Le séisme de Sumatra : de la rupture au déclenchement du tsunami F. Thouvenot Physicien des...

Le séisme de Sumatra : de la rupture au

déclenchement du tsunami

F. Thouvenot

Physicien des observatoires

Laboratoire de géophysique interne et tectonophysique (CNRS/UJF)

1. Le séisme de Sumatra du26 décembre 2004 était-il d’une

magnitude exceptionnelle ?

MagnitudeMagnitude

Liée à l’énergie libérée par le séismeLiée à l’énergie libérée par le séisme De M à M+1 : énergie multipliée par 32De M à M+1 : énergie multipliée par 32 Calculée en utilisant les enregistrements Calculée en utilisant les enregistrements

(sismogrammes)(sismogrammes) Un séisme = une magnitude et une seuleUn séisme = une magnitude et une seule Exprimée sur l’échelle de Richter Exprimée sur l’échelle de Richter

• M = - 3 : « séisme » produit par la chute M = - 3 : « séisme » produit par la chute d’une masse d’un kilogramme d’une hauteur d’une masse d’un kilogramme d’une hauteur de 30 cmde 30 cm

• M = 9,5 : plus gros séisme connu (Chili, 1960)M = 9,5 : plus gros séisme connu (Chili, 1960)

IntensitéIntensité

Liée aux dégâts observésLiée aux dégâts observés Pour un séisme donné, autant Pour un séisme donné, autant

d’intensités que d’endroits où l’on fait d’intensités que d’endroits où l’on fait l’évaluation. A l’épicentre, intensité l’évaluation. A l’épicentre, intensité maximalemaximale

Mesurée sur une échelle de 12 degrés :Mesurée sur une échelle de 12 degrés :• degré I : non ressentidegré I : non ressenti• degré VI : premières fissures dans les degré VI : premières fissures dans les

plâtres et plafondsplâtres et plafonds• degré XII : modification complète de la degré XII : modification complète de la

topographietopographie

Sumatra, 26 décembre 2004

Magnitude 9,0 (9,3)

Intensité maximale : IX à Banda Aceh (dommages généralisés aux

constructions, avant l’arrivée du tsunami)

Ressenti jusque dans l’île de Guam (îles Mariannes, au sud du Japon)

