Architectes Et Ingénieurs, Patricia BALANDIER

Remerciements

S’adressant aux architectes et ingénieurs, enseignants et professionnels, ainsi qu’aux étudiants et chercheurs, la ccollection des cahiers parasismiques constitue un ensemble de référence des connaissances nécessaires à la conception, la construction et la protection des édifices et des villes contre le phénomène sismique.

Cette collection a été développée avec l’aide du Ministère de l’Ecologie et du Développement Durable dans le cadre du programme d’actions confié aux Grands Ateliers pour améliorer l’enseignement des concepts et méthodes de la conception et de la construction parasismiques au sein des formations initiales des divers intervenants de l'acte de construire.

Elle est publiée par les GGrands Ateliers de l’Isle d’Abeau, groupement d’établissements d’enseignement supérieur d’architecture, d’ingénierie, d’art et de design, destiné à faire progresser la formation et la recherche sur la construction et les matériaux.

La collection comprend actuellement les cahiers suivants :

1. Conception parasismique, niveau avant-projet, Milan Zacek,

2. Vulnérabilité et renforcement, Milan Zacek,

2-a. Guide d’évaluation de la présomption de vulnérabilité aux séismes des bâtiments existants – Cas des constructions en maçonnerie et béton armé, Milan Zacek

3. Urbanisme et aménagement territorial en zone sismique, objectifs et problématique. Patricia Balandier,

4. Sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieurs, Patricia Balandier.

A paraître :

5. Comportement dynamique des structures

6. Construction parasismique, se déclinant sur les diverses technologies : béton armé, acier, bois, constructions en terre, ainsi que sur le second œuvre.

REMERCIEMENTS

Milan ZACEKChristophe MARTINPierre MOUROUX

Jean-François HEITZJean-Marc MONPELAT

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Patricia BALANDIERsismologie appliquee

introduction à la sismologie appliquée à

l’usage des architectes et ingénieurs

Figure 1 - Séisme de Pointe-à-Pitre en 1843. De tous temps les hommes ont cherché à représenter et

expliquer le phénomène sismique.

OBJECTIFS DE LA SISMOLOGIE APPLIQUEE A LA CONSTRUCTION

-Identification des sources sismiques pouvant concerner le site àconstruire. Estimation de l'énergie sismique pouvant arriver sur le site(Estimation de l'aléa sismique régional).

-Connaissance du comportement prévisible du site sous l'effet des séismesrégionaux possibles (Estimation de l'aléa sismique local).

-Maîtrise de la réponse potentielle des bâtiments, viabilités et équipementsaux mouvements prévisibles du sol.

-Adoption de politiques de mitigation du risque sismique.

-Traduction réglementaire des connaissances.

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DONNEES DE SISMOLOGIEAPPLIQUEE POUR L'ARCHITECTEET L'INGENIEUR

1. INTRODUCTION, AVERTISSEMENT

2. LE PHÉNOMÈNE SISMIQUE

2.1. Contrainte, déformation, rupture des roches

2.2. Les différents mécanismes des failles actives

2.3. Notion de cycle sismique d'une faille active

2.4. Caractérisation d'une source sismique

2.5 Loi d’échelle de séismes

2.6. Notion de Magnitude d'un séisme

3. CARACTÉRISATION DES PHÉNOMÈNES TECTONIQUES

3.1. Types de séismes, études et prévention

3.2. Sismicité de la planète

3.3. Structure de la planète, une dynamique interne génératrice de mouvements relatifs

3.4. Notion de dérive des continents

3.5. Tectonique des plaques et sismicité associée aux différents types de limites entre plaques 3.5.1. Limites divergentes3.5.2. Limites convergentes3.5.3. Limites transformantes3.5.4. Cas des séismes intraplaques

3.6. De la modélisation des déplacements relatifs des plaques tectoniques à la définition des domaines tectoniques

4. LA SECOUSSE SISMIQUE, CARACTÉRISATIONDES ONDES SISMIQUES

4.1. Les types d'ondes4.1.1. Les ondes de volume

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4.1.2. Les ondes de surface

4.2. Représentation dans le temps du mouvement sismique enregistré en un site : sismogrammes,

accélérogrammes

4.3. Représentation du mouvement enregistré en un site par son signal fréquentiel : le spectre de réponse

5. LA PROPAGATION DES ONDES SISMIQUES

5.1. Utilisation des caractéristiques de propagation desondes sismiques5.2. Vitesses de propagation, détermination de

l'épicentre

5.3. Lois d'atténuation

5.4. Réflexion, réfraction diffraction des ondes auxinterfaces des sols et sous-sols différents

5.5. Modification des ondes par les milieux traversés

5.6. Les conditions de modification locale dumouvement fort

5.7. L'intensité locale5.7.1. Définition5.7.2. Échelles de mesure5.7.3. Isoséistes

6. LES MOYENS DE CARACTÉRISATION DE L'ALÉA SISMIQUE RÉGIONAL

6.1. Problématique : établir des " modèles "sismotectoniques

6.2. La sismicité instrumentale

6.3. La sismicité historique

6.4. L'archéo-sismicité

6.5. La paléo-sismicité

6.6. Les investigations géotechniques et sismologiques

7. L'ALÉA SISMIQUE RÉGIONAL

7.1. Estimation du mouvement sismique possible " au rocher horizontal " d'un site et de sa périodicité de retour

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7.2. Caractérisation des structures tectoniques susceptibles de jouer

7.3. Lois de distribution fréquence-magnitude

7.4. Évaluation déterministe de l'aléa sismique régional

7.5. Évaluation probabiliste de l'aléa sismique régional

7.6. Zonage de l'aléa régional: Echelle d'étude 1/1 000 000

8. L'ALÉA SISMIQUE LOCAL

8.1. Effets directs du séisme8.1.1. Le mouvement " au rocher " (rappel)8.1.2. Les bouleversements topographiques à

grande échelle8.1.3. Le jeu d'une faille en surface

8.2. Effets de site : amplification localisée du signalsismique8.2.1. Topographies amplifiant l'action sismique:

butte, crête, bord de falaise8.2.2. Discontinuité latérale de densité du sol8.2.3. Sol alluvionnaire de forte épaisseur

amplifiant l'action sismique

8.3. Effets induits par les secousses sismiques sur les sites8.3.1. Glissements de terrains, chutes de pierres

(purge)8.3.2. Liquéfaction des terrains granulaires saturés

d'eau8.3.3. Subsidence sur cavités 8.3.4. Tsunamis 8.3.5. Effets d'origine anthropique, problèmes

urbains

8.4. Microzonage de l'aléa local : Echelle d'étude 1/10 000

9. LES NOTIONS D'ALÉA, VULNÉRABILITÉ ET RISQUE

9.1. Terminologie UNDRO pour les risques majeurs

9.2. Terminologie et concepts propres au risque sismique

10. LA TRADUCTION RÉGLEMENTAIRE DES ÉTUDES DE SISMOLOGIE APPLIQUÉE: ARBITRAGES POLITIQUES

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10.1. La politique de gestion des risques naturels majeurs

10.2. Le contexte légal et réglementaire français10.2.1. Codes et Lois10.2.2. Décrets10.2.3. Arrêtés et circulaires10.2.4. Et l'existant?10.2.5. Les règles PS-92, plan du contenu10.2.6. L'Eurocode 8, plan du contenu

11. BIBLIOGRAPHIE

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1. INTRODUCTION, AVERTISSEMENT

Les sismologues et géophysiciens se livrent à des recherches toujours pluspoussées pour caractériser la sismicité du globe.Les mécanismes sismiques sont étudiés de plus en plus finement pourtenter d'établir des lois de comportement, des " modèles ", qui permettentpeu à peu de progresser dans la prévision des phénomènes et donc dansla prévention.Dans l'état actuel des choses, il est question de prévoir et non de prédire.C'est à dire qu'on peut assez bien caractériser ce qui peut arriver dans unezone sismique, et lui associer une probabilité de survenance, mais pasencore dire quand.

Une partie des résultats de la recherche est directement utile à l'élaborationde stratégies de " protection " contre les actions sismiques, c'est celle quiintéresse les architectes et les ingénieurs, et en général les professionnelsimpliqués dans la prévention.

Ainsi on peut assez bien :- définir la " violence " possible des séismes pouvant survenir sur lesfailles sismogènes, c'est à dire leur magnitude,

- établir la manière dont la distance va atténuer l'amplitude desoscillations,

- définir la manière dont un sol ou un site donné va modifier lesoscillations qu'il reçoit, en les amplifiant éventuellement,

- définir la manière dont un sol peut voir ses caractéristiquesmécaniques se dégrader (tassements, éboulements…) de façoninacceptable pour la sécurité des personnes et activités qui s'ytrouvent.

Ce qui permettra d'opérer les bons choix en matière de construction, et engénéral d'aménagement du territoire.

Ce fascicule d'introduction à la sismologie appliquée au bâtiment et àl'aménagement du territoire rassemble quelques concepts dont lacompréhension est nécessaire à l'identification des connaissances surlesquelles repose toute la stratégie de la réglementation.

La nécessaire simplification de la prise en considération des phénomènesaux fins d'arbitrages réglementaires ne doit pas dissimuler la complexitédes phénomènes étudiés et des recherches en cours. Les résultats de cesrecherches, permettent à l'architecte et à l'ingénieur, avec quelquesconnaissances spécifiques, d'affiner la vérification de la pertinence de leurprojet, au delà de la stricte application des règles en vigueur.Néanmoins, une réglementation applicable à chacun doit nécessairementpasser par une simplification forfaitaire dont la compréhension passeégalement par la maîtrise des données suivantes.

Le présent document commence par des considérations générales, leschapitres 2 et 3 décrivant les mécanismes sismiques et la tectonique desplaques, qui peuvent sembler éloignées des préoccupations du

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constructeur, mais dont la connaissance est nécessaire pour comprendreles données directement exploitables pour la prévention, exposées auxchapitres suivants.

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2. LE PHÉNOMÈNE SISMIQUE

Les plaques continentales et océaniques qui constituent la croûte terrestrese déplacent à la surface de la planète sous l'effet des courants thermiquesqui animent le magma visqueux situé en profondeur. Ce phénomène estétudié sous le nom de " Tectonique des plaques " (voir §3).Les déplacements relatifs de ces plaques génèrent localement des"contraintes croissantes " à l'intérieur des roches qui les constituent(traction, compression, cisaillement…) Au delà du niveau de contrainteadmissible il y a rupture brutale du sous-sol rocheux: séisme. Ces rupturesse produisent essentiellement dans les zones situées à proximité des limitesentre les plaques, là où les tensions sont les plus élevées dans les roches.

2.1. CONTRAINTE, DÉFORMATION, RUPTURE DES ROCHES

Là où elle est soumise à des contraintes croissantes, la croûte terrestre sedéforme de façon sensible et irréversible. On peut définir simplement lacontrainte comme étant une force appliquée à une unité de surface. Lacontrainte appliquée à un système donné (défini par ses matériaux, sagéométrie), provoque un changement dans la forme et/ou le volume : unedéformation.Comme n'importe quelle structure soumise à une contrainte croissante,trois stades de déformation affectent la croûte terrestre: élastique(réversible si on arrêtait la contrainte), plastique (irréversible même si onarrêtait la contrainte) et cassante (la déformation viscoélastique quiconcerne certains solides et la déformation visqueuse des fluides ne serontpas évoquées ici). Chaque système, pour un type de contrainte donné, aune courbe " contrainte-déformation " caractéristique.Ainsi, sous l'effet des contraintes dues le plus souvent au mouvements desplaques tectoniques, la lithosphère accumule de l'énergie. Lorsqu'en

Figure 2 - Exemple de courbe contrainte-

déformation (Document Université de Laval -

Québec)

Figure 3 - Critères de déformation plastique et de

déformation cassante : rupture (Document

Université de Laval - Québec) Courbe

représentant l'influence des paramètres

température et pression

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certains endroits, la limite d'élasticité est atteinte et que le matériau nepeut pas plastifier (conditions physiques), il se produit une rupture sur unplan de rupture (ou plan de faille) qui libère une partie de l'énergieaccumulée: le séisme.

DEFORMATION PLASTIQUE DES ROCHES

Ainsi, dans certains cas, les roches peuvent se déformer sans amorcer derupture fragile :

- Déplacement tectonique lent,- Température et pression interne élevée, sont des facteurs de plasticité.

Figure 4 - Représentations schématiques de la déformation plastique

des roches (Document Université de Laval - Québec))

Figure 5 - Représentations schématiques de la déformation cassante des

roche

(Document Université de Laval - Québec)

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DEFORMATION CASSANTE DES ROCHES

Lorsque les conditions nécessaires (niveau de contrainte, vitesse dedéformation, relation température / pression) sont réunies, une rupturefragile de la roche peut survenir selon un " plan de faille ". Le pointd'amorce de la rupture est le foyer du séisme.

La propagation de la rupture depuis le foyer sur le plan de failleprovoque des déformations tectoniques irréversibles et cassantes.La propagation des ondes sismiques (tridirectionnelle) depuis lefoyer provoque des déformations du sol temporaires (oscillations, voir § 4et 5) et éventuellement définitives (effets induits comme les tassements desol, voir §8).

2.2. LES DIFFÉRENTS MÉCANISMES DES FAILLES ACTIVES

Ainsi, les déplacements relatifs entre les plaques tectoniques génèrent descontraintes croissantes dans les roches (traction, compression,cisaillement…). Au delà d'un certain niveau de contrainte il y a rupture dusous-sol rocheux: le séisme. On ne peut contrôler l'occurrence de la rupturefragile (séisme), même si la recherche vise à définir des probabilités deretour pour les différentes magnitudes possibles pour chaque faille ouréseau de failles.

Les différents mécanismes des failles correspondent auxdifférents types de contraintes. Or, la nature de la contrainteconditionne (avec d'autres paramètres) les cycles sismiques et lesmagnitudes possibles. En effet la roche résiste moins bien en traction qu'encisaillement et qu'en compression. Ainsi une même roche soumise à unemême vitesse d'élévation de la contrainte rompra pour un niveau decontrainte plus ou moins élevé selon la nature de la contrainte. Ceciconditionnera donc un cycle plus ou moins rapide (voir § 2.3) et desmagnitudes plus ou moins fortes (voir § 2.5).

L'identification des mécanismes des failles contribue à lacompréhension et à la qualification de leur activité. Ainsi lesarbitrages des politiques de prévention peuvent être pris pourchaque région en fonction de la gravité de l'exposition auphénomène sismique.

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Figure 6 - Types de mécanismes des failles.

Les contraintes en traction ou en compression peuvent être associées à un cisaillement, on a alors un

mécanisme composé. Un décrochement est " dextre " si, face à la faille, le déplacement se fait vers la

droite (illustration), et " senestre " dans le cas contraire.

2.3. NOTION DE CYCLE SISMIQUE D'UNE FAILLE ACTIVE

A l'origine de toute faille a été un niveau de contrainte trop élevé dans unmilieu rocheux plus ou moins homogène. Une première rupture s'estpropagée à partir d'un " point faible " en s'accompagnant d'une chutebrutale de contrainte. La faille ainsi créée constitue désormais un plan derupture privilégié, puisque de moindre résistance à cette contrainte quicontinue de progresser jusqu'à atteindre à nouveau le point de rupture. Lafaille pourra s'allonger et se ramifier sous l'effet des séismes successifs, quiconcerneront alors successivement des segments de cette faille quirompront en fonction des niveaux de contraintes accumulées localementet des forces de friction en présence.

En raison de ces forces de friction présentes entre les deux parois d'unefaille, les déplacements le long de la faille ne se font pas de manièrecontinue et uniforme, mais par à-coups successifs, générant à chaque foisun séisme. Dans une région soumise à un régime de contraintes donné,des séismes se produiront à de façon récurrente sur les différents segmentsd'une même faille.

Chaque faille a un cycle sismique qui lui est propre et qui dépendde son mécanisme, de la vitesse de progression des contraintes,de la nature des roches et de sa géométrie. Le cycle de retour desséismes de différentes magnitudes obéit à des lois de probabilité.L'identification de ces lois fait partie des outils de la prévention.

Les régimes de contraintes d'origine tectonique évoluent à l'échelle destemps géologiques, ainsi des nouvelles failles naissent et d'autres cessentleur activité progressivement.

Faille normale(Traction)

Faille inverse(Compression)

Faille en décrochement (Cisaillement)

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CYCLE SISMIQUE D'UNE FAILLE SISMOGENE:

Phases d'un cycle sismique sur une faille sismogène, processus entrois étapes:

- Accumulation de contraintes.- Déclenchement de la rupture au delà du seuil de résistance des roches.

- Arrêt de la rupture sismique (quelques secondes plus tard).

Cycle sismique d'une faille : Le cycle sismique d'une faille est unesuccession de périodes d'augmentation des contraintes et de rupturesbrutales dont il faut établir la périodicité pour définir son activité.

Figure 7 - Représentation schématique du cycle sismique (Document BRGM pour EAML)

a - Situation au début du cycle,

b - Déformation peu de temps avant le séisme,

c - Situation après le séisme

2.4. CARACTÉRISATION D'UNE SOURCE SISMIQUE

Phénomène:

La chute de contrainte provoquée par la rupture brutale de la roche sur leplan de faille libère de l'énergie, sous forme de chaleur et d'émissiond'ondes élastiques. Plus la surface de rupture et le déplacement sontimportants, plus la quantité d'énergie libérée l'est. La Magnitudereprésente la quantité d'énergie libérée par le séisme.

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Lorsqu'un séisme est déclenché, des trains d'ondes sismiques se propagentdans la croûte terrestre. On nomme foyer le lieu du plan de faille oùcommence la rupture, alors que l'épicentre désigne le point de la surfaceterrestre à la verticale du foyer.

Figure 8 - Axonométrie schématique d'une source sismique (Document Université de Laval -Québec)

Les paramètres suivants définissent la source sismique, qui est lesegment de la faille sismogène qui a rompu. Etablir lescaractéristiques des sources sismiques possibles sur les faillesidentifiées fait partie des outils de la prévention.

Foyer ou hypocentre: Point de déclenchement de la rupture.Azimut de la faille: Angle compris entre l'axe du méridien et celui de lafaille (orientation de la faille).Pendage de la faille: Inclinaison de la faille.Surface: Surface du plan de faille concernée par la rupture (Longueur xhauteur).Déplacement moyen: Longueur du glissement de la roche de part etd'autre du plan de faille. Magnitude: Mesure de l'énergie libérée, dépend du " moment sismique ",donc de la rigidité du milieu, de la surface et du déplacement de larupture.Vitesse de rupture: Vitesse de propagation de la rupture dans la roche,dépend du type de roche.Chute de contraintes: Différence entre l'état de contraintes dans la rocheavant et après le séisme.

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Figure 9 - Représentations schématiques conventionnelles des mécanismes de rupture des failles

La polarité des ondes enregistrées par les différentes stations permet de caractériser le mécanisme au

foyer du séisme. Les sismologues utilisent une représentation conventionnelle des sources sismiques

sur les segments de failles. Ces représentations indiquent sur un seul schéma leur mécanisme, leur

azimut et leur pendage : à l'intérieur d'un cercle qui symbolise une vue à la verticale de la zone de

rupture, les secteurs comprimés lors du déplacement sont représentés en noir, et les zones dilatées en

blanc. Ainsi, la représentation de gauche peut être celle d'un décrochement dextre d'azimut Est et de

pendage nul. Les trois représentations de droite donnent, pour les trois mécanismes de rupture, des

exemples d'azimuts (orientation du déplacement générant la compression et la dilatation) et des

exemples de pendage (Les décentrements des axes d'azimut par rapport au centre du cercle indiquent

l'angle du pendage).

