Séismes : comment faire face aux risques ?

- temps de lecture approximatif de 15 minutes 15 min - Modifié le 30/09/2022 par Admin linflux

Asie, Amérique,... De nombreuses régions du monde vivent dans l'angoisse d'un tremblement de terre ou séisme de grande magnitude. Ces phénomènes engendrent parfois d'autres catastrophes naturelles comme les tsunamis. Comment et pourquoi ces phénomènes se produisent-ils ? Peut-on les prévoir ? Et comment se prémunir des risques ?

Séisme au Népal en 2015
Séisme au Népal en 2015

Port-au-Prince, 12 janvier 2010, côte Pacifique du Tohoku, 11 mars 2011 ; deux séismes de forte ampleur endeuillent Haïti et le Japon. Si l’île d’Haïti paie le plus lourd tribu, le Japon doit faire face aux conséquences du tsunami : une catastrophe nucléaire majeure.
Les séismes sont pourtant des phénomènes géologiques bien connus. Si on a longtemps pensé qu’ils résultaient de la colère divine, on sait désormais les localiser précisément et calculer leur magnitude. Leurs traces anciennes sont décryptées, les moindres secousses répertoriés… Mais la prévision n’en est encore qu’à ses balbutiements, faits d’avancées souvent contredites. La technique vient pour l’instant au secours de la science ; grâce à des constructions adaptées, les pertes sont minimisées, mais le danger demeure…

I/ Comprendre le phénomène

  • De la dérive des continents…à la tectonique des plaques
  • De l’étude… à la prévision ?
  • Localisation et magnitude : des données précises
  • Séismes et tsunamis : peut-on les prévoir ?

II/ Gérer les risques sismiques

  • Prévoir l’aléa
  • Prévenir
  • Anticiper : L’exemple des constructions parasismiques
  • Les règles fondamentales à respecter
  • L’eurocode 8, nouveau cadre de référence français

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© United Nations Development Programm. Haïti, 2010

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© Natsukado. Japon, 2011

I/ Comprendre le phénomène

De la dérive des continents … à la tectonique des plaques

terre en mouvement

La terre en mouvement, un guide d’initiation à la tectonique des plaques, Sue Bowler, 2003.
La compréhension des phénomènes géologiques est récente. Pendant longtemps les hommes ont interprété les mouvements de la terre comme une colère divine.
Le temps long de la géologie pose en effet des problèmes pour sa compréhension humaine… Ainsi quand en 1915, le météorologue allemand Alfred Wegener avance le concept de « la dérive des continents », s’appuyant sur une analyse topographique (emboîtement des continents) et paléontologique (similitude de certains fossiles retrouvés à différents points du globe), cette théorie est jugée farfelue, puisqu’on ne peut alors expliquer le « moteur » de ces déplacements.
Or les progrès de la datation radioactive montrent que les roches océaniques sont beaucoup plus anciennes près des côtes qu’au centre des océans… C’est donc que la terre bouge ! Dans les années 1960, la théorie de la « tectonique des plaques » est adoptée. Selon cette théorie, la surface terrestre est une mosaïque de plaques (océaniques et continentales) qui se déplacent. Le plancher océanique regagne le manteau de la terre poussé par un mouvement de convection.

Si en profondeur, les plaques se déplacent régulièrement de quelques millimètres à quelques centimètres par an, dans la partie supérieure de la croûte terrestre, le mouvement n’est pas régulier. Des zones de blocage se forment, des failles se déforment progressivement puis finissent par céder, libérant l’énergie emmagasinée… causant un choc perceptible en surface sous la forme d’ondes sismiques et de tremblements de terre.

