Les séismes et tsunamis: leur origine et comment se proteger

Les séismes et tsunamis: leur origine
et comment se proteger
le 26 Oct. 2011
SCIGRAD’11
ENSTA, Paris
Marc-André Gutscher
Directeur de Recherche
CNRS
à l’IUEM / Univ. Brest
Tsunami = un mot Japonais qui signifie
“vague de port”
(cela n’a rien à voir avec les marées)
Les 4 causes potentielles des tsunamis
- séisme sous la mer (typiquement séisme de subduction)
- glissement sous-marin (sédiments de pente continentale)
- effondrement d’île volcanique
(Krakatao 1883, Santorin 1500 av.J.C.)
- impact de méteorite (comme celui qui a tué les dinosaures)
Tsunami = un mot Japonais qui signifie
“vague de port”
(cela n’a rien à voir avec les marées)
Les 4 causes potentielles des tsunamis
- séisme sous la mer (typiquement séisme de subduction)
- glissement sous-marin (sédiments de pente continentale)
- effondrement d’île volcanique
(Krakatao 1883, Santorin 1500 av.J.C.)
- impact de méteorite (comme celui qui a tué les dinosaures)
La terre : une planète vivante, avec relief, sismicité, volcans
La surface de la terre est composée d’une douzaine de plaques
Les plaques se déplacent les unes par rapport aux autres
Le moteur des déplacements de surface est
la convection interne
(transport de chaleur du noyau vers l’extérieur)
Une zone de “subduction” c’est quand une plaque océanique
s’enfonce sous une autre (et retourne dans le manteau)
90% de la sismicité mondiale se produit ici
(à l’endroit où il y a un frottement entre les deux plaques)
Dans l’ouest du
Pacifique il y a
de nombreuses
zones de
subduction
(marquées par la
sismicité
et par les
volcans actifs)
Bloc diagramme tectonique du Japon (L. Jolivet)
Au Japon le 11 mars 2011 : Un "méga-séisme" (M9)
de subduction, une faille de 500km (N-S) x 200 km (E-W)
(coupe avec répliques sur 4h)
répliques zone de rupture
Carte de répliques sur 14h (hypocentres - EMSC)
Les accélérations dues au
secousses (> 50% g !!)
Un glissement co-sismique
de 10 - 40m sur le plan de faille
(Simons et al., 2011, Science)
Lors du séisme, l’île de Honshu s’est déplacée 1 - 4 m vers l’Est
(source JPL
et Caltech)
Comment est géneré un tsunami?
Propagation d’onde de tsunami
Propagation d’onde de tsunami
Propagation d’onde de tsunami
Propagation d’onde de tsunami
Propagation d’onde de tsunami
Modélisation du tsunami du
11 Mars 2011 au Japon (K. Satake)
Observation du tsunami
par marégraphe
Amplitude du tsunami du 11 Mars 2011 au Japon
1 - 3 m sur l’ensemble des îles (source JMA)
Inondation due au tsunami : le maximum est en face de la zone
de rupture du séisme et dans des baies orientées vers l’Est
Propagation du tsunami du Japon du 11 Mars 2011 (source – NOAA)
Le tsunami affecte l’ensemble du Pacifique et particulièrement les îles
Hawaii est touché 7h après le séisme, la Californie 10h après
Propagation du tsunami du Japon du 11 Mars 2011 (modèle – CEA)
Le tsunami traverse le Pacifique en <24h
Hawaii est touché 7h après le séisme, la Californie 10h après
La physique des tsunamis: (amplitude, vitesse, longueur d’ondes)
L’aeroport de Sendai (après le tsunami)
Les plus grands séismes depuis 1900
1- Chile 1960 M9.5
2- Alaska 1964 M9.2
3- Sumatra 2004 M9.1
4- Japon 2011 M9.0
5- Kamchatka 1952 M9.0
6- Ecuador 1906 M8.8
7- Chile 2010 M8.8
8- Sumatra 2005 M8.7
Tous ont provoqué des tsunamis (sauf celui au Tibet)
Peut-on se protéger
contre les tsunamis?
OUI
- Education
- Système d’alerte
Temps de propagation de tsunami dans le Pacifique
Sumatra : une séquence 26 Déc. 2004 - 1400 km
de trois méga-séismes 28 Mars 2005 - 400 km
12 Sept. 2007 - 400 km
Le séisme de Déc. 2004 a rompu une faille de 1400 km de long
Sumatra Aftershocks:
campagne
océanographique
française
(J.-C. Sibuet)
N/O Marion
Dufresne
Août 2005
OBS,
bathymétrie
carottage
Campagne:
Sumatra Aftershocks,
N/O Marion
Dufresne
Août 2005
Positions des
Stations OBS
(Ocean Bottom
Seismometer)
Campagne:
Sumatra
Aftershocks
Stations OBS
(enregistrement
des répliques)
Position et carte
de bathymétrie
multifaisceaux
Les travaux Brestois
sur Sumatra: bathymétrie
Front de déformation
(vue perspective en 3-D)
Les travaux Brestois sur Sumatra :
Campagne OBS - structure profonde
grand OBS
(Ifremer)
micrOBS
(Ifremer/IUEM)
Structure profonde :
modèle de vitesse
déterminé par les OBS
(Klingelhoefer et al., 2010, JGR)
Les séismes se produisent dans une gamme de
profondeurs (liée à la température)
La zone “sismogène” (thermique) = 200 km
(en bon accord avec les répliques du séisme)
Séisme M8,8 au Chili 27 Février 2010
Zone de rupture 500-600km (N-S) x 150 km (E-W)
répliques sur 2 semaines
répliques sur 4 jours (USGS/NEIC)
pas de séisme depuis 1835
observé par Charles Darwin
Séisme de Maule, Chili
le 27 Fév. 2010, M8,8
Modèle de glissement de
CalTech (Sladen et al., 2010)
Zone de rupture ~500km (N-S),
10m de glissement
Réseau temporaire de
sismomètres fond de mer
(OBS) (15 Jul - 12 Sep 2010)
- Projet Taiwanais
- Navire Chilean (Gardar)
- Instruments français (micrOBS+
développés par Ifremer)
Réseau OBS déployé
du 15 Juil - 6 Août 2010)
55 répliques en mer
enregistrées par ≥5 OBS
Répliques enregistrées par OBS
(diamants noirs) et sismicité à
long-terme (cercles colorés)
La majorité des répliques se
situe sur une faille qui mesure
150km en largeur E-W
Propagation du tsunami du Chili (modélisation de Caltech 2010)
L’énergie maximum rayonne perpendiculairement à la fosse (et à la côte)
L’Europe, est-elle menacée par les séismes et tsunamis?