Domaines de recherches

Les chercheurs tentent de caractériser les " segments " de faillemaximum susceptibles de jouer en une fois pour leur associer unemagnitude (voir § 2.5).

L'azimut, le pendage et la profondeur des segments de failles étudiés vontpermettre d'établir le mode de radiation des séismes se produisantsur les failles et d'en établir les " lois d'atténuation " (voir § 5.3).

" Directivité " de la source sismique. (Voir illustration ci-après)Les trains d'ondes se propageant dans le sens de la rupture sont " plusrapprochés " que dans le sens opposé, car " la source se rapproche " enmême temps qu'ils se propagent, ainsi leur amplitude est accrue sur lessites situés dans la direction concernée, mais la durée du séisme est pluscourte. A l'inverse, lorsqu'on considère le sens de propagation opposé ausens de la rupture, les ondes sont " moins rapprochées " en raison del'éloignement de la source, alors l'amplitude est moins importante mais la

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durée du séisme est plus longue. L'étude de ce phénomène permettra deprogresser sur la pré-définition du séisme possible sur un site, mais l'étatactuel de la maîtrise du comportement en réponse aux séismes desbâtiments n'atteint pas ce niveau de précision. Ce sont néanmoins despistes de connaissances qui concernent les constructeurs et seront peut-être un jour utilisées avec profit pour la sécurité.

Figure 10 - Effet de directivité des sources sismiques. (Document Catherine Berge-Thierry, IPSN)

La figure schématique du haut représente un segment de faille dont la rupture se propage de droite à

gauche. Le séisme enregistré à la station 1 est représenté de façon symbolique par le " signal en 1 "

pour lequel les trains d'ondes s'additionnent sur un laps de temps plus court puisque la rupture qui les

génère se rapproche. Ainsi leur amplitude est plus importante que celle du signal enregistré à la station

2 dont la propagation de la rupture s'éloigne, ce qui entraîne une arrivée " plus étalée dans le temps "

des trains d'ondes et une amplitude globale moindre, ce que représente le " signal en 2 ". On peut

également en déduire une incidence sur le domaine fréquentiel.

2.5. LOI D'ÉCHELLE DES SÉISMES

LOI D'ECHELLE

La " Loi d'Échelle " est issue de l'observation de nombreux séismes.Elle établit une corrélation empirique entre la longueur de larupture et le moment du séisme, lui-même représentatif de lamagnitude du séisme.

contribuisons

individuelles

signal en S1

signal global

signal en S2

station S1

faille

front d’ondes

station S2

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La loi d'Échelle permet, pour un segment de faille sismogène donné uneévaluation de la magnitude du séisme maximum plausible à partir del'estimation de la longueur maximum possible de la rupture.

Le moment du séisme, couple de forces qui a provoqué le déplacementde part et d'autre du plan de faille, dépend de la rigidité du milieu, de lalongueur du déplacement moyen et de l'importance de la surface derupture. L'évaluation du moment du séisme permet d'établir sa magnitude(c'est-à-dire l'évaluation de la quantité d'énergie libérée).

o Le moment du séisme est déterminé par les études sismiqueso La longueur de la rupture par les études géologiques et la distributiondes répliques

Ordres de grandeur issus de la Loi d'échelle:

LONGUEUR MOMENT TYPE DE SEISME- 1 000 km 1024 Nm Les plus forts connus Magnitude de

l'ordre de 923 mai 1960: Chili28 mars 1964 Alaska

- 100 km 1021 Nm Magnitude 8: nombreux dégâts-et victimes

- 10 km 1018 Nm Magnitude 6: dégâts localisés- 1 km 1015 Nm Magnitude 4: ressentis localement- 0,1 km 1012 Nm Microséisme imperceptible

Figure 11 - Relation entre la magnitude du séisme et la longueur de rupture (Représentation

schématique) (Document X)

M=6

M=5

M=4M=7

M=8

Faille

Pro

fon

deu

r (

km

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Figure 12 - Exemple d'approche de l'aléa sismique par la similitude des failles. (Document USGS)

Connaître le fonctionnement de la faille nord-anatolienne donne des informations sur le

fonctionnement possible de la faille de San Andreas qui présente de nombreuses similitudes :

mécanismes, loi d'échelle…

2.6. NOTION DE MAGNITUDE D'UN SÉISME

La Magnitude d'un séisme (M, exprimée en chiffres arabes) estune fonction logarithmique (donc pas une échelle à degrés)représentative de la quantité d'énergie rayonnée par la source sous formed'ondes élastiques. Le tableau ci-après donne une corrélation entre lesordres de grandeur de la rupture sismogène et la magnitude du séisme.

QUAND ON PASSE D 'UN DEGRE DE MAGNITUDE A L 'AUTRE, ONMULTIPLIE L 'ENERGIE PAR 33 ENVIRON, SOIT 1000 POUR 2 DEGRES

MAGNITUDE

NBREMOYEN

SEISMES ANNUEL

LONGUEUR CARACTERISTIQUE

DE LA RUPTURE

DEPLACEMENT SUR LE PLAN DE

RUPTURE

DUREE DE LA

RUPTUREENERGIE LIBEREE

9 800KM 8 m 250 s E x 36 000 000

8 1 250KM 5 m 85 s E x 1 100 000

7 18 50KM 1 m 15 s E x 33 000

6 125 10KM 20 cm 3 s E x 1000

5 1500 3KM 5 cm 1 s E x 33

4 5000 1KM 2 cm 0,3 s E

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Il n'y a qu'une seule valeur de magnitude pour un séisme donné(ne pas confondre avec l'intensité locale, voir § 5.7). Puisqu'il s'agitd'une fonction logarithmique, le second chiffre n'est pas unedécimale.

Il existe plusieurs méthodes d'évaluation de la magnitude d'unséisme.

Richter a introduit la notion de magnitude en 1935. La magnitude peutêtre calculée soit à partir de l'amplitude du signal enregistré (Ml, Ms, mb,Mw), soit à partir de sa durée (Md). En principe on devrait obtenir lesmêmes résultats avec les différentes méthodes. Dans les faits, pour lesséismes majeurs les résultats diffèrent, seule la " magnitude de moment "est précise (les autres méthodes " saturent " plus ou moins au delà de M =7.5).

Figure 13 - Comparaison des validités des différentes méthodes de mesure de la magnitude. En

pointillés la magnitude de moment. Les autres courbes indiquent les résultats obtenus par les autres

méthodes de calcul et mettent en évidence la saturation au delà de 7,5, et les erreurs d'appréciation qui

en découlent.

DIFFERENTES METHODES D'EVALUATION DE LA MAGNITUDE

ML = Magnitude locale (définie par Richter en 1935)ML = log Amax( ) - log Ao( )Aujourd'hui, on utilise un calcul modifié du calcul originel de Richter. Onl'utilise pour des séismes proches dits séismes locaux. Elle est définie àpartir de l'amplitude maximale des ondes P. Elle est toujours moyennée surplusieurs stations en tenant compte des corrections locales.

MS = Magnitude des ondes de surface (ondes R)MS = log Amax/T) + 1,66 log + 3,3 pour (25°< <90°; h<80km, Tenviron 20s)Elle est utilisée pour les séismes lointains, dits téléséismes, dont laprofondeur est inférieure à 80 km. Elle se calcule à partir de l'amplitude desondes de surface.

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mb = Magnitude de volume (séismes profonds, ondes P)mb = log (Amax/T) + Q( ,h)Cette magnitude est utilisée pour tous les téléséismes et en particulier pourles séismes profonds, car ceux-ci génèrent difficilement des ondes desurface. Elle est calculée à partir de l'amplitude de l'onde P qui arrive audébut du sismogramme.

MD = Magnitude de durée (séismes faibles et proches)MD = a + b log t + c log t2 + d On l'utilise pour des séismes proches. Elle est définie à partir de la duréedu signal.

Mw = Magnitude de moment (ou de Kanamori) Mw = (2/3) log mo - 6,0 (mo, en N.m = .S.D, où : rigidité du milieu,S : déplacement moyen sur la faille, D : surface de la faille)La seule utilisable pour les magnitudes élevées (voir graphique ci-dessous)

BILAN ENERGETIQUE D'UN SEISMELors de la rupture qui se propage à partir du foyer d'un tremblement deterre, la plus grande partie de l'énergie se dissipe sous forme de chaleur(frottements sur le plan de faille. Une partie seulement se propage au loinsous forme d'ondes élastiques. Le rapport entre l'énergie des ondes etl'énergie totale, appelé rendement sismique, est estimé entre 20 et 30 %.

Énergie libérée :E = Ep1 - Ep2 = W + H

W = énergie rayonnéeH = chaleurRendement sismique : = W/ E (soit quelques %)

Figure 14 - Tableau de dénombrement statistique des séismes majeurs annuels sur la planète.

MAGNITUDE 6,0 - 6,4 6,5 - 6,9 7,0 - 7,4 7,5 -7,9 > ou = 8 Total

Moyenneannuelle 65 19 6 2,4 0,3 92

Ecart type 9 4 2 1,7 0,5 13

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3. CARACTÉRISATION DES PHÉNOMÈNES TECTONIQUES

3.1. TYPES DE SÉISMES, ÉTUDES ET PRÉVENTION

Le séisme étant un phénomène dû à la rupture fragile du sous-sol, lesorigines possibles de séismes sont tous les cas pouvant provoquer cesruptures, comme :

On retiendra que seuls les séismes d'origine tectonique, c'est-à-dire liés aux déplacements relatifs des plaques terrestres peuventavoir des longueurs de ruptures suffisantes pour que leurmagnitude soit élevée et justifie d'une politique de préventionvisant la résistance aux oscillations.

On verra que les différents mécanismes tectoniques, les différentesconfigurations géophysiques conditionnent les magnitudes et lapériodicité de retour des séismes majeurs (et des autres). Or les arbitragesdes politiques de prévention sont conditionnés par le niveau de " risque ",lui-même dépendant des " enjeux ", de leur " vulnérabilité " et de " l'aléa ",or, l'aléa sismique régional, défini comme la probabilité de récurrence d'unséisme de magnitude M donnée, est la conséquence directe du typed'activité sismique d'une région.A ce titre, les études relatives à la " tectonique des plaques " (mouvementsde la surface du globe), en ce qu'elles permettent de prévoir l'ampleur etla périodicité des séismes d'une région, sont indispensables pour arbitreréconomiquement et humainement les politiques de prévention. Ne pasdemander trop ni trop peu à une société dans sa démarche de protectiondes vies humaines et des biens matériels dépend de la précision desconnaissances.

L'architecte et l'ingénieur amenés à exercer en zone sismique et àcontribuer à la mise en place et à l'application de ces politiques deprévention (ne serait-ce que par sa responsabilité de fait dans laconstruction de bâtiments résistants) doivent connaître les mécanismesgénéraux de la tectonique des plaques en ce qu'ils conditionnent le niveaude l'action sismique pris en considération pour chaque région.

Mécanisme au

foyer Séismes naturels Séismes artificiels

Jeu d'une faille

Séismes tectoniques: rupture soudaine

des roches

Séismes induits par l'activité humaine:

mise en eau d'un grand barrage,

exploitation de gaz…

Explosion

Séismes volcaniques: fracturation des

roches due à l'intrusion de magma,

dégazage, oscillation propre du réservoir

Tirs d'exploration sismique, tirs de mines

et carrières, essais nucléaires souterrains

Implosion

Séismes d'effondrement: effondrement de

cavités dans le gypse ou le calcaire,

effondrement lié à un grand glissement de

terrain Effondrement d'anciennes mines

les grands ateliers

22

3.2. SISMICITÉ DE LA PLANÈTE

Les séismes se produisent essentiellement sur les frontières entre lesplaques tectoniques. Les pays concernés doivent adopter des politiques demitigation du risque sismique, comprenant notamment l'étude de lasismicité régionale et la mise en œuvre de mesures réglementaires etincitatives arbitrées en fonction du niveau de risque identifié.

Figure 15 - Carte planisphère de sismicité. Une dizaine d'années de séismes moyens à forts sur la

planète

Figure 16 - Carte planisphère de corrélation entre la sismicité terrestre et les limites tectoniques

(Document Université de Laval -Québec)

23




3.3. STRUCTURE DE LA PLANÈTE, UNE DYNAMIQUE INTERNE GÉNÉRATRICE DE DÉPLACEMENTS RELATIFS À LA SURFACE

La Terre est constituée d'une succession de couches de propriétésphysiques différentes dépendant de la composition chimique, de ladensité, de la température. Au centre, le noyau, qui représente 17% duvolume terrestre, et qui se divise en noyau interne solide et noyau externevisqueux; puis le manteau, qui constitue l'essentiel du volume terrestre,81%, et qui se divise en manteau inférieur solide et manteau supérieurprincipalement plastique, mais dont la partie tout à fait supérieure estsolide; et enfin la croûte (ou écorce), qui compte pour moins de 2% envolume et qui est solide.

Figure 17 - Coupes schématiques sur le globe terrestre (documents Université de Laval, Québec)

La lithosphère, couche solide externe qui comprend une partie dumanteau supérieur et la croûte terrestre, est divisée en plaques qui sedéplacent les unes par rapport aux autres sous l'effet des courants deconvection qui animent l'asthénosphère, couche plastique du manteausupérieur.La lithosphère se présente comme un ensemble rigide et par conséquentfragile; la température et la pression, qui augmentent avec la profondeur,modifient ce comportement, qui devient de plus en plus ductile, c'est-à-dire capable de se déformer sans casser. Ce passage du domaine cassantau domaine ductile marque la limite lithosphère-asthénosphère.Ces courants de convection dans l'asthénosphère sont générés par laforte chaleur du noyau.

On distingue deux types de croûte terrestre:

- la croûte océanique qui est formée de roches basaltiques dedensité 3,2 et qu'on nomme aussi SIMA (silicium-magnésium).C'est un socle rocheux " éphémère " produit par l'arrivée sur lesdorsales océaniques de magma qui refroidit. Sous l'effet desdéplacements des plaques tectoniques océaniques elle " retourne "fondre dans l'asthénosphère dont elle est issue (voir comment §3.5).

- la croûte continentale, qui se situe au niveau des continents. Cesont des socles rocheux " originels " formés lors du refroidissementde la planète. Elle est plus épaisse et de plus faible densité (rochesgranitiques à intermédiaires de densité 2,7 à 3). On la nommeSIAL (silicium-aluminium). C'est un socle rocheux persistant.

La couverture sédimentaire est une mince pellicule de sédimentsproduits et redistribués à la surface de la croûte par les divers agentsd'érosion (eau, vent, glace) et qui compte pour très peu en volume.

Figure 18 - Tableau synoptique de la composition du globe terrestre (document Université de Laval -

Québec)

les grands ateliers

24

Figure 19 - Coupe sur le globe terrestre (Document USGS) Indications sur la composition chimique

et les températures des différents niveaux.

3.4. NOTION DE DÉRIVE DES CONTINENTS

La dérive des continents est une théorie proposée au début du siècle parle physicien-météorologue Alfred Wegener. Au 17ème siècle des observateurs comme Francis Bacon en 1620, ont étéétonnés par la similitude des tracés des côtes africaines et des côtes sud-américaines. Quelques tentatives de modèles furent faites. C'est seulementen 1915 qu'Alfred Wegener développa et argumenta l'idée dudéplacement des continents à la surface de la planète. Sa théorie étaitétayée par la coïncidence des contours géologiques de part et d'autre del'Atlantique sud, la similitude des séquences de roches et les indicateurspaléoclimatiques. Mais sa théorie fut d'abord rejetée par la communautédes géophysiciens.Dans les années quarante quelques géologues se sont peu à peu ralliés àl'hypothèse d'un mouvement des continents. Les derniers doutes furentlevés en 1950, par les études sur le paléomagnétisme des fondsocéaniques. Le rôle des dorsales océaniques génératrices de matière sousl'action des courants de convection dans le manteau fut expliqué, grâce àl'étude des anomalies magnétiques décelées dans les planchersocéaniques. Ce qui permit de déduire le phénomène de création continuede fonds océaniques.

25




les grands ateliers

26

Figure 20 - Dérive des continents, représentation de Antonio Snider-Pellegrini en 1858 (Document

Université de Berkeley - Californie)

Figure 22 - Position actuelle des continents (Document Université de Laval - Québec)

Wegener a imaginé que les continents sont les morceaux d'un seul blocoriginel : la Pangée dont il a reconstitué un modèle. La tectonique des plaques aurait débuté vers - 900 millions d'années. Acette époque, les premiers boucliers continentaux remontés parconvection de matériaux profonds du manteau étaient déjà présents. Cespremiers continents se déplaçaient déjà sous l'effet des courants deconvection. Il y a environ 270 millions d'années l'ensemble des terresémergées était réuni sous un continent unique, la Pangée. La Pangée, étaitentourée d'un vaste océan : la Panthalassa.

La dynamique tectonique a abouti à l'aspect actuel de la planète.

Figure 21 - Alfred lothar

WEGENER " Inventeur " de la

théorie de la dérive des

continents (Document Alfred

Wegener Institute for Polar and

Marine Research ; Bremerhaven,

Allemagne)

27




Figure 23 - La Pangée (Document Université de Laval - Québec) La reconstitution de Wegener (puis

celle plus précise de ses successeurs) montre que toutes les masses continentales ont été jadis réunies

en un seul mégacontinent, la Pangée.

Figure 24 - Corrélation des fossiles retrouvés sur les différents continents issus de la dislocation de

la Pangée (Document USGS) On retrouve sur les continents actuels, une correspondance entre les

fossiles de plantes et d'animaux terrestres datant de 240 à 260 Ma. Avant la séparation de la Pangée.

les grands ateliers

28

Figure 25 - Les traces d'anciennes glaciations. (Document Université de Laval -Québec)

On observe, sur certaines portions des continents actuels, des marques de glaciation datant d'il y a 250

millions d'années, indiquant que ces portions de continents ont été recouvertes par une calotte

glaciaire.

Figure 26 - Glaciation sur la Pangée (Document Université de Laval -Québec) La reconstitution sur

la Pangée des marques de glaciation montre que le pôle Sud était recouvert d'une calotte glaciaire et

que l'écoulement de la glace se faisait en périphérie de la calotte.

LA CORRESPONDANCE DES STRUCTURES GÉOLOGIQUES.

On observe évidemment aussi une concordance entre les structuresgéologiques des continents anciennement réunis.

LES CONTINENTS FLOTTENT SUR L'ASTHÉNOSPHÈRE

La croûte continentale est plus épaisse sous les chaînes de montagnes quesous les plaines, cette situation répond au principe de l'isostasie qui veutqu'il y ait un équilibre entre les divers compartiments de l'écorce terrestre,en liaison avec les différences de densité. Les croûtes océaniques, plus denses sont moins épaisses et sont " recyclées" à terme dans l'asthénosphère (voir §3.52).Alors que les continents, moins denses que l'asthénosphère, "flottent" à sasurface et peuvent dériver les uns par rapport aux autres.

29




Figure 27 - Dérive des continents depuis 225 millions d'années (Document Université de Laval -

Québec)

3.5. TECTONIQUE DES PLAQUES ET SISMICITÉ ASSOCIÉE AUX DIFFÉRENTS TYPES DE LIMITES ENTRE PLAQUES

Ainsi, les séismes n'ont pas une répartition aléatoire à la surface de laplanète, mais sont localisés pour leur immense majorité sur les frontièresdes plaques lithosphériques, ce qui facilite leur étude et la mise en placede politiques de prévention pour les régions très exposées. La tectonique est la partie de la géologie qui étudie la nature et les causesdes déformations des ensembles rocheux, plus spécifiquement à grandeéchelle de la lithosphère terrestre. Une plaque est un volume rigide, peuépais par rapport à sa surface.

