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Zoom 1/2UE Méthodes GéophysiquesResponsable pédagogique: France FLOCH

Heures en présentiel: 6h CM, 3h TPIntroduction: - Différence entre sismique et sismologie?

Les séismes, comment et pourquoi les étudier?- 1. Séisme = danger ! – Evaluer le phénomène sismique

- Ondes sismiques - Localisation des séismes- Importance des séismes: magnitudes, intensité- Se prémunir des effets: la prévention

- 2. Des ondes qui se propagent -> la structure interne du Globe- Lois de vitesse- Tomographie sismologique

- 3. Des forces qui agissent et déforment les roches…- Du mécanisme au foyer à la contrainte déviatorique- Les liens avec la tectonique des plaques

SISMOLOGIE: Méthodes, utilisations

2h CM + 1h30 TP

1h30 CM + 0h30 TP

1h30 CM + 1h TP

S4 2015-2016 STEJacques DEVERCHERE

Planches du Cours en PDF: récupérables sur

https://perso-sdt.univ-brest.fr/~jacdev

Onglet: enseignementsPuis: Licence 2

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Plan/2

A. Introduction: Pourquoi des séismes ?B. Les ondes sismiquesC. La mesure sismologiqueD. La localisation des séismesE. La magnitudeF. L’intensitéG. Se prémunir des effets: la prévention

1. Evaluer les séismes

S4 2015-2016 STE

Jacques DEVERCHEREhttp://perso-sdt.univ-brest.fr/~jacdev/

Zoom 1/2

A. Introduction: Pourquoi des séismes ? Des plaques qui bougent, donc des contraintes, donc…

Séisme = rupture ⇔ relâchement des contraintes accumulées

DEFORMATION PLASTIQUE:Déformation non réversible – Plus de relation linéaire entre déformation et contrainte

Seuil de plasticité

Rupture DEFORMATION

ELASTIQUE:

Déformation

réversible

1. Evaluer les séismes

Séisme: rupture d’uneroche cassante (près du seuil de plasticité)

À dessiner

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Zoom 1/2Séisme ⇔ relâchement des contraintes accumulées

Période intersismique

Chargement élastique

Période cosismique

SEISME: Chute de contrainte – Libération de l’énergie sismique accumulée

Le modèle: Ried, 1908

-> Notions de « cycle » sismique, récurrence

D’après Larroque et Virieux (2001)

Zoom 1/2B. Les ondes sismiques

Les ondes sismiques : ondes de volume

Ondes SPolarisation transversale

Ondes PPolarisation longitudinale

direction de propagation

direction de propagation

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Zoom 1/2B. Les ondes sismiques

Les ondes sismiques : Ondes de surface

Ondes de Love

Ondes de Rayleigh

Zoom 1/2L’ébranlement sismique se propage sous forme d’ondes

sismiques élastiques à l’intérieur de la Terre

source

récepteur

Larroque et Virieux (2001). Figure modifiée.

B. Les ondes sismiques

Trajet des ondes: des nomsPour les reconnaître

3 sortes de séismes selon la profondeur du foyer h :

- Les séismes superficiels : h < 50 km

- les séismes intermédiaires : 50 km < h < 300 km

- les séismes profonds : 300 km < h < 700 km

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Zoom 1/2C. La mesure sismologique L’instrument: le sismographe

Le capteur: le sismomètreL’enregistrement: le sismogramme

Mesure de 3 composantes :

Nord-Sud Est-Ouest Verticale

Exemple• Etude de l’extension active dans une chaîne

de montagne (Cordillère Blanche, Pérou)

« Extension crustale dans un contexte de convergence de plaques: Exemple des Andes du Pérou central contraint par des données sismotectoniques »

Batholithe: granodiorite, L ~200 km, ~8 Ma

Déverchère et al., 1989

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• Pratique de la sismologie de terrain

Louis DorbathMichel Diament

Zoom 1/2C. La mesure sismologiqueMesure de 3 composantes :

Nord-Sud Est-Ouest Verticale

Composition du sismographe traditionnel (pendules mécaniques): capteur mécanique, amplificateur, enregistreur, horloge

Mesure: Les capteurs sismologiques mesurent le mouvement du sol en un point à la surface de la terre ou dans des puits peu profonds : ce sont des systèmes oscillants.3 mesures possibles: Déplacement du sol, vitesse du mouvement (vélocimètres) ou accélération du mouvement (accéléromètres)Sismomètres récents: sismomètres électromagnétiques composés d'un pendule auquel est liée une bobine d'induction qui se déplace dans un champ magnétique -> signal électromagnétique amplifié électroniquement, transformé en courant électrique et enregistré sous forme numérique et/ou graphique. Besoin: système d'amortissement, nécessaire pour obtenir une bonne restitution du mouvement du sol.Grande dynamique: « large bande »Principes physiques nouveaux: capillarité, etc…

Un sismomètre L-4-3D construit par Mark Products, Inc.

Voir: http://eost.u-strasbg.fr/pedago/Accueil.htmlUn constructeur européen: Voir: www.guralp.com

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Zoom 1/2Mondiaux - nationaux - régionaux - locaux

http://geoscope.ipgp.jussieu.fr/

Partie I : Les tremblements de terre et leurs effets J. Albaric, Janvier 2007

Les Réseaux

Exemple:

Zoom 1/2

http://earthquake.usgs.gov/

Les Réseaux

Mondiaux - nationaux –régionaux - locaux

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Zoom 1/2D. La localisation

Station

D = distance hypocentraleh = Profondeur du séismeX = Distance épicentrale

Sismogramme

A

Temps (s)

Partie I : Les tremblements de terre et leurs effets J. Albaric

Théoriquement: 4 temps d’arrivée nécessaires

Données utilisées: temps d’arrivée des ondes aux stations -> il faut…Inconnues: latitude, longitude, profondeur, temps origine

Méthode simple: on utilise 3 écarts ts - tp

tp = to + D/Vp

h

X

D

À dessiner

Zoom 1/2

D

D

D

D. La localisation

(on s’affranchit de to par différence)

(On utilise une valeur moyenne de Vp et Vp/Vs) Vp =?

