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3.6 : L'essentiel sur les tremblements de terre - Géosciences

3.6 : L'essentiel sur les tremblements de terre - Géosciences


Les tremblements de terre sont ressentis à la surface de la Terre lorsque l'énergie est libérée par des blocs de roche glissant les uns sur les autres, c'est-à-dire que l'énergie sismique ainsi libérée voyage à travers la Terre sous forme d'ondes sismiques. La plupart des séismes se produisent le long des limites des plaques actives. Des séismes intraplaques (pas le long des limites des plaques) se produisent et sont encore mal compris. Le programme USGS Earthquakes Hazards a une carte en temps réel montrant les tremblements de terre les plus récents.

Comment se produisent les tremblements de terre

La libération d'énergie sismique s'explique par la théorie du rebond élastique. Lorsque la roche est sollicitée au point de subir une déformation fragile, l'endroit où se produit la rupture initiale de décalage entre les blocs faillés est appelé foyer. Ce décalage se propage le long de la faille, appelée plan de faille.

Les blocs faillés de failles persistantes comme la faille Wasatch (Utah), qui montrent des mouvements récurrents, sont verrouillés ensemble par friction. Sur des centaines à des milliers d'années, la contrainte s'accumule le long de la faille jusqu'à ce qu'elle surmonte la résistance de frottement, brisant la roche et amorçant le mouvement de la faille. Les roches ininterrompues déformées reviennent à leur forme d'origine dans un processus appelé rebond élastique. Pensez à plier un bâton jusqu'à ce qu'il se brise ; l'énergie stockée est libérée et les morceaux cassés reviennent à près de leur orientation d'origine.

En flexion, la déformation ductile des roches à proximité d'une faille reflète une accumulation de contraintes. Dans les zones sujettes aux tremblements de terre comme la Californie, des jauges de contrainte sont utilisées pour mesurer cette flexion et aider les sismologues, les scientifiques qui étudient les tremblements de terre, à mieux comprendre comment les prédire. Aux endroits où la faille n'est pas verrouillée, la contrainte sismique provoque en continu, le déplacement progressif entre les blocs de faille appelé fluage de faille. Le fluage de faille se produit le long de certaines parties de la faille de San Andreas (Californie).

Après un séisme initial, l'application continue de contraintes dans la croûte provoque la reprise de l'énergie élastique pendant une période d'inactivité le long de la faille. La contrainte élastique accumulée peut être périodiquement libérée pour produire de petits tremblements de terre sur ou à proximité de la faille principale appelés préchocs. Les pré-chocs peuvent se produire des heures ou des jours avant un grand tremblement de terre, ou peuvent ne pas se produire du tout. La principale libération d'énergie lors du séisme majeur est connue sous le nom de choc principal. Les répliques peuvent suivre le choc principal pour ajuster la nouvelle contrainte produite pendant le mouvement de la faille et diminuer généralement avec le temps.

Focus et épicentre

Le foyer du séisme, également appelé hypocentre, est le point initial de rupture et le déplacement de la roche se déplace de l'hypocentre le long de la surface de la faille. Le foyer ou l'hypocentre du séisme est le point le long du plan de faille à partir duquel les ondes sismiques initiales se propagent vers l'extérieur et se situe toujours à une certaine profondeur sous la surface du sol. À partir du foyer, le déplacement de la roche se propage vers le haut, vers le bas et latéralement le long du plan de faille. Ce déplacement produit des ondes de choc appelées ondes sismiques. Plus le déplacement entre les blocs de faille opposés est important et plus le déplacement se propage le long de la surface de la faille, plus l'énergie sismique est libérée et plus la quantité et la durée des secousses sont importantes. L'épicentre est l'emplacement sur la surface de la Terre verticalement au-dessus du foyer. C'est l'endroit que la plupart des reportages donnent car c'est le centre de la zone où les gens sont touchés.

Ondes sismiques

Pour comprendre les tremblements de terre et comment l'énergie des tremblements de terre se déplace à travers la Terre, considérez les propriétés de base des ondes. Les vagues décrivent comment l'énergie se déplace à travers un milieu, comme la roche ou les sédiments non consolidés dans le cas des tremblements de terre. L'amplitude des vagues indique la magnitude ou la hauteur du mouvement sismique. La longueur d'onde est la distance entre deux pics successifs d'une onde. La fréquence d'onde est le nombre de répétitions du mouvement sur une période de temps, cycles par unité de temps. La période, qui est le temps nécessaire à une onde pour parcourir une longueur d'onde, est l'inverse de la fréquence. Lorsque plusieurs ondes se combinent, elles peuvent interférer les unes avec les autres (voir figure). Lorsque les ondes se combinent de manière synchronisée, elles produisent des interférences constructives, où l'influence d'une onde s'ajoute et amplifie l'autre. Si les ondes ne sont pas synchronisées, elles produisent des interférences destructrices, ce qui diminue les amplitudes des deux ondes. Si deux ondes combinées ont la même amplitude et la même fréquence mais sont désynchronisées d'une demi-longueur d'onde, l'interférence destructive qui en résulte peut éliminer chaque onde. Ces processus d'amplitude, de fréquence, de période et d'interférence constructive et destructive des vagues déterminent la magnitude et l'intensité des tremblements de terre.