1° approche caractéristique : selon la profondeur de la sourceOn peut en première approche classer les séismes selon la profondeur deleur source, qui peut dépendre du type de frontière (voir explication desphénomènes plus loin).

-les séismes superficiels qui se produisent en faible profondeur,soit dans les premières dizaines de kilomètres, se retrouventautant aux frontières divergentes qu'aux frontières convergentes;

les grands ateliers

30

- les séismes intermédiaires qui se produisent entre quelquesdizaines et une centaine de kilomètres de profondeur seconcentrent uniquement au voisinage des limites convergentes;

- les séismes profonds qui se produisent à des profondeurspouvant atteindre plusieurs centaines de kilomètres par rupturesous l'effet de la pesanteur des plaques " plongeant " vers la basede l'asthénosphère. Ces séismes se trouvent exclusivement sur leslimites convergentes. Très amortis, ils ne provoquent pas dedésordres sur les constructions et communément, en matière dedéfinition de l'aléa sismique régional on appelle " séismes profond" les séismes intermédiaires.

PLAQUES TECTONIQUES

Figure 28 - Répartition des plaques tectoniques à la surface du globe et sens de déplacement

(Document X)

Les plaques tectoniques sont en général " mixtes " et de tailles très variables:les plaques continentales sont souvent associées dans leurs déplacements àun " morceau " de plaque océanique.

La tectonique des plaques est donc une théorie scientifique qui expliqueque les déformations de la lithosphère sont les conséquences des forcesinternes de la terre et que ces déformations se traduisent par le découpagede la lithosphère en un certain nombre de plaques rigides (13) qui bougentles unes par rapport aux autres en " glissant " sur l'asthénosphère.

2° approche caractéristique : le type de frontière entre les plaquestectoniques

Une deuxième approche pour classer les séismes consiste à comprendreleurs mécanismes, et le domaine tectonique qui leur est associé. C'est lelong des limites entre plaques que l'activité sismique est la plus importanteet que la caractérisation des domaines tectoniques (voir § 3.6) doit êtreréalisée. Il existe trois types de limites :

31




- les zones d'expansion océanique, dans lesquelles naît de lacroûte océanique,

- les zones de subduction, dans lesquelles disparaît du matérielcrustal,

- les zones transformantes, le long desquelles coulissent desplaques ou des fragments de plaques sans création ni résorptionde croûte.

Figure 29 - Types de frontières entre plaques (Document Université de laval - Québec)

Les mouvements relatifs entre les plaques définissent trois types de frontières entre elles:

1) les frontières divergentes, là où les plaques s'éloignent l'une de l'autre et où il y a

production de nouvelle croûte océanique; ici, entre les plaques A et B, et D et E;

2) les frontières convergentes, là où deux plaques entrent en collision, conséquence de la

divergence; ici, entre les plaques B et C, et D et C;

3) les frontières transformantes, lorsque deux plaques glissent latéralement l'une contre

l'autre, le long de failles; ce type de limites permet d'accommoder des différences de

vitesses dans le déplacement de plaques les unes par rapport aux autres, comme ici entre

A et E, et entre B et D, ou même des inversions du sens du déplacement, comme ici entre

les plaques B et E.

La terre est une structure dont tous les éléments forment ungrand système mu par la thermodynamique.

les grands ateliers

32

Figure 30 - Coupe schématique sur la lithosphère et l'asthénosphère montrant plusieurs types de

frontières possibles entre les plaques (Document Université de Laval - Québec)

Il existe des grandes cellules de convection dans le manteau qui sont le résultat du flux de chaleur qui

va du centre vers l'extérieur de la terre, un flux de chaleur dû à la décomposition des éléments

radioactifs contenus dans les minéraux constitutifs de la terre. Ces cellules concentrent de la chaleur

dans leur partie ascendante, ce qui cause une fusion partielle du manteau supérieur et une expansion

des matériaux. C'est cette expansion qui produit une dorsale médio-océanique (Voir § 3.51).

Les mouvements de l'asthénosphère sous la lithosphère rigide entraînent cette dernière; ils provoquent

des tensions au niveau de la dorsale, causant la divergence et le magmatisme associé. Ainsi, il y a

formation continuelle de nouvelle lithosphère océanique au niveau de la dorsale et élargissement

progressif de l'océan. En contrepartie, puisque le globe terrestre n'est pas en expansion, il faut détruire

de la lithosphère, ce qui se fait par enfoncement de lithosphère océanique dans les zones de subduction

qui correspondent aux fosses océaniques profondes (Voir 3.521). Les dorsales sont recoupées par des

failles dites transformantes pour accommoder des différences de vitesses de divergence (Voir 3.53).

Les vitesses de divergence et de convergence ne sont pas identiquespartout. La divergence varie de 1,8 à 4,1 cm/an dans l'Atlantique et de 7,7à plus de 18 cm/an dans le Pacifique. La convergence se fait à raison de3,7 à 5,5 cm/an dans le Pacifique. Le déplacement transformant de la faillede San Andreas est de l'ordre de 5,5 cm/an.

3.5.1. LIMITES DIVERGENTES

Le phénomène de divergence commence sur un continent par la formationd'un fossé étroit ou rift accompagné d'un volcanisme basaltique. Le rifts'élargit et s'approfondit. Il finit par être envahi par la mer. Le rift centraldevient alors une dorsale médio-océanique, dont l'activité agranditprogressivement la taille de l'océan.

Les schémas suivants illustrent le processus de création d'un riftcontinental et son évolution vers une dorsale océanique sousl'action du mouvement divergeant en partie supérieure descellules de convection de l'asthénosphère.

33




Figure 31 - Phase 1. (Document Université de Laval - Québec)

Lorsqu'une zone de convection se crée dans l'asthénosphère, l'accumulation de chaleur sous une plaque

continentale cause une dilatation de la matière qui conduit à un bombement de la lithosphère. Il

s'ensuit des forces de tension qui fracturent la lithosphère et amorcent le mouvement de divergence.

Le magma viendra s'infiltrer dans les fissures, ce qui causera par endroits du volcanisme continental;

les laves formeront des volcans ou s'écouleront le long des fissures. Un exemple de ce premier stade

précurseur de la formation d'un océan est la vallée du Rio Grande aux USA.


La poursuite des tensions produit un étirement de la lithosphère; il y aura alors effondrement en

escalier, ce qui produit une vallée appelée un rift continental. Il y aura des volcans et des épanchements

de laves le long des fractures. Le Grand Rift africain en Afrique orientale en est un exemple.

les grands ateliers

34


Avec la poursuite de l'étirement, le rift s'enfonce sous le niveau de la mer et les eaux marines

envahissent la vallée. Deux morceaux de lithosphère continentale se séparent et s'éloignent

progressivement l'un de l'autre. Le volcanisme sous-marin forme un premier plancher océanique

basaltique (croûte océanique) de part et d'autre d'une dorsale embryonnaire; c'est le stade de mer

linéaire, comme par exemple la Mer Rouge.


L'élargissement de la mer linéaire par l'étalement des fonds océaniques conduit à la formation d'un

océan de type Atlantique, avec sa dorsale bien individualisée, ses plaines abyssales et ses plateaux

continentaux correspondant à la marge de la croûte continentale.

N-B : Les dorsales océaniques constituent des zones importantes dedissipation de la chaleur interne de la Terre.

35




Figure 35 - Coupe schématique du cycle des fonds océaniques (Document Université de Laval -

Québec) La convection dans l'asthénosphère provoque des concentrations de chaleur en certaines

zones où le matériel chauffé se dilate, ce qui explique le soulèvement correspondant à la dorsale

océanique. La convection produit, dans la lithosphère, des forces de tension qui font que deux plaques

divergent; elle est le moteur du " tapis roulant ", entraînant la lithosphère océanique de part et d'autre

de la dorsale. Entre les deux plaques divergentes, la venue de magma crée de la nouvelle croûte

océanique.

Figure 36 - Coupe schématique de détail d'une dorsale (Document Université de Laval - Québec)

L'étalement des fonds océaniques crée dans la zone de dorsale, des tensions qui se traduisent par des

failles d'effondrement et des fractures ouvertes, ce qui forme au milieu de la dorsale, un fossé

d'effondrement qu'on appelle un rift océanique. Le magma produit par la fusion partielle du manteau

s'introduit dans les failles et les fractures du rift. Une partie de ce magma cristallise dans la lithosphère,

alors qu'une autre est expulsée sur le fond océanique sous forme de lave et forme des volcans sous-

marins. C'est ce magma cristallisé qui forme de la nouvelle croûte océanique à mesure de l'étalement

des fonds

C'est donc ainsi que se crée perpétuellement de la nouvelle lithosphèreocéanique aux niveau des frontières divergentes, c'est-à-dire sur lesdorsales médio-océaniques. Ce processus explique comment se sontformés les océans entre les continents. Sur les zones de divergence des plaques océaniques, la lithosphèreocéanique dépasse rarement 10-15 km d'épaisseur, les séismes sont donctous superficiels sur ces zones.

les grands ateliers

36

N-B : L'iconographie de la tectonique des plaques représente les dorsalescomme des " droites " sur un plan. En fait, la terre étant une sphère, leparcours de la dorsale est " linéaire " sur la surface de cette sphère. Onreprésente aussi les cellules de convection en deux dimensions; il faut faireun effort d'abstraction pour se les représenter en trois dimensions, àl'intérieur de la sphère.

Inversion des champs magnétiques et datation du fond desocéans.

Les plaques océaniques divergent de part et d'autre de la dorsaleocéanique. Ce phénomène est compensé par des apports de magmabasaltique qui se solidifie en forme de " coussins ". Ainsi la dorsaleocéanique est le lieu de création de la croûte océanique. En serefroidissant, les laves " fixent " l'orientation du champ magnétique dumoment1 .

Figure 39 - Datation des fonds océaniques par les inversions de polarité magnétique. (Document

USGS)

Les fonds marins ont la polarité magnétique qui correspond à celle despôles au moment où ils ont été créés par refroidissement du magmasortant sur la dorsale. Les relevés de polarité des fonds sous-marins (quel'on peut dater), permettent de situer les époques d'inversion de la polaritédu globe, donc de définir leur vitesse de progression. La vitessed'expansion des fonds océaniques varie de 1 à 2 cm par an pour lesdorsales lentes, et atteint jusqu'à 10 cm et plus pour les dorsales rapides.Les dorsales lentes, telle la dorsale médio-atlantique, présentent dans leurpartie médiane, un rift, fossé profond de 2 000 m et large de 20 à 30 km,alors que les dorsales rapides, comme la dorsale Est-Pacifique, en sontdépourvues et ne présentent qu'un relief modéré. les chambresmagmatiques n'y sont qu'à quelques kilomètres de profondeur.

Figure 37 - Faille de Pingvellir

en Islande, terres émergées sur

la dorsale Atlantique (Document

Yann Arthus-Bertrand)

On peut voir les déformations

superficielles dues au régime en

expansion de la zone.

Figure 38 - Cartographie

topographique de la dorsale

médio-océanique Atlantique

(Document USGS)

1 Le pôle magnétique de la planète est

périodiquement inversé (sur de longues

périodes). Il l'est pas toujours au nord. L'étude

des champs magnétiques des fonds océaniques

(qui sont liés à la période à laquelle le magma a

été émis et solidifié) a permis d'établir que le

champ magnétique terrestre avait subi des

inversions périodiques et de déterminer ces

périodes en fonction de la vitesse de

divergence.

37




L'étude de ces champs magnétiques a mis en évidence la symétrie desfonds, d'autant plus anciens qu'éloignés de la dorsale. Les fondsocéaniques les plus âgés avaient été formés pendant le jurassique ce quiindique qu'ils " disparaissent " puisqu'il n'y a pas de croûte océanique aussiâgée que les croûtes continentales. On observe cette " disparition " sur leslimites convergentes en subduction.

3.5.2. LIMITES CONVERGENTES

Aujourd'hui les géophysiciens sont d'accord pour dire que la terre n'est pasen expansion. Si la surface de la terre est un espace fini, le fait qu'il y aitcréation de matière aux frontières divergentes implique que de lalithosphère est détruite ailleurs pour maintenir constante la surfaceterrestre. Cette destruction se fait sur certaines frontières convergentes. Ladestruction de plaque se fait par l'enfoncement dans l'asthénosphère d'uneplaque sous une autre plaque et par la fusion progressive de la portion deplaque plongeant dans l'asthénosphère : le phénomène de subduction.Les manifestations de cette convergence diffèrent selon la nature desplaques (océaniques ou continentales) qui entrent en collision. Lorsque le mouvement de convergence fait " s'affronter " deux continents,donc deux plaques " légères ", le mécanisme de subduction d'une plaqueplus dense que l'autre ne peut s'amorcer " aisément ". On assiste à unphénomène de surrection des continents : formation et croissance dechaînes de montagnes.

3.5.2.1. SUBDUCTION DES PLAQUES OCÉANIQUES

Un premier type de collision résulte de la convergence entre deuxplaques océaniques. Dans ce genre de collision, une des deux plaques (laplus dense, généralement la plus vieille) s'enfonce sous l'autre : c'est lephénomène de subduction (littéralement: conduire en-dessous). La ligne d'émergence du plan de subduction correspond à une fosseocéanique. L'inclinaison des plans de subduction varie de 20 à 45°. Sur labordure de la plaque chevauchante, s'accumulent des écailles tectoniquesconstituées par les sédiments qui sont refoulés. Cet empilement constituele prisme d'accrétion tectonique. La plaque chevauchante peut être uneplaque continentale (voir plus loin) ou, parfois, une autre plaqueocéanique. On y observe alors un archipel d'îles volcaniques séparé ducontinent par un bassin marginal (Japon, Antilles).

les grands ateliers

38

Figure 40 - Subduction entre plaques océaniques (Document Université de Laval - Québec)

L'asthénosphère "digère" peu à peu la plaque lithosphérique subductée. Vers 100-150km de

profondeur les conditions (pression-température) provoquent la fusion partielle de cette plaque. Le

magma résultant (visqueux), moins dense que le milieu ambiant, monte vers la surface. Une grande

partie de ce magma reste emprisonnée dans la lithosphère, mais une partie est expulsée à la surface,

produisant des volcans sous la forme d'une série d'îles volcaniques (arc insulaire volcanique) sur le

plancher océanique. De bons exemples de cette situation se retrouvent dans le Pacifique-Ouest, avec

les grandes fosses des Mariannes, de Tonga, des Kouriles et des Aléoutiennes, chacune possédant leur

arc insulaire volcanique, ainsi que la fosse de Puerto Rico ayant donné naissance à l'arc des Antilles

bordant la mer des Caraïbes Atlantique.

LA ZONE DE SUBDUCTION DE L'ATLANTIQUE SOUS LA CARAÏBE

0

100

200

300

profondeur(km)

0 100 200 km

Zone deconcentration

des foyerspeu profonds

Zone deconcentration

des foyersprofonds

PLAQUE CARAIBE

Arc insulaire Prisme d'accretion fosse océanique

PLAQUE AMERIQUE

A

E

D

C

A :

B :

C :

D, E :

Sources intraplaques caraïbe en faille normale

Sources intraplaques caraïbe intermédiaire

Sources interplaques, plan de subduction

Sources intraplaques Amérique subductée

B

Pro

fon

deu

r (e

n k

m)

0

-160

-120

-80

-40

0

40 80 120 160 200 240 280

-200

Coupe n°11Martinique

Séisme du 8/06/1999

-61.43°;14.63° -58.80°;15.26°

Figure 41 - Coupes sur la subduction Antillaise (Documents Géo-Ter)

La coupe schématique de gauche représente les différents domaines sismogènes associés à la subduction est-caribéenne et leurs mécanismes. En C, le plan de

subduction lui-même, où sont attendues les magnitudes les plus élevées (les surfaces de ruptures les plus importantes). En A et B les séismes générés par les

contraintes en bordure de la plaque Caraïbe, de magnitudes possibles moins élevées (dimensions des failles moins importantes), mais pouvant être (zone A)

très proches des constructions et in fine aussi violents (mais aux effets plus localisés) sur les terres émergées. En D et E, les séismes profonds dus aux ruptures

de la plaque subductée sous son propre poids (Ces derniers sont très amortis lorsqu'ils arrivent à la surface).

A droite une coupe sur les épicentres localisés : on reconnaît les différents domaines auxquels s'ajoutent les séismes dus aux contraintes sur la plaque Amérique

(zone de croûte océanique de l'Atlantique) à proximité du plan de subduction.

39




Un second type de collision avec subduction est le résultat de laconvergence entre une plaque océanique et une plaque continentale. Dansce type de collision, la plaque océanique plus dense s'enfonce sous laplaque continentale.

Figure 42 - Subduction d'une plaque océanique sous une plaque continentale (Document Université

de Laval - Québec)

Les basaltes de la plaque océanique et les sédiments du plancher océanique s'enfoncent dans du

matériel de plus en plus dense. Rendue à une profondeur excédant les 100 km, la plaque est

partiellement fondue. Comme dans le cas précédent, la plus grande partie du magma restera

emprisonnée dans la lithosphère (ici continentale); le magma qui aura réussi à se frayer un chemin

jusqu'à la surface formera une chaîne de volcans sur les continents (arc volcanique continental). De

bons exemples de cette situation se retrouvent à la marge du Pacifique-Est, comme les volcans de la

Chaîne des Cascades (Cascade Range) aux USA (incluant le Mont St. Helens) résultat de la subduction

dans la fosse de Juan de Fuca et ceux de la Cordillères des Andes en Amérique du Sud reliés à la fosse

du Pérou-Chili. Dans une phase avancée de la collision, le matériel sédimentaire qui se trouve sur les

fonds océaniques et qui est transporté par le tapis roulant vient se concentrer au niveau de la zone de

subduction pour former un prisme d'accrétion.

Cas particulier de l'obduction

L'obduction est le chevauchement de la croûte continentale par dela croûte océanique. Elle peut être la conséquence d'une évolutionparticulière: transformation d'une dorsale océanique en zone deconvergence (subduction), résorption du domaine océanique,l'affrontement du continent et de la zone de subduction provoquantl'expulsion du fond océanique sur le continent (c'est le cas de la Nouvelle-Calédonie).Ce phénomène suscite un grand intérêt chez les géologues. En effet, ilpermet d'observer aisément en trois dimensions un fragment de croûteocéanique. Dans le Sultanat d'Oman on trouve une zone d'obduction d'uneétendue longue de 500 km et large de 100 km.

les grands ateliers

40

3.5.2.2. SURRECTION DES PLAQUES CONTINENTALES

Un troisième type de collision implique la convergence de deux plaquescontinentales, elle s'accompagne de leur surrection. Les illustrationssuivantes décrivent le phénomène.

Figure 43 - Phase 1 (Document Université de Laval)

L'espace océanique se refermant au fur et à mesure du rapprochement des deux plaques continentales,

le matériel sédimentaire du plancher océanique, plus abondant près des continents, et celui du prisme

d'accrétion se concentrent de plus en plus; le prisme croît.

Lorsque les deux plaques entrent en collision, le mécanisme se coince: lemoteur du déplacement (la convection dans le manteau supérieur) n'estpas assez fort pour enfoncer une des deux plaques dans l'asthénosphère àcause de la trop faible densité de la lithosphère continentale par rapport àcelle de l'asthénosphère. Tout le matériel sédimentaire est comprimé et sesoulève pour former une chaîne de montagnes où les roches sont plisséeset faillées. Des lambeaux de la croûte océanique peuvent même êtrecoincés dans des failles. Les deux plaques continentales se soudent pourn'en former qu'une seule qui s'épaissit en altitude et en profondeur.

