Tremblement de terre.

Deuxième partie : tremblement de terre en Suisse.

jean nydegger

Les plus grands tremblement de terre historique en Suisse :


1. Bâle, le 18 octobre 1356. Magnitude 6.5 à 7 (Intensité X)

2. Sierre VS le 25 janvier 1946. Magnitude 6.1 (Intensité IX)

3. Reinthal SG, le 20 avril 1796. Magnitude 5.1 (IntensitéVII)


  Un séisme de même magnitude que celui de Bâle serait une catastrophe nationale. Sans compter les nombreuses victimes, il ruinerait de nombreux propriétaires de biens immobiliers.

Bâle après le tremblement de terre d'octobre 1356

Gravure de la "Basler Chronik" de Christian Wurstigen, 1580

Nota : Une grande partie des textes et figures présentées ci-après sont extraits du livre :

« Tremblement de terre en Suisse », Markus Weidmann, géologue et auteur du livre en version française :
« Erdbeben in der Schweiz » Verlag Desertina, Coire, 2002.

1. ​​​​​​​Avant-propos

Chez nous, en Suisse, il n’y a pas de tremblement de terre, ou tout au plus ici ou là un séisme sans gravité. Nos ouvrages sont de toute façon bien construit et, au pire des cas, nous sommes assuré contre les dommages sismiques, tout comme nous le sommes contre les dégâts dus aux crues, aux avalanches et à la grêle.

J'ai souvent entendu de telles remarques de la part de profanes. Malheureusement, elles sont erronées. Qu'en est-il vraiment ?

Des sismologues et des géologues, des ingénieurs en tremblement de terre et des historiens, des spécialistes en assurances, toutes ces personnes disposent de nos jours d'un savoir étendu et complexe sur les tremblements de terre et le risque sismique en Suisse.

​​​​​​​
​​​​​Markus Weidmann

2. Introduction


En Suisse, l'aléa sismique est relativement faible, avec un risque sismique pourtant élevé. Les tremblements de terre importants sont rares ; pourtant il convient de se préparer à leur survenue afin de minimiser leurs effets possibles. Pour cela, il faut engager une procédure de longue durée, dans laquelle sont associés tous les domaines de notre société.
Ce document tente d’expliquer la façon d'estimer l'aléa sismique et le risque sismique ; il renferme dans les grandes lignes ce que l'on doit savoir pour comprendre les tremblements de terre et le risque sismique en Suisse. 


Prof. Domenico Giardini Service sismologique suisse (SSS) à l'EPFZ 


Les tremblements de terre en tant que tels sont peu dangereux. Seuls les ouvrages qui s'effondrent le sont, puisqu'ils infligent un tort important aux hommes. Et des constructions qui ne sont pas parasismiques sont légion en Suisse.
Ainsi, si la recherche doit encore se poursuivre, le savoir en génie parasismique est pour l'essentiel acquis. Mais il manque encore souvent la transposition dans la pratique, que ce soit parce qu'il n'y a pas une assez grande prise de conscience du risque sismique, ou parce que l'on succombe à l'erreur de croire que la construction parasismique est coûteuse. En réalité, la construction parasismique, lors de nouvelles constructions, n'occasionne qu'un surcoût faible, souvent négligeable. 


Dr Martin Koller  Société suisse du génie parasismique et de la dynamique des structures 


​​​​​​​La protection de la population et des biens de valeur contre les dangers naturels a depuis toujours été entendue comme une tâche incombant à la Confédération et aux Cantons. Les effets d'un tremblement de terre d'une magnitude supérieure à 5 peuvent dépasser les limites cantonales.
C'est pourquoi, en Suisse, la problématique sismologique doit être considérée au niveau national. Lors de la défense contre le danger naturel «Tremblement de terre», la Confédération doit dès lors prendre en charge le commandement stratégique (bases, concepts, résultats), alors que le commandement des opérations incombe aux Cantons.
Actuellement, il n'existe aucune méthode validée permettant la prévision de l'heure, du lieu et de l'intensité d'un tremblement de terre ; en conséquence, il faudra tout d'abord entreprendre des mesures de prévention. En plus des enquêtes géologiques et sismologiques, il faudra aussi veiller à une sécurité parasismique accrue des constructions et des installations en respectant le développement correspondant des normes de construction. 


Dr Olivier Lateltin - Office fédéral des eaux et de la géologie (OFEG). 

3. Continents, plaques et limites des plaques 

Les continents bougent 

Les continents s'éloignent ou se rapprochent les uns des autres, ou se chevauchent, en moyenne de quelques centimètres par an.
​​​​​​​
• Ils se déplacent en moyenne à la vitesse de croissance de nos ongles. 

• Actuellement, la vitesse la plus élevée à laquelle deux plaques divergent se situe aux environs de 16 centimètres par an. 

• La distance entre l'Amérique du nord et l'Europe s'accroît annuellement de deux à trois centimètres - ainsi la distance entre Paris et New York s'est accrue d'un mètre cinquante à deux mètres depuis une centaine d’années.

• L'Afrique du sud et l'Amérique du sud se séparent annuellement d'environ trois à quatre centimètres par an. 

• L'Inde converge vers l'Eurasie d'environ quatre à cinq centimètres par an. 

La distance de vol entre Paris et New York ou entre l'Afrique du Sud et l'Amérique du Sud s'allonge d'années en années de quelques centimètres.

jean nydegger

​​​​​​​Notre Terre possède une croûte rigide, qui est composée de sept grands fragments et d'une multitude de petits morceaux.

Si l'on veut comprendre la raison du déplacement des continents, on doit connaître quelques fondements sur la structure interne de notre Terre.

• La « croûte » terrestre, dénommée lithosphère, a une centaine de kilomètres d'épaisseur, Elle est constituée de roches solidifiées, telles que nous les connaissons à la surface de la Terre. 

• De façon générale, on fait une distinction entre la lithosphère continentale et océanique, 

• Les continents sont constitués de lithosphère continentale, 

• Et la lithosphère océanique ne se rencontre, en règle générale, qu'en profondeur sous la surface des océans - les 70 premiers kilomètres depuis le fond des mers en sont constitués. 

• La « croûte lithosphérique » se compose de sept grands fragments et d'une multitude de petits morceaux, dénommés « plaques », 

• Presque toutes les plaques sont constituées de lithosphère continentale et de lithosphère océanique. Ainsi, par exemple, la plaque africaine est-elle constituée de l'Afrique et d'une partie de la lithosphère océanique de l'océan Atlantique et de l'océan Indien.
Ou: Le continent sud-américain, ainsi qu'une partie de la lithosphère océanique Atlantique appartiennent à la plaque sud-américaine, 

• Mais il existe aussi des plaques qui sont uniquement composées de lithosphère océanique.

Exemple important : la plaque pacifique. ​​​​​​​

Les limites des plaques tremblantes.

Les plaques se déplacent les unes par rapport aux autres en générant une activité sismique 

(Voir la figure ci-après). Les limites de plaques : les fabriques de tremblements de terre.

Les plaques sont mises en mouvement par des courants internes de façon comparable aux blocs de glace, qui se déplacent avec les courants sur un lac ou sur une mer. A l'intérieur de la Terre, des roches partiellement en fusion « sont mues par des courants »; un mouvement qui est plutôt comparable à celui d'un miel granuleux extrêmement visqueux. 

• Ainsi, l'expression « … les continents se déplacent … » n'est qu'une demi-vérité. On devrait préciser : les plaques lithosphériques se déplacent et les continents se déplacent avec elles, car ils font partie de ces plaques. 

• Fondamentalement, il existe quatre types de déplacements relatifs des plaques les unes par rapport aux autres. 

• 1. Deux plaques divergent. Dans la zone de contact (nommée frontière de plaques), de la roche en fusion remonte des profondeurs de la Terre à la surface puis se solidifie ; ainsi, au niveau des deux plaques, il y a un apport de nouveau matériel.
L'exemple classique d'une telle zone de contact, où deux plaques divergent, est la «dorsale médio-océanique» (M), une section de la frontière entre la plaque nord américaine et la plaque eurasienne.
Cette dorsale n'est rien d'autre qu'une gigantesque « fabrique de plaques », au sein de laquelle depuis des millions d'années un nouveau matériel est rajouté aux plaques nord américaine et eurasienne. Ainsi, la surface du plancher océanique va donc aussi continuer de s'accroître à l'avenir. 

• 2. Deux plaques convergent. A cette occasion, dans certains cas, une plaque glisse sous une autre ; ce phénomène s'appelle « subduction ». 

• Lorsque la lithosphère d'une plaque océanique A rencontre la lithosphère d'une plaque océanique B, c'est soit la plaque A qui s'enfonce sous la plaque B, soit la plaque B qui s'enfonce sous la plaque A. 

• Lorsque la lithosphère océanique d'une plaque A rencontre la lithosphère continentale d'une plaque B, c'est la lithosphère océanique qui s'enfonce sous la plaque continentale. 

• En principe, la lithosphère continentale ne glisse jamais sous une autre plaque. Ainsi, lorsqu'une lithosphère continentale d'une plaque A se déplace vers une lithosphère continentale d'une plaque B, aucune plaque ne va se glisser sous l'autre, mais au niveau de la marge des plaques on assistera à une « collision de continents » et à la formation de montagnes. 

Exemple : la plaque indo-australienne (constituée des continents indien et australien) se déplace vers la plaque eurasienne. La collision du continent indien avec le continent eurasiatique entraîne depuis des millions d'années la formation de l'Himalaya (H).
Les Alpes doivent leur existence à une collision continentale entre les continents eurasiatique et africain.

• 3. Deux plaques coulissent l'une par rapport à l'autre. Exemple classique : la faille de San-Andreas, Californie. 

• 4. Une plaque peut subir une rotation par rapport à une plaque voisine. Exemple : la plaque africaine se déplace non seulement en direction de la plaque eurasiatique, mais elle effectue encore, par rapport à cette dernière, une rotation dans le sens contraire des aiguilles d'une montre. 

• Les marges de plaques ne sont pas des « lignes frontières » au sens de limites territoriales exactes. Il s'agit bien plus de « domaines frontières » s'étendant sur une largeur de plusieurs kilomètres, qui se prolongent en profondeur- dans certains cas jusqu'à plusieurs centaines de kilomètres. 

• En particulier, là où des continents entrent en collision, la frontière de plaques est large et diffuse. En schématisant, on peut dire qu'en principe toute la chaîne alpine ou himalayenne représente ces limites entre deux plaques. 

• Les plaques elles-mêmes se déplacent-à l'échelle humaine à une vitesse constante. Dans leur zone de contact, elles ne se déplacent malheureusement pas de façon continuelle et régulière, souvent « ça coince » à la marge des plaques dans des secteurs plus ou moins grands.
Il s'ensuit des tensions- et des dissipations par des mouvements saccadés. Simultanément à ces mouvements saccadés, des ondes sismiques sont libérées. 

• Ces mouvements saccadés sont les plus importants générateurs de séismes de par le monde, plus de 90% de tous les tremblements de terre prennent naissance le long de ces marges de plaques. C'est pour cette raison que les limites de plaques sont aussi appelées « ceintures sismiques ». 

• Généralement, les séismes prennent naissance aux limites de plaques à une profondeur allant de quelques kilomètres jusqu'à 40 à 50 kilomètres. Les séismes ne peuvent pas prendre naissance dans les grandes profondeurs en raison du comportement ductile des roches qui s'y trouvent, propriété qui empêche l'accumulation de tensions.
Une exception importante : là où une plaque plonge sous une autre plaque, les séismes peuvent atteindre, dans des cas extrêmes, des profondeurs allant jusqu'à 700 kilomètres. 

• Une petite partie des séismes a lieu lorsqu'au niveau des zones de faiblesses intra-plaques, des tensions se créent et sont à nouveau dissipées (dénommés « tremblements de terre intraplaques »: exemple le séisme de la région de Bâle). ​​​​​​​

Les plaques se déplacent relativement les unes par rapport aux autres. Dans la zone de contact, le mouvement s'effectue par saccades, ce qui entraîne des séismes. Plus de 90% de tous les tremblements de terre prennent naissance le long des marges de plaques. 

jean nydegger

La limite des plaques: les fabriques de tremblement de terre.

