.: Les séismes :.
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Quel est le rôle de l'homme dans la prévention et l'apparition des séismes ?

 

 

Le séisme a toujours été l'une des manifestations de la Terre des plus impressionnantes et des plus meurtrières qui existe à ce jour. C'est pourquoi, depuis bien avant l'antiquité, l'homme travail à se mettre à l'abri des séismes. Les hommes ont ainsi essayé de connaître les causes du cataclysme afin que cela ne se reproduise plus jamais. On a ainsi successivement attribué ces phénomènes aux passages des comètes, à la disposition des astres ou encore aux conditions atmosphériques, bien sûr sans résultats …

 

I. Les moyens de lutte et de prévention : l'exemple de la France

 

Souvent à la surprise de bon nombre de personnes, il existe, en France, une activité sismique parfois importante : la cause principale étant le rapprochement entre la plaque africaine et eurasienne. De plus, on remarque que ces séismes se situent près des failles anciennes.

 

Carte de la sismicité française.

 

C'est ainsi que, en France, depuis 1969 les départements sont classés suivant une échelle de risque sismique, basé à la foi sur des données historiques (fréquences d'apparition des séismes) et sur des données scientifiques, telles que l'accélération des ondes par les roches et la présence de deux plaques tectoniques s'affrontant à proximité.

 

Carte simplifiée de la sismicité française.

 

C'est à cette même date qu'ont été définies les normes de construction parasismiques dites PS 69 et le premier zonage sismique qui leur est associé. En effet, ces normes parasismiques sont fonction du risque sismique évalué dans la zone dans laquelle on construit : plus le risque déterminé par les scientifiques est grand et plus les normes de construction sont sévères.

Carte des zones de sismicités en France

La France est alors classée suivant cinq zones, d'après le Décret n°91-461 du 14 mai 1991 (nouvelle définition des zones depuis cette date) :

  • une zone 0 de "sismicité négligeable mais non nulle" où il n'y a pas de prescription parasismique particulière : aucune secousse d'intensité supérieure à VII n'y a été observée historiquement,
  • une zone I de "sismicité faible" où :
    - aucune secousse d'intensité supérieure ou égale à VIII n'a été observée historiquement,
    - la période de retour d'une secousse d'intensité supérieure à VIII dépasse 250 ans,
    - la période de retour d'une secousse d'intensité supérieure à VII dépasse 75 ans.

- une zone Ia de "sismicité très faible mais non négligeable" où :
aucune secousse d'intensité supérieure à VIII n'a été observée historiquement,
les déformations tectoniques récentes sont de faible ampleur;

- une zone Ib de "sismicité faible" où la période de retour d'une secousse d'une intensité VIII est supérieure à 250 ans et/ou la période de retour d'un séisme d'une intensité VII dépasse 75 ans ;

  • une zone II de "sismicité moyenne" où :
    - soit une secousse d'intensité supérieure à VIII a été observée historiquement,
    - soit les périodes de retour d'une secousse d'intensité supérieure ou égale à VIII et d'une secousse
    d'intensité supérieure ou égale à VII sont respectivement inférieures à 250 et 75 ans ;
  • une zone III de "forte sismicité", limitée aux départements de la Guadeloupe et de la Martinique,
    où la sismicité relève d'un contexte différent : celui d'une frontière de plaques tectoniques.
  • quatre zones Ia, Ib, II et III où l'application de règles de construction parasismique est justifiée.

 

Ainsi, suivant la zone dans la quelles les habitations sont placées, elles bénéficient de contrainte en matière de protection sismique (des aides sont néanmoins misent à dispositions des communes) : ainsi, les logements placés en zone Ib ou supérieur, sont tenu par la loi d'être à des normes anti-sismiques qui sont bien sûr proportionnelles au degré de risque de la zone. En plus des normes anti-sismiques, la France mise aussi sur la sensibilisation au phénomène et à ses risques (notamment grâce au site www.prim.net ). Mais quels sont à ce titre les différents moyens anti-sismiques ?

 

II. Les moyens de protection anti-sismique.

 

II.I. Pourquoi un séisme est-il destructeur ?

