Genèse du risque

Le terme "tremblement de terre" désigne, au sens propre, un ensemble de secousses, c'est-à-dire de mouvements alternés et d'accélérations associées, que nous ressentons à la surface de la croûte terrestre, à partir d'un ébranlement se produisant dans les profondeurs du globe.

A la manière de l'épiderme de la peau humaine, cette croûte terrestre est mince, de l'ordre de 60 kilomètres, mais réduite en quelques points à moins de 10 kilomètres de profondeur. La zone de transition avec le milieu intérieur s'appelle "discontinuité de Mohorovicic, du nom d'un géophysicien yougoslave, qui l'identifia au début du siècle. La croûte représente ainsi le sommet d'un empilement de strates intérieures, construit autour du noyau central, lui-même solide dans sa partie la plus interne, liquide dans son enveloppe externe ; ce noyau est entouré d'un "manteau" de près de 3.000 kilomètres d'épaisseur (environ la moitié du rayon terrestre de 6.370 kilomètres).

Nous sommes assez précisément renseignés sur cette stratification par l'analyse des ondes sismiques, qui sont déclenchées par les ébranlements en cause, à la manière des ondes en surface d'un plan d'eau lorsque l'on y projette une pierre, et que l'on reçoit - avec les déformations et les décalages temporels subis dans leur propagation souterraine, - dans un réseau de stations sismométriques, qui permettent de "lire" et interpréter les enregistrements correspondants (sur sismographes enregistreurs).

Ces ondes sismiques sont ainsi de plusieurs natures.

Les ondes "P", également appelées longitudinales, marquent une succession de compressions et rétractions, dans l'axe de propagation. Les ondes "S", dites transverses, ou de distorsion ou de cisaillement, traduisent des vibrations latérales, que l'on peut comparer à celles des cordes vibrantes. Leur vitesse est très sensiblement inférieure à celles des ondes P, - en deçà, pour fixer les idées, de 3 kilomètres par seconde contre des valeurs atteignant 6 kilomètres par seconde pour les précédentes : elles arrivent donc sensiblement en retard ; elles ne peuvent, pour ce qui les concerne, traverser les parties liquides (notamment, le noyau externe).

En matière de tremblements de terre, l'énergie la plus importante est dépensée dans des ondes superficielles, dites de Love (ondes L) et de Rayleigh (ondes R) du nom de deux géophysiciens anglais.

Ces ondes, qui se propagent en plan horizontal, se traduisent par des mouvements différents ; les ondes de Rayleigh un peu plus lentes, produisent des déplacements verticaux en forme elliptique.

Sous l'effet de ces ondes, le sol et les bâtiments qu'il soutient vibrent dans une gamme de valeurs de 0,1 à 30 hertz (en abréviation : hz). L'effet des ondes de compression et de cisaillement se place dans la gamme des "hautes fréquences", typiquement supérieures à 1 hz, qui sont dangereuses pour diverses catégories de bâtiments bas, tandis que les ondes de Love et Rayleigh, en "basses fréquences", sont spécialement nocives pour les bâtiments élevés - on dira : élancés - et à distance plus grande (peut-être quelques dizaines de kilomètres) parce que leur amplitude s'amortit plus lentement.

Revenant sur les causes des tremblements de terre, on considère que les grands mouvements de l'écorce (ou lithosphère) sont liés à ceux du magma, matière visqueuse à haute température (de l'ordre de 1500° C) probablement animée d'une circulation du type convectif, à l'image des tourbillons atmosphériques - tourbillons étudiés par le français BENARD -, qui naissent comme dans une bouilloire, des points les plus chauds à sa base, mais à des vitesses incomparablement plus faibles (de l'ordre du centimètre par an).

Le magma ainsi continuellement brassé, transporte des blocs de dimension continentale ou intercontinentale, que l'on appelle des "plaques".