La relation entre les limites de plaques et la distribution globale des séismes est manifeste: les séismes se produisent pour la plupart au marges des plaques. Source : The National Science Teachers Association : Earthquakes.

4. "Séisme" et "onde sismique" - la différence 

Sous le terme « séisme «, on entend des mouvements du sol, qui sont perceptibles (ou du moins mesurables par les instruments). Ils prennent naissance lorsque les ondes sismiques issues de l'intérieur de la terre atteignent la surface du sol.

• Ces ondes sismiques se produisent, dans la plupart des cas, lorsque des masses rocheuses situées en profondeur se libèrent de leurs contraintes le long de failles par mouvements saccadés dénommés séismes « tectoniques ». 

• Dans de rares cas, les ondes sismiques peuvent aussi apparaître à l'occasion d'autres événements ; par exemple quand un magma subit une poussée ascensionnelle dans une cheminée volcanique au cours d'une éruption, ou lorsqu'en raison de l'effondrement d'une cavité naturelle (doline, karst), de grandes masses rocheuses sont projetées à terre. 

• l'homme peut produire « artificiellement » des ondes sismiques, par exemple lors de dynamitages dans les carrières ou lors d'explosions nucléaires souterraines. 

• Dans de rares cas, les activités humaines peuvent entraîner des séismes tectoniques - lorsque, sans le vouloir, quelqu'un déclenche un brusque mouvement de masses rocheuses au niveau d'une faille.
Cela peut arriver, par exemple,
• lorsqu'on injecte de l’eau dans le sous-sol
• lorsqu'en raison de l'accumulation d'eau dans les ouvrages de retenue, de l'eau est compressée dans le sous-sol
• lorsqu'on prélève du pétrole du sous-sol. 

Les ondes de volume : les ondes P et S

Les ondes P 

Comment se propagent les ondes P ?
En pressant (compression), en étirant, en dilatant alternativement le sous-sol en direction de la propagation. Cela fait que le sous-sol se met à vibrer dans la direction de propagation des ondes P . 

• Le déplacement dont un secteur du sous-sol fait l'objet, lorsqu'il est parcouru par des ondes P, est comparable à celui d'un accordéon, qui, au cours d'une suite rapide, est ouvert puis refermé. 

• la propagation des ondes P dans le sous-sol est en général conforme à la propagation des ondes sonores dans l'air : ces dernières se propagent également au loin à partir d'un « foyer d'ondes sonores » (p.ex. un haut-parleur), en comprimant et étirant l’air. 

• Les ondes P sont les ondes sismiques les plus rapides ; elles se propagent à la vitesse moyenne de 6 kilomètres à la seconde, dans les 10 à 20 premiers kilomètres du sous-sol, ou à 21'600 kilomètres à l'heure. Dans le manteau et dans le noyau terrestre, leur vitesse est même plus élevée. 

• Les ondes P étant les ondes sismiques les plus rapides, elles sont les premières à parvenir aux stations sismologiques, et sont donc aussi les premières à être enregistrées.
Pour cela, elles sont aussi dénommées « ondes primaires » ; primaires signifiant « les premières arrivées ». 

Les ondes S 

Les ondes S atteignent les stations sismiques en deuxième position, après les ondes P. Pour cette raison, elles sont aussi dénommées « ondes secondaires » ; secondaires signifiant « arrivées en deuxième position ». 

• Les ondes S font que le sous-sol qu'elles parcourent vibre perpendiculairement à la direction de propagation. 

• Le spécialiste dit : « Les ondes S cisaillent le sous-sol perpendiculairement à leur direction de propagation ». Pour cette raison, on nomme ces ondes les ondes de cisaillement. 

• Une roche peut aussi bien vibrer horizontalement (de droite à gauche), que verticalement (de haut en bas). 

• La vitesse des ondes S est dépendante des propriétés du sous-sol, tout comme dans le cas des ondes P. 

• Dans les 10 à 20 premiers kilomètres du sous-sol, les ondes S se propagent en moyenne à la vitesse de 3 1/2 kilomètres à la seconde, ou à environ 12'600 kilomètres à l'heure. ​​​​​​​


Dans la plupart des séismes, on ressent d'abord les ondes P. Leur effet est semblable à celui d'un « bang » supersonique qui cogne et fait vibrer les fenêtres. Quelques secondes après, les ondes S arrivent avec leur mouvement de bas en haut et de droite à gauche qui secoue la surface à la fois verticalement et horizontalement. C'est cette onde S qui cause le plus de dégâts. 

Les ondes de surface, l’onde de Love et l’onde de Rayleigh

Les ondes de surface se propagent plus lentement que les ondes de volume ; des deux types d'ondes de surface, les ondes de Love sont plus rapides que celles de Rayleigh. Ainsi, lorsque les ondes rayonnent dans la croûte terrestre à partir de la source d'un séisme, les différents types d'ondes se séparent les uns des autres selon un ordre prévisible. On trouvera dans l'Annexe F une illustration de



La troisième catégorie générale d'ondes sismiques est celle des ondes de surface, ainsi nommées parce que leur déplacement est limité au voisinage de la surface du sol. De telles ondes correspondent aux rides formées à la surface d'un lac. La plus grande part du mouvement associé à ce type d'ondes est canalisée près de la surface et le déplacement oscillatoire devient de plus en plus petit au fur et à mesure que l'on s'enfonce sous la surface. On peut distinguer deux types d'ondes de surface dans un séisme. 

Le premier est l'onde de Love.

Le déplacement est essentiellement le même que celui des ondes S sans mouvement vertical ; elle déplace le sol d'un côté à l'autre dans un plan horizontal perpendiculairement à sa direction de propagation, comme on peut le voir sur le schéma de la. Les ondes de Love provoquent un ébranlement horizontal qui est la cause de nombreux dégâts aux fondations des édifices. 
Les ondes de Love ne peuvent pas être détectées par un instrument vertical.

Le deuxième est l’onde de Rayleigh.

Comme pour les vagues qui roulent dans les océans, les parties du milieu mis en mouvement par une onde de Rayleigh se déplacent à la fois horizontalement et verticalement dans un plan vertical, parallèle à la direction de propagation de l'onde. Les flèches montrent qu'une partie du milieu rocheux se déplace en fait le long d'une ellipse au passage de l'onde de Rayleigh.


​​​​​​​Les ondes de Rayleigh, du fait de l'existence d'une composante verticale dans leur mouvement, peuvent affecter des milieux liquides tels que les lacs. Les ondes de Love (qui ne peuvent se propager dans l'eau) ne peuvent avoir d'effet sur la surface de l'eau que par le mouvement des rives des lacs ou des baies océaniques, poussant l'eau latéralement comme le feraient les bords d'un réservoir en vibration. 

....

Grâce à l'analyse des ondes sismiques traversant la terre, on peut émettre des hypothèses sur la structure interne de la terre.



Ondes sismiques traversant les entrailles de la Terre

Les ondes P et S des séismes importants peuvent parcourir toute la Terre avant d'être en enregistrées. 

• Lors d'un tremblement de terre d'une magnitude de 5 et plus, on peut enregistrer des ondes sismiques qui ont été déclenchées de l'autre côté de la terre à plus de 12'000 kilomètres de distance. 

• Si l'on exploite les enregistrements de telles ondes sismiques, on peut mettre en évidence la structure interne de la terre de la même manière qu'on examine l'homme par exemple au moyen du scanner ou des rayons X.

• Exemple : les ondes S ne peuvent généralement pas traverser de liquides. On a découvert que les ondes S ne se propageaient pas à travers le noyau externe ; cela permet d'affirmer que ce dernier est liquide. 

Vitesse de propagation variable 

Pour toutes les ondes sismiques, leur vitesse de propagation dépend des différentes propriétés des roches dans lesquelles elles se propagent. 

. En règle générale, la vitesse de propagation augmente avec 1a profondeur. 

• En règle générale, la vitesse de propagation dans les roches massives est plus rapide que dans les roches meubles. Dans les roches meubles, la vitesse de propagation des ondes P est même inférieure à un kilomètre à la seconde. 

Vitesse de propagation des ondes Pet des ondes S à l'intérieur de la Terre.
Dans le manteau.la vitesse de propagation des ondes Pet des ondes S augmente avec la profondeur.
A la transition entre le manteau et le noyau externe (liquide), la vitesse de propagation des ondes P baisse fortement. Les ondes S ne peuvent pas se propager dans le noyau externe. 


Vibration propre de la Terre 



Lors de séismes très importants, la Terre entière se met à osciller très faiblement (ce sont les « oscillations propres »), Ces "oscillations ne sont pas perceptibles, mais elles sont mesurables au moyen de sismographes.

Exemple de propagation des ondes P à travers l'intérieur de la Terre.
Les ondes partent de l'hypocentre (A). Au passage du manteau et du noyau, les propriétés physiques de l'intérieur de la Terre se modifient fortement, raison pour laquelle les ondes sont diffractées. 

5. Eléments de sismique.

Du sismogramme à la magnitude et à l'échelle de Richter, des conséquences à l'intensité et à l'échelle d'intensité.

Mouvement du sol et sismographe.
Au pouls des séismes grâce aux sismographes. 

Lors des quelques secondes que dure un tremblement de terre, de quel ordre de grandeur sont les mouvements du sol, et dans quelle direction se propagent-ils ? 

• Pour répondre à cette question, les chercheurs en sismologie ont construit vers la fin du 19e siècle, les premiers appareils servant à enregistrer les tremblements de terre, ou « sismographes » («sismo»: séisme; «graphe»: écrire). 

• Les mouvements du sol étaient amplifiés mécaniquement par les sismographes, puis enregistrés. Cette amplification était nécessaire, afin que les mouvements du sol soient visibles à l'œil et mesurables à la règle. 

Mesurer les mouvements du sol par rapport à quoi ? 

La variable « hauteur de vol d'une mongolfière» est mesurée par rapport au sol; la variable «niveau d'eau d'un cours d'eau» par rapport à la rive mais, par rapport à quel point fixe mesure-t-on l'ampleur des mouvements du sol lors d'un séisme, lorsque tout est en mouvement?
Réponse : on mesure l'amplitude de ces mouvements par rapport à une « masse pesante », qui lors d'un tremblement de terre reste sur place en raison de son inertie. Cette masse pesante est un élément du sismomètre. 



Sismographe.
Un sismographe consiste en un sismomètre ainsi qu'en une unité d'enregistrement. Le sismomètre enregistre les mouvements du sol. Dans le cas le plus simple, il comporte une masse pesante et un support. 

• L'unité d'enregistrement retrace les mouvements du sol qui ont été saisis par le sismomètre. Dans le cas le plus simple, elle comporte une aiguille, du papier, ainsi qu'un mécanisme de transport du papier. 


Principe de fonctionnement d'un sismographe qui enregistre les mouvements verticaux du sol :
Pendant le tremblement de terre, tout bouge de haut en bas ; le sol, le support de la masse pesante, le papier, sur lequel les mouvements du sol sont enregistrés, le mécanisme de transport du papier. La masse pesante (et l'aiguille qui y est rattachée) est suspendue à un ressort et demeure immobile, grâce à son inertie. Cela signifie donc que ce n'est pas l'aiguille qui bouge mais le papier ! 


Concernant le sismographe qui mesure les mouvements horizontaux du sol, le support de la masse pesante est construit différemment; tout Je reste fonctionne de la même façon que pour le sismographe qui mesure les mouvements verticaux. 

6. La station sismique et le réseau de stations sismologiques. 

Afin de savoir quand exactement ont eu lieu les mouvements du sol, enregistrés par le sismomètre, les enregistrements sont complétés par le relevé précis d'une montre. Ensuite, les données sont mémorisées dans une unité d'enregistrement, et sélectionnées par intervalles réguliers ou acheminées par radio ou par ligne téléphonique vers la centrale. 

• L'ensemble de tous les appareils et installations qui :
• mesurent les mouvements du sol et les amplifient 
 • entreprennent les classements temporels 
 • enregistrent les données et/ou les envoient à la centrale, est décrit comme « station sismique ». 

• Cela garantit que toutes les stations sismiques de Suisse ont bien leur montre qui fonctionne en parfaite synchronisation au centième de seconde près, étant radiocommandées par un signal émis par un satellite. 

• Un séisme est souvent enregistré par plusieurs stations sismiques, qui sont réparties sur un vaste territoire.
Les stations forment ensemble un réseau de mesures, dénommé « réseau de stations sismologiques ». 

