TPE 1re S - LAVOISIER 75005
LES SEISMES
Même si les moyens de protection ont fortement évolué, les Hommes ont toujours recherché comment prédire les séismes avant qu’ils aient lieu ; ainsi, les moyens de prédiction ont changé au fil des époques. On dégage aujourd’hui 2 types de prévisions : la prévision à long terme et la prévision à court terme.
La prévision à long terme détermine l’aléa sismique d’une région, c’est a dire la probabilité d’occurrence de séismes importants dans une région.
C’est le moyen de prévision le moins précis : il permet de déterminer l’arrivée d’un séisme sur plusieurs dizaines d’années. Ainsi, les sismologues peuvent prédire un séisme dans une certaine région, mais ne peuvent dire si il aura lieu dans dix ans, vingt ans ou même cent ans.
Les techniques utilisées restent cependant assez fiables, du moins comparées aux autres types de prévisions.
- Analyse de la sismicité historique
La sismicité historique peut être définie par la récurrence des séismes en un lieu précis ainsi que leur périodicité dans le temps. Les chercheurs se focalisent surtout sur les séismes possédant une intensité élevée sur l’échelle MSK. Ils déterminent ainsi un temps de récurrence entre les séismes dans une région. Ce dernier correspond à l'intervalle de temps entre deux séismes successifs sur la même portion de faille. Il exprime théoriquement le temps nécessaire à l'accumulation des contraintes pour aboutir à une nouvelle rupture. Dans les régions à forte sismicité comme les Antilles, ce temps de récurrence peut être de quelques dizaines à quelques centaines d'années. Classiquement, les temps de récurrence pour des séismes forts (magnitude supérieure à 7) sont de 50 à 2000 ans. Les travaux portants sur la sismicité historique sont surtout réalisés par des historiens.
L’indice de sismicité (nombre annuel de séismes par an dans une région donnée) découle aussi de ces recherches. Il varie fortement en fonction des zones : il est par exemple de 1400 par an au Japon, de 20 par an en France ou encore de 0 par an en Suède.
L’archéologie peut également être utile dans la découvert d’ancien séismes : on parle alors d’archéosismologie.
- Analyse de la sismicité instrumentale
C’est l’étude des caractéristiques des séismes à partir des données enregistrées par les capteurs des réseaux de surveillance ou de recherche. Les instruments de mesures enregistrent tous les séismes dans une zone, même de faible magnitude. Ainsi, les chercheurs peuvent déterminer les zones à fort risque sismique.
- Identification des failles actives
Les sismologues cherchent à identifier les failles actives afin de déterminer la venue d’un séisme dans les années qui suivent, de façon approchée : ils peuvent annoncer qu’un tremblement de terre va avoir lieu dans la zone d’une faille connue, mais ne savent pas avec précision la date. Une faille active est définie comme une fracture plane ou légèrement gauche de l'écorce terrestre, le long de laquelle des déplacements tectoniques peuvent se produire. Une faille peut être définie comme active si elle montre des évidences de déplacements récents.
Ces techniques de prévision à long terme permettent la création de cartographie de l’aléa à l’échelle régionale.
Cette cartographie de l’aléa est très utile pour la prévision à court terme, ou prédiction des séismes ; les techniques utilisées sont en effet assez coûteuses, et réduire la zone étudiée est très intéressant pour réduire les dépenses.
Les séismologues ont toujours cherché à prévoir la date, le lieu et la magnitude d’un tremblement de terre de façon exacte. Ils ont donc analysé les signes précurseurs de grands séismes, ce qui leur a permis de mettre au point différentes techniques de prévision.
- Le comportement des animaux
Dans son ouvrage La Terre, le géographe Elisée Reclus (1830-1905) écrit: " C'est une opinion presque universellement répandue, mais non encore confirmée d'une manière tout à fait irréfutable, que les animaux témoignent la plus grande inquiétude à l'approche des tremblements de terre” ; des témoignages historiques décrivent en effet des comportements d’animaux anormaux à l’approche d’un séisme.
Des chercheurs ont alors étudié en laboratoire les seuils de sensibilité de certains animaux à des stimulis géophysiques. Ainsi, il apparaît que certains poissons et oiseaux perçoivent beaucoup mieux que les humains les sons de fréquence inférieure à 40 Hz ; les poissons-chats (responsables des tremblements de terre dans le folklore japonais) possèdent une ligne latérale extrêmement sensible aux faibles changement de champ électrique qui peuvent être produits dans les premiers stades d'un séisme.