La géophysique moderne, développant et aménageant les premières théories dites de la "dérive des continents" du météorologiste et géophysicien allemand Wegener en première moitié de ce siècle, parle de la "tectonique des plaques", dont le mouvement et l'affrontement sont à l'origine d'un grand nombre de séismes, notamment lorsqu'une plaque s'enfonce sous la plaque "adverse" - phénomène dit de "subduction".

Tel est le cas pour la plaque caraïbe, dont les frontières Ouest et Est sont soumises à des subductions, respectivement de la plaque de l'Océan Pacifique (plaque des Iles Cocos) et de la plaque de l'Océan Atlantique, elle-même poussée en quelque sorte par l'émergence du fossé médio-atlantique. Les subductions en cause ont pour manifestation les plus spectaculaires, les éruptions volcaniques, sur les côtes de l'Amérique Centrale et sur l'arc des Petites Antilles, lorsque, par accident, une poche de magma interne se trouve "pincée" par le chevauchement inter-plaques.

En cas particulier fréquent, les séismes se manifestent par des failles, déchirures superficielles de la lithosphère, lorsque celle-ci se rompt sous la contrainte de l'ébranlement, né du choc inter-plaques ou de "craquements" intra-plaques. Ces failles peuvent se révéler à la surface du sol, en cas de séisme violent, par des crevasses ou des décalages verticaux de plusieurs mètres d'extension (cas des séismes d'Amérique Centrale).

La durée du phénomène s'exprime en quelques secondes ou, au plus, en quelques minutes. Il peut y avoir dans les heures, les jours ou même les mois consécutifs, des "répliques", en principe d'intensité décroissante.
 

Les impacts

D'un point de vue mécanique, on reconnaît dans la secousse sismique, deux types de mouvements (et leurs combinaisons), qui sollicitent la charpente des constructions :

- A la verticale du foyer, dont la projection au sol est appelée épicentre, il s'agit essentiellement d'un mouvement vertical de bas en haut ou de haut en bas, selon que le phénomène se traduit par un pincement (une compression) surélevant le terrain, ou au contraire, par une subsidence, sur dilatation du milieu ambiant ;
- Plus loin, l'effet vertical s'atténue avec la distance : l'effet dominant est horizontal, lié au mouvement de la faille. L'oscillation ressentie n'est pas exactement planaire : on peut constater des secousses à angle droit du balancement d'objets suspendus : ceci traduit les effets duels des ondes à composante transversale et des ondes longitudinales, enregistrées sur les sismographes (ondes P et S).

Les tremblements de terre peuvent être caractérisés en forme numérique par des " échelles ", traduisant les degrés de violence du phénomène. La magnitude M des séismes est donnée par l'échelle dite de Richter (1935), qui en avait d'abord proposé la définition empirique sur un sismographe étalon. La définition actuelle utilise l'amplitude maximale du mouvement au sol à une distance donnée de l'épicentre : elle est indépendante de l'observateur et est reliée, doublement, à l'intensité maximale à l'épicentre et à la profondeur du foyer.

Essentiellement, la magnitude se rattache à l'énergie libérée, par une formule de type logarithmique. Ceci signifie que la relation arithmétique entre magnitudes modérées (M = 4) et fortes magnitudes (M = 8) correspond en réalité à un rapport de puissances où le million devient l'unité de compte. A titre de référence, la bombe H la plus puissante (Nouvelle-Zemble, URSS 1961) atteignait 57 mégatonnes de TNT, voisine des plus fortes énergies sismiques constatées.

En fait, si l'échelle de Richter sert de référence au plan proprement scientifique, il convient de raisonner, au plan pratique, sur les échelles d'intensité MCS (Mercalli, Canceni, Sieberg), MM (Mercalli modifié) et MSK, la plus récente, (1964), dont le sigle groupe les initiales Medvedev, Sponhauer et Karnik. Cette échelle comporte douze degrés, la gradation correspondant aux effets ressentis ; en un mot, il s'agit d'une échelle du danger pour l'homme et ses constructions.

