l'Iran, les habitants ne prêtent plus attention aux petits chocs sismiques et aux prédictions de tremblements de terre destructeurs faites.

Déjà en 1977, alors qu'il recevait une médaille de la Seismological Society of America (en), Charles Richter l'inventeur de l'échelle qui porte son nom commentait : « Depuis mon attachement à la sismologie, j'ai eu une horreur des prédictions et des prédicteurs. Les journalistes et le public bondissent sur la moindre évocation d'un moyen infime de prévoir les séismes, comme des cochons affamés se ruent sur leur mangeoire […] Ces éléments de prédiction sont un terrain de jeu pour les amateurs, les névrosés et les charlatans avides de publicité médiatique ».

On peut distinguer trois types de prévisions : la prévision à long terme (sur plusieurs années), à moyen terme (sur plusieurs mois) et à court terme (inférieur à quelques jours).

Long Terme : Les prévisions à long terme reposent sur une analyse statistique des failles répertoriées et sur des modèles déterministes ou probabilistes des cycles sismiques. Elles permettent de définir des normes pour la construction de bâtiments, en général sous la forme d'une valeur d'accélération maximale du sol (pga, peak ground acceleration). Certaines failles telles celles de San Andreas en Californie ont fait l'objet d'études statistiques importantes ayant permis de prédire le séisme de Santa Cruz en 1989. Des séismes importants sont ainsi attendus en Californie, ou au Japon (Tokai, magnitude 8.3). Cette capacité prévisionnelle reste cependant du domaine de la statistique, les incertitudes sont souvent très importantes, on est donc encore loin de pouvoir prévoir le moment précis d'un séisme afin d'évacuer à l'avance la population ou la mettre à l'abri.

Court Terme : Les prévisions à court terme se basent sur des observations fines de l'évolution de zones à risque. On sait par exemple que les séismes sont souvent précédés de phénomènes de migration de gaz vers la surface qui peuvent aussi contribuer à « lubrifier » certaines failles géologiques et faciliter la survenue d'un séisme. On cherche à mieux comprendre les liens entre lithosphère, atmosphère et ionosphère qui pourraient aider à mieux prévoir certains séismes.

Les gouvernements et autorités locales souhaitent des informations certifiées avant d'évacuer une population des sites suspectés mais les prédicteurs manquent de fiabilité. Les États-Unis utilisent des outils de grande sensibilité autour des points statistiquement sensibles (tels que Parkfield en Californie) : vibrateurs sismiques utilisés en exploration pétrolière, extensomètres à fil d'invar, géodimètres à laser, réseau de nivellement de haute précision, magnétomètres, analyse des puits. Le Japon étudie les mouvements de l'écorce terrestre par GPS et par interférométrie (VLBI), méthodes dites de géodésie spatiale. En Afrique du Sud, les enregistrements se font dans les couloirs des mines d'or, à 2 km de profondeur. La Chine se base sur des études pluridisciplinaires, tels que la géologie, la prospection géophysique ou l'expérimentation en laboratoire.

La surveillance d'anomalies d'émission de radon (et de potentiel électrique) dans les nappes sont évoqués, basée sur l'hypothèse qu'avant un séisme le sous-sol pourrait libérer plus de radon (gaz radioactif à faible durée de vie). On a constaté (par exemple en Inde) une corrélation entre taux de radon dans les nappes souterraines et activité sismique. Un suivi en temps réel du radon à coût raisonnable est possible. On a aussi montré dans les Alpes françaises que les variations de niveaux (de plus de 50 mètres) de deux lacs artificiels modifiaient les émissions périphériques de radon.

Des recherches récentes soutiennent une possible corrélation entre des modifications de l'ionosphère et la préparation de tremblements de terre, ce qui pourrait permettre des prédictions à court terme,.

De même, les séismes sont précédés de modifications locales du champ magnétique (en ultra-basses fréquences), par exemple observée le 8 août 1993 lors d'un séisme sur l'île de Guam, de même pour le Séisme de 1989 à Loma Prieta, de magnitude 7.1. Selon Fraser-Smith & al. en 1994, il aurait fallu un réseau de détecteurs de champ magnétique conventionnels espacés sur une grille dont la taille de maille serait inférieure à 100 km pour détecter les fluctuations du champ magnétique ULF avant les tremblements de terre de magnitude supérieure à 7, mais des gradiomètres de champ magnétique supraconducteur pourraient offrir une plus grande sensibilité et une meilleure portée.