Les vibrations subies par les versants et les vallées, lors d'un tremblement de terre, induisent de nombreux phénomènes de mouvements de terrain, tels que glissements, éboulements, tassements et liquéfactions de certains sols sableux. Les vibrations provoquent aussi le déclenchement d'avalanches de neige.

 

Etudions maintenant un bâtiment classique : celui-ci est généralement constitué de quatre murs dits « porteurs » qui soutiennent des traverses en béton armé. -Le béton est composé de ciment de sable et de gravier. Lorsque celui-ci est dit « armé », cela signifie qu'il est renforcé à l'aide d'une armature métallique.- C'est sur ces traverses que sont posé les ourdis (Ciment aggloméré) puis ensuite le sol en lui-même. Tous les autres étages suivent ce même schéma, le toit étant ensuite « posé » sur les murs porteurs. Ci-dessous, nous pouvons voir, dans cette coupe transversale de béton armé, la présence de graviers. Ils sont utilisés pour assurer une plus grande résistance au matériau, mais ce n'est pas la seule qualité que doivent avoir les poutres : si la base de la poutre est de longueur x et sa hauteur h, on montre en mécanique que la résistance est d'autant plus grande que xh² est grand.

 

Coupe d'une traverse en béton armé sans son armature

 

 

Pour schématiser, voici une habitation typique décomposée :

 

Imaginons une maison …

 

Celle-ci serait alors constituée de quatre murs porteurs et d'un plancher reposant sur des traverses.

Sur les murs porteurs reposent alors le toit .

 

Cliquez ici pour voir une simulation sur table vibrante.

Un séisme est caractérisé (voir chapitres précédents) par des ondulations du sol, qui peuvent être principalement verticales ou horizontales. Ce sont ces deux ondes qui sont les premiers facteurs de destructions d'habitations. Tandis que les ondes de cisaillement vont faire travailler les murs porteurs, en leur infligeant de nouvelles contraintes. En effet, si le haut du mur porteur est trop décalé par rapport à sa base, il y a risque de rupture. Les ondes de compressions vont elles faire fléchir les traverses de soutient du plancher. Toutes ces nouvelles contraintes s'expliquent avec la relation E=1/2.mv² . Un séisme étant une ondulation du sol, celui-ci donne un mouvement périodique à la structure : à chaque fin de période, il a une forte décélération, c'est à dire qu'il se produit l'absorption de l'énergie cinétique (g). Celle-ci se caractérise alors par une augmentation du poids de la poutre ou du mur, qui risque alors de céder à cause de son poids. Ainsi, pour un séisme de forte intensité, une poutre de 500kg peut voir, de façon répéter mais sporadique, son poids multiplié par 5, c'est-à-dire atteindre un poids de 2500kg !

 

 

 

En reprenant la maquette précédente, voici un schéma des conséquences d'une rupture d'un élément porteur d'une maison :

 

La rupture d'une des poutres de maintient entraînerait l'affaissement du plancher, écrasant alors l'étage du dessous et ses occupants .

 

La fragilisation ou la cassure d'un des murs porteurs risque de déstabiliser l'habitation.

 

Suite à ces secousses, peuvent aussi se produire des « répliques » (ondes, qui « rebondissent » sur un obstacle, puis se répercutent un instant plus tard au même endroit) : les habitations, alors déjà fragilisées, se trouvent alors balayées par ces secousses de faible intensité.

Même si parfois le mur résiste, celui-ci risque aussi de se voir décoller de la maison sous l'effet des oscillations horizontales, comme on peut nettement le voir ici. Un chaînage en béton armé aurait permis d'éviter cela.

Dans le cas des maisons traditionnelles, comme il en a encore beaucoup dans les pays peu développés, les murs sont fait à l'aide de terre sèche et de paille. Cependant, lorsque des contraintes aussi fortes sont exercées, il est impossible à ces habitations de résister, elles se pulvérisent en un tas de terre. Les habitants sont alors ensevelies et leur chances de survies sont encore plus diminuées. C'est justement ce scénario qui se produisit le 27 décembre 2003 à Bam en Ira, faisant plus de 13000 morts.

Earthquake near Bam, Iran Image. Caption explains image.

Un quartier de Bam (Iran) dévasté par le séisme du 27 décembre 2003.

