L'intensité d'un séisme

L'échelle d'intensité, qui se base sur l'estimation des dégâts subis en un lieu donné, est utilisée depuis la fin du XIXe siècle pour quantifier et donc comparer le violence des tremblements de terre.

La toute première échelle d'intensité a été imaginée par les Suisses Rossel et Fossi en 1880, et comprenait 10 degrés. Elle fut utilisée jusqu'à son amélioration par l'Italien Mercalli en 1902. Toujours utilisée aux Etats-Unis, elle comporte douze degrés, croissants en intensité, de I a XII. En Europe, c'est l'échelle MSK qui est utilisée; elle est établie en 1964 par trois sismologues, Medvedev, Sponheuer et Karnik, d'où les initiales.

Echelle macro-sismique d'intensité M.S.K (1964)

Niveau II - la secousse est faible, ressentie de façon partielle dans les étages des fondations et par les personnes au repos.

Par exemple le schéma ci-contre indique l'attribution des differents degrés de cette échelle aux alentours de Kobe lors du séisme de 1995. © www.catnat.net Voir également la carte d'intensité du séisme de Prince William Sound, Alaska 1964, de magnitude 9.2 ici.

Niveau III - la secousse est faible, ressentie de façon partielle, elle est comparable à celle produite par le passage d'un camion léger. Les objets suspendus sont légèrement balancés.

Niveau IV - la secousse est largement ressentie, comparable au passage d'un camion lourdement chargé; elle n'effraie pas les populations bien que quelques dormeurs soient réveillés et que les objets tremblent.

Niveau V - les dormeurs sont réveillés et les animaux s'agitent, les objets suspendus se balancent et chutent, les constructions tremblent, les portes et fenetres ouvertes battent avec violence.

Niveau VI - il y a une frayeur générale, certains batiments subissent de légers dommages tels que des fissures dans les murs, les sols détrempés laissent apparaitre des fissures de l'ordre du centimetre. En montagne, il se produit des glissements de terrain.

Niveau VII - les constructions subissent des dommages, les gens ressentent des difficultés à tenir debout, des fissures apparaissent dans les murs de pierre et les routes. Des cheminées chutent.

Niveau VIII - les dégats sont massifs, il y a destruction des habitations vulnérables, effondrement des murs de pierre, panique, glissement de terrain, l'eau des lacs se trouble et les débit et niveau changent.

Niveau IX - les dommages sont généralisés aux constructions, la population panique et les animaux s'affolent, les dégats au mobilier sont considérables, des monuments et colonnes tombent, les élements au sol finissent par se rompre partiellement : les canalisations souterraines, les routes. les crevasses peuvent atteindre 10 cm, des vagues se forment dans l'eau, des rochers chuttent.

Niveau X - il y a destruction générale des constructions, même des moins vulérables, torsion des rails de chemin de fer, des dommages sévères aux ponts; les creuvasses au sol atteingnent un mètre, les glissements de terrain sont considérables.

Niveau XI - ce sont des catastrophes : les grandes routes sont inutilisables, de larges creuvasses les traversent, les glissements de terrain et les chutes de rochers sont etrêmement importants. toutes les constructions sont détruites.

Niveau XII - c'est un cataclysme : les paysages changent, les rivieres sont barrées ou déviées, toutes les constructions au dessus ou en dessous du sol sont détruites.

Cependant, la notion d'intensité est subjective et ponctuelle ; elle décroît en fonction de la distance par rapport à l'épicentre du séisme, par atténuation des ondes qui perdent progressivement leur énergie. De plus elle n'est utilisable que dans les zones urbaines.

C'est pourquoi l'étude de la magnitude peut se révéler intéressante pour évaluer un séisme.

La magnitude et l'échelle de Richter

La magnitude d'un séisme est une mesure de la quantité d'énergie libérée. On attribue une magnitude unique à chaque séisme. Cette magnitude est basée sur l'amplitude des ondes sismiques mesurée à plusieurs sites de sismométrie, on fait une correction pour tenir compte de la distance entre le point de mesure et l'épicentre. Les estimations de la magnitude sont souvent modifiées jusqu'à l'obtention de toutes les données possibles : la magnitude est donc une moyenne.

C'est en utilisant l'amplitude maximale que les premières magnitudes furent calculées. On doit la première approche au japonais Wadati qui en 1931 a établi une échelle de magnitude. En 1935, l'Américain Richter la perfectionna et c'est cette échelle qui s'utilise actuellement.

Son échelle est logarithmique, ce qui signifie qu'une augmentation d'une unité sur l'échelle de Richter représente des amplitudes 10 fois plus grandes. Les ondes sismiques d'un séisme de magnitude 6 ont une amplitude dix fois supérieur à celle d'un séisme de magnitude 5. Toute fois, en termes d'énergie libérée, un séisme de magnitude 6 libère environ 31 fois plus d'énergie qu'un séisme de magnitude 5.

