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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)
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