Des fibres optiques sont déjà utilisées par les compagnies pétrogazières pour faire office de sismomètre. Leurs impuretés innées sont des « capteurs virtuels » : à l'extrémité d'une fibre, un « interrogateur » électronique envoie des impulsions-laser et analyse la lumière qui rebondit (rétrodiffusion) ; des anomalies du temps de rétrodiffusion signifient que la fibre s'est étirée ou contractée (ce qui se produit en cas d'exposition à une onde sismique ou une vibration induite à proximité). Selon B. Biondi (géophysicien de l'Université de Stanford), un « interrogateur » unique peut gérer 40 kilomètres de fibre et contrôler un capteur virtuel tous les deux mètres, des milliards de tels capteurs sont déjà présents dans les lignes de télécommunication dispersées dans le monde mains non utilisés. Ils pourraient donc l'être pour détecter des anomalies et améliorer la prédiction sismique, en distinguant notamment les ondes P (qui voyagent plus vite, mais en faisant peu de dégâts) des ondes S (plus lentes et causant plus de dégâts). On a d'abord cru qu'il fallait les coller à une surface rigide ou les noyer dans du béton, mais on a récemment montré que des faisceaux de fibres lâches placés dans un simple tuyaux de plastique suffisent. L'information est de qualité moyenne, mais elle peut être acquise sur de vastes territoires et à bas coût.

Les méthodes de construction parasismiques sont des techniques spécifiques utilisées dans la conception et la construction de bâtiments pour les rendre plus résistants aux séismes. Voici quelques-unes des méthodes les plus courantes :

1. Renforcement structurel : Renforcer les éléments structuraux comme les poutres, les colonnes et les fondations pour qu'ils puissent mieux résister aux forces sismiques.

2. Amortissement des vibrations : Intégrer des dispositifs d'amortissement des vibrations tels que des amortisseurs de masse, des amortisseurs visqueux ou des isolateurs de base pour absorber l'énergie sismique et réduire les mouvements du bâtiment.

3. Conception de systèmes de résistance aux séismes : Utilisation de systèmes de résistance aux séismes comme les contreventements diagonaux, les murs de cisaillement et les systèmes de moment résistant pour distribuer les forces sismiques et réduire les déformations du bâtiment.

4. Utilisation de matériaux adaptés : Utilisation de matériaux plus résistants aux séismes comme le béton armé, l'acier et les matériaux composites pour améliorer la résilience du bâtiment.

5. Planification et conception adaptées au site : Tenir compte des caractéristiques géologiques et sismiques du site lors de la conception et de la planification des bâtiments pour minimiser les risques sismiques.

Quant à la préparation des communautés aux séismes, voici quelques mesures importantes :

1. Éducation et sensibilisation : Informer les résidents sur les risques sismiques, les mesures de sécurité et les actions à prendre en cas de séisme.

2. Élaboration de plans d'urgence : Élaborer des plans d'urgence communautaires qui comprennent des procédures de secours, d'évacuation et de communication en cas de séisme.

3. Renforcement des infrastructures critiques : Renforcer les infrastructures critiques telles que les hôpitaux, les écoles et les réseaux de distribution d'eau et d'électricité pour qu'elles puissent mieux résister aux séismes et continuer à fonctionner après un événement sismique.

4. Mise en place de normes de construction parasismiques : Adopter et appliquer des normes de construction parasismiques strictes pour garantir la résilience des bâtiments et des infrastructures.

5. Exercices de simulation : Organiser régulièrement des exercices de simulation de séisme pour permettre aux habitants de se familiariser avec les procédures d'évacuation et de secours.

En combinant ces méthodes de construction parasismiques avec une préparation communautaire adéquate, il est possible de réduire considérablement les risques liés aux séismes et de minimiser les pertes en vies humaines et en biens matériels lors d'un événement sismique.

Conclusion

En conclusion, je considère que les méthodes de construction parasismiques et la préparation des communautés aux séismes sont des éléments essentiels pour atténuer les effets dévastateurs des tremblements de terre. Ces mesures ne sont pas seulement des pratiques de sécurité, mais aussi des investissements dans la résilience et la protection des vies humaines et des infrastructures.

La mise en œuvre de normes de construction parasismiques et l'éducation des populations sur les mesures de sécurité sismique sont des actions cruciales pour réduire les risques et prévenir les pertes. De même, renforcer les infrastructures critiques et développer des plans d'urgence communautaires permettent de mieux faire face aux séismes et de minimiser les conséquences catastrophiques.

Cependant, il est également important de reconnaître que la préparation aux séismes est un processus continu et évolutif. Les progrès technologiques et scientifiques ainsi que l'expérience acquise lors des séismes passés doivent continuer à orienter nos efforts pour améliorer la résilience aux séismes à l'avenir. En investissant dans la préparation et en adoptant des pratiques de construction sûres, nous pouvons créer des communautés plus sûres et plus résistantes aux catastrophes naturelles.

Mention des Sources

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