L'échelle MSK n'est pas très différente de l'échelle de Richter pour les petits degrés (jusqu'à 5) ; c'est ainsi que le degré 3 définit une " secousse ressentie par quelques personnes à l'intérieur des habitations ; vibration des vitres et balancement d'objets " ; le degré 4 est perçu comme une vibration : fenêtres, portes et assiettes tremblent. Au degré 5, la secousse est ressentie par toute la population d'une localité : de nombreux dormeurs s'éveillent. Les animaux sont nerveux. Les objets suspendus connaissent un large balancement. On perçoit la vibration comme celle d'un objet lourd tombant dans le bâtiment. Il n'y a pas encore de dégâts véritables, sauf très sporadiquement (sur défaut d'arrimage des objets).

De 6 à 10, l'échelle MSK fait apparaître les dégâts aux habitations, en les classant :

Par nature :
1er degré : fissuration et chute de débris, plâtres
2ème degré : fissuration des murs, chutes de tuiles, fissuration et chute de cheminées
3ème degré : lézardes larges et profondes dans les murs
4ème degré : brèches dans les murs, effondrements partiels, destruction de cloisons intérieures
5^ème degré : effondrement total de la construction
 

Par type de construction
Type A :
maisons en argile, en pisé, en briques crues (" adobe ")
maisons rurales, constructions en pierres ordinaires (galets, etc.)

Type B :
constructions en briques ou en blocs de béton
constructions mixtes en maçonnerie et bois ; constructions en pierres taillées

Type C :
constructions armées et bonnes constructions en bois.

Apparaît aussi le taux d'impact, c'est-à-dire le nombre de bâtiments endommagés, répartis en trois classes : quelques-uns (5%), beaucoup (50%), la plupart (au-delà de 75%). Dans cette gamme d'intensités MSK de 6 à 10, la perception humaine du séisme correspond à des sensations particulièrement fortes.

Dans le zonage sismique de la France, le degré VI est intitulé par la Direction des Risques Majeurs : " frayeur ". De nombreuses personnes effrayées se précipitent en effet vers l'extérieur. Les animaux domestiques s'échappent de leur stalle. Le mobilier lourd peut se déplacer. Des dommages au 1^er degré sont fréquents dans les bâtiments du type A, et commencent à apparaître dans quelques bâtiments de type B.

Le degré VII correspond à des dommages sensibles aux constructions : de nombreux type A sont endommagés au 3^e degré, voire au 4^e degré : pour le type B, on note de nombreux dommages du 2^e degré : les bâtiments type C commencent à être touchés. Beaucoup de personnes ont de la difficulté à rester debout. La vibration est ressentie par des conducteurs d'automobiles. De grosses cloches se mettent à sonner. Des joints de canalisation sont endommagés.

Le degré VIII amplifie les effets précédents : les bâtiments type C atteignent le 2^e voire le 3^e degré d'endommagement. Quelques bâtiments du type B atteignent le 3^e, voire le 4^e degré. De nombreux bâtiments type A sont endommagés au 4^e, voire au 5^e degré. On note un peu partout frayeur et panique. Des branches d'arbres cassent. Les monuments et statues se déplacent ou tournent sur eux-mêmes. Il y a des crevasses au sol de quelques centimètres. L'eau des lacs devient trouble. Le débit des sources varie notablement.

Au degré IX, les dommages aux constructions sont généralisés, avec une nouvelle progression dans l'échelle " glissante " type de construction/nature des dégâts. La panique est générale. Les animaux courent dans toutes les directions et poussent des cris. Dommages considérables aux réservoirs au sol ; rupture partielle des canalisations souterraines. Des routes sont endommagées ; parfois des rails de chemin de fer sont pliés.

Au degré X, les ouvrages d'art (ponts, barrages, digues) sont endommagés, les canalisations sont rompues, les voies de chemin de fer sont déformées (accidents de convois ferrés (en route ").