European-Mediterranean seismicity (USGS PDE Catalog M≥
≥2.5 1973-2010)
Carte de l’aléa sismique en région Europe - Méditerranée
European-Mediterranean seismic hazard map (European Seismological Commission)
Carte de l’aléa sismique en région Europe - Méditerranée
60,000
morts
(1755)
180,000+
morts
(depuis
1600)
European-Mediterranean seismic hazard map (European Seismological Commission)
Le Sud de l’Europe est frappé par des séismes et tsunamis
comme Lisbonne en 1755, magn. 8,7 et tsunami de 5-10 m
le séisme de 1755 au Maroc
Volubilis
Rabat
Le tsunami de
1755 au Maroc
la forteresse de
Mazagan
(El Jadida)
Loi d’échelle pour les séismes (surface de rupture et magnitude)
Le Sud de l’Italie : une zone très exposée au risque sismique
Séisme de Messine Déc. 1908 (72.000 morts, tsunami 5-10 m)
L’arc Calabrais : Sismicité historique
Séismes M~7
(Une des régions les plus meurtrières de la planète…)
1908 Messina 72.000 morts
1905 Calabria 500 morts 1783
Calabria 50.000 morts 1693
Catania 60.000 morts 1638
Calabria ?? morts 1169 E.
Sicily ?? morts
Mais aucun séisme typique
“subduction" (chevauchant)
Séismes historiques en Méditerrannée:
Rhodes (225 av. J.C.)
Alexandrie (1323 )
Carte de l’aléa sismique en région Europe - Méditerranée
European-Mediterranean seismic hazard map (European Seismological Commission)
En métropole :
- Alpes – Provence – Cote d’Azur
- Pyrénées
- Fossé Rhenan (séisme de Basel
de 1356)
Outre mer :
-Les petites Antilles (Guadeloupe
et Martinique)
classifiées comme des zones à
FORT aléa sismique
Carte de sismicité en France et régions voisines
Carte des réseaux de stations sismologiques en France
ReNaSS
(Réseau National des Stations
Sismologiques)
DASE
(Département Analyse Surveillance et
Environnement du CEA)
En métropole :
- Alpes – Provence – Cote d’Azur
- Pyrénées
- Fossé Rhenan (séisme de Basel
de 1356)
Outre mer :
-Les petites Antilles (Guadeloupe
et Martinique)
classifiées comme des zones à
FORT RISQUE
Les Antilles : un aléa sismique mal connu
Lacune de séismes
chevauchants au sud
de la Guadeloupe …
séismes historiques
Intens. = IX, X
Le NE du Japon : séismes fréquents (1973-2010)
Conclusions
- Les séismes et tsunamis dévastateurs (Sumatra 2004, 2005, 2007; Chili
2010 et Japon 2011) ne sont pas rares à l’échelle mondiale. (Le Pacifique
est souvent touché.)
- La France métropôle n’est pas exposée à un tel aléa mais les Antilles le
sont probablement (l’aléa reste mal connu).
- L’aléa de séisme et tsunami est fort en certaines régions de la
Méditerranée.
- Nous ne pouvons pas prédire les séismes à court terme, mais pouvons
“prévoir” à long terme (l’amplitude, l’endroit). Cependant il faut des
observations à long terme et des études approfondies sur zone (travaux
effectués à Brest).
- La bonne construction (parasismique) et l’éducation peuvent sauver les
populations locales.
- effondrement d’île volcanique (exemple La Palma, Canaries)
- impact de méteorite (extinction des dinosaures?)
Il y a 65 millions d’années
une méteorite d’environ 10
km de diamètre a heurté la
terre près de Yucatan
(Mexique). Des dépôts de
méga-tsunamis ont été
trouvés à terre à plus de
200 km des côtes.
-glissement sous-marin (sédiments de pente continentale)
glissement de Storegga 6000 av.J.C.
volume = 3000 km3
Quantifier le séisme =
Estimer la magnitude
• La magnitude est
directement liée
– à la taille de la
zone de rupture
– au déplacement
Mw = 2/3*log( M0 ) - 10.7 avec M0 =µDS