Pour en savoir plus :

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Séismes : les détecter et les comprendre (pdf)

De l’étude… à la prévision ?

séismes et risques sismiques

 

Seismes et risques sismiques, approche sismotectonique , Hervé Philip, Jean-Claude Bousquet, Frédéric Masson, 2007.
Cet ouvrage fait le point de façon approfondie sur les différentes méthodes d’études des séismes ainsi que les instruments mis en œuvre : Du premier sismomètre aux réseaux globaux du http:/www.fdsn.org/” class=’spip_out’>FDSN (Fédération of Digital Broadband Seismographic Network ).

Les développements techniques ont permis en particulier la localisation des séismes. Celle-ci s’effectue à partir des ondes P (ondes primaires de compression) et S (ondes secondaires de cisaillement) enregistrées dans les différentes stations sismologiques, réparties sur le globe terrestre. Les capteurs utilisés sont désormais capables de mesurer des mouvements qui ont une amplitude inférieure au nanomètre (milliardième de mètre). Toutes les stations sont reliées à des GPS qui datent précisément tous les événements. Le réseau de capteurs permet par des méthodes comme la triangulation de localiser le foyer du séisme.

Le calcul de la magnitude

L’échelle de Richter a été instaurée en 1935. Elle nous fournit ce qu’on appelle la magnitude d’un séisme, calculée à partir de la quantité d’énergie dégagée au foyer. Elle se mesure sur une échelle logarithmique ouverte. Chaque unité supplémentaire correspond à une multiplication de l’énergie libérée par 30 et par 10 de l’amplitude du mouvement. A ce jour, le plus fort séisme a atteint 9,5 sur l’échelle de Richter (Chili).

Pour en savoir plus :

traumatismes de la terre

La sismotectonique comprend en fait trois domaines scientifiques :
– La tectonique (cartographie des failles actives)
– La géodésie (science qui mesure et représente la surface terrestre)
– La sismologie (enregistrement et analyse des vibrations du sol)
La sismicité instrumentale n’est possible que sur les cent dernières années, au-delà, la sismicité historique, l’archéosismicité et la paléosismicité prennent le relais, comme le rappelle Jean-Luc Schneider dans Les traumatismes de la terre, Géologie des phénomènes naturels extrêmes. L’intérêt de cette analyse réside dans la récurrence de certains phénomènes sur de très grandes périodes de temps, difficile à appréhender et à mesurer à l’échelle d’une vie humaine.

Les zones de sismicité sont désormais bien connues grâce aux recherches menées par ces disciplines.

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Sismicité 1928-2000. Ecole et observatoire des sciences de la terre de Strasbourg.

Séismes et tsunamis : peut-on les prévoir ?

Malgré l’apport des nouvelles technologies et l’analyse des signes du passé, le domaine de la prévision des séismes n’a pas rencontré les succès espérés :
Différents types de précurseurs ont été recherchés pour pouvoir anticiper le déclenchement d’un séisme et beaucoup de théories ont jusque là été étudiées sans donner totale satisfaction :
Ainsi, des changements hydrochimiques et isotopiques de certains éléments et gaz, comme le radon ont été observés. Avant le séisme, la formation de microfissures dans les roches permettrait l’échappement de radon, entrainant une augmentation de la concentration de ce gaz, mesurable en surface. Malheureusement cette augmentation n’observe pas de règles claires, elle se produit soit avant le séisme, soit immédiatement après… L’amplitude des variations n’est pas non plus corrélée à la magnitude des séismes…
Les déformations du sol ne constituent pas non plus des marqueurs clairs. En Californie, le soulèvement du secteur de Palmdale proche de la faille de San Andrea n’a pas été suivi par un séisme, pourtant redouté.

Dans certains cas, les précurseurs sont suffisamment nombreux pour pouvoir être interprétés. Ainsi en 1975, les chinois ont-ils pris la décision d’évacuer la ville de Haicheng à la suite d’un ensemble de signes (déformation du sol, niveau d’eau, secousses, comportement anormal des animaux…) ; Celle-ci a en effet été détruite a plus de 90 %.. Mais l’année suivante, un séisme en pleine nuit dans la région du Tangshan a fait plus de 240 000 morts…

Pour en savoir plus :

  • Une vidéo d’Universcience TV : Dans ce débat, Pascal Bernard, sismologue à l’Institut de physique du globe de Paris (IPGP), et Hélène Hébert, géophysicienne au Commissariat à l’énergie atomique (CEA) reviennent sur l’absence de système de prévision fiable et présentent les différents systèmes d’alerte existants : à l’arrivée des premières ondes ou pour l’analyse du train de vague des tsunamis.