Vp/Vs =?

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Zoom 1/2Pratique: 3 stations, 3 valeurs de ts - tp

d2

d1

d3

d = (ts − tP ) ÷1

VS

−1

VP

-> RESEAU

Zoom 1/2Exemple de localisation par des stations lointaines

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Zoom 1/2E. La magnitude: Mesure quantitative de la « force » d’un séisme

- valeur calculée traduisant l’énergie du séisme,- indépendante du lieu d'observation,- indépendante des témoignages de la population.

Notion introduite en 1935 par l'Américain Charles Francis Richter pour les séismes locaux californiens afin d'estimer l'énergie libérée au foyer d'un tremblement de terre et de pouvoir ainsi comparer les séismes entre eux.

MAGNITUDE = Fonction continue, qui peut être négative ou positive et qui en théorie n'a pas de limites

Lors de la rupture (au foyer d'un tremblement de terre), la plus grande partie de l'énergie se dissipe sous forme de chaleur. Une partie seulement se propage au loin sous forme d'ondes élastiques. La magnitude (dite parfois « de Richter ») mesure l'énergie émise sous forme d'ondes élastiques.

Zoom 1/2

Les différents « types » de magnitude

• La magnitude locale ML (Richter): ML = logA + BA (en mm) est l’amplitude maximale mesurée avec un sismographe Wood Anderson, B la correction de la distance

• La magnitude de surface Ms : utilisée pour les séismes lointains, dits téléséismes, dont la

profondeur est inférieure à 80 km. Elle se calcule à partir de l'amplitude des ondes de surface.• La magnitude de volume mb : définie pour tous les téléséismes et en particulier pour les séismes profonds, car ceux-ci génèrent difficilement des ondes de surface. Elle est calculée à partir de l'amplitude de l'onde P.

• La magnitude de moment Mw (Kanamori) : définie pour les forts séismes.

Mw = 2/3 x log( M0 ) – 6 avec M0 =µ . S . D

Mo est le moment sismique (en N.m), µ la rigidité du milieu(en N.m-2), D le déplacement moyen sur la faille (en m) et S la surface de la faille (en m2).

E. La magnitude

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Zoom 1/2

Pour Ms et mb:

Relations empiriques

Les lois d’échelle: espace (M-S)

Sumatra 2004

LLog(S)

Magnitude 6.3 - SOUTH ISLAND OF NEW ZEALAND2011 February 21 23:51:43 UTC

(Voir site USGS)

À dessiner

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Plan/2

A. Introduction: Pourquoi des séismes ?B. Les ondes sismiquesC. La mesure sismologiqueD. La localisation des séismesE. La magnitudeF. L’intensitéG. Se prémunir des effets: la prévention

1. Evaluer les séismes

S4 2014-2015 STE

Jacques DEVERCHEREhttp://perso-sdt.univ-brest.fr/~jacdev/

Zoom 1/2F. L’intensité: Mesure des effets d’un séisme

L'intensité d'un séisme : définie en un lieu par les effets produits par ce séisme, qu'ils soient seulement observés ou ressentis par l'homme (réveil, chute d'objets, fissures...) ou qu'ils aient causés des dégâts plus ou moins importants aux constructions.

≠ Magnitude!

Contrairement à la magnitude, l'intensité dépend du lieu d'observation des effets causés par le séisme. Elle décroît généralement lorsqu'on s'éloigne de l'épicentre du séisme mais varie aussi selon la structure géologique.

Important pour sismicité historique, calcul de l’aléa sismique…

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Zoom 1/2

Les degrés d'intensité de l'échelle macrosismique européenne (EMS):

I Secousse imperceptibleII Secousse à peine perceptibleIII Secousse faible. La secousse est ressentie à l'intérieur des habitations par quelques personnes.IV Secousse largement observée. La secousse est ressentie à l'intérieur des habitations par de nombreuses personnes. Personne n'est effrayé.V Réveil des dormeurs. Réveil de la plupart des dormeurs. Balancement important des objets suspendus.VI Frayeur. De nombreuses personnes effrayées se précipitent dehors. De nombreuses constructions classiques subissent des dégâts mineurs, quelques-unes subissent des dégâts modérés.VII Dommages aux constructions. La plupart des personnes se précipitent dehors. Les dommages aux bâtiments sont nombreux, à des degrés divers.VIII Destruction de bâtiments. Forte panique. Les dommages aux bâtiments sont généralisés, allant parfois jusqu'à la destruction totale.IX Dommages généralisés aux constructions. Panique générale. Nombreuses destructions de bâtiments.X Destructions générales des bâtiments. Même les bâtiments bien construits commencent à subir d'importants dommages.XI Catastrophe. Dommages sévères même aux bâtiments bien construits, aux ponts, barrages et voies de chemin de fer. Les grandes routes deviennent inutilisables.XII Changement du paysage. Pratiquement toutes les structures sont gravement endommagées ou détruites.

(D’après J. Lambert, Les tremblements de terre en France, BRGM)

F. L’intensité: Mesure des effets d’un séisme

Zoom 1/2Exemples de courbes isoséistes

Séisme instrumental:Hennebont, 30 septembre 2002, Mw 4.3

Séisme historique récent:Lambesc, 11 juin 1909, Mw 6.4 (estimation)