Les auteurs concluent que beaucoup de rapports de pressentiment sismique des animaux ont sans doute quelque fondement réel. Cependant, ces comportements restent difficiles à analyser du point de vue de l’homme ; cette méthode ne peut donc pas prévenir totalement l’arrivée de tous les séismes.
- Augmentation de la micro-sismicité
Micro-sismicité : tremblement de terre de faible amplitude uniquement décelable à l'aide d'instruments
Dans une région, à l’approche d’un séisme de grande magnitude , la microsismicité de cette dernière a tendance à augmenter. Ainsi, cette augmentation peut être un signe précurseur de l'arrivée d’un puissant tremblement de terre. Ce n’est cependant pas observée pour tous les tremblements de terre : dans certains cas, l’augmentation de la microsismicité est suivie d’une période de “calme” sismique, que les chercheurs ne peuvent calculer ; dans d’autres cas, ce décuplement de microséismes n’est pas suivie de séisme de grosse ampleur. Cette méthode ne peut ainsi pas être utilisée toute seule pour prédire l’arrivée de séismes.
- Augmentation de la concentration en radon des eaux souterraines proches d'une faille active
Radon : Élément chimique 86 (Rn). Gaz naturel rare incolore, radioactif, dépourvu d’odeur et de goût. Cancérigène (surtout au niveau des poumons).
Ce phénomène est observé la première fois lors du séisme de Tachkent (1966) en Ouzbékistan. Cette augmentation est due aux frictions dans la roche causées par des contraintes à l’approche de la rupture provoquant le séisme. Ces frictions causent une fracture de la roche, ce qui entraînent une remontée vers la surface du radon piégé dans les roches profondes. En effet, du radon est constamment créé dans les profondeurs de la croûte terrestre jusque dans les sols les plus superficiels, du fait de la présence naturelle d'uranium ou de radium, même en traces, dans toutes les formations rocheuses.
Cette technique a suscité une vague d’espoir dans la communauté scientifique : cependant, l’augmentation en radon n’est pas présente au début de chaque séisme de magnitude élevée. Comme pour l’augmentation de la microsismicité, elle peut alors n’être utilisé que couplée avec d’autres techniques.
Un poisson-chat
Après l'échec de la méthode de la dilatance-diffusion, Richter (l’inventeur de l’échelle des magnitudes) commenta en 1977 : « Les journalistes et le public bondissent sur la moindre évocation d’un moyen infime qu’on peut prévoir les séismes, comme des cochons affamés se ruent sur leur mangeoire. Ces éléments de prédiction sont un terrain de jeu pour les amateurs, les névrosés et les charlatans avides de publicité médiatique.»
Cependant, de nouvelles techniques virent le jour :
- La méthode VAN
La méthode VAN ( mise au point par les chercheurs grecs Varotsos, Alexandropoulos et Nomikos), proposée au début des années 80, est encore en phase d'élaboration. Elle est basée sur les mesures des courants électrotelluriques.
L'analyse des fluctuations de la différence de potentiel mesurée entre deux électrodes impolarisables enterrées et distantes d'une dizaine à quelques centaines de mètres, permet d'identifier des signes anormaux, dits "SES" (seismic electric signal). L'interprétation d'un SES se fait sur la base des observations passées, recueilles à la même station et corrélées à des séismes régionaux. Cette technique permet la prédiction d'un séisme avec des performances annoncées comme moins de trois semaines de délai, une incertitude de localisation inférieure à 120 km et une erreur de magnitude de 0.7 pour des séismes de magnitude supérieure à 5.
Des dizaines de prédictions ont été faites mais il est très difficile de connaître l'efficacité véritable de cette méthode qui a été très critiquée :
-> le principal problème pour les chercheurs est la difficulté à expliquer l'origine de ces signaux et la cause de leur propagation dans la croûte. Les inventeurs de la méthode expliquent ces courants en faisant appel à la propriété de piézoélectricité du quartz: une contrainte appliquée sur du quartz, comme dans un séisme, crée un courant électrique.
Piézoélectricité : propriété de certains corps de se polariser électriquement (générer un champ ou un potentiel électrique) sous l'action d'une contrainte mécanique.
De nombreuses études ont été faites sur ce sujet et les résultats ne sont pas toujours concluants.
