SÉISMES ET SISMOLOGIE Ondes sismiques

Faille et séisme

La plupart des séismes d'origine tectonique sont liés à un brusque glissement le long d'une faille au sein de la croûte terrestre. Lorsque le séisme est important, la rupture due à la faille peut atteindre la surface du sol. La simultanéité entre rupture de faille et séisme avait été observée et décrite dès le xix^e siècle, mais c'est en 1910, après le séisme de San Francisco de 1906, qu'un géodésien californien, Harry Fielding Reid (1859-1944), émit l'hypothèse que l'origine du séisme était un brusque relâchement de contraintes élastiques préalablement accumulées par la lente déformation du sous-sol. Il écrit en 1910 : « La seule façon d'expliquer comment la déformation a pu s'accumuler est d'invoquer un déplacement relatif des terres situées sur les côtés opposés de la faille et à quelque distance d'elle. » On ne pouvait énoncer plus clairement ce que l'on sait aujourd'hui du fonctionnement de la faille de San Andreas, qui est située à la frontière entre les plaques lithosphériques nord-américaine et pacifique, celles-ci dérivant l’une par rapport à l’autre d’environ 6 centimètres par an. Ce lent déplacement déforme progressivement de façon élastique la lithosphère de part et d'autre de la zone de contact séparant les deux plaques, et la contrainte élastique accumulée finit par se relâcher par le brusque glissement de la faille lors d’un séisme.

Un séisme tectonique commence donc par la rupture des roches sur une faille. Celle-ci s'amorce en un point appelé foyer ou hypocentre du séisme. Le point situé en surface à la verticale du foyer est l'épicentre du séisme. Le lieu exact et l'instant où cette rupture s'amorce dans les profondeurs de la croûte terrestre demeurent malheureusement impossibles à prévoir. Ce sujet fait l'objet d'intenses recherches au plan international pour comprendre le mécanisme de déclenchement des séismes, avec l'espoir de prévoir un jour l'instant et le lieu d'occurrence des séismes dans une région donnée.

Une fois la rupture amorcée, elle se propage en rompant les roches sur tout un pan de la surface de la faille en suivant une géométrie plus ou moins plane. Elle finit par s'arrêter après avoir rompu une portion d'aire A de la surface de la faille et produit un glissement relatif moyen D d'un côté de la faille par rapport à sa face opposée. Ce modèle de source sismique, qui explique la quasi-totalité des séismes tectoniques, a conduit le sismologue japonais Keiti Aki (1930-2005) à proposer en 1966 l'usage généralisé d'un nouveau paramètre, le moment sismique M₀, pour caractériser l'importance d'un séisme. Ce moment sismique est défini par M₀ = μAD, où μ traduit la raideur (ou rigidité) élastique du milieu situé de part et d’autre de la faille. M₀ est exprimé en newton.mètre pour marquer le fait qu'il s'agit du moment des forces élastiques qui s'exercent sur les blocs situés de part et d'autre de la faille et qui sont le moteur du séisme. En 1977, le sismologue Hiroo Kanamori (né en 1936) a proposé de redéfinir la magnitude d'un séisme introduite initialement en 1935 par Charles Richter (1900-1985). Pour cela, il a relié cette magnitude au moment sismique M₀, qui est un paramètre physique pouvant être mesuré avec une assez bonne précision quelle que soit l’importance du séisme. Cette nouvelle magnitude, appelée magnitude de moment et notée M_W, est définie par la relation :

$M_{W} = \frac{2}{3} \log_{10} M_{0} - 6,1$

M₀ étant le moment sismique exprimé en newton.mètre.

La magnitude originale de Richter avait été définie pour classer les séismes se produisant en Californie en fonction de leur importance. Charles Richter utilisait pour cela un petit réseau de sismographes qui mesuraient le déplacement[...]

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Michel CARA : ancien professeur à l'université de Strasbourg

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Spectre des vibrations sphéroïdales de la Terre dues à un séisme - crédits : Encyclopædia Universalis France — Spectre des vibrations sphéroïdales de la Terre dues à un séisme

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