Séismes et tsunamis : peut-on les prévoir ?

Les scientifiques continuent néanmoins à chercher des signes précurseurs, même si ces derniers ne sont pas généralisables à l’ensemble des séismes du fait de leurs caractéristiques multiples.
Des chercheurs du CNRS ont ainsi pu pister pour la première fois, en 2011, un signal sismique particulier correspondant au glissement de la faille en profondeur pour un séisme survenu en 1999 en Turquie. Ce signal détecté par des appareils de plus en plus sensibles pourrait éventuellement permettre d’anticiper (de quelques dizaines de minutes) le déclenchement d’un séisme du même type.

Pour en savoir plus :

  • Le communiqué de presse du CNRS et la présentation vidéo de Jean Schmittbuhl, géophysicien à l’université de Strasbourg de ses travaux sur le séisme d’Izmit.

Risque sismique : que peut la science ?

Jean Schmittbuhl est géophysicien à l’université de Strasbourg et spécialiste de la physique des tremblements de terre. Il commente pour nous le séisme qui vient de ravager le Japon et aborde la question de la prévisibilité en s’appuyant sur les travaux qu’il a mené suite au séisme d’Izmit survenu en 1999 en Turquie.

II/ Gérer les risques

Mais pour l’instant la prédiction reste trop aléatoire pour protéger les populations. Seule la prévention permet de minimiser l’impact des séismes.

l'avenir quel devenir

En effet, comme le rappelle Thierry Velu dansL’avenir, quel devenir ? L’homme face aux catastrophes naturelles, le risque de catastrophe est considérablement plus faible dans les pays à fort revenu que dans les pays à revenu faible ou moyen. Les pays classés parmi les pays à développement humain élevé représentent 15 % de la pop exposée mais seulement 1,8 % des décès.

Le séisme survenu le 12 janvier 2010 à Haïti, d’une magnitude de 7 sur l’échelle de Richter, a fait plus de 230 000 morts, 310 900 blessés et plus 1,5 million de sinistrés. Tous les bâtiments officiels tels que le Palais National, se sont effondrés.
Au Japon, le séisme du 11 mars 2011 sur la côte Pacifique du Tōhoku a atteint une magnitude de 9 sur l’échelle de Richter (soit 100 fois plus fort que le séisme d’Haïti), a occasionné un tsunami et fait plus de 25 000 morts et disparus (selon un bilan provisoire). C’est avant tout le tsunami qui a été le plus meurtrier alors que les bâtiments avaient relativement bien résisté au séisme.

Prévoir l’aléa

La définition de l’aléa sismique permet d’anticiper le danger et de construire des bâtiments appropriés sur les zones à risques. Les éléments sismotectoniques pris en compte concernent 3 échelles :

tout d’abord une échelle globale qui tient compte des caractéristiques générales des séismes : identifications des différentes zones : arcs insulaires (zones de subduction), failles océaniques, failles continentales, etc… Chacune ont leur spécificité. En connaissant la vitesse de convergence au niveau d’une zone de subduction ainsi que la date et la magnitude (donc le déplacement co-sismique) du dernier séisme, on peut évaluer approximativement la période du retour des séismes, en se basant sur une restitution totale des mouvements inter-sismiques. Les zones proches des zones ayant déjà été touchées par un séisme mais non encore endommagées sont des zones de « lacunes sismiques ». Ce sont les zones qui ont la plus forte probabilité d’occurrence d’un séisme.
– au niveau régional, on peut délimiter des zones qui devront être équipées de constructions parasismiques : les enregistrements accélérométriques mesurés lors de séismes passés permettent d’avoir une idée de la propagation des ondes sismiques. En l’absence de ces enregistrements, on s’appuie sur l’étude d’une zone proche et l’on déduit une forme standard du spectre de réponse au rocher.
– un microzonage est enfin nécessaire pour garantir la bonne tenue des différentes constructions outre la présence de failles actives, on analyse les effets topographiques ainsi que les effets induits(risque de glissement de terrain etc.).