41




Figure 44 - Phase 2 (Document Université de Laval - Québec)

Toute les grandes chaînes de montagnes plissées ont été formées par ce mécanisme. Un bon exemple

récent de cette situation, c'est la soudure de l'Inde au continent asiatique, il y a à peine quelques millions

d'années, avec la formation de l'Himalaya.

SURRECTION DE L'HIMALAYA

Figures 45 - (Documents USGS - Photographie Gimmy Park Li.)

Les coupes ci-dessus représentent de déplacement d'un point théorique pendant la surrection du

massif himalayen. La carte montre la progression de la plaque indienne au cours des 70 millions

d'années passés.

les grands ateliers

42

3.5.3. LIMITES TRANSFORMANTES

Les frontières transformantes correspondent à de grandes fractures quiaffectent toute l'épaisseur de la lithosphère; on utilise plus souvent leterme de failles transformantes.

Ces failles permettent d'accommoder des différences dans lesvitesses de déplacement ou même des mouvements opposésentre les plaques, ou de faire le relais entre des limites divergenteset convergentes (ces failles transforment le mouvement entre divergenceet convergence, d'où leur nom de failles transformantes). Elles se trouvent le plus souvent, mais pas exclusivement, dans lalithosphère océanique où elles compensent les différences de vitessesd'expansion sur les dorsales. Dans ce cas elle sont sensiblementperpendiculaires à celles-ci.La faille de San Andreas en Californie est un autre bon exemple de limitetransformante: elle assure le relais du mouvement entre la limitedivergente de la dorsale du Pacifique-Est, la limite convergente des plaquesJuan de Fuca-Amérique du Nord et la limite divergente de la dorsale deJuan de Fuca.

Figures 46 - Faille de San Andreas (Documents USGS)

La faille de San Andreas concerne à la fois la lithosphère océanique et la lithosphère continentale. Elle

constitue la limite entre trois plaques: plaque de Juan de Fuca, plaque de l'Amérique du Nord et plaque

du Pacifique. Elle est très étudiée car elle concerne des millions de personnes. Au rythme actuel du

déplacement (~ 5,5 cm/an), la ville de Los Angeles sera au droit de San Francisco dans 10 Ma.

La route qui traverse la faille donne l'échelle des reliefs associés au travail de ce décrochement sur les

roches.

43




3.5.4. CAS DES SÉISMES INTRAPLAQUES

Même si la grande majorité des séismes se situe aux frontières de plaques,il existe une activité sismique intraplaque, c'est à dire à l'intérieur même desplaques lithosphériques, loin des zones de contraintes identifiables àproximité de leurs frontières. Les séismes intraplaques continentaux sontplus difficile à expliquer, mais surtout à " prévoir " et localiser.Malheureusement ces séismes peuvent être très violents.

N-B : Les sismologues appellent " séismes intraplaques " les séismes prochesd'une frontière tectonique comme un plan de subduction, mais hors de ceplan. En termes de politique de prévention on dénomme plutôt ainsi lesséismes éloignés des frontières tectoniques.

3.6. DE LA MODÉLISATION DES DÉPLACEMENTS RELATIFS DES PLAQUES TECTONIQUES À LA DÉFINITION DES DOMAINES TECTONIQUES

Figure 47 - Représentation schématique des mouvements tectoniques à la surface de la planète

(Document X)

La modélisation de l'activité tectonique de la planète a permis de mieuxcaractériser l'activité sismique de chaque région. Cependant, le régimeglobal associé à chaque limite (convergeant, expansif ou transformant) nesignifie pas que tous les domaines sismotectoniques de la zone ont desmécanismes directement représentatifs de ces déplacements. Ainsi on ades domaines de failles normales (expansion) à proximité des plans desubduction (convergence) en raison de l'interaction entre les plaques et desmodes de déformation locale. La cartographie des différents domainestectoniques, comme ci-dessous en Italie permet de définir l'aléa sismiquerégional (voir § 6 et 7).

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Figure 48 - Carte des domaines sismotectoniques de l'Italie (Document GNDT)

Chaque domaine dont l'activité est étudiée pour établir le zonage sismique réglementaire de l'Italie est

repéré par un numéro. Chaque domaine correspond à un mécanisme et une activité distincte du

domaine voisin. L'ensemble de ces domaines suit bien les frontières tectoniques qui bordent

l'Adriatique et sont à l'origine du plissement de l'Arc Alpin.

La sismicité associée à chaque domaine permet de définir l'aléa régional déterministe ou probabiliste,

et d'arbitrer le niveau de l'action sismique pour les ouvrages à risque normal par une carte de zonage

réglementaire

.

45




4. LA SECOUSSE SISMIQUE, CARACTÉRISATION DES ONDES SISMIQUES

4.1. LES TYPES D'ONDES

Libérées par la rupture sur la faille, des ondes élastiques se propagent danstoutes les directions. Plusieurs types d'ondes aux effets différents sur lessols et les structures sont générés par le séisme.La connaissance des caractéristiques des différents types d'ondeset de leurs modes de propagation permet de comprendre leuraction sur une structure donnée en fonction du site géologique etde sa distance au foyer.

4.1.1. LES ONDES DE VOLUME

Elles se propagent dans la masse terrestre depuis la source, elles sontréfléchies et/ou réfractées par les limites de couches de sol de densitésdifférentes et par la surface (Voir § 5.4). Ce sont les ondes de volume quiprovoquent les déformations des constructions courantes sous l'effet desforces d'inertie (leurs fréquences d'oscillation sont proches de celles desconstructions qu'elles peuvent mettre en résonance).

- Les ondes P (Primaires) qui progressent en animant les solstraversés en compression/dilatation comme les spires d'un ressort.

Les ondes P sont des ondes de compression assimilables aux ondessonores et qui se propagent dans tous les états de la matière (gazeux,liquide et solide). Les ondes P se déplacent en créant successivement deszones de compression et des zones de dilatation. Les particules sedéplacent localement selon un mouvement " avant-arrière " dans ladirection de la propagation de l'onde (Voir figure 49).

o Vitesse : de l'ordre de 4 à 6 km/s (beaucoup moins selon la nature des rochestendres et des sols plus ou moins raides traversés près de la surface). Plusrapides que les ondes S, ce sont les premières enregistrées par les appareils,d'où leur dénomination.

o Périodes: de l'ordre de la seconde (de la fraction de seconde à quelquessecondes)

o Longueur d'onde: de l'ordre de 4 à 6 km

- Les ondes S (Secondaires) qui progressent en cisaillant le solperpendiculairement à leur sens de cheminement

Les ondes S sont des ondes de cisaillement qui ne se propagent que dansles solides. Les particules oscillent localement dans un plan perpendiculaireà la direction de propagation de l'onde (Voir figure 49).

les grands ateliers

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o Vitesse : 60% de celle des ondes Po Périodes: de l'ordre de la seconde (de la fraction de seconde à quelques

secondes)o Longueur d'onde: de l'ordre de 4 à 6 km

N-B : La vitesse de propagation des ondes sismiques est proportionnelle àla densité du matériel dans lequel elles se propagent.

Figure 49 - Représentation schématique du mouvement des ondes P et des ondes S (Document

Université de Laval - Québec)

4.1.2. LES ONDES DE SURFACE (ONDES DE LOVE ET DE RAYLEIGH)

Elles sont générées par l'arrivée des ondes de volume à la surface du globe.Plus le séisme est profond, moins elles sont puissantes. Elles concernent lescouches superficielles des sols. Les ondes de Love et de Rayleigh ont uncontenu fréquentiel qui concerne certaines structures, mais leur influencesur les constructions courantes est négligeable :

o Vitesse : de l'ordre de 1 à 2 km/so Périodes: de l'ordre de 20 so Longueur d'onde: de l'ordre de 20 à 40 km

Les ondes de Love ou ondes L sont des ondes de cisaillement, commeles ondes S, mais qui oscillent dans un plan horizontal. Elles impriment ausol un mouvement de vibration latéral.

Les ondes de Rayleigh ou ondes R sont assimilables à une vague; lesparticules du sol se déplacent selon une ellipse rétrograde, créant unevéritable vague qui affecte le sol lors des grands tremblements de terre.

47




Figure 50 - Représentation schématique du mouvement des ondes L et R (Document X)

4.2. REPRÉSENTATION DANS LE TEMPS DU MOUVEMENT SISMIQUE ENREGISTRÉ EN UNSITE : SISMOGRAMMES, ACCÉLÉROGRAMMES

Notions de période et d'amplitude d'une onde

La période et l'amplitude caractérisent les phénomènes ondulatoires.Pour les séismes il peut s'agir de caractériser le déplacement des particulesde sol, leur vitesse de déplacement et l'accélération du sol. Descaractéristiques du mouvement ondulatoire dépend l'action possible desondes sismiques sur les constructions.

La fréquence (F, en Hz) est l'inverse de la période (T, en s). La période est la durée d'un cycle d'oscillation, la fréquence, le nombre decycles par seconde. La notion de périodicité d'une sollicitation dynamiqued'origine sismique est fondamentale pour la compréhension ducomportement dynamique des structures.L'amplitude du mouvement ondulatoire est d'autant plus importante quecelui-ci est énergétique.

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48

Un signal sismique est complexe et aléatoire. Il peut être représentécomme la superposition d'ondes (des différents types) de fréquencesvariées dont l'amplitude est plus ou moins importante. Un certain nombrede paramètres, dépendant de la source et des sols traversés conditionnentla nature du signal sismique en un lieu. L'enjeu sera d'identifier lesfréquences très énergétiques des signaux sismiques possibles sur le site àconstruire.

Nécessité d'identifier le signal possible d 'un séisme sur un siteavant le séisme

La concordance entre les périodes de grande amplitude des oscillationspour un sol donné sous l'effet d'un séisme donné et les périodes propresd'oscillation d'une construction créent un phénomène de résonance quipeut multiplier les accélérations que subit la structure par 2 ou plus. C'estun des principaux facteurs de ruine s'il n'est pas pris en considération parle concepteur et le bureau d'études.

L'un des objets de la sismologie appliquée est d'associer à chaquesite un " outil de travail ", appelé " spectre de réponse " (voir § 4.3et 8.2), qui permet à l'architecte et à l'ingénieur d'évaluer lapossible amplification des ondes arrivant sur le site par lebâtiment, en raison de la possible mise en résonance de lastructure.

La première étape pour y parvenir est d'enregistrer les séismes desdifférents types de site pour en décomposer le signal.

Enregistrement des séismes

La convention internationale est d'enregistrer les mouvements dans lestrois directions : N-S, E-O et verticale.3 types de capteurs: sismomètres (Déplacements), vélocimètres (Vitesses),accéléromètres (Accélérations). On utilise plus communément lesaccélérogrammes, enregistrements à partir desquels on peut retrouver lavitesse et le déplacement par calcul intégral.

= + +

49




Figure 51 - Principes schématiques des enregistrements dans les plans horizontaux et vertical avec des

appareils " mécaniques ". (Document EOST)

Accélération (exprimée en m/s2 ou en % de g, g = 9,81m/s2)

On mesure les accélérations du sol dans les trois directions en fonction dutemps.La recherche des pics d'accélération possibles sur une région donnée est lepremier élément de l'évaluation du mouvement sismique pour l'applicationdes règles de calcul réglementaire. (En anglais PGA : Pic GroundAcceleration).

Les accélérations, " en réponse " au séisme, de la structureconditionnent les forces d'inertie qui vont s'appliquer à lastructure et auxquelles elle devra résister (Forces d'inertie =Masse(s) de la structure x Accélération(s) ).

Figure 52 - Exemple d'accélérogramme (en cm/s2)

En abscisse, le temps en secondes, et en ordonnée, les accélérations en cm/s2. Sur cet enregistrement

une accélération maximale du sol (ou pic) de 4,6 m/s2 ((0,46g) est repérée à t = 6 secondes.

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Vitesse (exprimée en m/s)

On mesure les vitesses du sol dans les trois directions en fonction dutemps. La vitesse " en réponse " au séisme est un paramètre ducomportement dynamique des structures.

La vitesse à laquelle se font les déformations dans une structureconditionne l'amortissement de l'énergie dynamique sous formede chaleur (Forces amorties = Coefficient(s) propre(s) au(x)matériau(x) x Vitesse(s) ). Cette dissipation de l'énergie dynamiqueréduit le niveau de contraintes dans la structure, donc ses déformations(voir ci-dessous). Ainsi, pour les matériaux à coefficient d'amortissementnon négligeable, l'équation du séisme en fonction du temps introduit leparamètre de la vitesse.

Figure 53 - Exemple de vélocigramme vertical

En abscisse le temps en secondes, en ordonnée la vitesse en m/s.

Déplacement (exprimé en m)

On mesure les déplacements du sol dans les trois directions en fonction dutemps. Une structure flexible peut subir des niveaux d'accélérations et desforces d'inertie acceptables au regard de son dimensionnement, mais sesdéformations peuvent être trop importantes à différents égards (pérennitéde la structure, compatibilité avec les éléments secondaires etéquipements.

Les déplacements (déformations de la structure " en réponse " auséisme) éventuellement importants sur les structures flexiblesdoivent être évalués et équilibrés par les forces de rappel (Forcesde rappel = coefficient(s) de raideur de la structure xdéplacement). Il faut raidir (ou amortir, voir ci-dessus) les structures dontla flexibilité provoquerait des déformations inacceptables.

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Figure 54 - Sismogramme Est-Ouest du séisme ligure de 1887.

Les premiers sismomètres enregistraient des déplacements. Les oscillations mécaniques du bras autour

d'un axe vertical donnaient une "ordonnée courbe". Visiblement l'appareil s'est déréglé vers l'Est

pendant le séisme.

4.3. REPRÉSENTATION DU MOUVEMENT ENREGISTRÉ EN UN SITE PAR SON SIGNAL FRÉQUENTIEL : LE " SPECTRE DE RÉPONSE "

Notion préalable : Le phénomène de mise en résonance d'un système par uneoscillation forcée

Chaque système (défini par ses matériaux et sa géométrie) a une (ou des)" période(s) propre(s) d'oscillation " : c'est celle de ses oscillationslibres, jusqu'à arrêt du mouvement, après une action unique le déplaçant(déformant) de sa position d'origine (exemple des oscillations dupunching-ball après une poussée unique). La durée de cette période,propre au système, dépend de sa raideur, de sa masse et de la nature desliaisons entre ses éléments et avec le " sol d'implantation ".2

Lorsque ce système est mis en mouvement par une action dynamiquerépétée du " sol d'implantation ", si la période de cette action correspondà la période propre d'oscillation du système, l'amplitude du mouvement dusystème augmente rapidement par mise en résonance. (Exemple de labalançoire qui reçoit de petites impulsions " en cadence " avec sa périodepropre d'oscillation, ce qui fait croître l'amplitude du mouvement avec unfaible apport énergétique, alors que des impulsions plus fortes, mais depériode aléatoire seraient susceptibles de la ralentir et réduire l'amplitudede ses oscillations. N-B : L'analogie avec un oscillateur élastique déformépar les forces d'inertie n'est pas exacte, mais l'illustration du phénomène demise en résonance est valable)

Ainsi, chaque site, caractérisé par ses données physiques (matériaux,géométrie des accidents topographiques et/ou géométrie des couches desol meuble sur le substratum), est un système qui va amplifier (ouatténuer) les différentes périodes qui composent le signal sismique qui luiparvient depuis la source, en le " filtrant ". Chaque site aura donc unsignal propre en réponse à un séisme donné.

De même, chaque structure est un système qui possède une (ou plusieurs)période propre d'oscillation et qui va amplifier (ou atténuer) les différentes

2 Un système simple ou oscillateur simple a

une seule période d'oscillation. Un système

plus complexe comme un bâtiment a une

période fondamentale qui correspond à une

déformation globale régulière, mais aussi pour

chaque autre mode de déformation une

période propre caractéristique (plus courte que

le période fondamentale).

les grands ateliers

52

composantes du signal propre au site. La " réponse " d'une structureest caractérisée par le niveau d'amplification ou d'atténuation dumouvement sismique que le sol lui transmet. Les constructionsdont une période propre d'oscillation correspond à celle(s) qui est(sont) amplifiée(s) par le site vont entrer en résonance avec lemouvement propre du site d'implantation, et leur mouvement "en réponse " pourra être multiplié par 2 et plus par rapport aumouvement de référence au rocher. C'est un des principauxfacteurs de ruine totale en cas de séisme.

La conception parasismique des structures vise, entre autres, laprévention de l'amplification des secousses reçues du sol par lastructure.Les études de sismologie visent donc la production, entre autres outilsd'aide à la conception, de spectres de réponse, graphiquespermettant à l'architecte et à l'ingénieur qui savent les lire de prendre enconsidération le phénomène d'amplification possible des secousses par laconstruction projetée.

On doit donc distinguer (voir ci-après):- Le spectre de réponse d'un site à un séisme donné,- Le spectre de réponse d'un site aux différents séismes régionauxpossibles

- Le spectre de réponse réglementaire associé à une famille de sitescomparables.

Spectre de réponse des structures pour un site donné et un séismedonné

Le " spectre de réponse " des structures en fonction de leur période(s)propre(s) sur un site pour un séisme identifie les périodes du signal de ceséisme que ce site a amplifié (ou atténué) parmi celles qui sont parvenuesau sol rocheux sous-jacent (mouvement de référence), et ainsi celles quiont pu " exciter " les structures de période(s) propre(s) concordante(s) quiy sont implantées.

Le " spectre de réponse " des structures, se présente sous la forme d'un "graphique " sur lequel on va lire le " coefficient " d'amplification (parmise en résonance) ou de dé-amplification (par non concordance despériodes sol-bâtiment) des paramètres du mouvement sismique(déplacement, vitesse, accélération), mesurés au sol, par les différentesstructures. Ainsi, on lira sur le spectre de réponse, la réponse de lastructure au signal du site en fonction de sa " période propre d'oscillation" et de son taux d'amortissement.

Le spectre de réponse est établi par analyse du contenufréquentiel du signal enregistré sur le site. Il est unereprésentation non temporelle, mais fréquentielle du séisme.

Exemples de spectres de réponse pour un site et un séisme donné.

53




Figure 55 - Spectres de réponse en accélération, vitesse et déplacement d'un site donné pour le séisme

de Ceyhan-Misis. Quatre " courbes " pour chaque paramètre, correspondant à quatre taux

d'amortissement du mouvement par la structure différents (Turquie, 1998)

On repère sur l'abcisse la période propre d'oscillations libres de l'oscillateur étudié (structure s'il s'agit

de constructions) et on lit en ordonnée le niveau de réponse de cet oscillateur. Dans le cas présent, les

structures de période propre 0,7 seconde ont amplifié fortement les accélérations reçues, les structures

de période propre inférieure à 0,3 seconde et supérieure à une seconde ont eu des niveaux

d'accélération faibles, ce qui a été constaté sur le terrain par les différents niveaux de désordres sur les

différents types de structures selon leurs périodes propres. Les structures de période 1,2 seconde ont

eu des réponses en déplacement élevées, ce qui peut expliquer la dislocation de minarets de pierre qui

n'ont pas supporté les déformations qu'ils subissaient.

- Pour un même séisme, on constatera des amplificationsimportantes des oscillations de périodes courtes sur les sitesrocheux, et de périodes longues sur les sols meubles de grandeépaisseur.

- Pour un même site, les amplifications concerneront les périodesplus longues, mais à des niveaux plus faibles pour les séismeslointains que pour les séismes proches (les fréquences élevées sontplus amorties avec la distance).

