1. Plan du cours

Problèmes à résoudre

• Quelles sont les principales caractéristiques des séismes ?
• Comment étudie-t-on les secousses ? Quelles informations fournissent les enregistrements ?
• Toutes les régions du globe n’étant pas affectées par les séismes de la même manière, comment les séismes sont-ils répartis à la surface du globe ?
• Quelles sont les causes des séismes ?
• Peut-on prévenir les risques ?

I. Quelles sont les principales caractéristiques des séismes ?

Une fracture est une cassure de l’écorce terrestre.
Une faille est une fracture de l’écorce terrestre avec déplacement relatif des compartiments formés. Ce déplacement peut être de trois types: une ouverture, un déplacement vertical ou latéral d'un compartiment par rapport à l'autre.

II. Comment étudie-t-on les secousses ? Quelles informations fournissent les enregistrements ?

A. Le matériel d’enregistrement et les stations

• Visiter les sites :
  • Observatoire d'Arta (le fonctionnement d'une station d'enregistrement et l'interprétation des données) : http://www.jpb-imagine.com/djibgeol/obsarta/present.html
  • Le réseau Geoscope (carte des stations du réseau) : http://geoscope.ipgp.jussieu.fr/

Figure 1. Un sismomètre unidirectionnel moderne

Figure 2. Principe du sismomètre unidirectionnel moderne

- Un sismomètre est constitué d’un socle massif solidaire du sol et d’une masse inerte suspendue par un système déformable. Les oscillations sont codées (message électrique), amplifiées puis enregistrées. - Le réseau Géoscope permet d’enregistrer les séismes à l’échelle mondiale. Les enregistrements transmis par plusieurs stations du réseau permettent de déterminer par calcul, l’épicentre, le foyer et la magnitude du séisme. - Les sismogrammes peuvent être graphiques ou numériques.

Figure 3 ci-contre. Sismomètre de la station Geoscope d'Arta (Djibouti). - Un sismomètre est constitué d’un socle massif solidaire du sol et d’une masse inerte suspendue par un système déformable. Les oscillations sont codées (message électrique), amplifiées puis enregistrées. - Le réseau Géoscope permet d’enregistrer les séismes à l’échelle mondiale. Les enregistrements transmis par plusieurs stations du réseau permettent de déterminer par calcul, l’épicentre, le foyer et la magnitude du séisme. - Les sismogrammes peuvent être graphiques ou numériques.

Figure 4. Les appareils d'amplification du et de codage des signaux pour l'envoi vers la station Geoscope d'Arta (Djibouti).

B. Les sismogrammes

1) Les ondes sismiques

La dissipation de l'énergie de contrainte libérée au moment de la rupture de la faille engendre des ondes sismiques.
Les ondes sismiques se déplacent dans l’écorce terrestre et aussi profondément à l'intérieur du globe.
On distingue : (expériences réalisées avec "Sismonde Jeulin")
- les ondes P (primaires), ondes de compression qui sont les plus rapides,
- les ondes S (secondaires car moins rapides et donc enregistrées après les ondes P), ondes transversales, de cisaillement ; les ondes S ne circulent pas dans les liquides. http://aster.unice.fr/sismo/lexique/ondes.htm
Le temps mis pour atteindre une station d’enregistrement dépend de la distance à l’épicentre et au foyer (Bordas, doc. 2, p. 85, question 3).
Remarque : il exite aussi des ondes de surface qui se propagent comme les ronds concentriques, visbles lorqu'on jette un caillou dans l'eau.

2) Interprétation des données du séisme d'Iran

Les 4 611 km qui séparent l’épicentre du séisme en Iran de la station d’Echery en France ont été parcouru en 466 s. La vitesse de propagation des premières ondes sismiques (ondes P pour premières) est de 9,9 km/s (approximativement 10 km/s).

III. L’origine des séismes : une rupture brutale de faille

A. Un modèle simple à comprendre.

• Le modèle est constitué d’une petite plaque allongée, découpée dans du polystyrène sur laquelle est tracée au feutre une ligne épaisse simulant des strates. On fragilise une zone linéaire transversale en piquant plusieurs fois le polystyrène à l’aide d’une aiguille lancéolée.

• Manipulation du modèle :
  1. en tordant avec précaution la plaque, créer des déformations non cassantes,
  2. en appliquant des forces (contraintes) plus importantes, provoque la cassure de la plaque.
  3. On prendra soin de montrer ce qui se passe lorsqu’on applique des contraintes importantes sur une plaque de polystyrène non fragilisée intentionnellement. Elle casse en un ou deux endroits, semble-t-il au hasard. En fait, les cassures correspondent à des zones de polystyrène présentant moins de résistance (zones plus poreuses par exemple).