On ne note qu'exceptionnellement les degrés XI et XII, où la déformation du terrain est importante, les bâtiments, même " bien construits ", subissent des dommages sévères. Il existe, naturellement, en milieu urbain, des facteurs aggravants, qui sont souvent liés à la rupture des canalisations de gaz, à l'allumage d'incendies violents et rapidement migrateurs. Il faut insister sur l'idée que l'urbanisation croissante représentera pour l'avenir, des risques multipliés en cas de séisme.

Le zonage sismique s'efforce de classer les régions, suivant le niveau de l'aléa.

Un grand nombre de pays adoptent la présentation suivante :

zones de sismicité négligeable : notation sismicité " O "
zones de sismicité faible : notation sismicité Ia et Ib
zones de sismicité moyenne : notation sismicité II
zones de sismicité forte : notation sismicité III.

La forte sismicité est identifiée selon les critères suivants :

existence ou non d'événements historiques d'intensité égale ou supérieure à 8 ;
" temps de retour " d'événements d'intensité 8, inférieur ou égal à 250 ans ; et/ou temps de retour d'intensité 7 inférieure à 75 ans.

Le zonage du risque, c'est-à-dire la division du territoire en " zones de sismicité " à l'intérieur desquelles l'aléa sismique peut être considéré comme uniforme, conduit lui-même à la définition de règles pour la construction parasismique.

On a adopté en France, pour les règles " PS 69 " (actualisées PS 92), les dispositions suivantes :

On prend pour donnée de base la répartition des ouvrages en " classes de risque " en fonction de leur destination. La classe O comprend les ouvrages dont la défaillance ne représente qu'un risque minime pour les personnes ou l'économie. La classe A groupe les ouvrages ou installations offrant un risque dit " normal " pour la population (habitations, bureaux, usines, etc.). La classe B se rapporte aux ouvrages présentant un risque élevé du fait de leur fréquentation ou de leur importance socio-économique (écoles, stades, salles de spectacles, etc.). La classe C représente les ouvrages et installations dont la sécurité est primordiale pour les besoins de la protection civile et la survie de la région (hôpitaux, casernes, centraux téléphoniques, etc.).

Les codes de calcul anti-sismique du bâtiment, basés anciennement sur un coefficient d'intensité " alpha ", utilisent désormais une accélération nominale exprimée en " g " (accélération de la pesanteur), conformément au tableau suivant :

Zones de sismicité Classe des bâtiments O Sismicité négligeable Ia Très faible sismicité Ib Faible sismicité II Sismicité moyenne II Forte sismicité A 0,10 0,15 0,25 0,35 B 0.15 0.20 0.30 0.40 C 0.20 0.25 0.35 0.45

 

Les séismes déterminent, assez souvent, deux effets spectaculaires et particulièrement dangereux.

La " liquéfaction " des sols intervient lorsqu'un sol sableux avec un substrat riche en eau, devient quasi-liquide sous l'effet d'un fort tremblement de terre, et perd sa capacité de résistance au cisaillement, du fait de la montée de pression interstitielle entre les grains, d'où effondrement de structures, ponts et digues notamment.

Le raz-de-marée ou tsunami (nom japonais) est un phénomène de soulèvement de la surface de la mer à la suite d'un séisme. Le "front" de l'onde tsunami progresse sur l'océan à des vitesses pouvant atteindre 700 km/h. Le tsunami le plus meurtrier de ces dernières années se produisit en mai 1960 au Chili avec une sur-hauteur de la mer de l'ordre de 5 à 10 mètres.
 

Possibilités de prévision de l'aléa sismique

A la différence du risque cyclonique, dont la prévision est assez bien maîtrisée, la prévisibilité du risque sismique est certainement encore très modeste et souvent l'objet de controverses, nées pour une part, d'une ambiguïté sémantique.

Il faut entendre par prévision une connaissance anticipée de la date et du lieu de tels événements. Force est de constater que " l'état de l'art " ne permet pas, à la différence des événements proprement hydrométéorologiques (pluies diluviennes et inondations), de prévoir au sens précédent l'occurrence d'un séisme. Mais il convient de mentionner l'effort de recherche très important, mené dans ce domaine par les géophysiciens et également, désormais, les physiciens eux-mêmes.