Exemple de spectre de réponse pour un site donné et différentessources sismiques

En termes de prévention, la connaissance du spectre de réponse d'un sitepour un seul séisme n'est pas suffisante. En effet, les domaines fréquentielsdes signaux parvenant d'une source proche ou lointaine ne sont pas lesmêmes, on produira donc des spectres qui tiennent compte des différentssignaux pouvant arriver sur le site.

les grands ateliers

54

Le spectre de réponse des sites est un des outils issus desrecherches en sismologie sans lesquels on ne peut pas faire deconstruction parasismique " démocratique ". Il permet de calculeravec des méthodes assez simples l'action d'un séisme sur lesconstructions courantes (domaine élastique) avec une bonnefiabilité (spectre propre au site) ou une assez bonne fiabilité pourles sols assez raides (spectre standard de la réglementation, voirplus loin).

Figure 56 - Exemples de spectres enveloppes lissés pour un site (à El Centro, USA)

A partir des spectres de réponse sur un site pour plusieurs séismes de sources différentes (signaux

différents) on détermine des spectres de calcul qui " enveloppent ", en les lissant, les différents pics des

spectres réels. On peut alors les utiliser pour le calcul des structures en lisant sur l'ordonnée un niveau

d'amplification qui est peut être surestimé, mais en principe pas trop sous-estimé.

Le spectre en accélération est d'abord " calé ", pour une période de 0 seconde (structure infiniment

rigide se déplaçant avec le sol sans se déformer), au niveau d'accélération du sol vraisemblable sur le

site (Issu des études d'aléa régional, voir § 7). Sur l'exemple ci-dessus il est calé à 3 m/s2. La réponse

des structures qui s'y trouvent (définies par leur période propre) correspond au niveau d'amplification

de cette accélération " régionale " par la structure. C'est celle que l'on lira sur le spectre. Sur l'exemple

ci-dessus ; une structure de période = 0,4s ayant un taux d'amortissement de 2%, sera calculée pour

une accélération en réponse de 7 m/s2.

Exemple de spectres de réponse réglementaires

Lorsqu'il s'agit de mettre en oeuvre une réglementation applicable à " toutle monde " à l'échelle d'un territoire national, quelques spectres de réponsedoivent permettre de représenter l'enveloppe des différents séismespossibles sur tous les sites, de façon à faciliter les études dedimensionnement des structures courantes. On réservera les étudesspécifiques (et coûteuses) aux grands enjeux.

55




En France, les règles PS-92 (qui concernent tous les bâtiments courantssitués en zone sismique) classent les sites selon quatre types S0, S1, S2 etS3 (du plus raide -rocher ou assimilé- au plus meuble) qui sont censésreprésenter tous les cas de figures. Les méthodes de calcul des " ouvrages à risque normal " concernés par lesrègles PS-92, calcul modal spectral, utilisent le spectre de réponse enaccélération du mouvement sismique.

La " forfaitisation " des différents sites d'implantation par 4 spectres deréponse en accélération, correspondant à 4 sites types pour l'ensemble duterritoire national, s'accompagne d'une marge d'erreur non négligeable,notamment en cas de pic d'amplification important pour une périodelongue sur un sol meuble, qui peut donner des niveaux d'accélérationréelle dans les structures bien supérieurs à ceux donnés par le spectre desite S3, avec un risque d'effondrement de la structure à la clé pourestimation erronée de l'accélération de calcul. C'est une possibilité d'échecdont la faible probabilité d'occurrence est acceptée par les politiques demitigation des risques par souci d'économie globale. Il est néanmoinssouhaitable de procéder à des vérifications supplémentaires en cas degrandes épaisseurs de sol meuble (vallées alluvionnaires, mangroves…)

Figure 57 - Exemple de spectre réglementaire en accélération (Règles PS-92)

On constate, ce qui est logique, que le spectre S3 (sols meubles épais) donne des niveaux d'accélération

en réponse plus importants pour les structures de période T élevées (> 0,5 s) que les spectres pour sols

plus raides (Mise en résonance possible des structures flexibles par les sols souples).

Le " plateau " (réponses des plus élevées de chaque spectre) devrait correspondre aux périodes

susceptibles d'être mises en résonance par le sol, de façon probabiliste. Il ne signifie pas que toutes les

structures de T correspondantes seront mises en résonance.

Que faire face aux marges d'erreurs des spectres réglementaires? La conception parasismique en amont du calcul réglementaire de l'actionsismique (qui utilise des données éventuellement sur ou sous-évaluées), apour objet de réduire les effets des erreurs sur les hypothèses de calcul enmaîtrisant le comportement du bâtiment en cours d'endommagement afinde lui éviter la ruine en cas de sous-évaluation, et en lui donnant unepériode propre la plus éloignée possible des domaines fréquentielssuspectés pour le site à partir de l'interprétation des sondages (Voir §8.23).

les grands ateliers

56

En ce qui concerne les grands enjeux, la définition du mouvement sismiqueet les méthodes de calcul qui leur sont applicables sont plus précises quecelles des règles PS-92 (voir § 10.2). Par ailleurs, des spectres de réponse plus précis que ceux des PS-92 sonten cours d'élaboration pour les microzonages des PPR des grandesagglomérations situées en zone sismique (voir § 8.4).

57




5. LA PROPAGATION DES ONDES SISMIQUES

Les milieux traversés par les ondes sismiques vont conditionner le signal dusite à construire. Pour cette raison la compréhension des modes depropagation des ondes sismiques fait partie des domaines de recherche dela sismologie.

5.1. UTILISATION DES CARACTÉRISTIQUES DE PROPAGATION DES ONDES SISMIQUES

Les différentes ondes sismiques ne se propagent pas de la même manière,ni à la même vitesse dans tous les milieux traversés. Cette propriété estutilisée entre autres pour comprendre la nature physique du globe et pourdéterminer les épicentres des séismes.

Figure 58 - Les graphiques ci-dessus représentent les différences de vitesse de propagation des ondes

P et S dans les différentes strates du globe terrestre. (Document Université de Laval - Québec)

Des enregistrements en différents points du globe des ondes P et des ondes S provenant des différents

séismes majeurs à des vitesses différentes ont permis de déterminer sur leurs trajets (en ligne directe

entre l'épicentre et l'observatoire où se fait l'enregistrement en un point quelconque de la surface du

globe) des variations de densité, et la présence de milieux " liquides " dans lesquels les ondes S ne se

propagent pas. Ainsi la géométrie et la nature des différentes strates de la planète ont pu être

déterminées.

les grands ateliers

58

5.2. VITESSES DE PROPAGATION, DÉTERMINATION DE L'ÉPICENTRE

Moins d'une heure après un tremblement de terre, on localise sonépicentre. Comment arrive-t-on à localiser aussi rapidement et avec autantde précision un séisme?Les ondes P se propagent plus rapidement que les ondes S. Cette propriétépermet de localiser le séisme car les ondes sismiques sont enregistrées enplusieurs endroits du globe. La détermination rapide des épicentres fait partie des outils de préventiondes pays développés, elle permet de lancer les alertes dans les meilleursdélais. Ainsi la mise en réseau des observatoires et de leurs enregistrementsest-elle réalisée pour permettre la surveillance nationale et internationale24h/24.

Figure 59 - Décalage d'arrivée des ondes S par rapport aux ondes P : mesure de la distance épicentrale

(Documents Université de Laval - Québec)

En un lieu donné, comme les ondes P arrivent en premier, il y a sur l'enregistrement un décalage entre

le début d'enregistrement des deux types d'ondes; ici par exemple, il y a un retard de 6 minutes des

ondes S par rapport aux ondes P. Le graphique suivant nous dit, par exemple, que pour franchir une

distance de 2000 kilomètres, l'onde P mettra 4,5 minutes, alors que l'onde S mettra 7,5 minutes pour

parcourir la même distance; il y a un décalage de 3 minutes. Pour un séisme donné, il s'agit de trouver

à quelle distance sur ce graphique correspond le décalage obtenu sur l'enregistrement; on obtient alors

la distance entre le séisme et le point d'enregistrement.

59




Figure 60 - Détermination de l'épicentre (document Université de Laval - Québec)

Un enregistrement ne nous donne cependant pas le lieu du séisme à la surface du globe. Pour connaître

ce point, il nous faut au moins trois enregistrements.

Dans cet exemple, considérons les enregistrements d'un séisme en trois points: Halifax, Vancouver et

Miami. Les enregistrements indiquent que le séisme se situe dans un rayon de 560 km d'Halifax, un

rayon de 3900 km de Vancouver et un rayon de 2500 km de Miami. On situe donc le séisme au point

d'intersection des trois cercles, soit à La Malbaie. En pratique, on utilise évidemment plus que trois

points.

5.3. LOIS D'ATTÉNUATION

Les lois d'atténuation du mouvement sismique par les sols traversésétablissent la perte d'énergie des ondes en relation avec la distanceparcourue depuis la source.

- En termes d'accélérations,- En termes de spectres de réponse (certaines périodes s'amortissent

davantage sur la distance).

Les lois d'atténuation sont dépendantes du type de séisme et de saprofondeur. Or en général on utilise des lois établies suite à de grosséismes (Japon, Californie). Leur validité n'est pas absolue dans descontextes sismiques et géologiques très différents. La recherche travailleentre autres à l'établissement de modèles numériques.Les lois d'atténuation prennent en considération :

- l'atténuation radiale : la propagation des trains d'ondes estsphérique autour de la source et la surface de la sphère augmenteavec la distance, ainsi, la quantité d'énergie unitaire décroît assezrapidement avec la distance ;

- l'amortissement : une partie de l'énergie ondulatoire esttransformée en chaleur dans les sols traversés, ce qui contribueégalement à réduire l'intensité des secousses avec la distance.

L'établissement des lois d'atténuation permet de définir l'aléa sismiquerégional (ou la " violence " des secousses possibles au niveau du rocher d'unsite, d'une région), à partir de la connaissance des sources " voisines " (voir§ 7) et des milieux traversés.

les grands ateliers

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Figure 61 - Atténuation de l'énergie sismique (Document BRGM) Le schéma suivant symbolise

l'atténuation du mouvement avec la distance. Nous verrons que les conditions locales de réponse des

sites font que ce n'est pas systématique et qu'on peut avoir des amplifications locales à des distances

très importantes de l'épicentre

.

5.4. RÉFLEXION, RÉFRACTION, DIFFRACTION DESONDES AUX INTERFACES DES SOLS ET SOUS-SOLS DIFFÉRENTS

Le contraste d'impédance (dépendante de la densité des sols et de lavitesse de propagation des ondes S dans le matériau) entre les différentsmilieux traversés par les ondes sismiques modifie les champs d'ondes parréflexion3 , réfraction4 , diffraction5 .Ainsi, les ondes sismiques peuvent se trouver " emprisonnées " dans unecouche supérieure de sol meuble par réflexion entre cette couche et lesous-sol rocheux et entre cette couche et la surface. Ce phénomène vaamplifier les secousses et en prolonger la durée.Les études géotechniques qui permettent de définir le profil des sols etdétecter ce type de problèmes font partie des investigations nécessairespour une bonne politique de réduction du risque sismique. Ellespermettent de détecter et qualifier ces comportements particuliers dessites définis sous la terminologie d'effets de site, par la connaissance descaractéristiques physiques des sols et de leur géométrie.

3 Réflexion : Changement de direction d'une

onde (lumineuse, acoustique, radioélectrique)

causé par un obstacle. (Lois de la réflexion,

énoncées par Descartes. "Le rayon réfléchi est

dans le plan du rayon incident et de la normale

à la surface de réflexion au point d'incidence.

L'angle de réflexion est égal à l'angle

d'incidence.")

4 Réfraction : Déviation d'un rayon qui passe

d'un milieu à un autre. L'Indice de réfraction

dépend des différences d'impédance entre les

milieux.

5 Diffraction : Modification de la direction de

propagation d'une onde au voisinage d'un

obstacle.

61




Figure 62 - Propagation des ondes sismiques aux limites des strates de sol (document Milan Zacek).

Ce phénomène explique les modifications sur signal sur les différents sites, dont les effets de site sur

sol meuble

.

5.5. MODIFICATION DES ONDES PAR LE SITE

Ainsi, le signal sismique parvenant sur chaque site pour un séisme donnéest-il sensiblement différent. C'est bien à ce signal (fréquences, amplitudeset durée) que la construction va répondre (et devra résister) et pas à unequantité d'énergie dépendant de la magnitude du séisme et décroissantrégulièrement avec la distance épicentrale. Exemple :

les grands ateliers

62

Figure 63 - Enregistrements d'un même séisme en des points différents (Document USGS)

Ce document met en évidence plusieurs phénomènes : plus on s'éloigne de l'épicentre, plus l'arrivée

des ondes est tardive, ce qui est logique, mais par ailleurs la distance ne s'accompagne pas toujours de

la réduction des accélérations ou de la durée du séisme. Ainsi, malgré l'atténuation du signal " au rocher

horizontal " par la distance, ce sont les conditions de site qui vont modifier le signal local en cas de

conditions particulières : buttes, sols meubles, etc. (Si on établissait les spectres de réponse de ces

enregistrements sur les différents sites on verrait aussi que les pics fréquentiels ne sont pas les mêmes).

Ce phénomène, appelé " effet de site " est décrit sommairement au § 8.2. Les politiques de prévention

nécessitent l'identification des sites de comportements différents et leur caractérisation par des spectres

de réponse spécifiques.

5.6. LES CONDITIONS DE MODIFICATION LOCALE DU MOUVEMENT FORT

Non linéarité

Le comportement des sols meubles est qualifié de " non linéaire ", c'est àdire qu'il est différent selon la violence des secousses qui y parviennent.Ainsi les caractéristiques de comportement établies pour des mouvementsfaibles ne sont pas toujours valables pour des mouvements forts. En effet,les sols meubles filtrent les hautes fréquences et amortissent davantage lesmouvements forts que les mouvements faibles, ce qui est plutôt unebonne nouvelle en termes de sécurité (les spectres et leurs niveauxd'amplification sont souvent établis sur mouvements faibles, donc a priorisurestimés), mais devrait être étudié en termes d'économies (pourquoiconstruire en fonction d'une réponse plus élevée que la réponse réelle ?).La non-linéarité (l'amortissement) augmente avec le niveau dessollicitations sismiques. La recherche travaille à caractériser les sols fortement non linéaires. Pour cefaire, disposer d'enregistrements sur différents sols d'un séisme deréférence et de séries de répliques de magnitudes variables est nécessaire.On sait déjà que les sols peu consolidés, sous fortes accélérations,augmentent avec le niveau de sollicitation sismique leur taux d'atténuation

63




anélastique des ondes (sans modification macroscopique définitive de lastructure du matériau) et diminuent leur module de cisaillement (sousl'action des ondes S).

Ainsi on a un décalage de la fréquence fondamentale du sol vers les bassesfréquences et une diminution générale de l'amplitude des ondes. Onpourrait considérer que ce phénomène est globalement favorable, mais leniveau de sollicitation peut rester assez important pour que certainesstructures soient mises en résonance par les périodes d'oscillation qui sontdonc plus longues sous séisme fort.Ces phénomènes sont encore trop mal identifiés pour être pris enconsidération par les règles de construction PS-92. Mais ils posent desinterrogations pour l'établissement des spectres de microzonage des PPR àpartir des enregistrements de mouvements faibles.La recherche a établi que la non-linéarité commence sur les sols sableuxpour des accélérations supérieures à 0,1 - 0,2g, et sur les autres solsmeubles pour des accélérations supérieures à 0,3 - 0,4g.

Effets de site

La topographie et la nature des couches de sol superficiel conditionnentfortement le mouvement sismique local. Ce phénomène est pris enconsidération de façon forfaitaire par les règles de construction PS-92. Lacompréhension et la maîtrise des phénomènes au delà de la stricteapplication des règles fait partie des objectifs de la conceptionparasismique, c'est pourquoi ils seront détaillé au § 8.2.

5.7. L'INTENSITÉ LOCALE

5.7.1. DÉFINITION

Mesure en un lieu des effets du séisme, en termes de perception par lapopulation (II à VI), désordres sur les constructions (VI à X),bouleversements sur l'environnement (X à XII). Elle s'écrit en chiffresromains quelle que soit l'échelle utilisée.

5.7.2. ÉCHELLES DE MESURE

Mercalli a établi une échelle de mesure des effets locaux d'un séisme en1902. Elle a été modifiée en 1931. Elle évalue l'intensité d'un séisme surune échelle discrète fermée de 12 degrés (de I à XII).

L'intensité est déterminée pour chaque site d'observation par l'ampleur desdégâts causés par un séisme et par la perception qu'a eu la population duséisme. Il s'agit d'une évaluation qui fait appel à une certaine subjectivité.Mais, à l'époque, on ne possédait pas les moyens d'établir une échelleobjective comme la mesure de l'énergie à la source (Magnitude) etl'enregistrement des accélérations sur les sites.

les grands ateliers

64

Intensité del'échelle de

MercalliEffets ressentis

I Aucun mouvement n'est perçu.

II Quelques personnes peuvent sentir un mouvement si elles sont au repos et/ou dans les étages élevés de grands immeubles.

III A l'intérieur de bâtisses, beaucoup de gens sentent un léger mouvement. Les objets suspendus bougent. En revanche, à l'extérieur, rien est ressenti.

IV A l'intérieur, la plupart des gens ressentent un mouvement. Les objets suspendus bougent, mais aussi les fenêtre s, plats, assiettes, loquets de porte.

V La plupart des gens ressentent le mouvement. Les personnes sommeillant sont réveillées. Les portes claquent, la vaisselle se casse, les tableaux bougent, les petits objets se déplacent, les arbres oscillent, les li quides peuvent déborder de récipients ouverts.

VI Tout le monde sent le tremblement de terre. Les gens ont la marche troublée, les objets, tableaux, tombent, le plâtre des murs peut se fendre, les arbres et les buissons sont secoués. Des dommages légers peuvent se produire dans des b âtiments mal construits, mais aucun dommage structural.

VII Les gens ont du mal à tenir debout. Les conducteurs sentent leur voiture secouée. Quelques meubles peuvent se briser. Des briques peuvent tomber des immeubles. Les do mmages sont modérés dans les bâtiments bien construits, mais peuvent être considérable dans les autres.

VIII Les chauffeurs ont du mal à conduire. Les maisons avec de faibles fondations bougent. De grandes structures telles que des cheminées ou des immeubles, peuvent se tordent et se briser. Les b âtiments bien construits subissent de légers dommages, contrairement aux autres qui en subissent de sévères. Les branches des arbres se cassent. Les collines peuvent se fissurer si la terre est humide. Le niveau de l'eau dans les puits peut changer.

IX Tous les immeubles subissent de gros dommages. Les maisons sans fondations se déplacent. Quelques conduits souterrains se brisent. La terre se fissure.

X La plupart des bâtiments et leurs fondations sont détruits. Il en est de même pour quelques ponts. Des barrages sont sérieusement endommagés. Des éboulements se produisent. L'eau est détournée de son lit. De larges fissurent apparaissent sur le sol. Les rails de chemin de fer se courbent.

XI La plupart des constru ctions s'effondrent. Des pont sont détruits. Les conduits souterrains sont détruits.

XII Presque tout est détruit. Le sol bouge en ondulant. De grands pans de roches peuvent se déplacer.

65




Ce type d'observations post-sismiques a toujours un intérêt. Elle permet,sur les sites non équipés d'appareils d'enregistrement, d'évaluer lesaccélérations par corrélations, et d'établir à rebours la magnitude d'unséisme passé bien décrit à partir des isoséistes (voir § 5.7.3) et des loisd'atténuation.L'échelle de Mercalli a été précisée et détaillée par la suite pour chaquetype de construction, notamment par Medvedev, Sponheuer et Karnik en1964 (Echelle MSK), puis par l'European Macroseismic Scale (EMS),actuellement utilisée en Europe. L'évolution des techniques deconstruction, une meilleure connaissance des comportements desmatériaux et structures différentes et la volonté d'établir une corrélationplus fine entre les niveaux d'accélération observés et les intensités ontabouti à ces modifications (Il existe d'autres échelles que les trois citées).

