Science et technologie s1378

Les tremblements de terre

​​​Un tremblement de terre, ou séisme, est une secousse plus ou moins violente de la croûte terrestre résultant de la libération d'une grande quantité d'énergie dans la lithosphère.  

La croûte terrestre est divisée en plusieurs plaques tectoniques. Ces plaques bougent de quelques centimètres par année sous l’effet des mouvements de convection du magma à l’intérieur du manteau.

Puisque la lithosphère est principalement solide, lorsqu'elle est soumise à des forces internes de la Terre, cette partie emmagasine de l'énergie et se déforme graduellement. Lorsque la tension est trop forte, il se produit une rupture. Bref, lorsqu'il y a un tremblement de terre, le sol va se déplacer brusquement de quelques centimètres à plusieurs mètres. On ressent alors les vibrations du sol. Plus précisément, un tremblement de terre est le résultat d'une libération brusque d'énergie accumulée par les forces exercées sur les roches.

La formation des tremblements de terre

Les séismes peuvent être d'origine naturelle (tectonique ou volcanique) ou d'origine artificielle.

  • Les séismes d'origine tectonique sont causés par le mouvement des plaques tectoniques. Ce sont les séismes les plus fréquents et les plus dévastateurs. Lors du frottement de deux plaques tectoniques, une pression est exercée sur les roches de la lithosphère. Lorsque la lithosphère a atteint la limite de son élasticité, toute l'énergie accumulée dans la lithosphère est libérée ce qui provoque un tremblement de terre. Des séismes peuvent également se produire lorsque deux plaques entrent en collision ou si elles s'éloignent l'une de l'autre.

  • Les séismes d'origine volcanique sont causés par l'accumulation de magma dans un volcan. Ils sont généralement les signes avant-coureurs d'une éruption volcanique. Ces séismes causent moins de dégâts que ceux d'origine tectonique.

  • Les séismes d'origine artificielle sont causés suite à certaines activités humaines qui perturbent l'intégrité de la lithosphère. La mise en eau d’un grand barrage, l’exploitation de gaz, les tirs d’exploration sismique, les tirs de mines et de carrières, les essais nucléaires souterrains et l’effondrement des anciennes mines sont des exemples de séismes provoqués par l’activité humaine.

Exemple de conséquences d'un tremblement de terre.

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Le foyer et l'épicentre d'un tremblement de terre

Le foyer d'un tremblement de terre représente le lieu d'où partent les vibrations du séisme. Il peut être situé tout près de la surface ou jusqu’à 700 km de profondeur. C’est là où le séisme a réellement lieu.

L'épicentre d'un séisme correspond au point sur la surface terrestre qui se situe à la verticale du foyer. C’est là où les secousses sont les plus intenses et d’où partent les vibrations.

Peu importe l'origine du tremblement de terre considérée, une très forte pression s'exerce dans la lithosphère. Les vibrations provoquées par cette pression se propagent dans toutes les directions. On nomme ces vibrations les ondes sismiques.

L'endroit dans la croûte terrestre d'où originent les ondes sismiques constitue le foyer d'un tremblement de terre. On le nomme parfois hypocentre. C'est l'endroit, dans la zone de rupture, où l'énergie est fortement libérée. La secousse la plus intense sera ressentie en surface vis-à-vis le foyer. Cet endroit se nomme l'épicentre d'un séisme.


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La sismologie et la répartition des séismes

La sismologie est la science qui étudie les tremblements de terre.

Les tremblements de terre ont longtemps été considérés comme des messages divins. Ce n'est que vers les années 1600 que les populations ont commencé à les considérer comme des phénomènes naturels. Longtemps basée uniquement sur des observations, il a fallu attendre le début du 20e siècle pour que la science des tremblements de terre se précise. Cette science se nomme la sismologie.

Les gens qui étudient les phénomènes de tremblement de terre sont nommés sismologues. L’instrument qui mesure les vibrations du sol et qui les enregistre se nomme sismographe. Le graphique produit par le sismographe s’appelle sismogramme.

​Sismographe​Sismogramme
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On pourrait penser que les tremblements se produisent un peu n’importe où sur la Terre, mais ce n’est pas du tout le cas. La répartition des séismes vient appuyer la théorie de la tectonique des plaques. Toutes les plaques se déplacent les unes par rapport aux autres. On retrouve la grande majorité des séismes aux frontières des plaques tectoniques.