 

Tous comme les maisons, les voies de communication ne sont pas à l'abri des ondes, en particulier les ondes verticales : celle-ci vont en effet soulever le terrain à plusieurs reprises, le déformant et cassant ainsi le bitume situé à la surface ou tordant les voies de chemin de fer. Les routes coupées, il est alors plus difficile aux équipes de secours d'arriver sur place.

 

Séisme en Alaska

Alaska. Ce séisme, qui atteignit la magnitude 9,2 sur l'échelle de Richter, fut l'un des plus violents d'Amérique du Nord. Il dévasta Anchorage et Valdez en 1964.

 

(Séisme d'Izmit en Turquie, 1999)

 

Tremblement de terre de Kobe

 

En janvier 1995, Kobe fut frappée par le tremblement de terre le plus meurtrier que le Japon ait connu depuis 1923. On dénombra plus de 500 000 victimes et des centaines de milliers de personnes se retrouvèrent sans abri. Les infrastructures de la ville furent, en outre, très largement endommagées comme cette voie rapide qui relie Kobe à Osaka. Celle-ci s'est probablement couchée à cause des mouvements horizontaux du séisme.

En plus de toutes ces destructions matérielles, viennent s'ajouter les coupures de courant et les risques d'incendie : en effet, les tuyaux desservants le gaz dans les habitations sont très souvent enterrés. Ceux-ci, suivant les déformations du terrain, risquent d'être percés en laissant place à des fuites, qui peuvent entraîner des incendies ou des explosions.

 

Conséquences du tremblement de terre à Los Angeles (1994)

 

Cette vue aérienne donne l'image d'une rue de Los Angeles après le tremblement de terre du 17 janvier 1994, séisme qui atteignit 6,7 sur l'échelle de Richter, fit 57 morts et détruisit des milliers d'immeubles et d'habitations individuelles. Sur l'image, les flammes jaillissent des canalisations de gaz rompues lors des secousses sismiques. Se propageant aux zones voisines, elles ravagèrent les quelques habitations qui avaient résisté à la violence destructrice du séisme. L'effondrement des trois principales voies d'accès gêna considérablement le travail des équipes de secours se rendant sur les zones les plus touchées pour y donner les premiers soins aux blessés.

 

Plus généralement, l es conséquences d'un séisme dépendent de son amplitude. Autrefois, on utilisait l'échelle de Mercalli qui est plus subjective car elle est fondée sur l'étendue des dégâts et la perception que la population a eu du séisme (voir chapitre précédent ).

Plus la construction est près de l'épicentre, plus les dégâts sont importants.

 

Il existe aussi une conséquence moins connu des séismes : le Tsunami (ou séisme tsunamigénique). Lorsque le séisme se déroule en mer, il peut se produire un déplacement significatif du plancher océanique et se passer le même phénomène que lorsqu'une goûte tombe à la surface d'un récipient rempli de liquide : il y a formation d'une onde à la surface. Ceci peut être causé par deux phénomènes :

- Le glissement de sédiments dans une marge d'accrétion. Les sédiments très volumineux qui composent le prisme d'accrétion, en équilibre instable, peuvent glisser le long du plan de Benioff et entraîner un tsunami exceptionnel.

- Dans les zones de subduction dépourvues de prisme d'accrétion, le principal facteur de déclenchement est la création d'un nouveau plan de rupture, d'une nouvelle faille verticale.

 

[ Image of Tsunami Generation ]

 

L'amplitude de l'oscillation du tsunami peut rester inaperçue en mer, mais, lorsque l'onde s'approche de la côte, et donc à une profondeur plus faible, la vague déferle sur une hauteur qui peut dépasser 30 mètres en balayant le rivage, la masse d'eau suffisant alors à écraser n'importe quelle habitation. Tout comme les séismes, on ne peut pas réellement prévoir le tsunami. Cependant, peut de temps avant son arrivé sur les côtes, on peut observer une baisse significative du niveau de l'eau sur les rivages. (Sa vitesse est voisine des 600 miles par heure)

Très souvent, le plus destructeur, lors de l'arrivé d'un Tsunami, ce n'est pas l'arrivée de la vague elle-même sur les habitations, mais le courant généré lorsque celle-ci se rétracte, entraînant tout sur son passage. (Un Tsunami est rarement composé d'une seule vague, mais de trois à cinq vagues d'intensité croissante)

(ci contre : simulation d'un tsunami)

 

Exemples de Tsunami :

 

Phare Scotch Cap, île d'Umimak, Alaska. Avant le tsunami.