• Le fait d'enregistrer un séisme, lorsque c'est possible, avec réseau de stations (et pas seulement avec une seule station) a plusieurs raisons :
• On peut calculer la magnitude d'un séisme à partir de plusieurs enregistrements, et ainsi déterminer une moyenne fiable. 
 • On peut localiser un séisme
  • On peut calculer l'orientation spatiale du plan de rupture concerné, situé dans le sous-sol. 

Une des stations sismiques ultrasensibles du nouveau réseau de mesures numériques du Service sismologique suisse, L'électronique, servant à l'enregistrement et à la transmission des données, se trouve dans les armoires métalliques.
Ci-après les entrailles d'un sismomètre utrasensible portable STS-2, diamètre 23,5 cm de Streckeisen AG à Pfungen ZH. Ce sismomètre mesure les mouvements du sol,dans trois directions distinctes : Mouvement vertical, mouvement horizontal en direction nord-sud et mouvement horizontal en direction est-ouest.

7. Le sismogramme.

Est décrit comme sismogramme le produit final visible et exploitable que livre un sismographe, ou une station sismologique, suite à des mouvements du sol dus à un séisme. 


Le sismogramme - l'écriture des séismes 


Tous les enregistrements instrumentaux, des mouvements du sol pendant un séisme, sont appelés « sismogramme ». 

• Jadis, les sismographes produisaient des sismogrammes au moyen de trois techniques distinctes :
​​​​​​​• ils enregistraient les mouvements du sol au moyen d'un stylet et de l'encre sur des rouleaux de papier
   • ils les gravaient à l'aide d'une aiguille sur des rouleaux de papier noirci à la suie 
  • ils les exposaient à un rayon lumineux sur papier photographique. Aussi bien les rouleaux de papier que le papier photographique étaient tendus sur un cylindre rotatif.
L'heure d'arrivée et l'intensité des mouvements du sol devaient encore être mesurés sur le sismogramme, à l'aide de l'échelle.

• Les stations sismoloqiques modernes ne dessinent plus les mouvements du sol sur papier, mais elles livrent des données qui sont transformées par un ordinateur en un sismogramme numérique. 

• Avantages : 
  • on peut confier à l'ordinateur les premières estimations générales concernant l'heure d'arrivée, le lieu et l'intensité d'un séisme,
​​​​​​​  • on peut observer et remanier le sismogramme sur l'écran d'un ordinateur, le mémoriser sur des supports de données ou les imprimer sur du papier. 

• Un des rôles essentiels des sismologues est d'analyser et d'exploiter les sismogrammes. 

• Suivant la durée du sismogramme, l'échelle-temps qui figure au bas du sismogramme est indiquée en minutes (comme pour le séisme lointain), ou en secondes (comme lors du séisme local), Le temps correspond fondamentalement au «Universal Time Coordinated» (UTC), qui est également décrit comme «Greenwich Mean Time» (GMT), 

• Les déviations du sismogramme sont décrites comme « amplitude ». Sur les sismogrames provenant de stations sismologiques ultrasensibles, les amplitudes représentent souvent la vitesse avec laquelle le sol s'est mû à l'emplacement du sismomètre (millimètre par secondes). Selon les besoins, on pourra aussi établir, sur la base des données fournies par la station sismologique, un sismogramme qui met en évidence les accélérations subies par le sol, - ou (comme avec les premiers sismographes) l'ampleur avec laquelle le sol s’est soulevé et abaissé, respectivement déplacé latéralement.

• La vitesse maximale avec laquelle le sous-sol de la station Zurich-Degenried a été secouée, (la «vitesse de pointe») était pour le séisme du Honduras et celui de Fribourg pratiquement identique, atteignant 0, 1 à 0,2 millimètres par seconde - malgré leur extrême dissemblance concernant la magnitude et la distance par rapport au foyer. 

• Lors du séisme du Honduras, les mouvements du sol verticaux étaient cinquante fois plus importants que lors du séisme de Fribourg. 

Ainsi, le sous-sol à Zurich-Degenried s'est soulevé et abaissé de près de 1,7 millimètres, en l'espace d'une demi-minute, alors qu'il était parcouru par les ondes superficielles du séisme du Honduras. 

• Malgré tout, le séisme de Fribourg a été ressenti à Zurich, mais pas celui du Honduras. Pourquoi ?
On en découvre la raison lorsque l'on compare la durée des séismes. L'enregistrement du séisme de Fribourg est, avec 80 secondes, 60 fois plus court que celui du Honduras (80 minutes). Cela signifie : les mouvements du sol du séisme de Fribourg ont eu lieu en l'espace de fractions de secondes ; ils étaient rapides, intenses, ils firent trembler le sous-sol zurichois.
​​​​​​​En comparaison, les mouvements du sol lors du séisme du Honduras se déroulèrent «au ralenti», semblables à la propagation tranquille de la houle. 

• De rapides mouvements du sol signifient aussi d'importantes accélérations du sol. Ainsi, l'accélération maximale engendrée par le séisme de Fribourg (de 7mm/sec2) est cent quarante fois supérieure à celle du séisme du Honduras, qui est d'environ 0,05 mm/sec2. 

8. Déterminer l’épicentre à l’aide de sismogrammes.

Un épicentre peut être localisé, par exemple, par le fait que les ondes sismiques Pet S se propagent à des vitesses distinctes. 

Où se trouve l'épicentre d'un tremblement de terre ?
Et à quelle profondeur sous !'épicentre se-trouve le foyer?
Les sismologues disposent de diverses méthodes de calcul, pour répondre à ces questions sur la base de sismogrammes. 

• Une de ces méthodes est très concrète. Elle consiste à calculer, sur la base de la différence entre l'heure d'arrivée des ondes P et des ondes S, la distance des différentes stations, par rapport au foyer du séisme. 

• Le fonctionnement de cette méthode sera plus clair avec l'exemple suivant :
Partons de l'idée qu'un automobiliste et un cycliste partent, en même temps d'un endroit inconnu, et roulent à vitesse constante, sur la même route rectiligne. 

• Si nous connaissons la vitesse de la voiture et celle du vélo, nous pouvons calculer pour un point x quelconque, connaissant l'écart-temps entre la voiture et le vélo, la distance à laquelle nous nous trouvons du point de départ des deux moyens de transport.
De façon générale, on peut dire que: plus l'écart-temps entre voiture et vélo est grande, plus nous sommes loin du point de départ. 

• Après avoir calculé la distance entre la station sismologique et le foyer du séisme, on ne détermine pas l'heure d'arrivée de la voiture et du vélo, mais l'heure d'arrivée des ondes P et S (dénommée « heure d'intervention ») à la station sismologique. 

Ces ondes se propagent dans les entrailles de la Terre à différentes vitesse (les ondes P à 6 kilomètres à la seconde ; les ondes S à 3,5 kilomètres à la seconde). 


​​​​​​​Trois diagrammes d'un tremblement de terre du 17 août 2000 d'une magnitude de 3,0.

La station Linth-Limmern (LLS) du Service sismologique suisse a enregistré l'arrivée des ondes P à 07:14:15.2 heures, celle des ondes S à 07: 14:20.6 heures: L'écart-temps entre l'arrivée des ondes P et des ondes S est de 5,4 secondes. 

La station Fusio (FUSIO) a enregistré l'arrivée des ondes P à 07:14:17.9 heures, celle des ondes S à 07:14:25 heures. L'écart-temps entre l'arrivée des ondes P et des ondes S est de 7,1 secondes. ​​​​​​​

Lorsque pour un séisme donné, on dispose de sismogrammes provenant de plusieurs stations sismologiques, on peut, si les conditions le permettent, trouver la localisation de l'épicentre et la profondeur du foyer du séisme.

Les trois stations sismologiques qui ont enregistré le séisme, sur une carte. 

Pour un épicentre qui se trouve à environ 10 kilomètres de profondeur, et à environ 30 à 150 kilomètres des stations sismologiques, on peut dire de façon simplifiée : la distance (en kilomètres) entre le foyer et la station sismologique est près de huit fois plus grande que l'écart-temps entre l'arrivée des ondes Set des ondes P (en secondes). Cela signifie pour nos trois stations :
• LLS est distante du foyer d'environ 43 km
• ZUR d'environ 48 km
• FUSIO d'environ 57 km.
Si on considère une seule station, on peut dire que : le foyer du séisme se situe sur un cercle dont le rayon correspond à la distance station - foyer. Si l'on reporte sur une carte les cercles d'au moins trois stations, l'épicentre se trouve au niveau de l'intersection des cercles - dans notre cas, près de Beckenried au bord du lac des Quatre-Cantons. Source : Service sismologique suisse, Zurich ​​​​​​​

​​​​​​​ • Ainsi on peut calculer, sur la base de l'écart-temps entre l'arrivée des ondes Pet des ondes S à la station sismologique, la distance à laquelle se trouve cette dernière du foyer. En principe : concernant le temps d'arrivée, plus l'écart-temps est grand, plus la station sismologique est éloignée du foyer du séisme.
Pour chaque station sismologique, on peut dire que le foyer du séisme se trouve sur un cercle, dont le rayon correspond à la distance calculée.

• Après avoir reporté les cercles d'au moins trois stations sur une carte, l'épicentre se trouve alors à l'intersection des cercles. 

• Ce principe élémentaire ne fonctionne que lors de « séismes proches », c'est-à-dire lors de séismes qui sont situés dans le réseau de stations utilisé, ou dans leurs environs proches. 

• La précision de la localisation des séismes proches par le Service sismologique est fortement dépendante du nombre de stations qui enregistrent le séisme et de la façon dont elles sont réparties autour de l'épicentre. 

• Lors de conditions favorables, le Service sismologique peut localiser l'épicentre d'un séisme proche à un ou deux kilomètres près, et la profondeur du foyer à deux ou quatre kilomètres près. Pour cela les conditions suivantes doivent être remplies : 
  • l'épicentre est localisé dans le réseau de stations
​​​​​​​  • la station la plus proche de l'épicentre n'est éloignée que de quelques kilomètres de ce dernier. 

• Dans le pire des cas, l'hypocentre est situé à proximité du domaine qui est couvert par les stations sismologiques et la station la plus proche de l'épicentre se trouve à une plus grande distance. Dans ce cas, il peut y avoir des erreurs de plus de dix kilomètres dans la détermination de l'épicentre ; la profondeur du foyer peut donc seulement être estimée. 

​​​​​​​• Lors de séismes lointains, dont le foyer est très éloigné de la station sismologique (jusqu'à plusieurs milliers de kilomètres), on utilise d'autres méthodes pour localiser l'épicentre, qui tiennent compte notamment de la sphéricité de la Terre. 


La suite en cours de construction !.................,,,,,,

9. Le Service sismologique suisse.

Le Service sismologique suisse (SSS) exploite deux réseaux de mesures à sensibilité distincte pour !'enregistrements des séismes. 


De la Commission sismoloqique au Service sismologique · 


La Commission sismologique suisse a été fondée en 1878 - un an avant qu'une telle organisation ne voie le jour au Japon. 

• En 1911, la première station sismographique fut installée à Zurich, au Zürichberg. Le 21 septembre 1911, elle a enregistré le premier séisme proche. 

• En 1913, cette commission fut transformée en Service sismologique suisse (SSS) et affectée à l'Institut suisse de météorologie à Zurich. 

• En 1956, le Service sismologique a été rattaché par voie légale à l'Ecole polytechnique fédérale de Zurich (EPFZ). Actuellement, il est localisé à l'EPF Zurich (Hönggerberg). 


Le réseau national de stations sismologiques ultrasensible 



Au milieu des années septante, le Service sismologique {suisse a installé un réseau de stations sismologiques ultrasensibles. Dans les années qui suivirent, il l'a continuellement développé. 

• Les enregistrements des stations sismologiques sont transmis en permanence à la centrale d'interprétation à Zurich. 

• Les sismomètres ultrasensibles étant ajustés de façon à pouvoir enregistrer également de très faibles secousses, ils sont localisés dans des sites si possibles tranquilles, à l'écart des agglomérations et fixés sur une roche saine. 