Carte des zones à forte activité sismique (cliquer pour agrandir)

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On retrouve les séismes dans les zones de divergence ou d’écartement qui donnent naissance aux dorsales océaniques. Ces zones sont le siège de nombreux tremblements de terre relativement modérés.

On retrouve aussi des séismes dans les zones de convergence, d’affrontement qui correspondent aux zones de subduction. C’est là qu’on retrouve les tremblements de terre les plus violents et ceux qui ont un foyer les plus profonds.

Citons comme exemple de zone de convergence la limite entre la plaque océanique Juan de Fuca et la plaque continentale nord-américaine. Cette zone de subduction se nomme Cascadia et traverse les profondeurs du sud de l'île de Vancouver au Canada. Comme le démontre le schéma, c’est le continent qui se déplace vers l’ouest et la plaque océanique qui s'enfonce sous lui.

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On retrouve des séismes dans les zones de coulissage qui sont caractérisées par des failles. Les failles sont des cassures de plaques et les deux morceaux de plaque peuvent alors glisser l’un sur l’autre provoquant des séismes dont le foyer est près de la surface. On distingue trois types de faille : la faille normale qui accompagne une extension, la faille inverse qui accompagne une compression et les décrochements qui accompagnent les mouvements de coulissage.

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Finalement les zones de collision entre continents sont aussi des zones où l’on retrouve de l’activité sismique. On retrouve aussi de l'activité sismique intraplaque, c'est-à-dire à l'intérieur même des plaques lithosphériques. Les séismes associés aux volcans de points chauds en sont des exemples.

Par contre, les séismes de la région de Charlevoix, au Québec, sont des séismes intraplaques continentales, mais ils ne sont pas reliés aux volcans.

L'échelle de Richter et l'échelle de Mercalli

On enregistre environ 100 000 séismes à travers le monde durant une année. La grande majorité d’entre eux ne sont même pas ressentis par les humains. Il existe plusieurs échelles de mesure qui servent à déterminer l'importance d'un tremblement de terre. Parmi celles-ci, l'échelle de Richter et l'échelle de Mercalli sont les plus utilisées en Amérique du Nord.

L'échelle de Richter est la façon la plus connue de mesurer les tremblements de terre. Elle porte le nom de son créateur, Charles Richter, qui l'a créée en 1935. Cette échelle est généralement graduée de 1 à 9, mais un tremblement de terre pourrait dépasser cette valeur. La magnitude y est calculée à partir de l’énergie dégagée à partir du foyer. Sur l'échelle de Richter, l'augmentation d'une unité dans la magnitude signifie une multiplication par 10 au niveau de la puissance. Ainsi, un séisme de magnitude 6 est 10 fois plus puissant qu’un séisme de magnitude 5. Donc, un séisme de magnitude 6 sera 100 fois plus puissant qu’un séisme de magnitude 4. Puisqu'elle se base sur l'énergie dégagée et non sur les dégâts causés, on peut qualifier l'échelle de Richter comme étant objective.

Description Magnitude Effets Fréquence
MicroMoins de 1,9Micro tremblement de terre, non ressenti8 000 par jour
Très mineur2,0 à 2,9Généralement non ressenti mais détecté/enregistré1 000 par jour
Mineur3,0 à 3,9Souvent ressenti mais causant rarement des dommages50 000 par an
Léger4,0 à 4,9Secousses notables d'objets à l'intérieur des maisons, bruits d'entrechoquement. Dommages importants peu communs6 000 par an
Modéré5,0 à 5,9Peut causer des dommages majeurs à des édifices mal conçus dans des zones restreintes. Cause de légers dommages aux édifices bien construits800 par an
Fort6,0 à 6,9Peut être destructeur dans des zones allant jusqu'à 180 kilomètres à la ronde si elles sont peuplées120 par an
Majeur7,0 à 7,9Peut provoquer des dommages modérés à sévères dans des zones plus vastes18 par an
Important8,0 à 8,9Peut causer des dommages sérieux dans des zones à des centaines de kilomètres à la ronde1 par an
Dévastateur9,0 et plusDévaste des zones sur des milliers de kilomètres à la ronde1 à 5 par siècle environ

En Amérique du Nord, on utilise aussi l’échelle modifiée d’intensité de Mercalli (MM) pour quantifier le degré d’effet de surface. L’intensité d’un séisme, dans ce cas, est déterminée par l'ampleur des dégâts causés par le séisme et la perception qu'a eue la population de ce séisme. Il s'agit donc d'une échelle subjective.