 

Phare Scotch Cap. Après le tsunami ( avril 1946) .

 

 

II.II. Les moyens humains et technique anti-sismique.

Il existe aujourd'hui de nombreux moyens de prévention des séismes, dont le premier passe par la sensibilisation de la population dans les zones les plus exposées. Ainsi, en règle générale, lors d'un séisme, il suffit de s'abriter sous une table solide ou tout meuble résistant, ou rester debout sous un encadrement de porte. Des simulations sont parfois également organisées sur des tables à oscillation, afin que les personnes puissent s'habituer aux secousses et apprendre à se déplacer sans tomber. On conseil aussi aux personnes qui habitent dans des zones à risque d'attacher leur meubles (armoire, étagères... etc.) aux murs afin que ceux-ci ne puissent pas tomber et écraser une personne.

 

LES RÉFLEXES QUI SAUVENT : (d'après www.prim.net)

 

 

 

 Abritez-vous sous un meuble solide

 Éloignez-vous des bâtiments

 

 Coupez l'électricité et le gaz

 Évacuez le bâtiment

 

 

 Écoutez la radio pour connaître les consignes à suivre

 N'allez pas chercher vos enfants à l'école: l'école s'occupe d'eux

 

Malheureusement, si la maison ne peut résister aux secousses, toutes ces méthodes de prévention sont malheureusement inutiles. C'est pourquoi, depuis le début du vingtième siècle, le génie parasismique travaille à la mise en place de maisons résistantes aux séismes. Les gouvernements des pays concernés encouragent ce développement en mettant en place des normes antisismiques dans les zones à risque ( par exemple : obligation de posséder une construction antisismique dans certaines zones, voir chapitre précédant)

La première solution passe par le renforcement d'une habitation existante ou la construction d'une habitation utilisant des matériaux moins fragiles et des piliers qui soutiennent les poutres soutenant les étages. Cependant, en plus d'être chère, cette solution ne convient pas dans le cas de grandes habitations telle que les hauts immeubles : il faudrait dans ce cas des poutres et des murs excessivement résistant, ce qui est impossible de produire de nos jour. Pourtant, certains ingénieurs ont mis au point une nouvelles technologie qui pourrait bientôt permettre d'améliorer le renforcement des habitation (Comme par exemple, les nanotubes de carbone qui sont issus des recherches développées sur les fullerènes, découverts en 1985. Ils sont cent fois plus résistants que l'acier.).

La souplesse : voilà sur quoi mise aujourd'hui le génie parasismique. En effet, plus un matériau est souple, plus celui-ci peut emmagasiner de l'énergie. On préfère alors remplacer les murs par des piliers (plus souple, se déformant plus facilement) : c'est cette souplesse qui va permettre au bâtiment de ne pas se casser si l'ondulation provoque un décalage trop important entre le haut et le bat du bâtiment. Aujourd'hui, on utilise de plus en plus souvent des piliers qui sont des tuyaux en acier de 40 cm de diamètre remplis de ciment. A la base de celui-ci, on place très souvent un système d'amortissement qui limite l'intensité des secousses en isolant la construction du sol. Le plus souvent, les amortisseurs sont constitués d'un matériau polymère, pris en sandwich entre 2 plaques d'acier. L'une des plaques est attachée à la poutre du plafond, et l'autre sur le sol. Selon les simulations informatiques, ces amortisseurs peuvent supporter jusqu'à un séisme d'échelle 6.

 

Séisme de Santa-Clarita : Ici, les amortisseurs n'ont pas réussi à supporter l'intensité de 7.1 sur l'échelle de Richter et se sont brisés.