• Depuis 1975, le Service sismologique, avec ses stations sismologiques ultrasensibles, a enregistré en Suisse et dans ses environs immédiats près de 6'000 séismes (magnitudes se situant entre 1 et 5). Il a encore enregistré les secousses de près de 600 dynamitages de carrières, ainsi que de nombreux glissements de terrain et éboulements rocheux. 

• De 1998 à 2001, les près de 30 stations sismologiques du réseau ont été remplacés par des stations modernes (dénommées «stations numériques à large bande». Lors de cette modernisation, la plupart des sites du réseau existant ont été conservés. ​​​​​​​​​​​​​​

National, numérique et ultrasensible.

​​​​​​​Le nouveau réseau de stations sismologiques du Service sismologique suisse, développé entre 1998 et 2001, avec les sites des 30 stations sismologiques ultrasensibles. Elles sont localisées à l'intérieur d'une surface de 300 fois 200 kilomètres ; la distance moyenne qu'elles ont entre elles est de 50 kilomètres. Etat : février 2002. Source : Service sismologique suisse 

Le réseau de mesures pour les séismes importants 

Lors de séismes importants, à quels mouvements du sol y assiste-t-on ? Comment se déroulent ces mouvements ? 

Les réponses à ces questions sont particulièrement importantes pour les ingénieurs-sismoloques, car ils peuvent les utiliser pour le calcul de la sécurité parasismique des constructions. 


• Les stations sismologiques ultrasensibles sont situées le plus loin possible de l'influence perturbatrice de la civilisation ; en conséquence, leurs enregistrements ne nous renseignent qu'indirectement sur l'ampleur et le déroulement des mouvements du sol dans les régions habitées. Leurs données ne pourront donc être utilisées que sous réserve par les ingénieurs sismologues. 


• C'est pour cette raison, que le SSS exploite depuis quelques années un deuxième réseau nationaI de stations, pour l'enregistrement de mouvements du sol plus importants. Celui-ci comporte plus de cent « appareils de mesure des séismes importants », ou aussi «accélérographes». Sur la base des enregistrements de ces appareils de mesure, on peut calculer entre autres l'accélération maximale du sol. 



• La plupart des appareils de mesure se trouvent dans des régions de Suisse actives sismiquement. De plus, toutes les centrales nucléaires, ainsi que divers ouvrages d'accumulation, sont équipé de tels instruments de mesure : Mattmark, Grande Dixence, Mauvoisin, Punt dal Gall et Emosson. 

• Là où d'importants séismes auront lieu, des stations sismologiques ultrasensibles, ainsi que des appareils de mesure des séismes importants, seront installés le plus rapidement possible afin d'enregistrer les possibles répliques sismiques. ​​​​​​​

National, spécialement axé sur les séismes plus importants. Le réseau de stations des « appareils de mesure des séismes importants » pour l'enregistrement des mouvements du sol importants. Celui-ci comporte plus de cent appareils de mesure 


Le Service sismologique suisse (SSS) est principalement responsable de l'enregistrement et de l'interprétation scientifique de l'activité sismique en Suisse.
Cela signifie qu'il a pour tâche 

• de localiser les tremblements de terre régionaux et globaux 

• de relever systématiquement tous les dégâts dus aux tremblements de terre 

• de recueillir tous les faits relatifs aux séismes historiques en Suisse 

• d'entretenir le réseau de stations sismologiques 

• de fournir les données sur les aléas sismiques et les risques sismiques en Suisse. 

En plus de ces tâches centrales, le Service sismologique est impliqué dans un grand nombre de thèmes. 


Sécurité parasismique des centrales nucléaires 

Lorsqu'il s'agit de la sécurité parasismique des centrales nucléaires, le Service sismologique peut fournir des informations importantes. Ainsi, le SSS a établi les premières cartes d'aléas sismiques de Suisse, en relation avec l'évaluation des sites, destinées aux centrales nucléaires.

• Entre 1986 et 1989, lors de la planification de la centrale nucléaire de Kaiseraugst, huit stations sismologiques ont été installées, dans un rayon de près de dix kilomètres autour du terrain choisi. 

• Depuis 1999, le Service sismologique est impliqué dans le projet PEGASOS s'étendant sur plusieurs années. Ce projet vise à redéfinir l'aléa sismique des terrains aux abords des centrales nucléaires. 


Paiement des dommages dus aux tremblements de terre 

Autant le Pool Suisse pour la couverture des dommages sismiques que la communauté d'intérêts séismes et l'assurance-bâtiments du canton de Zurich dédommagent en cas de dégâts dus à un séisme, seulement lorsque ce dernier a atteint une intensité d'au moins VII, dans sa zone d'activité. Et c'est le Service sismologique suisse qui annonce, si un tremblement de terre a atteint ou non une intensité de VII. 


Alarmer le Corps suisse d'aide humanitaire (CSA) 

Lorsque le Service sismologique Suisse (SSS) localise n'importe où dans le monde un important séisme touchant un territoire peuplé, il alarme aussitôt le Corps suisse d'aide humanitaire, du département des affaires étrangères, afin qu'il puisse se préparer le plus rapidement possible à une éventuelle intervention. 


Collaboration à la surveillance des barrages 

Le Service sismologique suisse surveille l'activité sismique aux abords des grands barrages au moyen de stations sismologiques qui sont installées aussi bien aux alentours qu'à l'intérieur des barrages. Lorsqu'une activité sismique anormale est détectée, celle-ci est analysée plus précisément


Surveillance du traité d'interdiction complète des essais nucléaires.

Le 10 septembre 1996, l'Assemblée générale de l'ONU a décidé d'interdire les essais nucléaires au niveau mondial.


130 nations ont signé le traité d'interdiction complète des essais nucléaires («Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty», CTBT) 


• Afin que tous les protagonistes se tiennent à ce traité, et que personne ne puisse procéder secrètement à des essais souterrains, l'Organisation internationale («Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organisation»; CTBTO) a mis sur pied un système de surveillance international, pour le repérage des essais nucléaires. 


• Dans ce contexte, on met à profit le fait que les explosions nucléaires déclenchent des ondes sismiques, qui, sur un sismogramme, peuvent être distinguées des ondes sismiques « naturelles ».
C'est ainsi qu'une partie de ce système de surveillance se compose d'un réseau global de stations sismologiques (170 stations), grâce auquel les ondes sismiques provenant d'explosions nucléaires souterraines peuvent être découvertes. 


• Le SSS participe, lui aussi, à l'édification de ce réseau de stations sismologiques. De 1989 à 1996, il a travaillé avec le groupe d'experts de la Conférence de Genève sur le désarmement. Depuis 1997, il fait partie d'un groupe d'experts, qui pilote la mise sur pied de la CTBTO à Vienne, et celle d'un système global de surveillance. 


• Depuis 1996, la station sismologique de Davos appartient au réseau global de stations de la CTBTO. 


• Le SSS a enregistré et localisé, entre autres, les essais nucléaires du Pakistan (mai 1998), des Indes (mai 1998), de Chine (juin 1996) et de France


 (Atoll de Mururoa, septembre 1995). Noter que la distance entre la Suisse et I' Atoll de Mururoa s'élève à plus de 15'000 kilomètres !


L'empreinte digitale d'une explosion nucléaire.

Enregistrement d'un essai nucléaire souterrain sur l' Atoll de Mururoa (5 septembre 1995) par quatre stations distinctes du Service sismologique suisse. Source: Service sismologique suisse.

10. La magnitude

Sur la base des sismogrammes, on peut non seulement localiser foyer d'un séisme, mais aussi calculer sa magnitude. La magnitude est une mesure pour l'énergie libérée dans le foyer sismique. 



Quelle est la véritable énergie d'un séisme ? 

Comment détermine-t-on l'énergie effectivement dégagée par un tremblement de terre ? 

• Auparavant, on mesurait l'énergie d'un tremblement de terre d'après ses conséquences : nombre de morts, de blessés, de sans-abri ; étendue du territoire touché. 


• Le problème de toutes ces « indications »: on ne peut définir objectivement l'énergie d'un séisme-et comparer, que sous réserve, un séisme avec un autre. 


• Car les conséquences d'un tremblement de terre ne dépendent pas que de son énergie effectivement dégagée, mais avant tout de la profondeur du foyer du séisme, et de la concentration de personnes et d'objets de valeur.


Ou formulé autrement : là où il y a peu d'habitants, un séisme même important n'entraînera qu'un petit nombre de morts, de blessés et de sans-abri. 

• Au début du 20e siècle, les sismomètres ont livré des enregistrements toujours plus précis des mouvements du sol. Ainsi, il était concevable de calculer l'énergie effectivement dégagée d'un séisme d'après ces enregistrements.

 

• Une des premières informations concernant l'énergie d'un séisme, qu'on avait calculée à partir des sismogrammes, était la magnitude. 

La magnitude 

Le terme « magnitude » a été introduit en Californie en 1935 par le sismologue américain. Charles Frederic Richter. 


• La magnitude est une rnesure objective pour définir l'importance d'un tremblement de terre au niveau de l'hypocentre : ·elle représente une mesure de la quantité d'énergie qui a été libérée dans le foyer du séisme. 


• On calcule la magnitude à l'aide d'une formule mathématique. Dans cette dernière, on utilise avant tout deux valeurs qui sont définies à l'aide du sismogramme : la distance de la station sismologique au foyer du séisme, et l'ampleur du mouvement du sol maximale. 


• Les sismologues peuvent donc déterminer la magnitude d'un séisme, sans avoir à quitter leur bureau, et sans avoir besoin d'informations sur la zone touchée par le séisme et sur les conséquences du séisme (nombre de victimes, dégâts, etc.) 


• Pour calculer la magnitude, peu importe que l'on prenne le sismogramme d'une station proche de l'épicentre ou une station éloignée - car lors du calcul, on tient compte de la distance entre station sismologique et hypocentre. 

Cela signifie : la magnitude est indépendante de la distance entre station sismologique et hypocentre. 


• De plus, la magnitude calculée est indépendante de l'étendue des effets d'un tremblement de terre. 


• Les valeurs des magnitudes sont données en chiffres arabes (6,4, 7,2, etc.). 


• Normalement, une magnitude est déterminée sur la base de plusieurs sismogrammes provenant de différentes stations sismologiques (cela afin d'avoir une valeur moyenne). 


• En principe : plus la magnitude est grande, plus la surface de rupture au sein de laquelle un séisme a eu lieu sera grande, et plus l'amplitude du mouvement sera important. 


• Sans sismogramme, on ne peut pas calculer de magnitude. Cela est significatif pour les séismes historiques pour lesquels on ne possède pas de sismogramme. 


• On peut alors tout au plus estimer la magnitude de ces tremblements de terre - sur la base de l'intensité maximale ou de la grandeur de la surface rupture, si elle est connue. 


• En Suisse, les séismes ne sont ressentis qu'à partir d'une magnitude de 3. Sous certaines conditions particulières - exemple lors d'un foyer superficiel - la population ressent aussi isolément de faibles séismes. 


Même si l'échelle de Richter est ouverte vers le haut - la magnitude est limitée. La raison : la taille de la surface de rupture dont dépend un séisme n'est pas illimitée. 

L'échelle de Richter 


L’échelle de valeurs qui peut relever la magnitude est nommée d'après C. F. Richter «échelle de Richter». Voilà pourquoi les magnitudes sont indiquées en valeurs sur l'échelle de Richter. 


• Magnitude et échelle de Richter sont donc liées dé façon inséparable - comme l'intensité et son échelle correspondante. 

• Dans les médias avant tout, on entend toujours l'expression « ... l'échelle ouverte de Richter ... « . C'est en principe correct - théoriquement, une magnitude de 15, ou de 25 est possible. 


• En pratique, une magnitude de grandeur illimitée n'est guère possible - car l'énergie, qui est libérée par un séisme, est limitée pour trois raisons :
• Même les roches les plus dures et compactes ne peuvent accumuler de l'énergie de déformation que jusqu'à  une limite déterminée. Elles entrent ensuite en mouvement le long de failles ou elles se cassent. En conséquence, lors du processus cinétique, elles ne peuvent libérer qu'une quantité limitée d'énergie.


• Les surfaces de rupture ne peuvent pas avoir une taille illimitée. La plus grande surface de rupture qui n'ait jamais été observée jusqu'à aujourd'hui a une longueur respectable de près de 1 '000 kilomètres.


• L'ampleur du jeu d'une faille ne peut pas être illimitée. 