à plus de 5 400 km de distancedans un immeuble de grande hauteur

   Localisation Date Magnitude

1.1. Chili 22 05 1960 9.5 (9.75 ?)

2.2. Détroit du Prince William (Alaska) 28 03 1964 9.2

3.3. Iles Andreanoff (Alaska) 09 03 1957 9.1

4.4. Au large côte NW de Sumatra 26 12 2004 9.0

5.5. Kamtchatka 04 11 1952 9.0

6.6. Colombie-Equateur 31 01 1906 8.8

7.7. Nord de Sumatra 28 03 2005 8.7

8.8. Iles des Rats (Alaska) 04 02 1965 8.7

9.9. Assam (Inde) 15 08 1950 8.6

10.10. Ningxia-Gansu (Chine) 16 12 1920 8.6

Les 10 plus gros séismes mondiaux depuis 1900

   Localisation Date Magnitude

1.1. Chili 22 05 1960 9.5 (9.75 ?)

2.2. Au large côte NW de Sumatra 26 12 2004 9.3

3.3. Détroit du Prince William (Alaska) 28 03 1964 9.2

4.4. Iles Andreanoff (Alaska) 09 03 1957 9.1

5.5. Kamtchatka 04 11 1952 9.0

6.6. Colombie-Equateur 31 01 1906 8.8

7.7. Nord de Sumatra 28 03 2005 8.7

8.8. Iles des Rats (Alaska) 04 02 1965 8.7

9.9. Assam (Inde) 15 08 1950 8.6

10.10. Ningxia-Gansu (Chine) 16 12 1920 8.6

Les 10 plus gros séismes mondiaux depuis 1900

   Localisation Date Magnitude

1.1. Chili 22 05 1960 9.5 (9.75 ?)

2.2. Au large côte NW de Sumatra 26 12 2004 9.3

3.3. Détroit du Prince William (Alaska) 28 03 1964 9.2

4.4. Iles Andreanoff (Alaska) 09 03 1957 9.1

5.5. Kamtchatka 04 11 1952 9.0

6.6. Colombie-Equateur 31 01 1906 8.8

7.7. Nord de Sumatra 28 03 2005 8.7

8.8. Iles des Rats (Alaska) 04 02 1965 8.7

9.9. Assam (Inde) 15 08 1950 8.6

10.10. Ningxia-Gansu (Chine) 16 12 1920 8.6

Les 10 plus gros séismes mondiaux depuis 1900

   Localisation Date Magnitude

1.1. Chili 22 05 1960 9.5 (9.75 ?)

2.2. Au large côte NW de Sumatra 26 12 2004 9.3

3.3. Détroit du Prince William (Alaska) 28 03 1964 9.2

4.4. Iles Andreanoff (Alaska) 09 03 1957 9.1

5.5. Kamtchatka 04 11 1952 9.0

6.6. Colombie-Equateur 31 01 1906 8.8

7.7. Nord de Sumatra 28 03 2005 8.7

8.8. Iles des Rats (Alaska) 04 02 1965 8.7

9.9. Assam (Inde) 15 08 1950 8.6

10.10. Ningxia-Gansu (Chine) 16 12 1920 8.6

Les 10 plus gros séismes mondiaux depuis 1900

   Localisation Date Magnitude

1.1. Chili 22 05 1960 9.5 (9.75 ?)

2.2. Au large côte NW de Sumatra 26 12 2004 9.3

3.3. Détroit du Prince William (Alaska) 28 03 1964 9.2

4.4. Iles Andreanoff (Alaska) 09 03 1957 9.1

5.5. Kamtchatka 04 11 1952 9.0

6.6. Colombie-Equateur 31 01 1906 8.8

7.7. Nord de Sumatra 28 03 2005 8.7

8.8. Iles des Rats (Alaska) 04 02 1965 8.7

9.9. Assam (Inde) 15 08 1950 8.6

10.10. Ningxia-Gansu (Chine) 16 12 1920 8.6

Les 10 plus gros séismes mondiaux depuis 1900

   Localisation Date Magnitude

1.1. Chili 22 05 1960 9.5 (9.75 ?)

2.2. Au large côte NW de Sumatra 26 12 2004 9.3

3.3. Détroit du Prince William (Alaska) 28 03 1964 9.2

4.4. Iles Andreanoff (Alaska) 09 03 1957 9.1

5.5. Kamtchatka 04 11 1952 9.0

6.6. Colombie-Equateur 31 01 1906 8.8

7.7. Nord de Sumatra 28 03 2005 8.7

8.8. Iles des Rats (Alaska) 04 02 1965 8.7

9.9. Assam (Inde) 15 08 1950 8.6

10.10. Ningxia-Gansu (Chine) 16 12 1920 8.6

Les 10 plus gros séismes mondiaux depuis 1900

   LocalisationLocalisation DateDate MortsMorts MagnitudeMagnitude

1.1. ChiliChili 22 05 1960 22 05 1960 5 7005 700 9.5 (9.75 ?)9.5 (9.75 ?)

2.2. Au large côte NW de SumatraAu large côte NW de Sumatra 26 12 200426 12 2004 297 200297 200 9.39.3

3.3. Détroit du Prince William (Alaska)Détroit du Prince William (Alaska) 28 03 196428 03 1964 125125 9.29.2

4.4. Iles Andreanoff (Alaska)Iles Andreanoff (Alaska) 09 03 195709 03 1957 n.c.n.c. 9.19.1

5.5. KamtchatkaKamtchatka 04 11 195204 11 1952 n.c.n.c. 9.09.0

6.6. Colombie-EquateurColombie-Equateur 31 01 190631 01 1906 1 0001 000 8.88.8

7.7. Nord de SumatraNord de Sumatra 28 03 200528 03 2005 1 0001 000 8.78.7

8.8. Iles des Rats (Alaska)Iles des Rats (Alaska) 04 02 196504 02 1965 n.c.n.c. 8.78.7

9.9. Assam (Inde)Assam (Inde) 15 08 1950 15 08 1950 1 5261 526 8.68.6

10.10. Ningxia-Gansu (Chine)Ningxia-Gansu (Chine) 16 12 192016 12 1920 200 000200 000 8.68.6

Les 10 plus gros séismes mondiaux depuis 1900

Fréquence des séismes dans le Fréquence des séismes dans le mondemonde

Elle dépend de la magnitude M :Elle dépend de la magnitude M :

3 000 séismes de M > 2 par jour3 000 séismes de M > 2 par jour 300 séismes de M > 3 par jour300 séismes de M > 3 par jour 30 séismes de M > 4 par jour30 séismes de M > 4 par jour 3 séismes de M > 5 par jour3 séismes de M > 5 par jour 1 séisme de M > 6 tous les 3 1 séisme de M > 6 tous les 3

joursjours 1 séisme de M > 7 par mois1 séisme de M > 7 par mois 1 séisme de M > 8 par an1 séisme de M > 8 par an 10 séismes de M > 9 par siècle10 séismes de M > 9 par siècleQuelques

2. Comment replacer ceséisme dans le cadre de la

« tectonique des plaques » ?