Figure 64 - Echelle des intensités et prévention (Document BRGM)

Dans la réalité le détail des observations en fonction du type de construction est beaucoup plus précis

que sur ce tableau synthétique. Ce qu'il faut retenir de ce tableau c'est l'objectif des règles de

construction : des bâtiments bien conçus et bien réalisés, visant le non-effondrement jusqu'à une

intensité locale de X, même au prix de dommages graves nécessitant la reconstruction. Alors que ce

que l'on observe sur le patrimoine existant, c'est que pour certains bâtiments, les dommages graves

commencent dès I = VII ! C'est ce qui est détaillé par les différentes échelles d'intensité récentes,

matériau par matériau.

En présence d'appareils de mesure sur les sites on peut évaluer l'impactlocal du séisme de façon plus précise en termes d'accélérations du sol.Le tableau suivant propose des équivalences approximatives entre lesaccélérations du sol et les intensités observées. Mais il ne peut s'agir qued'approximations, puisque le niveau de désordres dépend de la réponsedes structures présentes sur le site, donc des domaines fréquentielsrespectifs des sols et des constructions et pas seulement des accélérationsdu sol.

les grands ateliers

66

5.7.3. ISOSÉISTES

Après un séisme on établit les courbes isoséistes : courbes d'égale intensitéou égale accélération.La localisation et la géométrie de la source sont des facteurs déterminantsdes isoséistes. Mais ce ne sont pas les seuls. Les conditions de site sontégalement très importantes.

Figures 65 - Il n'y a pas de corrélation absolue entre la distance épicentrale et les isoséistes (documents

USGS)

Pour un séisme donné, ici Taiwan en 1999, les courbes isoséistes (égale intensité locale) décroissantes

montrent que l'atténuation de l'énergie sismique ne dépend pas que de la distance, mais aussi de la

source et des sites (topographie et nature des sols). Ainsi à Taiwan les courbes isoséistes (à droite) ont

davantage été conditionnées par l'orientation du massif montagneux que par l'azimut de la faille (à

gauche).

En raison de la propagation radiale des ondes, la profondeur duséisme est un des paramètres de l'espacement des isoséistes, doncde l'étendue du territoire concerné par le séisme.

Intensité VII VII VII-VIII VIII VIII+ VIII-IX IX- IX

Accélération nominale 0,10g 0,15g 0,20g 0,25g 0,30g 0,35g 0,40g 0,45g

67




Figure 66 - Isoséistes de séismes de magnitudes comparables mais de profondeurs différentes

(Documents Milan Zacek)

Le séisme de Vrancea, profondeur 100 km, M=7.2, a eu une intensité à l'épicentre de VII-VIII, moins

élevée que celle du séisme d'El Asnam, profondeur 12 km, M=7.3, qui était de IX+. En revanche il a

été ressenti (isoséiste III) sur un territoire beaucoup plus important.

69




6. LES MOYENS DE CARACTÉRISATIONDE L'ALÉA SISMIQUE RÉGIONAL

6.1. PROBLÉMATIQUE : ÉTABLIR DES " MODÈLES " SISMOTECTONIQUES

Dans les régions du monde où la sismicité est modérée (période de retourdes séismes majeurs proche ou supérieure à 100 ans), comme en Francemétropolitaine ou dans les départements antillais, l'évaluation de l'aléasismique régional passe par la caractérisation des failles : localisation,géométrie, mécanisme, etc., de façon à pouvoir leur associer unemagnitude maximum (pour déterminer l'aléa sismique déterministe) et desmagnitudes possibles pour des périodes déterminées (pour déterminerl'aléa sismique probabiliste), on étudie donc le cycle sismique des failles, cequi nécessite une collecte de données par différents moyens.

Cette collecte de données passe entre autres par l'observation de lamicrosismicité actuelle (microsismicité en l'absence de séisme fort) et pardes recherches sur les indices de la sismicité passée.Jusqu'à l'arrivée d'un séisme majeur on ne dispose pas d'enregistrements demouvements forts pour établir les spectres de réponse précis des sites etles spectres réglementaires du microzonage des PPR le cas échéant. On peut néanmoins utiliser des spectres établis sur les enregistrements dela micro-sismicité pour les différents types de sites. Ils indiquent assez bienles pics, sauf sur sol meuble, mais pas les niveaux d'amplifications qui sont" surestimés " : l'amortissement par les sols traversés est moins importantlors de mouvements forts (Voir § 5.6).

6.2. LA SISMICITÉ INSTRUMENTALE

On désigne par sismicité instrumentale, l'enregistrement des séismes (engénéral micro-séismes). Elle permet d'établir les spectres de réponse typesà partir des sites instrumentés qui sont choisis à cet effet pour leurscaractéristiques de sol et de topographie. En outre, la localisation desépicentres des micro-séismes contribue à la détection d'éventuelles faillessismogènes.

les grands ateliers

70

Figure 67 - Epicentres localisés pour un an d'enregistrements en Guadeloupe (1994). (Document

IPGP)

On voit se dessiner une faille au nord-ouest de la Grande-Terre. Après plusieurs années ou décennies

d'enregistrements une cartographie plus précise de l'activité sismique peut être établie.

6.3. LA SISMICITÉ HISTORIQUE

La localisation des épicentres des séismes passés, à partir de lareconstitution des isoséistes, des lois d'atténuation et des connaissancesactuelles sur les plans de faille donne également des informationsintéressantes sur les cycles sismiques et les éventuelles zones de " lacune "sismique, zones susceptibles de traduire une accumulation de contraintessur une durée importante, laissant présager une catastrophe plus ou moinsproche, comme ici sur la zone de subduction à l'est de la Guadeloupe etde la Dominique.

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Figure 68 - Sismicité historique de l'Est Caraïbe. (Document Géo-Ter) Séismes forts

Figure 69 - Sismicité historique de l'arc des Petites Antilles - (Document Géo-Ter, Fichier Midas-

IPGH 1650 - 1999)

Les données de la sismicité instrumentale viennent compléter celles de la sismicité historique pour

donner une représentation de l'activité sismique régionale.

les grands ateliers

72

6.4. L'ARCHÉO-SISMICITÉ

Dans les régions du monde où les vestiges archéologiques sont nombreux,on peut, en étudiant les déformations qu'ils ont subi, par exemple :

- des déplacements sur une mosaïque de sol qui traduirait un jeu defaille en surface ;

- des déplacements relatif entre les pierres d'une structure noneffondrée qui traduirait un dommage post-sismique ;

détecter des indices de séismes passés qui complètent, confirment etprécisent, les chroniques écrites historiques. Ce type d'études sedéveloppe. Les tentatives d'interprétation tendent à identifier le nombred'événements sismiques subis par l'ouvrage et à évaluer l'action sismiquecompte tenu des déplacements observés pour y associer un niveaud'accélération.En Égypte, en Chine, en Grèce ou en Italie on dispose, à ce titre,d'informations sur un passé beaucoup plus ancien qu'en Amérique parexemple.

6.5. LA PALÉO-SISMICITÉ

L'observation des déformations régionales et locales (suivie d'étudesgéotechniques) permet de détecter la présence de failles ayant joué ensurface dans un passé lointain et dont le cycle serait trop long pour que lesdonnées actuelles et même historiques suffisent à leur étude. Elle permeten outre de mesurer les déplacements sur une faille séisme par séisme etde déterminer le cycle d'une faille.

Figure 70 - Exemple schématique de déformations régionales. (Document GNDT - Italie.)

Les déformations régionales se traduisent par une évolution dans le temps des niveaux relatifs, par

exemple ici, le niveau de la vallée s'abaisse par rapport au niveau de la montagne. Les déformations

locales peuvent être comme ici la formation d'un talus sur la zone d'émergence du plan de faille.

73




Figure 71 - Exemple schématique d'évolution de paysage (Document GNDT - Italie)

Lorsque de longues périodes se sont écoulées depuis le dernier jeu de la faille, la présence

d'éboulements superficiels rend nécessaire la réalisation des sondages de part et d'autre de l'accident

topographique avant interprétation.

Figure 73 Les études topographiques permettent de détecter les accidents de sol d'origine tectonique.

Les études géologiques complémentaires permettent de les caractériser. (Document GNDT - Italie)

Parmi les moyens d'investigation possibles il faut noter que l'observationdes stalactites en zone sismique peut permettre de dater les séismes trèsanciens : connaissant la vitesse de croissance d'un stalactite, en repérantune rupture ancienne et en mesurant la croissance après cette rupture, onpeut dater l'événement. Ou une série d'événements.

Figure 72 - Les gradins

apparents dans ce paysage

traduisent 2-3000 ans de séismes

et un affaissement total proche

de 50m. (Document GNDT -

Italie)

les grands ateliers

74

6.6. LES INVESTIGATIONS GÉOTECHNIQUES ET SISMOLOGIQUES

Pour préciser l'activité d'une faille identifiée, et la localiser de façon précisesi elle est susceptible de jouer en surface, on précise les études précédentespar des investigations géotechniques et sismologiques, comme l'étude detranchées ou la sismique-réfraction.

Figure 74 - Tranchée

d'observations paléosismiques

dans les Abruzzes: étude de la

stratigraphie et des

déformations. (Document

GNDT)

Figure 75 - Géologues

travaillant sur une tranchée pour

étudier une ramification de la

faille de San Andreas

(Document USGS)

75




7. L'ALÉA SISMIQUE RÉGIONAL

7.1. ESTIMATION DU MOUVEMENT SISMIQUE POSSIBLE " AU ROCHER HORIZONTAL " POUR UN SITE OU UNE RÉGION ET DE SA PÉRIODICITÉ DE RETOUR

Le mouvement sismique de référence, avant modification éventuelle parun site donné, c'est à dire le niveau d'accélération possible, retenu pourcalculer l'action sismique, est déterminé de façon probabiliste oudéterministe pour une région ou un site donné. Il est dit " au rocherhorizontal ". C'est à dire qu'il ne prend pas en compte les modificationslocales de signal dues à la nature du site. Il dépend de la magnitude deréférence pour chaque source régionale atténuée par leur distance au siteconcerné (Lois d'atténuation).

7.2. CARACTÉRISATION DES STRUCTURES TECTONIQUES SUSCEPTIBLES DE JOUER

Il faut donc, par l'exploitation des données (enregistrements, historique etétudes sur le terrain estimer pour chaque faille ou réseaux de fracturationidentifiés:

- sa loi d'échelle (voir § 2.5)- sa loi de fréquence-magnitude (voir ci-après)

7.3. LOIS DE DISTRIBUTION FRÉQUENCE-MAGNITUDE

L'établissement d'un diagramme du nombre de séismes enregistrés sur unefaille pour chaque magnitude, pour une durée donnée fait apparaître unerépartition régulière (nombre décroissant avec l'augmentation de lamagnitude) pour une faille donnée. La droite ainsi établie caractérise l'activité de la faille, son cycle. Elle permetde déterminer la magnitude maximum plausible en prolongeant la droite(en complément des données de la loi d'échelle).

les grands ateliers

76

Figure 76 - Loi de fréquence-magnitude (ou Gutenberg-Richter) pour le fossé rhénan supérieur. Elle

a été établie sur la base des enregistrements de 1971 à 1979 en retenant sur le diagramme les nombreux

points alignés (repassés en noir). Les quelques points non alignés ont un écart faible.

Figure 77 - Lois de fréquence-magnitude pour les différentes sources sismiques de la Martinique.

(Document Géo-Ter) Les lois des différentes failles étant régulièrement dégressives, la somme de

l'activité de plusieurs failles est également régulièrement dégressive.

d

2 4 6 8

Magnitude Mw

1E-3

0.01

0.1

1

10

1E+2

1E+3

No

mb

re a

nn

uel

de

séis

mes

de

ma

gn

itu

de

sup

érie

ure

à M

w

NOMBRE ANNUEL DE SEISMES > Mw

(période 1650-1999)

Source : GEO-TER (1999)

DONNEES DE SISMICITE (ARC)

MARTINIQUE - SEISMES H>15 km

MARTINIQUE - SOURCES SUPERFICIELLES (H<16 km)

MATINIQUE (80 km)

Période de retour

Mw Sources

Proches

Subduction

M ≥ 4 5 ans 4 mois

M ≥ 5 ? (50-75) 5 ans

M ≥ 6 - 25 ans

M ≥ 7 - 150 ans

77




7.4. ÉVALUATION DÉTERMINISTE DE L'ALÉA SISMIQUE RÉGIONAL

Elle a pour but l'évaluation de l'évènement sismique le plus violent pouvantarriver " au rocher " d'un site, d'une région, et suit la démarche suivante :

- Analyse sismotectonique de la région- Détermination des différentes unités sismotectoniques (Failles,

domaines de failles)- Identification du séisme maximum connu pour chaque domaine,

du Séisme Maximum Historiquement Vraisemblable (SMHV) et deses paramètres (M, profondeur focale…)

- Rapprochement du séisme maximum de chaque domaine sur lepoint du domaine le plus proche du site étudié.

- Application des lois d'atténuation pour chacun de ces séismespossibles.

L'évaluation déterministe de l'aléa sismique régional est la première étaped'une protection " totale " des ouvrages contre les séismes. Elle estobligatoire pour les ouvrages à risque spécial, pour lesquels on n'admetpas d'échec car, en cas de séisme majeur leur ruine entraînerait des victimeset des pollutions sur des étendues beaucoup plus vastes que leur emprise(Voir Ouvrages à Risque Spécial § 10.2).

les grands ateliers

78

Figures 78 - Cartographie du zonage sismique déterministe en France métropolitaine et aux Antilles

(Documents BRGM)

Les études poussées des domaines sismotectoniques ont permis d'établir les cartes d'aléa régional "

déterministe " ci-dessus. Ce zonage est beaucoup plus précis que celui qui est actuellement utilisé pour

l'application des règles PS-92 qui est lui-même sous-tendu par une approche historique des séismes

maximum connus. L'approche sismotectonique déterministe permet de faire des distinctions entre les

différentes zones des deux départements antillais par exemple (voir carte réglementaire au § 9). Ceci

par localisation et évaluation précise des sources potentielles et application des lois d'atténuation selon

la distance de ces sources.

Sur la carte antillaise, on observe dans l'encadré de droite les spectres de réponse établis pour les

différentes zones pour les séismes lointains (en rouge, ceux de la zone de subduction) et pour les

séismes proches (en vert).

Il faut préciser que les spectres présentés ne tiennent pas compte du taux d'amortissement des

structures et des différents sites.

L'évolution de ces connaissances locales aboutiront un jour à une traduction réglementaire à l'occasion

d'un changement des règles de construction parasismiques : Il y aura un nouvel arbitrage entre une

augmentation du niveau de sécurité et l'effort qui peut être consenti par la société à ce moment là.

Néanmoins, pour les ouvrages à risque normal la future réglementation européenne (EC8) va plutôt

vers l'évaluation probabiliste de l'aléa sismique régional (voir ci-après).

7.5. ÉVALUATION PROBABILISTE DE L'ALÉA SISMIQUE RÉGIONAL

Pour les ouvrages à risque normal, on ne peut pas demander auxpopulations de se protéger contre un événement qui ne surviendra quetous les 5000 ans, même si l'événement est susceptible de se produire "demain ". Par l'étude des cycles sismiques des différents domainessismotectoniques (Lois de fréquence-magnitude) on peut identifier lavaleur de la magnitude maximum pouvant être associée à un laps detemps choisi.

79




L'arbitrage politico-économique définira quel est le laps de temps retenupour la réglementation.

L'approche est la suivante :- Connaissance historique de la macro-sismicité (à défaut d'étudesdisponibles sur les unités sismotectoniques), dans ce cas toutrepose sur la valeur de l'échantillonnage

- Etablissement de lois de distribution fréquence-magnitude.- Le séisme de référence est " laissé " sur son site (et non rapprochéau point le plus proche du domaine) et pondéré par les loisd'atténuation comme précédemment.

Le laps de temps retenu par la puissance publique pour l'applicationréglementaire de ce type de zonage est un arbitrage politique dépendantdes conditions économiques. En effet, si on retient une période pluslongue, on prend en considération des magnitudes plus élevées dont larécurrence est moindre, par conséquence l'action sismique de calcul seraplus élevée et le coût de la construction plus élevé.

Figure 79 - Carte de l'aléa sismique régional probabiliste de la France métropolitaine pour une période

de retour de 475 ans (Document BRGM) Ce document ne ressemble pas du tout à la carte de l'aléa

déterministe, ce qui indique que les séismes violents possibles dans la région de Nice, de la Durance,

des Pyrénées orientales et de la région de Bâle, connus dans le passé, ont une période de retour très

longue. Ainsi, les valeurs des " accélérations nominales " (mouvement sismique " au rocher ") retenues

pour chaque région sont-elles beaucoup plus faibles, puisque les " grands séismes " plus rares ne sont

pas retenus.

les grands ateliers

80

7.6. ZONAGE DE L'ALÉA RÉGIONAL: ECHELLE D'ÉTUDE 1/1 000 000

La précision de ce type de document est de l'ordre du 1/1 000 000.

Figure 80 - Carte de l'aléa régional probabiliste des petites Antilles (Document BRGM)

L'étude de l'aléa sismique régional donne la carte d'aléa probabiliste ci-contre. On y observe bien que

les zones les plus proches de la zone de subduction ont les accélérations nominales les plus élevées.

On constate également que l'aléa est plus élevé au large de la Guadeloupe, c'est dû aux variations du

pendage de la subduction.

C'est bien sur les terres émergées (zones construites) que les valeurs estimées nous intéressent.

Réglementation française relative aux méthodes de déterminationde l'aléa sismique régional:

Pour les ouvrages à risque spécial (arrêté du 10 mai 1993) on retient pourdéterminer l'aléa régional la méthode déterministe. (Voir § 10.2112)Pour les ouvrages à risque normal (arrêté du 27 mai 1997) on retient pourdéterminer l'aléa régional des valeurs forfaitaires de l'accélération au rocherdépendant du zonage réglementaire et de la classe des bâtiments :l'accélération nominale aN. (Voir § 10.231)

81




8. L'ALÉA SISMIQUE LOCAL

Une fois défini l'aléa sismique régional du site à construire, et avant mêmed'entreprendre la phase " esquisse " du projet, il convient, en zone de risquesismique, de vérifier l'opportunité d'implantation du (des) bâtiment (s) surle site retenu. En d'autres termes, de caractériser l'aléa sismique local. C'estobligatoire pour les ouvrages à risque spécial et souhaitable pour lesautres. En effet, un séisme génère :

- Des effets directs : actions du sol sur les ouvrages, de typeoscillatoire, jeu de la faille en surface.

- Des effets de site : modification sensible du signal par un site,pouvant amplifier les accélérations du sol pour certainesfréquences.

- Des effets induits : grands mouvements de sol ou d'eau pouvantagir sur les ouvrages:

- déclenchement d'un phénomène latent par la mise en actiondes sols (chutes de pierres, glissements de terrain, éboulis,subsidence…)

- génèse d'un phénomène lié au caractère ondulatoire dumouvement (liquéfaction des sols, tsunamis, seiches).