• Actuellement. on est certain qu'il existe une magnitude maximale possible pour un tremblement de terre, au cours duquel les masses rocheuses libèrent un maximum d'énergie emmagasinée au sein d'une surface de rupture la plus grande possible. 


• On part généralement de l'idée que des séismes d'une magnitude de plus de 9, 5 (Chili, 1960 ;) sont très improbables; les tremblements de terre d'une magnitude de plus de 10 sont à peine envisageables du point de vue scientifique. 


• Théoriquement, l'échelle de Richter est également ouverte vers le bas; ainsi selon la formule mathématique, des magnitudes nulles ou négatives (-0,2, -1,0) sont aussi possibles. 


• En pratique, on prend raisonnablement comme limite inférieure de l'échelle de Richter des magnitudes de séismes qui peuvent être enregistrés et localisés par des stations sismologiques modernes. Au Service sismologique suisse, cette limite se situe, par exemple, à une magnitude de 0,5 à 0,8. 

jean nydegger

Sismogrammes de deux séismes ayant pour épicentre la région de Martigny.
​​​​​​​
L'enregistrement des mouvements du sol verticaux (mouvement de haut en bas) par la station sismologique de la Grande Dixence (DIX) du Service sismologique suisse. 

A gauche en haut : séisme du 13.3.2001, 22:20 heures. Le mouvement du sol vertical maximal que le séisme a fait subir à la station DIX était de 0,00057 millimètres (représentation agrandie 10'000 fois). Magnitude calculée atteinte par ce séisme : 2,4. 

A gauche en bas: séisme du 25.2. 2001, 01 :22 heures. Le mouvement du sol maximal à la station DIX était de 0,0074 millimètres (représentation agrandie 10'000 fois). Magnitude calculée atteinte par ce séisme : 3,5. 

Malgré une différence de magnitude d'à peine 1.1, le mouvement maximal du sol du séisme le plus fort est près de treize fois plus important. 

Magnitude, mouvement du sol et énergie libérée.


Lorsque la magnitude augmente de 1, le mouvement du sol est dix fois plus important et l'énergie libérée 32 fois plus élevée. 


L`échelle de Richter est logarithmique. Ce qui signifie : si un séisme A a une magnitude deux fois plus élevée qu'un séisme B, les mouvements du sol et l'énergie du séisme A ne seront pas doublés par rapport au séisme B, mais considérablement plus importants.


Sur ce tableau, on peut voir, lorsque la magnitude augmente d'une certaine valeur, comment les mouvements du sol et l'énergie libérée augmentent d'autant plus encore. 

jean nydegger

Relation entre magnitude, mouvement du sol et énergie libérée.

Déterminer la magnitude : plusieurs chemins mènent à Rome. 


Il existe différentes méthodes de calculer une magnitude d'après un sismogramme. Le choix de la méthode dépend, avant tout, des ondes sismiques qui ont conduit aux plus forts mouvements du sol aux alentours de la station sismologique. 


Lorsque plusieurs stations sismologiques enregistrent un séisme, leurs sismogrammes pourront le cas échéant être très différents.
Entre autres pour les raisons suivantes :
• les stations se trouvent à distances inégales du foyer.
• les ondes sismiques entraînant d'importants mouvements du sol aux stations ne sont pas les mêmes.


En effet, ce sont les ondes de volume (ondes P et S) qui entraînent les plus forts mouvements au niveau des stations proches, et ce sont les ondes de surface (ondes de Love et de Rayleigh) au niveau des stations éloignées. 


• Il existe diverses méthodes pour calculer la magnitude d'un séisme appropriée aux différents sismogrammes. 


• La méthode que C.F. Richter utilisa pour la première fois dans les années trente pour calculer les magnitudes est utilisée actuellement pour le calcul des magnitudes de séismes locaux. Les sismologues décrivent cette magnitude comme « magnitude locale ML ».
Le Service sismologique suisse calcule par exemple, à l'aide de cette méthode, la magnitude d'un séisme national. 


• Lorsque les ondes de volume (particulièrement les ondes P) ont généré les amplitudes principales sur le sismogramme, on utilise pour le calcul de la magnitude, une méthode basée sur les ondes P, qui ont choisi la voie la plus directe du foyer jusqu'à la station sismologique.
La magnitude calculée sera décrite comme « magnitude d'ondes de corps Mb » (avec «b» de Mb pour «Body-Wave»). Le Service sismologique suisse calcule Mb pour des séismes distants de plus de 2'500 kilomètres de la station sismique. 


• Pour un séisme important, qui a eu lieu à plus de mille kilomètres d'une station sismologique et dont le foyer n'est pas situé à plus de 70 kilomètres, ce sont les ondes de surfaces (ondes de Rayleigh) qui dominent sur le sismogramme.
En conséquence, pour la détermination de la magnitude de tels tremblements de terre, on utilisera la méthode basée sur l'enregistrement des ondes de surface.
La magnitude en question est appelée «magnitude de surface Ms » (le «s» de M étant pour «Surface-Wave»).


• L'analyse du sismogramme permet de déterminer la taille de la surface de rupture et la valeur moyenne du déplacement le long de la surface de rupture. Ces deux données sont utilisées pour le calcul du « moment sismique ». Il existe aussi une méthode qui permet de calculer la magnitude d'un séisme sur la base du moment sismique; la magnitude correspondante est appelée «magnitude moment Mv.»· Cette méthode, relativement récente, est dans bien des cas la meilleure voie de calcul de la magnitude, et en conséquence, elle est appliquée toujours plus souvent. 


• Si, pour déterminer la magnitude d'un séisme, on utilise diverses méthodes, parmi celles qui ont été décrites, on n'aura pas forcément le même résultat. Ainsi, il se peut que les services sismologiques de différents pays annoncent pour le même séisme des magnitudes distinctes, car ils ont - conformément aux différents sismogrammes de leurs stations sismologiques - utilisé des méthodes distinctes.
En conséquence, il est aussi possible que les médias diffusent des valeurs différentes concernant la magnitude d'un même tremblement de terre, car ils ont pris les informations auprès de services sismologiques différents. 


• Les différentes magnitudes peuvent varier dans une fourchette de quelques centièmes. 



• Pour le profane, la méthode utilisée pour calculer la magnitude d'un séisme ne joue aucun rôle. 

11. L`échelle d’intensité.


Les différentes échelles d'intensité. 



Toutes les intensités indiquées se réfèrent à l'échelle EMS-98, qui a officiellement cours en Europe. 

L'idée de rassembler certains effets typiques d'un séisme et de leur attribuer des intensités a déjà plus de 200 ans. L’idée de base est restée, mais les effets qui sont énumérés dans l'échelle, ainsi que les degrés d'intensité qui leur sont attribués, ont été modifiés au cours du temps.
La plupart des échelles d'intensité historiques ne sont plus utilisées de nos jours. 

• La première échelle d'intensité à cinq degrés a été établie en 1788 par Domenico Pignatoro en vue de décrire les effets du séisme de Messine de 1783. 


• L'échelle Rossi-Forel est la première véritable échelle d'intensité. Elle a été élaborée en 1883 par l'italien Rossi et le suisse Forel. Elle subdivisait le spectre des effets en dix degrés d'intensité. l'.échelle Rossi-Forel était alors utilisée dans toute l'Europe. 

• En 1902, le sismologue et volcanologue italien Mercalli introduisit l'échelle de Mercalli (échelle-MS) 


• En 1923, l'échelle de Mercalli a été améliorée et étendue à 12 degrés par Cancani et Sieberg; cela donna l'échelle à douze degrés de Mercalli-Cancani-Sieberg (échelle-MCS) qui, jusqu'il y a peu, était encore utilisée par différents pays. 


• En 1931, une échelle-MS légèrement modifiée a été introduite aux USA, dénommée «échelle modifiée de Mercalli» (échelle-MM). Une forme révisée de cette échelle est utilisée encore actuellement aux USA. 


• Au Japon, on utilise une échelle à huit degrés de l'agence météorologique japonaise (échelle-JMA); celle-ci s'étend du degré 0 au degré 7.
Ces données sont souvent confondues avec les magnitudes, car les indications d'intensité JMA sont souvent très similaires aux valeurs de magnitudes correspondantes. 


• En 1964, les sismologues Medvedev, Sponheuer et Kàrnik ont rassemblé les échelles d'intensité les plus utilisées en une seule échelle. Ainsi est née l'échelle à douze degrés de Medvedev-Sponheuer-Kàrnik (échelle MSK). 


• En 1992, apparut l'échelle à douze degrés «European Macroseismic Scale 1992» (EMS - 92). Elle est basée sur l'échelle MSK. 


• Après une phase test de l'échelle EMS-92, on a introduit en 1998 l'échelle à douze degrés «European Macroseismic Scale 1998» (EMS-98); elle est actuellement l'échelle d'intensité valable officiellement en Europe. 


• La magnitude d'un séisme peut être déterminée grossièrement à partir des intensités maximales observées (ou à partir des intensités prévues lors d'un séisme futur). 


• Lors de la conversion des intensités en magnitudes et inversément, on devrait être prudent- entre autres pour les raisons suivantes :


• Plus le foyer sera profond, plus faibles seront les effets du séisme à la surface.
Un séisme, localisé près de la surface, aura souvent des répercussions bien plus importantes qu'un séisme de même amplitude ayant un foyer plus profond ; en conséquence, il est délicat de définir une intensité épicentrale sur la base de la magnitude du tremblement de terre, lorsqu'on ne connaît pas la profondeur du foyer.


• Plus le sol de fondation et la qualité des constructions sont mauvais, plus les effets seront aggravés. 

Relation générale entre les différentes échelles d'intensité et l'échelle de Richter (magnitude).

Exemples:
• une intensité V sur l'échelle JMA représente une intensité VII-VIII sur l'échelle de Mercalli modifiée.
• une intensité de VII sur l'échelle de MedvedevSponheuer-Kàrnik représente à peu près un séisme de magnitude 5. 
• une intensité VI sur l'échelle EMS-98 représente à peu prés une magnitude 4 à 5. 
Source: Service sismologique suisse

​​​​​​​L'échelle d'intensité EMS-98

...

​​​​​​​12. Aléa sismique, de quoi s’agit-il ?

L'aléa sismique indique la probabilité avec laquelle un séisme d'une violence donnée aura lieu 
. dans une région donnée 
. pendant un laps de temps défini. 
Il n'indique pourtant pas exactement que ce séisme aura lieu. 

• La force d'un tremblement de terre peut être exprimée par son intensité (degré des effets produits par le séisme). Exemple : dans un territoire A survient une fois tous les cent ans un séisme produisant des effets d'une intensité de VI. 

• La force d'un tremblement de terre peut aussi être exprimée par l'accélération maximale du sol. Cette accélération du sol est exprimée en «g» (1g = 9,8m/sec2).
Exemple : en B survient une fois tous les mille ans un tremblement de terre entraînant une accélération maximale du sol de 0,5 g.


• Dans les cercles spécialisés, la force d'un séisme est également exprimée par les « valeurs spectrales ». 


• Plus le séisme, qui peut se produire dans un laps de temps donné et dans une région donnée, est intense plus l'aléa sismique sera important dans cette région.


Exemple : en A, il se produit tous les mille ans un séisme d'intensité V, et en B tous les mille ans un séisme d'intensité IX. Conclusion : en B, l'aléa sismique est beaucoup plus important qu'en A. 


• Plus un séisme est intense, plus la probabilité qu'il ait lieu dans un laps de temps donné et dans un lieu donné est faible.
Exemple : en l'espace de mille ans, un tremblement de terre d'intensité IX a lieu beaucoup moins souvent qu'un séisme d'intensité IV. 


• Plus l'espace-temps, dans lequel un tremblement de terre a lieu en moyenne une fois (dénommé période de retour), est grand, plus l'estimation de sa probabilité d'occurrence sera incertaine. Ou formulé autrement : concernant les faibles tremblements de terre qui surviennent une fois par année, il est beaucoup plus facile d'estimer la probabilité avec laquelle ils auront lieu à l'avenir que les séismes très intenses, qui par exemple ne surviennent qu'une fois tous les mille ans. 


Le « séisme centennal », le « séisme millennal » 


Un tremblement de terre, qui apparaît en moyenne tous les cent ans dans un territoire donné, est appelé « le tremblement de terre centennal ».