 

A Taipei se construit en ce moment le plus grand building au monde. Or, on trouve à proximité une zone sismique très active. Comment faire alors pour que ce gigantesque immeuble puisse résister à un séisme ? Les ingénieurs ont alors eu l'idée d'accrocher au dernier étage, une boule de plus de 800 tonnes qui absorbera les vibration. Couplé a des matériaux ultra souple et résistant, le résultat semble satisfaisant : les ingénieurs affirment que le building peut se pencher latéralement d'un mètre cinquante en cas de vents violents ou de séisme, sans risque. Son fonctionnement est simple : en cas de secousses, des capteurs détectent les vibration et actionnent des moteurs qui font se balancer la sphère, en opposition aux ondulation horizontales du sol.

 

http://www.mwlin.olddh.com/~mwlin/taipei101/gallery/albums/userpics/10070/normal_PICT0002red.jpg

Cette sphère, d'une masse de 800 tonnes, permettra de contrebalancer le gratte ciel en cas de séisme.

 

 

Bien sur, avant chaque construction, les maquettes doivent être testées sur table vibrante afin d'estimer leur qualité à résister à un séisme.

une table vibrante en fonctionnement .

 

On évite aussi en règle général de construire dans ces zones :

- sur les bords de versants escarpés

- sur les zones de changements de sol

- à proximité immédiate des failles actives

- aux abords des falaises

- sur des sols meubles en pente (ou en aval de ces sols)

- sur les berges et rivages constitués de terrains meubles

 

Une idée originale

En 1999, un inventeur suisse répondant au nom de Bob Bonjour eu l'idée de changer radicalement l'approche de la conception de la maison antisismique. En effet, son invention, à la forme sphérique, permettant de limiter les contraintes des ondes verticales, repose sur un matelas d'eau, faisant office d'amortisseur. L'habitation devient en quelque sorte totalement indépendante du sol. Pour le moment, cette habitation brevetée est au stade de prototype, mais les premiers essais semblent concluants.

Plan de l'habitation.

 

II.III. Un exemple de prévention : Le Japon

 

Depuis son antiquité, le Japon est traversé par des séismes, ce qui a contraint ses habitants à s'adapter à ces conditions hostiles. Ainsi, les premières habitations traditionnelles japonaise ont toujours été construites suivant un principe simple : les murs sont en papier, la maison est sur un seul ou deux étages, elle est en bois et repose sur des piliers. A l'intérieur de celle-ci, il n'y a aucun meuble : on dors à même le seul et les vêtements sont rangé dans une unique armoire, située dans les profondeurs de la maisons. De ce fait, en cas de séisme, il n'y a aucun risque de se blesser a cause de la chute d'un meuble, et le logement étant fait de bois, celle-ci est très souple, et si une poutre venait à céder, les dommages seraient moins important qu'avec une poutre en béton.

Une maison traditionnelle Japonaise.

Aujourd'hui, le type d'habitation a changé et on impose partout sur l'archipel, la construction de bâtiments antisismiques, ce qui fait du Japon le pays le plus avancé dans le domaine antisismique. De plus, dans les écoles, sont donné régulièrement des alertes au séisme et chaque année, une « journée du séisme » est organisé le 1er septembre, anniversaire du grand tremblement de terre de 1923 dans la région de Tokyo (140 000 morts), pendant laquelle les villes sont évacuées. Les constructions les plus surveillées restent cependant les barrages, qui fournissent au Japon la quasi intégralité de sa production électrique et qui sont des constructions très sensibles aux séismes. De plus, la rupture de l'un d'eux entraînerait la submersion des habitations environnantes.

Des petits japonais en plein exercice.

 

Cependant le séisme de Kobe a mis à mal le mythe de la sécurité que les succès technologiques du Japon commençaient à construire. En effet, on découvrit que finalement les systèmes anti-sismiques avaient très bien fonctionné, mais que derrière la construction des bâtiments se déroulait un système de pot-de-vin qui permettait aux entrepreneurs de ne pas mettre leurs constructions aux normes afin d'économiser sur leur constructions et ainsi se remplir les poches.