Figure 81 - Localisation schématique des effets possibles d'un séisme (Document Géo-Ter)

Les effets du séisme peuvent être plus ou moins destructeurs d'un lieu àl'autre, pour une même construction, parfois à quelques dizaines demètres près. L'étude de l'aléa local permet ainsi de préciser la part durisque liée au site d'implantation. S'il peut être envisagé de répondre à l'action de type oscillatoire par desdispositions architecturales et constructives appropriées, il faut éviter

les grands ateliers

82

absolument les conséquences des effets induits (agir sur le phénomèneavant le séisme, ou implanter le bâtiment hors zone d'effet induit).De même, il convient de vérifier l'adéquation entre le programme etle site:Le site lui-même peut ne pas aggraver la vulnérabilité potentielle d'unbâtiment, mais ses voies d'accès ou ses viabilités peuvent être trèsvulnérables. Ce qui n'est pas acceptable pour certaines classes debâtiments qui ont une nécessité vitale de pérennité des viabilités etcirculations, comme les hôpitaux ou les centres de secours par exemple. Certains problèmes de sol d'implantation ne peuvent être identifiés qu'à lasuite d'études géotechniques. D'autres peuvent être détectés par unesimple observation du site sur place et/ou la lecture des cartes géologiquesrégionales. Il faut néanmoins prendre l'avis de spécialistes compétents afinde préciser l'aléa local.

8.1. EFFETS DIRECTS DU SÉISME

8.1.1. LE MOUVEMENT " AU ROCHER " (RAPPEL)

C'est le mouvement régional de référence (niveau d'accélération). Il estétabli de façon déterministe ou probabiliste par les études d'aléa régional.Faute de mieux, on retiendra les valeurs réglementaires qui en tout état decause sont les valeurs légales, même si les études montrent qu'elles sontsouvent surestimées (ceci compense en général la possible sous-estimationdes amplifications locales par des spectres de réponse réglementaires).

8.1.2. LES BOULEVERSEMENTS TOPOGRAPHIQUES ÀGRANDE ÉCHELLE

Heureusement assez rares, ces effets directs du séisme ne se produisentqu'en cas de séisme superficiel de magnitude très élevée. Les variations deniveau entre les " compartiments " situés de part et d'autre de la ruptureont atteint plusieurs mètres lors du séisme d'Alaska (1964).

83




Figure 82 - Séisme d'Alaska en 1964. (Document X)

Sur une étendue concernant des centaines de kilomètres une partie des terres a subi une surrection

culminant à +8m, une autre une subsidence allant jusqu'à -2m.

Le problème se pose pour les grandes agglomérations et ouvragesimportants situés sur des sites tectoniques associés à ce type de conditions.

Figure 83 - Séisme de Messine (1908) (Document GNDT) Ici, les points de levée figurant en rose

sont remontés (jusqu'à 13 cm), et ceux en bleu sont descendus (parfois de plus de 50 cm)

les grands ateliers

84

Figure 84 - Séisme d'Izmit (1999) (Document CNRS -IPGP et SPOT Image)

Lors de ce séisme, une partie de la commune de Gölcük a subi une subsidence : zones teintées de bleu

vif sur l'image satellite. C'étaient pour partie des zones urbanisées.

8.1.3. LE JEU D'UNE FAILLE EN SURFACE

Le risque lié au jeu d'une faille en surface (déplacement visible du sol, depart et d'autre de la faille, en hauteur et/ou en longueur) a une probabilitéd'occurrence très faible en France. Il doit néanmoins être étudiéprécisément pour les ouvrages à risque spécial, et pour les bâtimentsd'intérêt stratégique (classes C et D). Les constructions qui seraientimplantées sur une faille jouant en surface verraient leurs fondations (etl'ensemble de la structure par conséquence) cisaillées par ce déplacementpouvant atteindre plusieurs mètres dans certaines régions du monde!).Actuellement ce risque, bien que faible en France métropolitaine et auxAntilles, est évalué aux Antilles. Les déplacements attendus sont faibles(moins de 20 cm). En termes d'aléa il est traduit sur les cartes des PPR pardes bandes de neutralisation (inconstructibles), larges pour tenir comptede l'incertitude si les études précises n'ont pas encore été entreprises.

Le jeu de la faille peut être apparent en surface si:- La Magnitude du séisme > 5.5- Son foyer a une profondeur < 5km

MAGNITUDE LONGUEUR DE REJET ENRUPTURE SURFACE

5.0 3 - 4 km --6.0 10 - 15 km ~ 20 cm7.0 40 - 50 km 1 -2 m8.0 200 - 300 km 4 - 6 m9.0 800 - 1000 km 15 - 20 m

Figure 85 - Séisme d'Izmit,

Zone de subsidence à Gölcük

(document BRGM)

85




Figure 86 - Séisme de Taiwan, 1999, rejet de faille de près de trois mètres de haut dans un bâtiment

(Document USGS)

Règles PS-92, article 4.11. Voisinage des faillesSauf nécessité absolue, aucun ouvrage ne doit être édifié au voisinageimmédiat d'une zone faillée reconnue active, éventuellement repérée surles Plans d'Exposition aux Risques, dits PER6 ; ces plans peuvent fixer lalargeur des bandes à neutraliser de part et d'autre de l'accident et, le caséchéant, des bandes dans lesquelles il convient de prendre en compte unmouvement de calcul plus sévère.

8.2. EFFETS DE SITE : AMPLIFICATION LOCALISÉE DU SIGNAL SISMIQUE

Chaque site, même à équidistance du foyer sismique, a une " réponse " auxdifférents séismes qui lui est propre et il modifie les ondes qui parviennentau rocher sous-jacent. Le rocher peut être affleurant, et dans ce cas c'est la morphologie du site,s'il n'est pas sensiblement plan qui conditionnera l'amplification éventuellede certaines composantes fréquentielles des ondes sismiques.Mais le plus souvent, c'est une épaisseur, plus ou moins importante, de solplus ou moins meuble qui va agir comme un " filtre " et qui va amplifiercertaines composantes fréquentielles du signal ou dé-amplifier certainesautres.C'est ce qu'on appelle un " effet de site ". Les études permettant de qualifierles effets de site possibles avant l'arrivée d'un séisme majeur passent par ladéfinition de leurs caractéristiques géométriques, géomécaniques etgéodynamiques. Elles ont pour but la production de " spectres de réponse" qui permettront à l'architecte d'identifier les structures plus vulnérables

Figure 87 - Séisme d'Izmit

(Turquie, 1999), décrochement

en surface de 3,70m à cet

endroit (Document AFPS)

6 Actuellement Plans de Prévention des

Risques (un PER approuvé vaut un PPR)

les grands ateliers

86

aux mouvements locaux et à l'ingénieur de calculer l'action sismique propreau " couple sol-structure ".

Figure 88 - Séisme du 8 juin 1999 en Martinique (Document Géo-Ter)

Les différents enregistrements du séisme indiquent un comportement dynamique très différent pour

les différents sites d'enregistrement. Outre l'arrivée plus ou moins tardive du séisme en fonction de la

distance à l'épicentre, on voit que la valeur des accélérations est très sensiblement différente d'un site

à l'autre, ainsi que la durée du séisme. On peut même sur certains signaux identifier de sols dont le

signal se situe plutôt dans les basses fréquences.

8.2.1. TOPOGRAPHIES AMPLIFIANT L'ACTION SISMIQUE: BUTTE, CRÊTE, BORD DE FALAISE

La réflexion des ondes sismiques à l'intérieur de ces reliefs peut amplifierles secousses qui y parviennent, et plus particulièrement les composantesvibratoires correspondant aux caractéristiques géométriques propres dusite (effet de site). Les constructions implantées sur ce type de reliefspourront subir une action sismique beaucoup plus importante que sur unsite voisin non accidenté s'il y a concordance des fréquences du sol et dubâtiment. S'il n'est pas envisageable de changer d'implantation, il convientde prendre les dispositions architecturales nécessaires (par exemplemodification de la fréquence propre du bâtiment si le spectre de réponsede la colline a été établi) et/ou des dispositions constructives appropriées(résistance mécanique accrue, isolateurs, amortisseurs…)

Figure 89 - Séisme de Lambesc,

1909, destruction des

constructions situées sur la butte

de Rognes par effet de site.

(Document X)

Toutes les constructions de

pierre hourdées au mortier de

chaux étaient peu résistantes.

Pour ce séisme modéré, seules

celles qui étaient situées sur la

butte ont subi des accélérations

assez élevées, par effet de site,

pour s'effondrer.

Il faut noter pour le cas des

buttes, la possible insuffisance

du coefficient topographique des

PS-92 (maximum 1,4).

87




8.2.2. DISCONTINUITÉ LATÉRALE DE DENSITÉ DU SOL

Les phénomènes de réflexion des ondes sur ces zones en raison des fortesvariations d'impédance entre les différents milieux (par exemple valléesrocheuses partiellement remplies d'alluvions) génèrent également desphénomènes d'amplification locale des ondes sismiques par aggravationdu phénomène décrit ci-après.

8.2.3. SOL ALLUVIONNAIRE DE FORTE ÉPAISSEUR AMPLIFIANT L'ACTION SISMIQUE

La réflexion des ondes sismiques " prisonnières " à l'intérieur d'une couchede sol meuble entre la surface et le substratum rocheux a pourconséquence d'amplifier certaines composantes des secousses sismiquesqui y parviennent (en fonction de la période propre du système qui dépendde la nature physique du sol et des sa géométrie). Ces composantespeuvent être très sous-estimées par les spectres des sols S3 de laréglementation.En outre, ce type de sols permet une bonne propagation des ondes desurface (période longue) et prolonge notablement la durée de l'actionsismique, alors que les méthodes de calcul " modal-spectral " des PS-92 netiennent pas compte de la durée du séisme. Les constructions de période propre plutôt élevée sur les sols meublespeuvent subir une action sismique beaucoup plus importante que sur le solrocheux: éventuelle mise en résonance si concordance entre les périodespropres du sol et celles du bâtiment, augmentation de l'amplitude desdéplacements différentiels sur les fondations, prolongation de lasollicitation…S'il n'est pas envisageable de changer d'implantation, il convient d'éviterabsolument la mise en résonance du bâtiment par concordance entre lafréquence propre du site et celle du bâtiment (ou de disposer un systèmed'amortisseur pour éviter l'amplification), et de prendre toutes lesdispositions constructives liées à ce site sensible, notamment desfondations descendues au bon sol. Il faut noter que les spectresréglementaires ne permettent pas de prendre en compte un effet de siteimportant sur sol meuble.

Figure 90 -Séisme de Lambesc,

1909 (Document X) Le caractère

sélectif de l'amplification des

ondes sismiques sur un site est

mis en évidence par cet exemple.

L'église se trouvait sur une butte

comme à Rognes. Le corps de

l'église de période propre plus

courte que celle du clocher a été

mis en résonance par les

périodes courtes du site s'est

effondré. Alors que les faibles

caractéristiques mécaniques du

clocher ont " suffi " à assurer sa

résistance puisque sa " réponse "

au séisme était faible en raison

de la non-concordance de sa

période avec celles du sol.

Figure 91 - Séisme de Mexico (Document BRGM)

Exemple remarquable de l'amplification du mouvement sismique pour une période T proche de 2

secondes dans cette cuvette alluvionnaire située à 350 km de l'épicentre. Les accélérations atténuées par

la distance à un niveau de 0,035g au rocher ont été amplifiées par la mise en résonance du sol à 0,17g

pour cette période qui est celle de la cuvette définie par son matériau (limons) et sa géométrie (H = 50

m). Les constructions qui avaient elles-mêmes une période de 2s se sont mises en résonance avec le sol

et ont subi des graves dommages ou l'effondrement, car leurs accélérations en réponse ont atteint 0,7g.

Figure 92 - Mexico 1985. (Document EQIIS -

USA) Coup de fouet sur les étages supérieurs

par mise en résonance du bâtiment et du sol.

les grands ateliers

88

89




EFFETS DE SITE ET REGLEMENTATION FRANCAISE POUR LESOUVRAGES A RISQUE NORMAL

Règles PS-92,

article 5.2. DEFINITION DE L'ACTION SISMIQUELe mouvement sismique de calcul est défini par les paramètres suivants :

- L'accélération nominale aN déjà définie au 3.3.- L'ordonnée du spectre de dimensionnement normalisé dépendantdes formations géologiques du site et de la période T, appeléeRD(T),

- Un coefficient lié à la topographie ,- Un coefficient correctif d'amortissement ,

On désigne par la suite le produit de ces paramètres par R(T)R(T) = aN.RD(T). p.t )

La définition des spectres de dimensionnement normalisés repose sur lesclassifications des articles 5.21 et 5.22

article 5.21. Classification des solsEn vue de la définition des sites types, les sols sont classés en quatregroupes, en fonction de leurs propriétés mécaniques, comme indiqué ci-après :

- Rocher sain ;- Groupe a : sols de résistance bonne à très bonne (par exemplesables et graviers compacts, marnes ou argiles raides ou fortementconsolidées)

- Groupe b : sols de résistance moyenne (par exemple rochesaltérées, sables et graviers moyennement compacts, marnes ouargiles de raideur moyenne) ;

- Groupe c : sols de faible résistance (par exemple sables ougraviers lâches, argiles molles, craies altérées, vases).

Figure 93 - Mexico 1985

(Document NISEE-USA)

Le bâtiment du premier plan,

dont les périodes propres

d'oscillation (courtes) ne sont

pas entrées en résonance avec le

sol, n'a pas subi de dommages

bien qu'il soit apparemment très

vulnérable. A l'arrière plan on

devine un immeuble plus élancé

qui a lui subi des dommages

importants par " coup de fouet

dans les étages " bien qu'étant

vraisemblablement " mieux

construit ". Il a " répondu " au

séisme par des accélérations et

des déformations importantes

de sa structure en raison d'une

mise en résonance.

les grands ateliers

90

article 5.22. Classification des sites

Il est considéré quatre types de sites correspondant aux descriptionssuivantes :Sites S0

- sites rocheux (site de référence)- sols du groupe a en épaisseur inférieure à 15m

Sites S1

- sols du groupe a en épaisseur supérieure à 15m - sols du groupe b en épaisseur inférieure à 15m

Sites S2

- sols du groupe b en épaisseur comprise entre 15m et 50m - sols du groupe c en épaisseur inférieure à 10m

Sites S3

- sols du groupe b en épaisseur supérieure à 50m - sols du groupe c en épaisseur comprise entre 10 et 100m

Dans le cas de sites comportant des sols du groupe c en épaisseursupérieure à 100m, il convient de procéder à une étude particulière en vuede la détermination d'un spectre spécifique.Ces descriptions supposent que les sols en cause sont disposés enformations à peu près régulières. Dans le cas de formations irrégulières oulenticulaires, ou en cas d'ambiguïté, il convient de procéder à l'assimilationqui, compte-tenu de la forme des spectres ci-après et des périodes propresde la structure, conduit au degré de conservation immédiatementsupérieur.

article 5.24. Coefficient d'amplification topographiqueIl est tenu compte d'un coefficient multiplicateur dit d'amplificationtopographique pour les ouvrages situés en rebord de crête.Si on considère une arête C délimitant un versant aval de pente I (tangentede l'angle de pente) et un versant amont de pente i, et si :- H > ou = 10m (H étant la hauteur de l'arête au dessus de la base durelief)- i < ou = I/3

Le coefficient t- prend la valeur:

t= 1 pour I-i <ou= 0,40t= 1 + 0,8 (I -i -0,4) pour 0,4 <ou= I-i <ou= 0,9t= 1,4 pour I-i >ou= 0,9

I et i sont pris en valeur algébriqueSur le tronçon CB du versant amont défini pour la largeur b de saprojection horizontale (exprimée en mètres) :

B = minimum de 20I et (H+10)/4- fait l'objet d'un raccordement linéaire entre les valeurs I et t le long desdeux tronçons AC et BD, de longueur :a = AC = H/3b = BD = H/4

- prend la valeur 1 à l'aval du point A et à l'amont du point D.

91




Le problème est posé des spectres de réponse réglementaires qui nepermettent pas de prendre en compte les effets de site importants sur solsmeubles.On peut, de manière empirique avoir une première indication de la périodefondamentale d'oscillation d'un sol dont on aura détecté par carottage unfort contraste d'impédance avec le substratum rocheux, par sa nature et sahauteur.

Connaissant l'épaisseur H de la couche et sa nature, on peut lire dans letableau de classement des sols des PS-92 la vitesse de propagation desondes S dans le type de sol.Par la formule 4H/VS on a un ordre d'idée assez fiable de la période (parexemple à Mexico, H=50 m de sol meuble, VS environ 100m/s, donc T =2s).

Par des méthodes aussi empiriques on peut avoir une approximation de lapériode fondamentale d'une construction. Si les ordres de grandeur entreTsol et Tbât sont proches, il conviendra de se livrer à des études plusapprofondies que la simple application des règles… ou de changerl'architecture pour modifier la période du bâtiment ou lui conférer unamortissement très élevé… En tout état de cause, ne pas se contenteraveuglément de l'application des accélérations réglementaires de calcul surles sols meubles.

PARAMETRES DETERMINANT LE MOUVEMENT VIBRATOIRE

1- La source

Taille du séisme : MagnitudeContenu spectral

Chute de contrainte Effets de directivité (géométrie récepteur / sens de propagation de la rupture, + champ proche)

Basses et Hautes fréquences

les grands ateliers

92

Hétérogénéités du processus de ruptureHautes fréquences

2- Propagation (1) : crustale (dans la croûte)

Facteur de qualité / Amortissement Structure profonde Profondeur

Décroissance spatiale et radiale

2- Propagation (2) : Conditions locales

RigiditéPiégeage et résonance : fi , Ai

GéométrieRelief de surface

Focalisation + ? ? Interfaces (vallées, bassins, irrégularités)

Diffraction, réflexionAmplification et prolongation

Non-linéarités de comportementDiminution de la rigidité et augmentation de l'amortissementRéduction, voire élimination ( ?), des effets d'amplification

8.3. EFFETS INDUITS PAR LES SECOUSSES SISMIQUES SUR LES SITES

8.3.1. GLISSEMENTS DE TERRAINS, CHUTES DE PIERRES (PURGE)

Les paramètres de suspicion d'une instabilité de terrain en pente sontgéométriques (influence du % de pente par exemple), géologiques etgéotechniques (influence de la cohésion des sols), hydrauliques (influencedes circulations et présence d'eaux) et climatiques. On retient des facteursd'aggravation du décrochement possible du sol en fonction descaractéristiques des séismes prévisibles dans la région. Dans certains cas, comme au Salvador (2001) à Santa Tecla, on soupçonnequ'un effet de site (mise en résonance d'une colline) ait aggravé lasollicitation sur les versants instables.Il convient d'éviter absolument l'implantation sur les sols potentiellementinstables en raison de la trop grande présomption de sinistre en cas deséisme car il n'existe pas de solution constructive pour se protéger d'unglissement de terrain important.

Bord de falaise ou de talus instable

Outre les problèmes d'amplification de l'action sismique exposés ci-avant,en cas de séisme ce type de site peut être le siège de ruptures etd'éboulements qui peuvent entraîner les constructions qui y seraientimplantées.

Figure 94 - Séisme de Kobé,

1995, (Document NISEE -USA)

Glissement de terrain ayant

entraîné la perte totale de d'un

bâtiment " parasismique " situé

en bord de talus instable.

93




Site en pente

De la même manière, le risque est représenté par le glissement du sol versles constructions aval, mais également par la " régression " (progressionvers l'amont de la zone d'éboulement) vers les biens situés en amont de lazone instable. Indépendamment de la détermination du risque deglissement des sols, il faut absolument, sur les sites en pente, veiller àimplanter les fondations sur un sol homogène (attention aux déblais-remblais).

Pied de falaise ou de versant instable

Pour les mêmes raisons de purge potentielle de la falaise ou du versantdominant un site, il convient d'éviter l'implantation des constructions surles zones aval concernées par le risque (avalanches de pierres ou couléesde boues…), dont l'étendue doit être déterminée avec soin… ce qui n'estpas aisé par manque de modèles fiables.