• Un tremblement de terre, qui a lieu en moyenne tous les mille ans dans une région déterminée, est appelé « le tremblement de terre millennal ».


• Pour la formulation « le tremblement de terre centennal », on peut aussi utiliser I' expression suivante « le tremblement de terre a une période de retour de cent ans ».


• Au lieu de « un tremblement de terre apparaît en moyenne tous les cent ans », on peut aussi dire «en moyenne le tremblement de terre a lieu une foi en cent ans». 

L’orsqu'on connaît la puissance qu'un tremblement de terre peut avoir dans un intervalle de temps donné, on peut entreprendre des mesures appropriées en vue de limiter les conséquences possibles. 

Dans quel but les données concernant l'aléa sismique peuvent-elle être utilisées ? 


Sur la base des informations sur l'aléa sismique, on peut tout d'abord répondre à deux questions importantes :

 

• Dans un territoire donné, avec quelle fréquence un violent tremblement de terre, entraînant le cas échéant l'effondrement de bâtiments, peut-il se produire ? 


• Dans un territoire donné, avec quelle fréquence un tremblement de terre catastrophique, entraînant des dévastations à grande échelle qui ne peuvent plus être surmontées uniquement par la communauté touchée, peut-il se produire ? 


• En principe, on admet : plus la probabilité est grande que dans un territoire donné un violent tremblement de terre se produise, plus il est important que la population de cette région agisse préventivement - c'est-à-dire par des mesures visant à minimiser le risque sismique. 


• En Suisse, les constructions des classes d'ouvrages I à Ill doivent être bâties de manière à ce qu'elles puissent encore remplir certaines exigences lors d'un tremblement de terre ayant une période de retour de 400 ans. 


• Lors de l'évaluation de la sécurité des grands barrages suisses, on se réfère au dénommé « séisme majoré de sécurité », un violent séisme, qui

statistiquement n'a lieu que très rarement - en moyenne tous les 10'000 ans (« tremblement de terre avec une période de retour de 10'000 ans ». 


• Egalement en ce qui concerne la sécurité parasismique des centrales nucléaires, on se réfère à un « séisme majoré de sécurité » («Safe Shutdown Earthquake»), qui a lieu en moyenne une fois en l'espace de 10'000 ans. 

13. Déterminer l’aléa sismique.

Partout où dans le passé il s'est déjà produit une fois un viok tremblement de terre, il faut s'attendre à la survenue d'un te· événement à l'avenir aussi. 


Les géologues n'ont certainement pas besoin de la douteuse boule de cristal pour déterminer un aléa sismique, avec laquelle on peut prédire la fin du monde, les guerres, et apparemment même les tremblements de terre. 


• Pour déterminer l'aléa sismique dans un territoire donné, vous avez, en principe, besoin de deux choses : 
   • des informations fiables sur les tremblements de terre historiques 
   • des informations sur l'activité sismique actuelle livrées par les stations sismologiques ultrasensibles. 


• Dans certains cas, l'annonce de l'aléa sismique comprend également le comportement du sous-sol face aux séismes dans le territoire étudié. 


• Dans les régions à « faible activité sismique » se produisent avant tout de faibles tremblements de terre; les violents séismes sont rares et les très violents sont à peine connus. Dans de tels territoires, la détermination de l'aléa sismique est liée à une plus grande marge d'erreur que dans les territoires à forte activité sismique. 


Extrapoler les futurs séismes à partir des séismes passés



Le passé représente la clé du futur. Une telle approche permet déjà de faire de bonnes prédications concernant l'aléa.
Car, concernant un territoire donné, l'aléa sismique est toujours très étroitement lié aux tremblements de terre historiques. 


• Raison pour laquelle, pour la détermination de l'aléa sismique, les informations sur les tremblements de terre historiques sont très importantes et sont donc toujours prises en compte. 


• En règle générale, on admet que si l'on considère un territoire donné sur un grand laps de temps, on peut dire que l'activité sismique du futur sera à peu près équivalente à celle du passé. Cela signifie : là où par le passé il y a déjà eu de violents séismes se produiront également à l'avenir de tels séismes. 


• Les prédictions concernant la probabilité d'occurrence de tremblements de terre d'une violence déterminée sont d'autant plus fiables que l'on connaît beaucoup d'événements de cette violence dans le passé. 


• Les faibles tremblements de terre se produisent fréquemment en Suisse ; lors des cent dernières années, on en a déjà enregistré tant que l'on peut faire des prédictions fiables sur leur probabilité d'occurrence. 


• Les tremblements de terre violents sont relativement rares en Suisse.
Afin de disposer d'un assez grand nombre d'événements pour le calcul de leur probabilité d'occurrence, il faut donc considérer rétrospectivement plusieurs milliers d'années d'Histoire.
Pourtant : plus un séisme violent est situé loin dans le temps, plus les chances d'avoir des informations ou des reliques de ses effets sont faibles. On peut, si les circonstances s'y prêtent, ne trouver ces informations que dans les sédiments lacustres millénaires.

• En conséquence, en Suisse, il est relativement difficile de déterminer la probabilité d’occurrence des séismes violants, plus difficile que dans des pays tels que la Grèce ou la Turquie, où de tels séismes se produisent beaucoup plus souvent. 


Selon des observations faites à l'échelle mondiale, on sait : que là où de faibles tremblements de terre se produisent aura lieu tôt ou tard un tremblement de terre plus violent. 

Déduire les plus violents séismes à partir des nombreux petits séismes 


La sismologie moderne peut aussi faire certaines prévisions sur la probabilité d'occurrence de tremblements de terre plus violents grâce aux nombreux petits séismes enregistrés. 


• Ainsi, sur la base de la distribution statistique des faibles séismes enregistrés dans un territoire donné, on peut calculer à l'aide d'une formule mathématique relativement simple, la probabilité d'apparition de tremblements de terre plus violents pour ce territoire.
Dans ce calcul, on tient compte aussi bien des faibles séismes historiques que des tremblements de terre enregistrés actuellement à l'aide du réseau ultrasensible de sismomètres. 


• On admet généralement que : lorsque la magnitude augmente d'une entité, le nombre de séismes correspondant diminue d'un facteur dix; cela toujours par rapport à un certain espace-temps ( cette relation est appelée «loi de Gutenberg Richter »).
Exemple : si en l'espace de 100 ans, se produisent dans un territoire donné 1000 tremblements de terre de magnitude 3, ainsi pendant ces mêmes cent années se produisent en moyenne 
     • 100 séismes de magnitude 4 
     • 10 séismes de magnitude 5 
     • 1 séisme de magnitude 6. 


• Si on porte la somme des tremblements de terre d'une certaine magnitude, qui ont été enregistrés sur une durée déterminée, dans une échelle logarithmique (voir représentation ci-contre), ils se situeront tous sur une droite.
Ce principe est universel, et il est souvent utilisé pour estimer l'aléa sismique. 


• La représentation logarithmique ci-contre comporte des tremblements de terre qui ont été enregistrés entre 1975 et 1999.
Plus la magnitude est élevée, plus le nombre de séismes enregistrés lors des 24 ans est faible.
Exemple : un peu plus de 1000 séismes de magnitude 2 ; environ un séisme de magnitude 5. 


• Tous les points se situent approximativement sur une droite. Si on prolonge cette dernière en direction de magnitudes plus élevées, on peut estimer la probabilité avec laquelle ils se produisent. Un tremblement de terre de magnitude 6 se produit, par exemple en Suisse, avec une probabilité d'environ un pourcent par année. 


• Il faut noter que la droite ne peut pas être prolongée à volonté, car dans la nature les séismes sont limités à un certain degré de violence. 

Source: Wiemer, S.: Earthquake Statistics and Earthquake Prediction Research 

Les bonnes questions sur l’aléa sismique.

L'aléa sismique n'indique pas à quel moment un tremblement de terre d'une intensité donnée, aura lieu dans un endroit déterminé, il ne représente donc pas une prévision sismique. 


L’«aléa sismique» correspond-t-il à la même chose que la «prévision sismique»? 


Non. 

Concernant l'aléa, il s'agit d'une probabilité d'occurrence d'un séisme d'une certaine violence dans un espace-temps défini. 

Concernant la prévision, il s'agit de la survenue d'un séisme d'une certaine violence dans un espace-temps défini en un endroit déterminé. 


L’«aléa sismique» correspond-t-il à la même chose que le. «risque sismique»? 


Non. 

Le risque sismique est dépendant :
• de la probabilité d'occurrence d'un séisme d'une certaine violence (aléa sismique) 

• de l'importance des biens qui peuvent être touchés par ce tremblement de terre 

• et de la «vulnérabilité» des biens en question. 


L'aléa sismique ne représente donc qu'un aspect parmi d'autres qu'il faut considérer lors de la prise en compte du risque sismique. 


Un exemple concret : En Valais, il se produit environ tous les cent ans un séisme d'intensité VIII (tremblement de terre centennal). 

Le dernier séisme de cette intensité a eu lieu en 1946. A partir de cette date, le Valais est donc tranquille pour cent ans. Le prochain tremblement de terre de cette intensité aura-t-il vraiment lieu en 2046? 

Non, car on ne peut pas interpréter ainsi cette donnée concernant l'aléa sismique. Le séisme d'intensité VIII peut avoir lieu à chaque instant; mais on ne peut pas dire exactement quand. 


Admettons que ce séisme d'intensité VIII ne se soit pas produit avant 2045. Peut-on alors dire qu'il se produira en 2046, avec une certitude de 100%? 


Non, cette déduction est fausse. En principe, on admet uniquement le fait suivant : La probabilité qu'un tremblement de terre plus violent se produise dans un territoire donné augmente lorsque pendant une longue période il n'y en a pas eu un d'une telle intensité, même si d'après les statistiques il aurait dû avoir lieu depuis longtemps. 


• Généralement, on admet : la probabilité qu'un séisme d'une violence donnée ait lieu pendant un laps de temps donné n'est jamais de 100%. 


108 



Les bonnes questions sur l'aléas sismique.


p108


Le séisme centennal peut se produire aujourd'hui, dans un mois ou dans 50 ans, tout comme le séisme millennal. 

Selon les connaissances actuelles, on ne peut exclure qu'un tremblement de terre violent se produise à n'importe quel moment, aussi dans des territoires où règne un faible aléa sismique. 



Ce séisme centennal d'intensité VIII peut-il aussi se produire deux ou même trois fois au cours du prochain millénaire ? 

Si à l'avenir, en Valais, l'activité sismique demeure équivalente à celle du passé, on peut affirmer sur la base des données statistiques qu'à l'avenir il y aura un séisme d'intensité VIII en moyenne tous les cent ans. 


• Et pourtant si l'activité sismique augmente en Valais par rapport au passé, il se peut très bien que ce séisme d'intensité VIII se produise deux ou trois fois ces cent prochaines années.
Par contre, si l'activité sismique diminue par rapport au passé, il se peut que le séisme d'intensité VIII ne se produise qu'une seule fois ces trois cent prochaines années. 


• Cela signifie donc que quand on indique un aléa sismique, on doit tenir compte du fait que l'activité sismique future, dans un territoire donné, peut être renforcée ou réduite par rapport à l'activité sismique passée (sur laquelle est basé le calcul de l'aléa sismique). 


• Ainsi, il se peut qu'un séisme destructeur se produisent soudainement dans un territoire qui, selon les informations historiques, n'a encore jamais été sismiquement actif-et que ce territoire tombe à nouveau en « léthargie » après quelques années ou quelques décennies d'activité.

 

• L'Alp souabe est un bon exemple d'une telle zone sismique réveillée de façon inattendue (Allemagne du sud). Jusqu'en 1911, cette région n'a connu aucun tremblement de terre violent ; alors qu'au cours du 20• siècle se sont produit plusieurs séismes destructeurs. 


• Dans quel territoire y a-t-il des modifications de l'activité sismique, quand, avec quelle rapidité et pourquoi survient-elle ? Et quels territoires, jusqu'à présent tranquilles, peuvent soudainement devenir sismiquement actifs (et pourquoi) ? Ce sont des questions auxquelles on ne peut répondre actuellement car les futures modifications de l'activité sismique d'une région ne peuvent être pronostiquées. 