Du grec « Du grec « τεκτονικόςτεκτονικός » (tektonikos) » (tektonikos) qui veut dire « propre au charpentier qui veut dire « propre au charpentier » : science qui s’intéresse à la façon » : science qui s’intéresse à la façon dont la Terre est charpentée, dont la Terre est charpentée, structuréestructurée

TectoniqueTectonique

Fosse de subduction de la Sonde (5 000 à 6 000 m

de profondeur)

25 12 1974 – 25 12 2004M > 5,5

Un modèle de plaques déjà ancien et très simplifié

Vitesse relative des deux plaques :5 cm/an

Pas de gros séisme à cet endroit précis de la limite de plaques pendant 300 ans

Blocage pendant 300 ans

Glissement subit de 300 x 5 cm = 1 500 cm = 15 m

Le modèle de plaques le plus récent (Bird, 2003) comporte 52 plaques et 13 zones de déformation intraplaque.

Pl. Inde

Pl. Australie

Pl. Sonde

Pl. Birmanie

3. Y a-t-il eu beaucoup de répliques ?

26 12 2004 – 27 03 2005 28 03 2005 – 06 04 2005

M > 5,5

« Loi » d’Omori

Décroissance en 1/t du nombre de répliques avec le temps

« Loi » de Båth

Si le séisme principal est de magnitude M, la magnitude de la plus grosse réplique est de

l’ordre de M-1

On peut s’attendre à des répliques pendant des

années, voire des dizaines d’années…

4. Comment la faille a-t-elle coulissé au moment du séisme ?

Tout séisme est lié au « jeu » Tout séisme est lié au « jeu » d’une failled’une faille

Tout séisme est lié au « jeu » Tout séisme est lié au « jeu » d’une failled’une faille

La longueur de la faille dépend de la La longueur de la faille dépend de la magnitude M :magnitude M :

M = 5 : faille de 3 km de longM = 5 : faille de 3 km de long M = 7 : faille de 50 km de longM = 7 : faille de 50 km de long M = 9 : faille de 800 km de longM = 9 : faille de 800 km de long

Tout séisme est lié au « jeu » Tout séisme est lié au « jeu » d’une failled’une faille

Le glissement sur la faille dépend de la Le glissement sur la faille dépend de la magnitude M :magnitude M :

M = 5 : glissement de 5 cm M = 7 : glissement de 1 m M = 9 : glissement de 15 m

Tout séisme est lié au « jeu » Tout séisme est lié au « jeu » d’une failled’une faille

La durée de la rupture dépend de la La durée de la rupture dépend de la magnitude M :magnitude M :

M = 5 : durée de rupture de 1 s M = 7 : durée de rupture de 15 s M = 9 : durée de rupture de 4 min

Ji, 2005

SE NW

4. A-t-on enregistré le séisme de Sumatra dans les Alpes et ailleurs

dans le monde ?

m m

ξ 0ξ m

m m

ξ 0ξ m

E90°

180°

0 km

10 000 km

20 000 km

5. Après le séisme de Sumatra, on dit que la Terre a vibré comme

une cloche. Est-ce vrai ?

Vibrations propres de la TerreVibrations propres de la Terre

Chaque fois que la magnitude d’un séisme dépasse ~ 6,5 (c’est-à-dire 3 fois par mois), la Terre entre en résonance, avec un nombre infini de « modes » de vibration.

Pour le séisme de Sumatra :résonance pendant plusieurs mois.

Modes toroïdaux

Modes sphéroïdaux

Oscillations extrêmement lentes : périodes comprises entre 13 et 54 minutes pour les 6

modes ci-dessus.

Mode du ballon de foot-ball

Mode du ballon de rugby

« Mode du ballon de foot-« Mode du ballon de foot-ball » et « mode du ballon de ball » et « mode du ballon de

rugby »rugby »

Observables sur des « gravimètres », appareils qui mesurent la variation de la pesanteur lorsque la

Terre se déforme radialement, en particulier sous l’action de la Lune et du Soleil (marées terrestres)

Produisent des montées et descentes du sol

Gravimètre Gravimètre supraconducteur de supraconducteur de Membach (Belgique)Membach (Belgique)

9 heures

Bleu : « ballon de foot-ball » Vert : « ballon de

rugby »

26 12 2004 11 01 2005

Enregistrement brut

2 filtrages : 0,81 mHz (bleu) et 0,31 mHz (vert)

6. Mais parlez-nous donc du tsunami !

~ 5°

Surface

Fond de l’océan

Surface

Fond de l’océan

Coulissage de 20 mSoulèvement de 1,5 m

A l’est, dans un premier temps : retrait de la mer

Déferlement du tsunami vers l’ouest