Deux méthodes existent pour anticiper les séismes :
– La méthode déterministe : détermination du séisme maximal plausible en se basant sur les séismes historiques connus.
– La méthode probabiliste : donne la probabilité de dépassement de différentes valeurs en caractérisant le mouvement du sol pour une période donnée, qui peut dépasser plusieurs centaines d’années.

Suivant les scénarios « imaginés » en fonction de ces deux techniques, les protections choisies peuvent être plus ou moins fortes. Ainsi selon l’article Le séisme du Japon : Questions scientifiques clés, publié en ligne par l’Institut des sciences de la Terre, les spécialistes Japonais ont été surpris par l’ampleur du séisme du 11 mars 2011. Si un séisme avait bien été envisagé dans cette zone, sa magnitude avait été anticipée comme moindre : la portion de plaque concernée devant se rompre en plusieurs séismes et non en un seul… Ce scénario n’avait donc pas envisagé un tsunami d’aussi grande importance, d’où des équipements, en particulier nucléaires, qui n’ont pu résister à ce double événement, malgré des plans de prévention très développés.(A lire également sur ce sujet : Fukushima : séisme et tsunami, étaient-ils prévisibles ?

Pour en savoir plus sur la crise majeure rencontrée par la centrale nucléaire de Fukushima suite au séisme, le blog de Sylvestre Huet, journaliste à Libération, sciences² permet de suivre jour après jour l’évolution de la situation avec les contributions de nombreux scientifiques.

Prévenir

Qu’est-ce qu’un tsunami ?

le terme tsunami est un mot d’origine japonaise qui signifie « vague de port » : l’origine vient des pêcheurs qui en rentrant au port le découvrait dévasté alors qu’ils n’avaient rien perçu d’anormal. Le phénomène du tsunami est provoqué par une modification du fond marin (glissement de terrain suite à un séisme par exemple). L’onde du tsunami affecte la colonne d’eau dans toute sa profondeur, sa vitesse est directement liée à la hauteur d’eau concernée (elle peut atteindre 700 à 800 km/h…). En haute mer, elle passe relativement inaperçue (mais peut désormais être mesurée par les satellites). A l’approche des côtes, l’onde est freinée par la brusque diminution de la profondeur des fonds, son amplitude augmente (jusqu’à 30 m) alors que l’ampleur kilométrique (la longueur d’onde) et la vitesse (<40 km/h) diminuent soudainement.

Les tsunamis peuvent être détectés et leur déplacement anticipé, malheureusement ces données ne sont utiles que pour les côtes les plus éloignés de l’épicentre qui bénéficieront de quelques minutes à plusieurs heures pour anticiper leur déplacement.
A voir : La simulation du déplacement du Tsunami du 11 mars 2011 par ordinateur.

Des http:/www.futura-sciences.com/fr/news/t/geologie-1/d/40-secondes-pour-se-mettre-a-labri-avant-un-tremblement-de-terre_10577/” class=’spip_out’>systèmes d’alertes des séismes ont également été développés dans les zones les plus touchés par les séismes comme le japon. Des messages d’alertes automatiques envoyés sur les téléphones portables, dès les premières secousses, permettent d’anticiper les premiers gestes de survie (couper l’arrivée de gaz, se placer sous une table..) avant l’arrivée des secousses plus destructrices.
Ces systèmes ne sont toutefois pas à l’abri des fausses alertes.