• Conclusion : En Suisse, on ne peut pas exclure en théorie que, dans un territoire où selon l'état des connaissances actuelles l'aléa sismique est faible, un séisme violent ne se produise un jour.

14. Anciennes cartes de l’aléa sismique de la Suisse


La carte d'aléa sismique de la Suisse de 1978 se réfère à un type de sol moyen avec une aptitude vibratoire moyenne. 


Les cartes de l'aléa sismique de 1978 


En 1978, le Service sismologique suisse a publié la première carte de l'aléa sismique de la Suisse.
Les trois cartes indiquent quelle est la violence (intensité) d'un séisme survenant tous les cent ans, tous les mille ans, et tous les dix mille ans en un lieu donné en Suisse. 

• Pour l'établissement de cette carte, les données suivantes ont été exploitées : 
    • Informations concernant les tremblements de terre historiques en Suisse (depuis l'an 1200) 
    • Sismogrammes des séismes (depuis 1911). 


• La vue d'ensemble de ces cartes est trop grande pour pouvoir tenir compte du comportement local du sous-sol face aux séismes, qui joue un rôle important pour l'aléa sismique effectif.
Raison pour laquelle elles adoptent pour toute la Suisse « des valeurs moyennes concernant la qualité des sols ». Cela signifie, en simplifiant, qu'elles partent de l'idée que le sous-sol de la Suisse entière possède « en moyenne un bon comportement face aux séismes ».
En conséquence, ces cartes expriment un « aléa sismique régional moyen » - ce qui, dans beaucoup de cas, n'est pas la même chose que l'aléa sismique local effectif. 


• Sur la base de cette carte de l'aléa sismique, on a établi une autre carte spécifique de l'aléa - la «carte de zones », qui indique l'intensité d'un séisme survenant tous les 400 ans.
On a recours à ce « tremblement de terre de référence » en construction parasismique, selon la norme de construction SIA-160 parue en 1989. 


• Ces cartes de l'aléa sismique de 1978 sont actuellement dépassées et sont en train d'être réactualisées par le Service sismologique suisse. 


Dès qu'elles seront terminées, elles seront présentées sur le site Internet du Service sismologique suisse, ainsi que sur le site Internet associé à ce livre. 


Le séisme centennal en Suisse 

Une des trois cartes de l'aléa sismique de 1978 indique l'intensité des effets du séisme centennal Fig….. 


• Ce tremblement de terre centennal n'a pas la même intensité dans toute la Suisse.
Exemples : Le séisme qui se produit une fois tous les cent ans en Valais central ou dans le Haut-Valais, a selon cette carte, des effets d'une intensité VII à VIII (échelle d'intensité EMS-98) ; le séisme, qui se produit tous les cent ans en Suisse occidentale, à la frontière française, a des effets d'une intensité V à VI. En conséquence, en Suisse, l'aléa sismique est le plus élevé en Valais central et dans le Haut-Valais. Il est le plus faible sur le Plateau. 


• De même, un tremblement de terre avec une probabilité d'occurrence différente (par exemple le séisme millennal) n'aura pas la même violence dans toute la Suisse ; celui-ci aussi aura les effets les plus importants en Valais central et dans le Haut-Valais, les plus faibles en Suisse occidentale. 

Le tremblement de terre centennal en Suisse : la carte de 1978. Les intensités des isoséistes ne sont pas données en chiffres romains, mais en chiffres arabes. «Risque sismique, probabilité 10-2 p.a.» signifie: probabilité d'occurrence d'un pourcent par an - ou une fois tous les cent ans. Les données figurant sur cette carte sont dépassées et sont actuellement en train d'être réactualisées par le Service sismologique suisse. La carte de droite reproduit la carte ci-dessus sous une forme simplifiée. Source de la carte originale: Sagesser, R.; Mayer-Rosa, D.: Erdbebengefahrdung in der Schweiz ​​​​​​​


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15. Constructions parasismiques : les normes de construction


p156


p157

La sécurité parasismique des ouvrages antérieurs à 1970 est inconnue. On ignore donc si un tremblement de terre de même intensité que le séisme de dimensionnement leur infligera des dommages tels qu'ils s'effondreront. 



Les ouvrages antérieurs à 1989 n'ont pas été construits en fonction de normes parasismiques, ou l'ont été selon des règles obsolètes. Leur sécurité parasismique est généralement mal connue, mais souvent insuffisante.


Jusqu'en 1970

Jusqu'en 1970, la Suisse ne disposait d'aucune norme qui aurait permis de bâtir des ouvrages de classe I à Ill en assurant , leur sécurité parasismique.
Avant cette date, on n'exigeait d'aucun ouvrage qu'il résiste aux tremblements de terre. 



• Environ deux tiers du bâti suisse a été construit avant 1970, dont un tiers avant 1956. 


• Résultat : la sécurité parasismique de tous les ouvrages antérieurs à 1970 est inconnue. On ignore donc si des secousses d'intensité égale à celle du séisme de dimensionnement leur infligeront des dommages tels qu'ils s'effondreront. 

La génération de 1970 (1970 à 1989) 


La première mouture de la norme SIA 160, publiée en 1970, comprenait quelques dispositions relatives à la construction parasismique. Mais elles étaient insuffisantes selon le point de vue actuel. 


• L’édition de 1970 ne faisait pas encore de distinction entre les ouvrages, contrairement à la version en vigueur à ce jour. 


• Jusqu'en 1989, on a construit en fonction de cette norme SIA aujourd'hui considérée insuffisante.


• Environ un quart du bâti suisse a été construit entre 1970 et 1989. 


• Résultat : même s'ils ont été conçus en respectant une norme parasismique, il est possible que les ouvrages construits entre 1970 et 1989 n'aient pas une tenue au séisme suffisante selon les connaissances récentes. 


• En d'autres termes, les ouvrages antérieurs à 1989 - soit près de 90% du bâti actuel - n'ont pas été construits en fonction de normes parasismiques, ou l'ont été selon des règles obsolètes. Des « lifelines » figurent notamment dans leurs rangs. Leur sécurité parasismique est généralement mal connue, mais souvent insuffisante. 


• Si une partie (inconnue) de ces ouvrages sont parasismiques dans une certaine mesure, c'est seulement parce que certains composants améliorent « par hasard » leur résistance aux forces sismiques horizontales. 

La génération de 1989 (à partir de 1989) 

La dernière mouture, notablement améliorée, de la norme SIA 160 est entrée en vigueur en 1989. Elle fait encore référence sous la désignation Norme SIA 160, : édition de 1989. Elle distingue trois classes d'ouvrages et trois zones d'aléa sismique. 


• Environ 10% du bâti suisse a été construit après 1989 en tenant compte de cette norme. 

Résultat : la Suisse possède depuis 1989 seulement une norme de construction moderne pour assurer la sécurité para, sismique de ses ouvrages. Seuls 10% des ouvrages actuels sont parasismiques selon les connaissances les plus récentes. 

La génération de l’avenir


Des connaissances toutes fraîches sont à nouveau en cours d'intégration dans les normes. Aussi est-il probable que des «Swisscodes » eurocompatibles, remplacent prochainement les normes parasismiques actuellement en vigueur en Suisse. Le séisme de dimensionnement aura une période de retour de 475 ans, contre 400 ans aujourd'hui. 



• Les Swisscodes poseront des exigences généralement plus sévères pour qu'un ouvrage puisse être qualifié de parasismique. Les forces sismiques à prendre en compte selon cette norme seront généralement plus élevées que d'après la norme SIA 160 (édition de 1989). 



196

16. Tremblements de terre et barrages.

historique p220 hpo


classe des barrages p223 hpo

intensite p224 225

verif seisme p229

calcul, analyse dynamique p273


Qu'est-ce qu'un barrage ?



La Suisse compte un petit groupe d'ouvrages spéciaux qui sont soumis à des exigences parasismiques notablement plus sévères que les ouvrages « courants » des classes I à Ill.
Les barrages et les centrales nucléaires en font notamment partie.

• Ces ouvrages spéciaux doivent être capables de résister à des secousses telluriques beaucoup plus violentes que le séisme de référence quadricentennal, afin qu'ils ne subissent pas de dommages critiques et que les dispositifs de sécurité (vidanges de fond et évacuateurs de crue pour les barrages, déclenchement rapide de la réaction nucléaire et refroidissement d'urgence du réacteur pour les centrales nucléaires) fonctionnent toujours à l'issue d'un séisme. 

La Suisse compte 212 grands barrages, de hauteur supérieure à 5 mètres. C'est la Confédération qui est compétente en ce qui concerne leur sécurité.

• La Suisse en connaît trois types principaux : 
  • les barrages en béton ou en maçonnerie (surtout barrages - voûtes et barrages-poids ) 
 • les digues
  • les barrages au fil de l'eau.


• Les barrages sont constitués de béton ou de maçonnerie en pierres naturelles, les digues sont en terre et en pierre.


• Le choix du type d'ouvrage dépend notamment de la forme de la vallée, des particularités topographiques, des caractéristiques du sous-sol et des matériaux disponibles à proximité.


• Dans un barrage-voûte, l'essentiel de la poussée que l'eau accumulée exerce contre le mur est reportée sur les flancs de la vallée par les arcs horizontaux.


• le barrage-poids a, en principe, une section triangulaire dans une coupe verticale.   
La force de frottement générée par le poids de l'ouvrage à l'interface entre le mur et le terrain naturel suffit pour contenir l'eau accumulée.   


• le barrage à contreforts est un mur en béton qui s'appuie sur des contreforts en laissant des évidements, économisant ainsi du béton. Les contreforts relativement minces, conduisent les efforts dans les fondations. Ce type de construction est rare en Suisse.


• La digue a une section verticale beaucoup plus large que le barrage en béton. Elle se compose habituellement de sol meuble ou d'enrochement. Il peut s'agir soit d'une digue en sol meuble homogène, soit d'un ouvrage comprenant un noyau d'étanchéité intérieur ou un revêtement extérieur étanche (revêtement de la surface mouillée, p. ex. en asphalte, en béton ou en géotextile).

Les grands barrages ne doivent pas s'effondrer sous l'action du « séisme de sécurité », dont la période de retour est égale à 10'000 ans. Cet événement est beaucoup plus violent que le séisme de dimensionnement quadricentennal qui fait référence pour les ouvrages « normaux ». Les dispositifs de sécurité doivent également fonctionner à l'issue du séisme de sécurité. 


Barrage et bâtiment : deux conceptions différentes 


Il y a une différence essentielle entre les barrages d'une part et les bâtiments et ponts d'autre part. 


• Les bâtiments sont essentielIement conçus pour résister aux forces verticales, générées par leur poids propre et leur charge utile.
C'est pourquoi ils sont sensibles aux forces sismiques horizontales, résultant des mouvements du sol dans ce plan. 

• En revanche, les barrages sont conçus avant tout pour reprendre des forces horizontales, car une grande partie de la poussée de l'eau accumulée s'exerce horizontalement contre l'ouvrage. C'est pourquoi les barrages résistent mieux par essence aux forces sismiques horizontales que les bâtiments.

• Certains types de barrages composés uniformément de sable fin («hydraulic filled dams») supportent très mal les sollicitations répétées dues aux ondes sismiques. Il peut arriver qu'une partie de ces ouvrages se liquéfie. Cependant, aucun grand barrage suisse n'a été construit selon ce procédé. 

• Certains anciens barrages présentent une superstructure similaire à celle d'un bâtiment (piliers élancés avec une passerelle de service supportant de lourdes machines pour la manœuvre des vannes). De tels ouvrages peuvent s'avérer sensibles aux tremblements de terre. 

Le « séisme maximum probable » et le « séisme de sécurité » 


La Commission internationale (des grands barrages (CIGB) recommande de se référer au « séisme maximum probable » (« Maximum Credible Earthquake », MCE) pour apprécier la sécurité parasismique des barrages. Le MCE est le tremblement de terre qui peut générer les plus grands mouvements du sol sur le site du barrage. 


• En Suisse, il est très difficile de définir le MCE, surtout dans les régions d'activité sismique faible à modérée. 


• C'est pourquoi l'appréciation de la sécurité parasismique des grands barrages suisses fait appel au «séisme de sécurité», qui est calculé statistiquement sur la base des chroniques sismiques. 


• Le séisme de sécurité est un macroséisme statistiquement très rare, puisqu'il survient en moyenne tous les 10'000 ans.