A ces questions de validité de la méthode VAN s'ajoute le problème d'utiliser cette méthode ailleurs. Les tests ont en effet eu lieu seulement en Grèce, pays avec un fort risque sismique. Ainsi, peut être que la technique fonctionne ici, mais ne fonctionnera pas dans un autre pays ; il faudrait alors attendre que de nombreux séismes aient lieu dans une région pour étalonner le système et prédire les séismes touchant ensuite cette région : problématique pour une méthode de prédiction.
De plus, les exemples apportés par le groupe VAN concernent une grande majorité de séismes de magnitude inférieure à 5, les moins dangereux pour les populations.
Cette méthode reste fortement contestée par la communauté scientifique internationale; les prédictions sont loin d'être systématiques pour les plus gros séismes.
Une analyse approfondie de cette méthode et de ses résultats est nécessaire et plusieurs équipes de recherche, situées surtout au Japon et en Grèce, essayent d'éclaircir les points qui demeurent obscurs actuellement.
- Thérmométrie
Cette méthode n’a été développée qu’a partir des années 80 ; les chercheurs ne savaient pas encore si les variations de températures à l’approche d’un séisme étaient forcément liées à ce dernier. Cette technique n’est ainsi pas complètement fiable : l’augmentation de la température dans une région peut être lié à un phénomène météorologique, voire même à l’utilisation d’instruments de récolte de données pour les séismologues.
Ces anomalies ont par exemple été observées avant les séismes d’Izmit et Taiwan (1999).
L’élévation de la température de quelques degrés quelques jours avant l’événement pourrait s’expliquer par les phénomènes suivants :
-> la chaleur dégagée par la friction des roches sous contraintes en élévation est diffusée thermiquement par les roches jusqu’à la surface
-> le déplacement d’électrons vers la surface, leur accumulation et leur décharge pourraient provoquer l’échauffement de l’atmosphère (« Earthquake Lights »)
-> la décharge de gaz, dont CO2 et radon, crée un effet de serre local.
Les observations se font par capteurs de températures et satellites infrarouges (IR).
La difficulté principale de la méthode consiste ainsi à connaître la cause de cette augmentation.
Cette technique n’est donc pas fiable à cent pour cent ; elle n’en est qu’à ses balbutiements.
De plus, il n’y a pas pas encore eu d’annonce de séisme réussie ou ratée à partir de données thermométriques.
- Perturbations de la ionosphère
De nombreux travaux russes et japonais ont été consacrés depuis 40 ans aux perturbations des couches ionisées de l’ionosphère précédant de quelques jours les séismes. Ces observations peuvent être interprétées comme le résultat de la propagation dans la haute atmosphère d'ondes de gravité ou d'ondes acoustiques engendrées par les mouvements du sol, non seulement au voisinage de l'épicentre, mais également à grande distance lorsque les ondes sismiques se propagent tout autour de la Terre.
Ces perturbations ont pu être étudiées depuis 2004 grâce au satellite français DEMETER (Detection of Electro-Magnetic Emissions Transmitted from Earthquake Regions).
Cette technique n’est pas encore totalement fiable ; son principal défaut reste la différenciation à faire entre les pertubations dues aux séismes et les autres, telles que les tempêtes solairesterrestres, géomagnétiques, et même troposphériques.
- Géodésie spatiale
Géodésie : Science qui a pour objet l'étude de la forme et la mesure des dimensions de la terre.
C’est actuellement la méthode pour laquelle les chercheurs sont les plus optimistes.
Deux types de mesures géodésiques sont utilisées dans la prévision sismique : le nivellement et la triangulation :
-> le nivellement permet de mesurer les déplacements verticaux de la surface
-> la triangulation sert à déterminer les angles et les distances horizontales.
En comparant des mesures faites à des instants différents, on peut donc déterminer la déformation verticale et horizontale en fonction du temps. Des mesures géodésiques de la déformation sont réalisées à intervalles réguliers autour de la faille de San Andreas et d'autres failles actives en Californie, ainsi que dans plusieurs régions du Japon.
La géodésie est actuellement l'objet d'une profonde mutation avec l'introduction des méthodes spatiales et satellitaires. Des mesures très précises de grandes distances ont été rendues possibles.
Le système DORIS est actuellement le système GPS le plus poussé en terme de calcul de mouvements des plaques.