Les ondes sismiques sont l'expression physique de l'énergie libérée par le rebond élastique de la roche à l'intérieur des blocs de faille déplacés et sont ressenties comme un tremblement de terre. Les ondes sismiques se présentent sous forme d'ondes corporelles et d'ondes de surface. Les ondes corporelles passent sous terre à travers le corps intérieur de la Terre et sont les premières ondes sismiques à se propager hors du foyer. Les ondes corporelles comprennent les ondes primaires (P) et les ondes secondaires (S). Les ondes P sont les ondes corporelles les plus rapides et se déplacent à travers la roche par compression, un peu comme les ondes sonores se déplacent dans l'air. Les particules de roche se déplacent d'avant en arrière pendant le passage des ondes P, leur permettant de voyager à travers les solides, les liquides, le plasma et les gaz. Les ondes S se déplacent plus lentement, suivant les ondes P, et se propagent sous forme d'ondes de cisaillement qui déplacent les particules rocheuses d'un côté à l'autre. Parce qu'elles sont limitées au mouvement latéral, les ondes S ne peuvent traverser que les solides mais pas les liquides, le plasma ou les gaz.

Les ondes P sont compressives.

Lors d'un tremblement de terre, les ondes corporelles traversent la Terre et pénètrent dans le manteau sous la forme d'un front d'onde subsphérique. Considérant un point sur un front d'onde, le chemin suivi par un point spécifique sur le front d'onde qui s'étend est appelé rayon sismique et un rayon sismique atteint un sismographe spécifique situé dans l'une des milliers de stations de surveillance sismique dispersées sur la Terre. La densité augmente avec la profondeur de la Terre, et comme la vitesse sismique augmente avec la densité, un processus appelé réfraction fait que les rayons du tremblement de terre s'éloignent de la verticale et se replient vers la surface, traversant différents corps de roche en cours de route.

Les ondes de surface sont produites lorsque les ondes corporelles du foyer frappent la surface de la Terre. Les ondes de surface voyagent le long de la surface de la Terre, rayonnant vers l'extérieur depuis l'épicentre. Les ondes de surface prennent la forme d'ondes roulantes appelées Raleigh Waves et d'ondes latérales appelées Love Waves (regardez des vidéos pour des animations de propagation d'ondes). Les ondes de surface sont produites principalement lorsque les ondes S plus énergétiques frappent la surface par le bas avec une certaine énergie des ondes de surface apportée par les ondes P (vidéos avec l'aimable autorisation de blog.Wolfram.com). Les ondes de surface se déplacent plus lentement que les ondes corporelles et en raison de leur mouvement horizontal et vertical complexe, les ondes de surface sont responsables de la plupart des dommages causés par un tremblement de terre. Les vagues d'amour produisent des tremblements de terre principalement horizontaux et, ironiquement d'après leur nom, sont les plus destructrices. Les ondes de Rayleigh produisent un mouvement elliptique avec dilatation et compression longitudinales, comme les vagues océaniques. Cependant, les ondes de Raleigh provoquent le déplacement des particules rocheuses dans une direction opposée à celle des particules d'eau dans les vagues océaniques.

La Terre a été décrite comme sonnant comme une cloche après un tremblement de terre avec une énergie sismique se réverbérant à l'intérieur. Comme les autres ondes, les ondes sismiques se réfractent (se plient) et rebondissent (se réfléchissent) lorsqu'elles traversent des roches de densités différentes. Les ondes S, qui ne peuvent pas se déplacer dans les liquides, sont bloquées par le noyau externe liquide de la Terre, créant une zone d'ombre d'onde S sur le côté de la planète opposé au foyer du séisme. Les ondes P, d'autre part, traversent le noyau mais sont réfractées dans le noyau par la différence de densité à la frontière noyau-manteau. Cela a pour effet de créer une zone d'ombre d'onde P en forme de cône sur des parties de l'autre côté de la Terre à partir du foyer.

Séisme de Tohoku 2011, Mag. 9.0. Ondes de corps et de surface de seismicsoundlab sur Vimeo.

Sismicité induite

Les tremblements de terre connus sous le nom de sismicité induite se produisent à proximité des sites d'extraction de gaz naturel en raison de l'activité humaine. Injection de fluides résiduaires dans le sol, généralement un sous-produit d'un processus d'extraction de gaz naturel connu sous le nom de fractionnement, peut augmenter la pression extérieure exercée par le liquide dans les pores d'une roche, appelée pression interstitielle [5; 6]. L'augmentation de la pression interstitielle diminue les forces de friction qui empêchent les roches de glisser les unes sur les autres, lubrifiant essentiellement les plans de faille. Cet effet provoque des tremblements de terre à proximité des sites d'injection, dans une activité d'origine humaine connue sous le nom de sismicité induite [5]. L'augmentation significative de l'activité de forage dans le centre des États-Unis a stimulé la nécessité d'éliminer des quantités importantes de fluide de forage résiduel, entraînant un changement mesurable du nombre cumulé de tremblements de terre subis dans la région.


Voir la vidéo: Comprendre les tremblements de terre au Québec - Dans le cadre de la Grande Secousse