 

• L'intensité du séisme de sécurité correspond à l'accélération maximale du sol dans le plan horizontal à la surface du rocher. Selon l'Office fédéral des eaux et de la géologie, elle atteint par exemple 0,49 g en Valais et 0,16 g dans la région zurichoise. 


• Sur les sites de barrages caractérisés par une activité sismique relativement forte, I'accélération maximale du sol générée par le séisme de sécurité correspond approximativement à celle du MCE. Dans les régions d'activité faible à modérée, le séisme de sécurité, dont la période de retour est égale à 10'000 ans, est moins violent que le MCE. 


• Le séisme de sécurité qui fait référence pour les barrages n'est pas le même que le séisme de dimensionnement utilisé pour les ouvrages «normaux» des classes I à Ill. 

Le séisme de dimensionnement survient plus fréquemment que le séisme de sécurité - en moyenne tous les 400 ans - mais il est plusieurs fois plus faible. 

• Un barrage ne doit pas céder sous l'action du séisme de sécurité, ce qui signifie qu'il ne doit pas y avoir de fuite incontrôlée. 


• Les dispositifs de sécurité tels que vidanges de fond et évacuateurs de crue doivent toujours fonctionner à l'issue d'un tremblement de terre. Il faut éviter que l'on ne puisse plus vider le lac d'accumulation ni contrôler l'écoulement d'une crue en cas d'urgence. 

Jusqu'à présent, il n'a pas été possible de vérifier la tenue au séisme de ces composants mécaniques de première importance. 


• On relèvera que les lacs d'accumulation ne sont pas forcément pleins à ras bord lorsque survient un séisme. De nombreux lacs artificiels des Alpes, qui suivent un rythme saisonnier, ne sont pleins que quelques mois par an. 

Les barrages suisses sont-ils toujours sûrs au vu des connaissances les plus récentes ?



En Suisse, les premiers barrages dè hauteur supérieure à 117 mètres ont été construits à la fin des années cinquante. L’âge moyen de nos grands barrages est de l'ordre de 40 ans. Pour chaque ouvrage, on a tenu compte des effets possibles des forces sismiques en se basant sur les prescriptions et les règles de l'art de la construction en vigueur au moment de la conception. 

• Aussi a-t-on appliqué à la majorité des barrages suisses l'ancienne méthode de dimensionnement parasismique qui fait appel aux forces statiques de remplacement. 

• Les connaissances relatives au comportement sismique des barrages ayant beaucoup progressé au cours du dernier quart de siècle, cette méthode est désormais considérée comme dépassée et peu fiable. 

En outre, les critères et les méthodes de construction parasismique des barrages ont changé fondamentalement dans l'intervalle. 

• Résultat il y a lieu de contrôler la sécurité parasismique des barrages existants au vu des derniers développements et des connaissances les plus récentes en la matière, notamment parce qu'on ignore quels dommages ils pourraient subir- en particulier les plus anciens - sous l'effet d'un très violent séisme. 

• On dispose des méthodes suivantes pour étudier le comportement sismique des barrages : 

• Rétrocalcul sur des ouvrages bien instrumentés qui ont subi d'importants séismes. Mais peu de barrages répondent simultanément à ces deux critères. 

• Calibrage de modèles numériques en se basant sur la mesure du comportement dynamique de barrages soumis à des microséismes ou à des sollicitations artificielles. Mais ces mesures ne fournissent aucune information directe sur le comportement des ouvrages sous l'action d'un macroséisme.

• Simulation numérique du comportement sismique d'un barrage en appliquant différents modèles de calcul.
​​​​​​​A l'heure actuelle, c'est la manière la plus efficace de contrôler la sécurité parasismique des barrages. 

• Essais en plaçant une maquette sur une table vibrante ou dans une centrifugeuse. 

Et si un séisme extrêmement fort se produisait ? 


Un scénario de tremblement de terre supérieur au séisme de sécurité doit prendre en considération les phénomènes suivants: 

• Les mouvements du sol peuvent provoquer l'apparition de fissures horizontales dans la partie supérieure du mur, la plus sollicitée lors d'un séisme. Des joints de construction risquent de s'ouvrir. De l'eau pourrait s'échapper par ces fissures et ces joints. 

• Cependant, les fuites resteraient modestes, car la pression de l'eau est faible dans la partie supérieure du mur et la plupart des ouvertures seraient refermées sous le poids de l'ouvrage à la fin des secousses. On peut raisonnablement admettre que ni la partie supérieure fissurée, ni le reste du mur ne s'effondreront. 


• Si les dommages sont importants, il sera peut-être judicieux d'abaisser le niveau du lac d'accumulation aussitôt après l'événement.
Pour les plus grands, cette opération peut demander plusieurs jours à plusieurs semaines. 


• Les alentours du barrage et la vallée qu'il domine sont le siège de glissements de terrain, éboulements, chutes de glace et avalanches. Un macroséisme détruit de nombreux ouvrages par l'entremise de tels phénomènes. 


• La population habitant à l'aval du barrage sera informée et éventuellement évacuée s'il y a un risque que des compartiments de mur s'effondrent en libérant d'importantes masses d'eau. 


• A l'heure actuelle, 66 barrages sont équipés d'un dispositif d'alarme-eau utilisable pour informer la population habitant en contrebas. Mais ce système n'est habituellement pas activé. Lorsque le barrage a subi des secousses telluriques, il faut d'abord le mettre en service, ce qui demande un peu de temps. 

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La sécurité parasismique de la majorité des 205 grands barrages suisses a été contrôlée selon des méthodes obsolètes. Il est donc opportun de les réexaminer en fonction des derniers développements et des connaissances les plus récentes, en vue de les renforcer ou d'abaisser le niveau maximal du lac d'accumulation si nécessaire. 


Contrôles à l'issue d'un séisme 


Dès qu'un séisme de magnitude 3 ou plus ébranle la Suisse ou un pays voisin, l'autorité de surveillance de la Confédération :(office fédéral des eaux et de la géologie, OFEG) calcule l'intensité de la secousse sur le site des barrages. 


• Si l'intensité calculée sur un site est égale ou supérieure à IV, l'OFEG ordonne un contrôle extraordinaire de l'ouvrage concerné. 

• Aucun de ces contrôles n'a révélé jusqu'à présent un quelconque dommage ou comportement anormal tel que déformation exceptionnelle.

 

Responsabilité en cas de séisme 


Les masses d'eau s'échappant d'un barrage endommagé peuvent causer d'importants dommages dans la vallée située en 'contrebas. C'est l'exploitant qui répond des dommages si l'on peut prouver qu'ils sont imputables à une lacune afférente au barrage. 

C'est le cas si :
   • l'ouvrage souffre d'un défaut de conception 
  • son exécution est imparfaite 
  • l'entretien est insuffisant 
  • il n'a pas été procédé aux assainissements nécessaires. 

• Mais si les dégâts au barrage et les dommages consécutifs occasionnés par la lame d'eau sont dus à un tremblement de terre extraordinaire, aux effets imprévisibles, on est en présence d'un « cas de force majeure », dont l'exploitant n'a pas à répondre. Dans un tel cas (très rare), il est dégagé de toute responsabilité. 

• Si l'exploitant ne supporte aucune responsabilité, les dommages ne sont remboursés que pour les objets assurés.
La plupart des cantons bénéficient de prestations librement accordées par les établissements d'assurance des bâtiments.
On peut également imaginer que la Confédération règle les (gros) dommages sur la base d'un arrêté fédéral. 


exemple ch-p et toule

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17. Liquéfaction du sol lors d'un séisme 


Dans la nature, seuls les terrains meubles composés de sables ou limons sans cohésion et saturés en eau sont susceptibles de se liquéfier. 


Le sol perd subitement sa résistance 



Une expérience simple aide à comprendre le phénomène de liquéfaction. Munissons-nous d'un bocal, de riz et d'eau. Commençons par remplir le bocal d'eau jusqu'au tiers de sa hauteur. Puis laissons tomber tout lentement le riz sec afin qu'il s'entasse de la manière la plus lâche possible. A l'issue de l'opération, tous les pores entre les grains de riz doivent être remplis d'eau.
Une fois le riz versé, laissons reposer le tout pendant un moment. L'empilement de grains atteint une certaine stabilité, parce qu'ils se maintiennent les uns les autres en place. Maintenant, si on secoue légèrement le bocal, le mélange riz-eau se liquéfie. L'empilement de grains devient instable, ils perdent leur cohésion et glissent les uns sur les autres, réduisant ainsi les espaces qui les séparent. 

• Il se produit le même phénomène lorsqu'un sol se liquéfie, à ceci près que ce sont des grains de limon ou de sable, et non de riz, qui perdent leur cohésion. 

• C'est ainsi que des mouvements du sol transforment un niveau meuble sableux ou limoneux saturé en un mélange eau-sable ou eau-limon. 

• La liquéfaction d'une couche très mince de sable ou de limon peut suffire pour mettre en mouvement tout un versant, même si la pente est faible. 

• Les roches meubles qui ont tendance à se liquéfier sont très sensibles aux mouvements du sol. Dans le cas extrême 
   • le sol peut encore se liquéfier à 150 kilomètres de l'épicentre
    • même si les mouvements l'affectant correspondent à une intensité V ou VI seulement. 

• A partir d'une magnitude 6 à 7, le sol se liquéfie fréquemment aux alentours de l'épicentre. 

Conditions nécessaires à la liquéfaction du sol 

Dans la nature, la liquéfaction du sol est subordonnée aux deux conditions suivantes : 

• La roche meuble se compose de sable ou de limon. 
  • Les argiles, les graviers et les matériaux d'éboulement anguleux ne sont pas sujets à la liquéfaction. 
  • Les sous-sols rocheux, où les eaux souterraines sont cantonnées dans des fissures, ne risquent pas de se liquéfier. 
  • Tous les pores sont remplis d'eau. 
  • Les sables et limons secs ou légèrement humides ne se liquéfient pas. 
  • Si le niveau piézométrique est à plus de 15 à 20 m de la surface, il y a très peu de risque que le sol se liquéfie. 

• Les sables et limons de consistance dure n'ont aucune propension à la liquéfaction. 

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En Suisse, on trouve des sols susceptibles de se liquéfier 

• sur les rives des rivières et des lacs
• dans le périmètre des lacs comblés
• dans les lits de rivière remblayés
• aux alentours des ports. 


Ouvrages et liquéfaction du sol 


En situation normale, les terrains meubles qui ont tendance à se liquéfier sous l'effet des séismes ont une résistance suffisante pour qu'on puisse y construire, dans les plaines comme dans les versants. 


• Cependant, ils perdent toute leur portance lorsqu'ils se liquéfient, ce phénomène cessant en même temps que les mouvements du sol.
En plaine, ils se comportent dans le pire des cas comme des sables mouvants dans lesquels les ouvrages s'inclinent ou s'enfoncent, ce qui peut provoquer leur effondrement, selon le mode de construction. Exemple : lors du tremblement de terre de Niigata (Japon, 1964), plusieurs bâtiments de quatre étages se sont inclinés jusqu'à 60 degrés sans s'effondrer. 


• En plaine, les dépôts sableux ou limoneux doivent avoir une certaine épaisseur pour que leur liquéfaction risque d'endommager des ouvrages. Lorsqu'une couche sableuse épaisse de 20 centimètres vient à se liquéfier, ils ne sont guère menacés. 


• Si un terrain se liquéfie dans un vaste périmètre, les réseaux d'approvisionnement souterrains (eau, gaz, électricité) risquent d'être coupés.


• Il arrive que les ouvrages souterrains « flottent » dans un sous-sol liquéfié, à la manière d'un sous-marin qui fait surface. 


• Aujourd'hui, on sait repérer avec une bonne fiabilité les régions où le sol risque de se liquéfier. 
   • Dès le moment où l'on sait qu'un bâtiment est fondé sur un terrain susceptible de se liquéfier, on peut :
   • améliorer la tenue du sous-sol par des injections 
   • asseoir l'ouvrage sur des fondations profondes spéciales de type pieux. 


• En Suisse, il faut s'attendre à ce que des sols se liquéfient 
   • sur les rives des rivières et des lacs 
   • dans le périmètre des lacs comblés 
   • dans les Iits de rivière remblayés 
   • aux alentours des ports. 

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