Anticiper : l’exemple des constructions parasismiques

Les règles fondamentales des constructions parasismiques

séismes et construction

Deux guides : Guide de la conception parasismique des bâtiments et Seismes et construction : Eléments pour non-spécialistes, Pierino Lestuzzi, 2008, permettent d’avoir une première approche de la question.
Durant un séisme, la base d’une structure est soumise à de brusques accélérations dans toutes les directions, mais ce sont les accélérations horizontales qui sont les plus dangereuses. Or les sollicitations auxquelles les structures doivent normalement faire face sont en grande majorité verticales. Le mouvement de va et vient est particulièrement lourd. Il peut être amplifié par l’interaction entre les oscillations de la structure et les ondes sismiques qui créent alors un phénomène de résonnance.
Les constructions parasismiques doivent être pensées dès la conception. En effet elles n’utilisent pas seulement des matériaux spécifiques, elles intègrent également des règles particulières :

L’environnement des bâtiments reste essentiel :

– Le sol doit être étudié afin de déterminer le type de structure adéquate. Un sol dur sera plus propice pour une structure souple et inversement.

– Le voisinage du bâtiment doit également être pris en compte. Le martèlement ou l’entrechoquement des bâtiments est fréquent lors des séismes en zone urbaine. Or si des immeubles se jouxtent, tout en ayant des hauteurs différentes ou sans que leurs étages ne coïncident, les dégâts peuvent être particulièrement sévères, du fait des oscillations différentes qui multiplient les risques de collisions et du choc des dalles d’étages contre les murs du bâtiment voisin.

– La forme des bâtiment doit être simple : il faut, en particulier, minimiser les angles rentrants et fractionner le bâtiments en volumes simples reliés par des joints parasismiques.

– La hauteur d’un bâtiment n’est pas forcément un élément de fragilité : les dégâts se concentrent en effet dans les bâtiments de trois à huit étages. Dans les régions les plus exposés aux séismes, les gratte-ciels sont montés sur vérins, sur rails ou roulements à billes, soutenus par des amortisseurs ou haubans, ou reposant sur d’imposants “boudins” en caoutchouc, afin d’absorber au maximum les secousses.

Enfin, à l’intérieur de la structure porteuse, il faut également veiller à ce que les différents éléments du bâtiment tel que les cloisons, faux plafond, vitres résistent aux secousses ou se brisent sans blesser les occupants.

Cette vidéo commentée d’un chantier de construction parasismique résume les différents points à surveiller lors de la construction d’une maison individuelle adaptée.

Un exemple de bonne résistance au séisme, la médiathèque de Sendaï
Conçue en 2001 par l’architecte Toyo Ito pour résister au séisme, sa structure repose sur 13 colonnes qui accompagnent la déformation de la structure lors des secousses. Le site Internet du Moniteur propose une simulation numérique de ses déformations ainsi qu’une vidéo tournée le 11 mars 2011 qui montre la bonne résistance du bâtiment malgré le choc.

Les règles parasismiques en France

En France, à partir du 1er mai 2011, l’Eurocode 8 « Conception et dimensionnement des structures pour leur résistance aux séismes » s’imposera comme règle de construction parasismique de référence pour les bâtiments neufs dits à risque normal.
Ce code est accompagné d’une nouvelle carte des risques sismiques basée sur la méthode probabiliste et la nature des sols ; les différentes zones d’aléa sismique ont été élargies.

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Aléa sismique de la France

Le risque reste modéré en zone métropolitaine, bien que présent dans les Pyrénées et dans la région PACA. Le dernier « gros » séisme en France Métropolitaine a fait 46 morts le 11 juin 1909 à Lambesc. Il est fort dans certains départements d’outre-mer comme la Martinique et la Guadeloupe qui semblent encore mal équipés pour y faire face.
Les cahiers techniques du bâtiment de février 2011 font le point complet sur les changements occasionnés par cette loi.

A consulter pour en savoir plus :

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