• Interprétation.

Sous l’action de forces (contraintes) exercées sur l’écorce terrestre, celle-ci se déforme. Lorsque les contraintes sont trop importantes, elle casse au niveau de zones fragilisées (des fractures ou des failles), provoquant le déplacement brutal de portions d’écorce terrestre. Les ondes émises, lors de la libération brutale des forces dans l’écorce, entraînent la création de séismes.

B. Différents types de failles (Logiciel "Failles")

IV. Naissance et propagation des ondes sismiques

A. Comme un caillou jeté dans l'eau ; la propagation des ondes sismiques.

La comparaison faite entre la propagation d’un séisme et celle des ondes à la surface de l’eau lorsqu’on jette un caillou.

B. Savoir différencier magnitude et intensité d'un séisme.

C. Le séisme d'El Asnam en Algérie en 1980 - Construction des courbes isoséistes (à partir des données recueillies auprès de la population et traduites en echelle MSK)
Logiciel "El Asnam" et Bordas, pages 88-89.

L’épicentre est le point le plus proche de l’origine du séisme (zone de fracture et de déplacement), il est à la verticale du foyer.

Les courbes isoséistes d"intensité sont concentriques autour de l'épicentre. Lèintensité décroit lorsqu'on s'éloigne de l'épicentre.

Une courbe isoséiste est le ligne qui relie les points géographiques de même intensité sismique (où le séisme a été ressenti de la même manière).

Comparaison de la propagation de deux séismles de même magnitude : celui d'El Asnam en Algérie et celui de Vrancea en Roumanie.

Dans le cas du séisme de Vrancea, le foyer est 10 fois plus profond que celui d’El Asnam. Les ondes sismiques, partant du foyer, peuvent ainsi atteindre plus directement des zones relativement éloignées de l’épicentre sans s’amortir (Une intensité de 3 sur l'échelle MSK à 2000 km au Nord de l'épicentre). Par contre la nature de l'écorce terrestre semble intervenir ; en effet; vers l'Ouest la propagation s'est très amortie (La présence des Alpes: racine de la chaîne, plissements, fractures, en est-elle expliquer cette observation ?).

V. Comment les séismes sont-ils répartis ?

Carte de la répartition mondiale des séismes
Activité Technologie informatique (B2i), utilisation d’une base de données pour constituer la carte mondiale des séismes (1999) : http://www.ac-toulouse.fr/svt/sismo/aseaccueil.htm

• Réalisation d'un TP avec Sismolog permettant de différencier les régions sismiques en fonction de la profondeur des séismes et acquérir un savoir-faire. Résultats du TP sous forme d'une animation (document de 350 Ko)
• Comparer la carte obtenue avec celle de la page du manuel

En conclusion, certaines régions du globe comme la bordure Pacifique, l’arc indonésien, l’axe Alpes - Himalaya sont très affectées par les séismes. D’autres régions, comme le centre des continents, sont faiblement affectées. Parmi les régions affectées, certaines le sont avec des séismes de foyers profonds pouvant atteindre plusieurs centaines de kilomètres (côte ouest du Pacifique et Indonésie), d’autres ont des foyers proches de la surface (axe Alpes - Himalaya).

• Rechercher les causes qui expliquent cette répartition particulière des épicentres et des foyers.

VI. Prévoir ou prévenir les séismes ?

1. Activité en classe de géologie :
   • Dans un premier temps, répondre aux questions suivantes.
     • Peut-on prévoir un séisme ? Justifier avec des arguments tirés des documents.
     • Peut-on prévenir un séisme ? Justifier avec des arguments tirés des documents.
   • Dans un deuxième temps, suite à l’étude du document sur la région Nord de la Turquie où ont eu lieu en août et novembre 1999 (à Izmit et Düzce), deux séismes destructeurs et meurtriers, répondre aux questions suivantes.
     Image .GIF Version PDF
     • Pouvait-on prévoir des séismes dans cette région ? Argumenter.
     • D’autres endroits de Turquie sont-ils susceptibles de vivre prochainement un séisme important ? Argumenter.
     • Peut-on prévoir la date ? Argumenter.
2. Activité complémentaire : la France est-elle à l’abri de séismes violents ?
   • Repérer et nommer les 3 axes le long desquels des séismes sont fréquemment enregistrés depuis plusieurs siècles.
   • Quelles sont les régions à risque ?
   • Formuler une hypothèse tentant d’expliquer le fait que ces régions soient plus que les autres touchées par des séismes.