 

III. La création et l'utilisation de séisme par l'homme.

III.I. L'homme peut créer un séisme …

Un séisme n'est pas un phénomène totalement naturel. En effet, il existe différentes situations où c'est l'homme lui-même qui est responsable de l'apparition d'un séisme. Le magasine La Recherche a été un des premier à s'intéresser à ce sujet en publiant la thèse du géophysicien Suisse Mahmoud Mekkawi : les barrages peuvent provoquer des séismes. En effet, « les retenues d'eau engendrées par la création de barrages exercent une terrible pression sur le fond et, par ricochet, s'ajoutent aux tensions du sous-sol. ». En plus de la pression, l'infiltration de l'eau dans les failles contribue à déstabiliser le terrain. C'est ainsi que, le 14 novembre 1981, un tremblement de terre d'une magnitude de 5.4 sur l'échelle de Richter ébranla la région d'Assouan provoqué directement, d'après cette étude, par le barrage du lac Nasser qui retient à ce jour un volume d'eau de 157 milliards de mètres cube.

L'homme a aussi tendance à grignoter de plus en plus de territoires sur la mer, grâce à des terres pleins, créé grâce à des remblais. Cependant, du fait que celui-ci ne soit pas tassé (ce processus est très long, et on le néglige souvent afin de construire rapidement sur le terre plein), le poids des immeubles peut provoquer des mouvements de sols, et donc des séismes.

Le pompage de fluides profonds, tel que le pétrole est aussi un facteur qui peut induire un séisme. En effet, en temps normal le fluide est retenu par une couche imperméable, qui elle-même repose sur ce fluide qui est alors sous pression, lorsque l'homme le pompe (il s'agit très souvent de pétrole), les couches supérieurs vont alors se retrouver « dans le vide » (plus exactement, le liquide est en faite contenu dans une roche spongieuse, et non sous forme de « réservoir comme on a souvent tendance à le penser, mais ceci ne change pas grand-chose au problème). Les contraintes exercées alors par les couches supérieures vont alors causer l'affaissement de l'endroit, provoquant alors un séisme de grande ampleur.

Tout comme le pompage, les galeries minières peuvent aussi être déclencheur de faibles séismes : si celles-ci ne sont plus entretenues, elles risquent alors de s'écrouler, et de provoquer un séisme (en plus de l'affaissement du terrain.) . Les explosions souterraines sont elles des adjuvants aux séismes : elles facilitent le glissement des deux plaque qui, comme vu au début de ce dossier, crée le séisme. C'est ce qu'il se produisit à l'atoll de Bikini dans les îles Marshall dans les années 40 et 50. A Mururoa, des Tsunamis résultant de séismes causés par les essais nucléaires ont plusieurs fois atteint l'île.

 

III.II. …Mais aussi l'exploiter

 

L'utilisation des ondes a été le principal outil mis à la disposition du géologue pour analyser l'antre terrestre, en utilisant le principe de l'échographie. Cependant, l'utilisation de camion vibreur est limitée, car ceux-ci ne peuvent envoyer des ondes qu'a une faible profondeur. Il eu alors l'idée d'utiliser les séismes, plus particulièrement les ondes P qui peuvent, de par leurs caractéristiques, traverser le globe.

(Capture d'écran du logiciel Onde P )

 Les rais sismiques, qui matérialisent les ondes, comme les rayons lumineux représentent la lumière, ont des trajets qui dépendent de la célérité (vitesse) de ces ondes dans les matériaux traversés. Si la célérité est constante, les rais sismiques sont des lignes droites. Lorsque la célérité change brusquement, le rai sismique est dévié, tout comme un rayon lumineux, suivant les lois de la réfraction (lois de Descartes). Si la célérité varie progressivement, les rais sismiques sont incurvés, comme les rayons lumineux au voisinage d'un sol surchauffé, ce qui, dans ce dernier cas, est à l'origine des mirages. On peut ainsi, grâce à des simulations, déterminer la composition et la disposition des différentes couches du sol. De plus, les séismes, lorsqu'ils surviennent à proximité des volcans peuvent avertir l'homme que celui-ci va sûrement bientôt rentrer en éruption, ce qui permet aux habitants d'évacuer les lieux pour qu'il n'y ai aucun blessé : il existe donc une utilisation et une utilité du séisme, qui se comporte comme « la voie de la terre »

 

Enregistrement d'un séisme

Ces secousses annoncent éruption volcanique proche.

 

Conclusion