Le graphique ŕ échelle logarithmique ci-contre nous présente la relation entre la magnitude et l'énergie libérée en Joule. Nous l'avons établi à partir de la donnée mathématique suivante :

       Log E = 4,8 + 1,5 M          où E représente l'énergie libérée en Joule, et M la magnitude.

Ainsi, on en a déduit, selon les propriétés logarithmiques :

       E = exp [( ln 10) ( 4,8 + 1,5 M)]        pour M Є [0 ; 12] car la magnitude a ses valeurs entre 0 et 12.

On constate que certains tremblements de terres comme celui du Chili en 1960 peuvent dégager plus d'énergie qu'un essai nucléaire (évalué à environ 9,3 sur l'échelle de Richter); ce séisme a d'ailleurs été le plus puissant jamais répertorié, plus puissant que le séisme qui a provoqué le récent tsunami en Asie : sa magnitude était de 9,5 sur l'échelle de richter (contre 9,1 en Indonésie). Des vagues de 18 mètres avaient à l'époque traversé l'océan pacifique jusqu'au Japon. Le second plus puissant séisme observé par l'homme est celui de 1964 en Alaska, sa magnitude était de 9,2.

Voici un tableau des differentes magnitudes, de leurs effets ainsi que de leur fréquence annuelle.

A titre informatif, un tableau des séismes de magnitude supérieur à 7 ayant eu lieu entre 1990 et 1999 est disponible en cliquant ici.

Raisons des dégâts lors d'un séisme : effets de sites et effets induits

La plupart des dégâts provoqués par un séisme sont causés par le tremblement de la croûte terrestre. Les dégâts peuvent donc être la répercution directe des vibrations du sol, venant directement du foyer, mais des mouvements de terrains peuvent être parallèlement créés et occasionner d'autres types de dégats matériels. L'un des facteurs destructeurs les plus importants est la durée des secousses. Celle-ci dépend de la constitution du sol.

© Construire Parasismique, par Milan Zacek

Selon la topographie soutteraine du site et selon la nature des sols, les secousses sismiques peuvent être diminuées ou amplifiées, et de même pour les dégâts occasionnés. Par exemple, les batiments construits sur des crêtes ou des pitons subissent généralement des mouvements sismiques considérablement amplifiés. Lors du tremblement de terre de Lambesc (Provence) en 1909, le village de Vernègues, bâti sur un sommet, a été entièrement détruit alors que les hameaux voisins, composés du même types de constructions, ont subi des dégâts beaucoup moins importants. A Rognes, les maisons situées sur le sommet sont celles qui ont le plus de dégâts : en effet, les ondes sismiques réfléchies vers l'intérieur des reliefs (versants, crêtes, sommets) y restent concentrées ainsi que l'énergie qu'elles transportent. L'amplitude des secousses aux sommets et sur les crêtes sont donc plus grandes qu'en terrain plat. L'amplification est maximale pour les longueurs d'onde comparables à la largeur du relief. L'effet inverse est aussi remarqué : il y a désamplification des oscillations dans les zones à topographie concave.

Autre cas d'effet de site, les bassins sédimentaires amplifient les ondes et provoquent des dégâts locaux plus importants qu'avec l'estimation de la seule distance au foyer (distance focale). Les plus célèbres exemples de ces effets de sites sont le séisme de Mexico en 1985 et, plus récemment, le séisme de Kobé en 1995 au Japon. Au Mexique, le foyer du séisme se trouvait à plus de 200km de la ville de Mexico qui a pourtant été presque entièrement détruite et où l'on a compté plus de 35 000 morts. Cette ville se situe dans un bassin sédimentaire qui est entré en résonance, amplifiant les ondes sismiques et le désastre. Au Japon, alors que les normes parasismiques y sont les plus strictes au monde, le séisme de Kobé a fait de nombreux dégâts liés à ce même phénomène d'amplification des ondes dans la baie de Kobé. Et l'on se souvient encore de la surprise des japonais pourtant rompus à ces adversités, devant l'ampleur des dégâts.

Beaucoup de zones sont menacées par les effets induits aux séismes, et ne sont pourtant pas considérées comme inconstructibles. Sont des zones à forts risques :

•  les terrains gorgés d'eau, les terrains mal drainés et les terrains inondables

•  les couloirs des eaux de ruissellement

•  les bords ou pieds de falaises présentants des fissures

•  les bords des vallées encaissées

•  les pentes et les abords de pentes comportant des creuvasses, des éboulements récents, des surcharges importantes, des réseaux de drainage abandonnés, des retenues d'eau, des arbres inclinés, etc...

•  les sites contenants des cavités naturelles : grottes, rivières souterraines, etc..

Voici un schéma récapitulatif des effets de sites à prendre en compte, extrait de Contruire Parasismique, de Milan Zacek.