Le principe des " prévisions statistiques " se fonde sur l'analyse des séries temporelles de tremblements de terre enregistrés dans le passé, pour en déduire des fonctions de répartition probabiliste, récurrentes et donc extrapolables sur le futur. Malheureusement, ces approches stochastiques sont discutables : l'échantillon des données disponibles est éventuellement trop petit ou trop court ; et on peut fondamentalement s'interroger sur la nature de la " mémoire " des événements sismiques, aux échelles considérées. Le cas d'El Asnam et Chlef en Algérie (deux séismes consécutifs en 1954 et 1980) est indicatif à cet égard.

En fait, les analyses des événements du passé, convenablement interprétés, permettent un " zonage " qui est précieux pour l'application de règles de construction parasismique.

Les axes de recherche " déterministe " concernent à la fois la dynamique fondamentale de la croûte terrestre, animée par les mouvements du magma et révélée par la tectonique des plaques ; et les manifestations superficielles traduisent une modification de la stabilité.

On trouve ainsi des avancées dans le traitement statistico-dynamique des données archivées de séries sismiques (Keilis-Borok). La cartographie obtenue à partir des données géologiques et des données extensométriques les plus récentes –par satellites-laser et désormais, grâce au GPS géodésique– permet la localisation très fine des éléments significatifs des "sources" et des failles. Enfin, on citera certaines corrélations spatio-temporelles entre les " sursauts " du champ électrique et l'occurrence des mouvements sismiques, enregistrés en Grèce par l'équipe dite " VAN ", qui sont encore objet de controverses scientifiques.

La théorie du " sismic gap " - interruption momentanée d'une série de séismes, interprétée comme un temps de relaxation, précédant une nouvelle " montée en puissance " - est un thème d'étude souvent repris.

Dans un domaine proprement naturaliste, on s'intéresse aussi aux manifestations surprenantes de certaines catégories d'animaux – animaux domestiques ou animaux sauvages, vivant normalement dans des cachettes souterraines. Plutôt qu'à un sens " divinatoire ", on peut imputer ces manifestations à une perception fine de divers changements physiques en cours, éventuellement micro-sismiques, ou l'émission anormale de certains gaz(CO₂, radon…)
 

Les parades au risque sismique

Les caractéristiques générales du risque sismique : apparition aléatoire, manifestations espace-temps désordonnées, énormité des énergies mises en jeu, ont des conséquences évidentes sur l'efficacité des parades possibles. On peut, cependant se fixer un objectif de réduction des conséquences , en jouant sur trois plans distincts :

La protection individuelle peut être améliorée par l'acquisition des " bons réflexes " utilisables lors de la survenance du séisme ;
La protection collective conduira à " éviter " dans la construction des agglomérations urbaines, les zones dangereuses, déterminées a priori par un micro-zonage précis ;
La protection des infrastructures, et particulièrement des habitations et locaux à usage social, consistera, en bonne part, à renforcer les architectures par l'application des codes de construction, et toutes dispositions constructives améliorant la qualité du bâti. Egalement, on pourra jouer des formules de résistance " en souplesse ", en aménageant certains dispositifs " élastiques " dans les fondations.

On voit là diverses portes ouvertes à la recherche sur le double plan de la science et de la technologie. C'est ainsi que pourraient se développer, d'une part des modèles physico-mathématiques, tendant à la prévision (modèles tridimensionnels) à partir de nouvelles mesures en réseau ; d'autre part, des technologies de détection et réaction instantanées où l'automatisation, soutenue par l'électronique, permet de suppléer les moyens humains, insuffisamment rapides et performants.(exemple : fermeture automatique des "circuits vitaux" sur détection par accéléromètres domestiques).

Effondrement de vieilles maisons suite au tremblement de terre de Turquie