Degré Étendue des dégâts observés
IAucun mouvement n'est perçu. Le séisme n'est détecté que par des instruments sensibles et quelques personnes dans des conditions particulières.
IIQuelques personnes peuvent sentir un mouvement si elles sont au repos et/ou dans les étages élevés de grands immeubles.
IIIÀ l'intérieur de bâtisses, beaucoup de gens sentent un léger mouvement. Les objets suspendus bougent. En revanche, à l'extérieur, rien n'est ressenti.
IVÀ l'intérieur, la plupart des gens ressentent un mouvement. Les objets suspendus bougent, mais aussi les fenêtres, plats, assiettes, loquets de porte.
VLa plupart des gens ressentent le mouvement. Les personnes sommeillant sont réveillées. Les portes claquent, la vaisselle se casse, les tableaux bougent, les petits objets se déplacent, les arbres oscillent, les liquides peuvent déborder de récipients ouverts.
VITout le monde sent le tremblement de terre. Les gens ont la marche troublée, les objets et tableaux tombent, le plâtre des murs peut se fendre, les arbres et les buissons sont secoués. Des dommages légers peuvent se produire dans des bâtiments mal construits, mais aucun dommage structural.
VIILes gens ont du mal à tenir debout. Les conducteurs sentent leur voiture secouée. Quelques meubles peuvent se briser. Des briques peuvent tomber des immeubles. Les dommages sont modérés dans les bâtiments bien construits, mais peuvent être considérables dans les autres.
VIIILes chauffeurs ont du mal à conduire. Les maisons avec de faibles fondations bougent. De grandes structures telles que des cheminées ou des immeubles, peuvent se tordre et se briser. Les bâtiments bien construits subissent de légers dommages, contrairement aux autres qui en subissent de sévères. Les branches des arbres se cassent. Les collines peuvent se fissurer si la terre est humide. Le niveau de l'eau dans les puits peut changer.
IXTous les immeubles subissent de gros dommages. Les maisons sans fondation se déplacent. Quelques conduits souterrains se brisent. La terre se fissure.
XLa plupart des bâtiments et leurs fondations sont détruits. Il en est de même pour quelques ponts. Des barrages sont sérieusement endommagés. Des éboulements se produisent. L'eau est détournée de son lit. De larges fissures apparaissent sur le sol. Les rails de chemin de fer se courbent.
XILa plupart des constructions s'effondrent. Des ponts sont détruits. Les conduits souterrains sont détruits.
XIIPresque tout est détruit. Le sol bouge en ondulant. De grands pans de roches peuvent se déplacer.

Il est important de ne pas confondre magnitude et intensité. On peut calculer la magnitude, mais on estime l’intensité. La magnitude est une valeur qu’on associe au séisme uniquement tandis que l’intensité est associée au lieu d’observation ainsi deux tremblements de terre peuvent avoir la même magnitude, la même énergie dégagée et ne pas avoir la même intensité en surface, ne pas avoir causé les mêmes dommages.

Un tsunami est une série d'ondes océaniques qui sont créés par un mouvement dans le fond de l'océan ou par un tremblement de terre.

Lorsqu'un tremblement de terre se produit dans l'eau, une grande masse d'eau est déplacée. En eau profonde, les vagues du tsunami peuvent voyager à plus de 800 km/h, tout en ne dépassant pas quelques décimètres de hauteur. Lorsque ces vagues se rapprochent des côtes, la vitesse diminue, mais l'amplitude devient de plus en plus grande: les vagues peuvent atteindre plus de 10 m de hauteur.

Le tsunami se forme en cinq étapes:

  1. Tout d'abord, les côtes sont à leur état normal.
  2. Un tremblement de serre se produit, créant une faille dans le sol qui amène la formation de la première vague.
  3. Le tsunami se propage de part et d'autre de la faille.
  4. Les vagues arrivent à proximité des côtes.
  5. Le tsunami touche le sol.

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L'amplitude des vagues du tsunami dépend de plusieurs facteurs, dont l’intensité du séisme. Le niveau d'affaissement du fond de l'océan lors du tremblement de terre, la présence de barrières naturelles (comme les récifs coralliens).


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