8.3.2. LIQUÉFACTION DES TERRAINS GRANULAIRES SATURÉS D'EAU

En cas de présence de couches de sable ou limon non cohérents à grainsde faibles dimensions (0.05 à 2mm) et de granulométrie " déterminée " àproximité de la surface, la présence d'eau à saturation est un facteur dedéclenchement du phénomène de " liquéfaction " en cas de secoussesismique. La violence et la durée possible du séisme en sont des facteursdéterminants.Dans ce cas, la " déstructuration " totale du sol peut entraîner la perte desconstructions dont la superstructure est réputée parasismique. Il faut soitdescendre les fondations au bon sol, soit traiter le sol pour lui donner lescaractéristiques souhaitées, soit éviter ces sites pour l'implantation desconstructions.

Le phénomène

Sous l'action des ondes P, la pression d'eau interstitielle des sols granulairesaugmente et leur fait perdre leur cohésion. Des jets d'eau et de sableremontent à la surface sous l'effet de cette pression et sont projetés en l'airavant de retomber sous forme de cônes de sable. Des affaissementslocalisés par tassement de la couche de sable, dont les grains se "réorganisent ", se produisent. Les études géotechniques permettent d'identifier les critères desusceptibilité à la liquéfaction des sols et de détecter les zones où lephénomène pourrait se produire en cas de séisme majeur. A cet égard, âge du dépôt, granulométrie, saturation d'eau, et taux decontrainte cyclique des sols sont déterminants et bien précisés par lesrègles PS-92.

Figure 95 - Séisme du Salvador,

2001 (Document Associated

Press)

Glissement de terrain à Santa

Tecla ayant entraîné la perte

totale d'un quartier (300

constructions ensevelies) dont

les constructions n'ont pas

souffert des oscillations (signal

riche en périodes longues, ayant

déclenché le glissement et

constructions basses de périodes

courtes). Des centaines de

constructions voisines sans

dommages ont été évacuées par

la suite de façon définitive.

Figure 96 - Chute de blocs

(Document P. Balandier)

Cette habitation en Guadeloupe

(zone sismique III) a été

traversée par des blocs rocheux,

situés à l'origine en amont de la

pente, sans séisme… Le séisme

est un " puissant " facteur

déclenchant de purge de pentes

et falaises. Il convient de

procéder à cette purge avant de

construire ou d'éviter certaines

implantations si la prévention ne

peut être assurée par la

destruction de quelques blocs.

les grands ateliers

94

Figure 97 - Séisme de Caracas,

1967, (Document USGS)

" Enfoncement " d'un bâtiment

dans le sol sous l'effet d'un

tassement localisé dû au

phénomène de liquéfaction.

Figure 98 - Séisme d'Izmit (1999)

(Document AFPS).

Ce bâtiment sur radier s'est

enfoncé dans le sol de façon non

symétrique. Lorsque le centre de

gravité est sorti de la base de

sustentation il a basculé. Son

encastrement dans le sol a stoppé

sa course. Il faut noter qu'il n'est

pas disloqué et que ses vitrages

sont intacts : Les ondes S qui

déforment la construction ne se

propagent pas en milieu liquide.

Ce sont les ondes P, ondes de

compression qui génèrent le

phénomène de liquéfaction.

Figure 99 - Séisme d'Izmit 1999

(Document BRGM)

Cône de liquéfaction en ville : un

jet d'eau et de sable est sorti sous

pression à cet endroit là pendant

le séisme.

95




Mouvement de terrain dû à la liquéfaction du sol sous-jacent d'untalus

Lorsque la couche de sol liquéfiée se trouve sous un talus, un glissementde terrain induit peut s'en suivre. Ce cas de figure concerneparticulièrement les rivages.

Figure 101 - Coupe schématique d'un glissement de talus sur sol liquéfié (Document BRGM)

Règles PS-92, article 4.12. Zones suspectes de liquéfactionLes couches de sol présentant les caractéristiques décrites dans l'article9.12 doivent être a priori considérées comme susceptibles de donner lieuà des phénomènes de liquéfaction. L'évaluation du risque de liquéfaction doit être faite suivant les dispositionsdes articles 9.12 à 9.15 ; les mesures à prendre lorsque la sécurité apparaîtinsuffisante vis-à-vis de ce risque sont précisées à l'article 9.16).

Ces caractéristiques des sols liquéfiables, définies par les règles PS-92 ontété vérifiées à maintes reprises sur les séismes majeurs. Or, elles n'ont engénéral pas été vérifiées pour la cartographie des Atlas communaux et desPPR français qui mentionnent une suspicion de liquéfaction pour des zonessur les seuls critères de présence d'eau et de sables ou limons. Lavérification de ces critères sur les zones urbanisées et à urbaniser seraitsouhaitable pour des raisons économiques, car elle permettrait de lever lasuspicion sur nombre d'entre elles.

8.3.3. SUBSIDENCE SUR CAVITÉS

Le sol peut présenter toutes les caractéristiques apparentes d'un bon sol defondations, mais la présence de cavités à proximité de la surface (gypse,anciennes carrières…) peut entraîner la ruine des constructions se trouvantau dessus en cas de rupture de la voûte naturelle ou artificielle sous l'actiond'un séisme. L'effondrement est brutal si la cavité est très proche de lasurface, les tassements du sol de surface plus ou moins importants dansles autres cas.On peut difficilement envisager des investigations systématiques, maisdans les régions minières, les zones de gypse et de karst, s'il y a la

Figure 100 - Séisme de Kobe

1995 (Document AFPS)

Les désordres consécutifs au

phénomène de liquéfaction

concernent aussi largement les

VRD que les structures.

Figure 102 - Séisme

d'Anchorage 1964 (Document

X) Illustration dramatique d'un

glissement de talus de grande

ampleur sur une zone liquéfiée.

les grands ateliers

96

moindre suspicion, il est préférable de procéder à des sondages et essaisgéophysiques avant toute décision d'implantation. Dans le cas de cavitésstabilisées et peu profondes on peut envisager de procéder à desinjections, et/ou réaliser des fondations spéciales.

8.3.4. TSUNAMIS

Le raz de marée (qu'on appelle du nom japonais "tsunami" dans lePacifique) constitue un phénomène particulièrement destructeurconsécutif à un séisme. Il peut survenir plusieurs heures après le séisme, età des milliers de kilomètres de l'épicentre. Les Tsunamis qui traversent lepacifique sont observés par satellite par les japonais qui lancent le caséchéant une alerte d'évacuation des rivages.

Figure 103 - Document Université de Laval (A) Un séisme déclenché dans la croûte océanique

engendre un mouvement oscillatoire de l'eau (vagues). Ces vagues sont à peine perceptibles en eau

profonde (moins d'un mètre d'amplitude), mais s'enflent en eau peu profonde pour atteindre des

amplitudes allant jusqu'à 30 m. La vitesse de propagation de ces vagues est de 500 à 800 km/heure et

leur périodicité est de l'ordre de 15 à 60 minutes. Ainsi, un raz de marée initié par un séisme qui se sera

produit à 1000 km des côtes viendra frapper ces côtes 2 heures plus tard. On peut aisément imaginer

l'effet destructeur de telles vagues sur les côtes habitées. (B) A l'approche du raz de marée, il se produit

d'abord un retrait de la Mer (ce qui est de nature à attirer les curieux). (C) Vient ensuite la première

vague. (D) Celle-ci peut être suivie d'un second retrait, puis d'une autre vague.

8.3.5. EFFETS D'ORIGINE ANTHROPIQUE, PROBLÈMES URBAINS

D'autres effets induits par la secousse sismique sont susceptibles deprovoquer des désordres ou la ruine des bâtiments : propagation desincendies post-sismiques, inondations par rupture d'une retenue d'eau,action de remblais lourds sur sols instables, purge des terrassements sanssoutènement …Il est difficile de prétendre maîtriser tous les facteurs d'effets induitsanthropiques. Cependant une discipline d'observation du site,d'investigations sur documents, et d'études géologiques ou géotechniques

97




en rapport avec les enjeux de la construction en projet … et la prise dedécisions politiques permet de réduire sensiblement l'aléa lié aux effetsinduits anthropiques.Outre la problématique de l'aléa local pour un bâtiment à construire enzone urbanisée, c'est toute la politique d'aménagement du territoire quidoit être envisagée en fonction de l'aléa sismique : VRD, grandséquipements, transports, etc.

Ainsi, bien que le sujet soit complexe, et dépasse l'objet strict de lasismologie appliquée à la construction, avec des incidences éventuellementlourdes sur la programmation et le budget, il est souhaitable, pour unevéritable démarche parasismique, de prendre en considérationl'environnement construit et sa vulnérabilité.

8.4. MICROZONAGE DE L'ALÉA LOCAL : ECHELLE D'ÉTUDE 1/10 000

Les études de microzonage sismique, réalisées par des sismologues, et desgéotechniciens sont désormais généralisées dans les régions sismiques trèspeuplées… des pays riches. Rappelons pour mémoire les différents aspectsde l'aléa sismique qu'il convient d'identifier et de cartographier en vue del'évaluation de la vulnérabilité des éléments à risque.

- Mouvement de référence " régional " au rocher horizontal aprèslocalisation et étude des mécanismes des failles activessusceptibles de rejouer et de leurs magnitudes associées et loisd'atténuation.

- Localisation des failles actives susceptibles de jouer en surface.- Identification et cartographie des sites susceptibles d'amplifier

certaines composantes des mouvements sismiques attendus(séismes lointains, séismes proches), évaluation de cetteamplification traduite par les spectres de réponse des sitescartographiés.

- Identification et évaluation des possibles effets induits(glissements de terrain, chute de blocs, subsidence, liquéfaction,tsunamis…)

Pour l'urbanisme parasismique, il conviendrait d'ajouter à cettecartographie les possibles effets induits urbains : encombrements de voiriepar la ruine des édifices très vulnérables, propagation d'incendies en tissucontinu, pollutions diverses…

Figure 104 - Séisme de Kobé,

1995, (Document NISEE -

USA)

Propagation à grande échelle

d'un incendie post-sismique

ayant entraîné des pertes

colossales sur des bâtiments

parasismiques.

les grands ateliers

98

Figure 105 - Cartographie de plusieurs aléas induits par le séisme à Fort-de-France (Document

BRGM)

Figure 106 - Cartographie de l'amplification topographique et de la bande de neutralisation de faille

de Dillon à Fort-de-France (Document BRGM)

99




Figure 107 - Microzonage des zones à réponse dynamique homogène à Fort-de-France. Un spectre

de réponse des structures est associé à chaque zone. (Document BRGM)

Figure 108 Spectres de réponse associés au microzonage spectral de Fort-de-France (Document

BRGM)

On voit également sur ce document les spectres S0 à S3 des PS-92.

les grands ateliers

100

LES REGLES PS-92 ET LES PROBLEMES DE SITES ET SOLSD'IMPLANTATION

Le chapitre 4, qui définit les règles générales de conception accorde unepart importante aux:

- Choix du site- Reconnaissances de sol- Prise en compte du sol pour le choix des fondations

4. REGLES GENERALES DE CONCEPTION4.1. Choix du site4.2. Reconnaissances et études de sol4.3. Fondations4.4. Structures

Le chapitre 9, qui précise les règles propres aux fondations définit:- Les critères de liquéfaction, de stabilité des pentes- Les dispositions propres aux différents types de fondations- La vérification de la portance des sols naturels et remblayés

9. FONDATIONS9.1. Liquéfaction des sols9.2. Stabilité des pentes9.3. Dispositions techniques concernant les ouvrages de

fondation9.4. Calcul des fondations profondes9.5. Vérification de la force portante9.6. Fondations sur sols substitués compactés9.7. (non) Prise en compte de l'interaction sol-structure

Le chapitre 10 est consacré aux problèmes de soutènement des pentes etprésente les critères de vérification de leur stabilité.

10. PAROIS D 'INFRASTRUCTURE ET OUVRAGES DE SOUTENEMENT10.1. Règles générales10.2. Méthodes de calcul simplifiée10.3. Vérification de stabilité10.4. Vérification de résistance10.5. Murs de soutènement isolés

101




9. LES NOTIONS D'ALÉA, VULNÉRABILITÉ ET RISQUE

9.1. TERMINOLOGIE UNDRO POUR LES RISQUES MAJEURS

Les différents concepts relatifs à la gestion des risques majeurs font l'objetd'une terminologie internationale adoptée par les Nations Unies (UNDRO)

ALEA NATUREL ( Natural Hazard): Probabilité d'occurrence, dans unerégion et au cours d'une période donnée, d'un phénomène naturelsusceptible de causer des dommages.

VULNERABILITE (Vulnerability): Degré de perte ou d'endommagementd'un élément donné exposé au risque (ou d'un ensemble d'éléments),résultant de l'occurrence d'un phénomène naturel de magnitude donnéeet s'exprimant sur une échelle de 0 (absence de dommages) à 1 (pertetotale).

RISQUE SPECIFIQUE (Specific Risk): Estimation du niveau des pertespouvant être attendues suite à un phénomène naturel particulier, exprimépar une fonction de l'aléa et de la vulnérabilité.

ELEMENTS A RISQUE (Elements at Risk): Populations, constructions,activités civiles, services publics, installations et infrastructures, etc.,exposés au risque dans une région donnée.RISQUE (Risk): Estimation quantifiée des pertes en vies humaines, desblessés, des dommages aux biens, et des perturbations de l'activitééconomique pouvant être attendus suite à un phénomène naturelparticulier, soit le produit du risque spécifique et des éléments à risque.

RISQUE ACCEPTABLE (Acceptable Risk): Niveau des pertes humaines etmatérielles perçues par la communauté ou les autorités compétentescomme tolérable, dans le cadre des actions visant à minimiser le risque decatastrophe.

CATASTROPHE (Disaster): Grave interruption du fonctionnement d'unesociété engendrant de larges pertes humaines, matérielles ouenvironnementales qui dépassent les capacités de la société à faire faceavec ses seules ressources propres. Les catastrophes sont souvent classéesselon leur mode d'occurrence (brusque ou progressif) ou selon leur origine(naturelle ou anthropique)

PREVENTION (Prevention): Ensemble des actions destinées à fournir uneprotection permanente contre les catastrophes. Comprend les mesurespratiques de protection " physique " et relevant de l'ingénierie, comme lesmesures législatives contrôlant l'aménagement du territoire et laplanification urbaine. (Voir " préparation ")

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PREPARATION (Preparedness): Actions destinées à minimiser les pertes envies humaines et les dommages, à organiser l'évacuation temporaire despopulations et des biens d'un lieu menacé et à faciliter les opérationsopportunes et espaces de sauvetage, secours et réhabilitation.

PREVISION (Forecast): Etat ou estimation statistique de l'occurrence d'unévénement futur. Le sens de ce terme varie selon son emploi dansdifférentes disciplines, de même que celui de " prédiction ".

PREDICTION (Prediction): État de la date, du lieu et de la magnitudeattendus d'un événement futur (pour les séismes et éruptions volcaniques).

9.2. TERMINOLOGIE ET CONCEPTS PROPRES AU RISQUE SISMIQUE

ALEA SISMIQUE (Seismic Hazard): Ai, en un site donné, probabilité qu'aucours d'une période de référence (ex: probabilité annuelle), une secoussesismique atteigne ou dépasse en ce site une certaine intensité (I, Amax,Vmax).

EVALUER L'ALEA SISMIQUE D'UN SITE = calculer la fonction derépartition du paramètre choisi lors d'un séisme dont l'occurrence suit uneloi de distribution connue.

La VULNERABILITE V (Vulnerability) au sens commun, concerne le milieuconstruit (Vulnérabilité structurale).

La vulnérabilité d'une construction ou d'une catégorie de constructionsreprésente la perte proportionnelle (en%) exprimant le rapport du coût desdommages subis à la valeur de la construction. Elle dépend de l'intensitélocale de la secousse subie:

- Sensiblement nulle pour I inférieur ou égal à VI- Proche de 100% pour I supérieur ou égal à XI

Évaluer la vulnérabilité d'une construction = calculer une FONCTIOND'ENDOMMAGEMENT en fonction de l'intensité de la secousse et estimerle coût de la reconstruction.

Le RISQUE SISMIQUE SPECIFIQUE Ri (Seismic specific risk) définit laprobabilité de pertes, rapportée à une construction (ou une catégorie deconstructions) de valeur unité, au cours d'une période de référence.

Évaluer le RISQUE SISMIQUE SPECIFIQUE = convoluer les deuxfonctions: aléa sismique et vulnérabilité

Ri = Ai x V

Le RISQUE SISMIQUE R (Seismic risk) est la probabilité de pertes au coursd'une période de référence et dans la région considérée.- Proportionnelle au nombre de vies humaines et à la valeur des biensexposés.- Dépend de l'occupation humaine de la région considérée.

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EVALUER LE RISQUE SISMIQUE DANS UNE REGION = multiplier lesrisques sismiques spécifiques Ri, pour les divers sites de la région, par lavaleur (coût Ci) des biens existants (ou projetés) sur chaque site et sommertous les risques.

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10. LA TRADUCTION RÉGLEMENTAIRE DES ÉTUDES DE SISMOLOGIE APPLIQUÉE: ARBITRAGES POLITIQUES

10.1. LA POLITIQUE DE GESTION DES RISQUES NATURELS MAJEURS

PROBLEMATIQUE SOCIO-POLITIQUE DE LA CATASTROPHELes sociétés concernées par la possibilité d'occurrence de catastrophesd'origine sismique doivent organiser une politique de mitigation du risquesismique selon ses différents aspects :

MITIGATION DU RISQUE (ACTIONS PREALABLES)o Prévention- Recherche scientifique et technique- Formation des professionnels acteurs de la mitigation du risque- Évaluation de l'aléa et de la vulnérabilité- Réduction de le vulnérabilité des constructions à venir

" Législation" Réglementation" Financements

o Préparation- Information du public- Réhabilitation parasismique de l'existant- Plans d'urgence

CRISE (ACTIONS D'URGENCE)o Organisation des secours

REPONSE A LA CRISE (ACTIONS EN VUE DU RETOUR A LA NORMALE)o Reconstructiono Réhabilitationo Politiques d'indemnisation

ENJEUX DE SOCIETESLes arbitrages politiques déterminant le niveau d'exigence légal pour laprotection des biens et des personnes dépendent du niveau de sensibilitéde la société au problème et se font en considération des facteurs :

HumainsEconomiques (directs et indirects)

Définition des enjeux : notion de valeur économique etpatrimoniale (artistique, historique, culturelles…) des biens.

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Un bien de vulnérabilité donnée, soumis à un aléa donné, représente unenjeu dont la valeur dépend de paramètres plus ou moins aisés à définir.Ces paramètres dépendent de la société. On peut citer notamment :

- pertes humaines potentielles par effondrement (morts, blessés),directes ou indirectes,

- pertes matérielles potentielles par ruine, directes (le bien lui-même) ou indirectes (pertes d'exploitation, atteinte à d'autresbiens),

- atteintes à l'environnement (pollutions par exemple)- pertes patrimoniales (monuments, objets d'art…) qui n'ont pas

une valeur matérielle en soi, mais une valeur de mémoire pour lasociété,

- pertes sociologiques (déstructuration temporaire ou durable d'unesociété), la crise sismique est un traumatisme dont la société quien est victime ne sort pas indemne.

ARBITRAGESIl doivent être faits entre :

- Incidence économique de la prévention sur le neuf et sur l'existant - Incidence économique de la catastrophe, ramenée à sa probabilité

d'occurrence.Un pari à faire ? Les arbitrages nécessitent une bonne connaissance de lasismologie, de l'aléa, de la vulnérabilité. L'arbitrage politique peutéventuellement être réévalué à la hausse par choix du maître d'ouvrage.

En général :Le séisme est considéré comme une action accidentelle, ajoutée auxcharges permanentes des structures, pour laquelle on établit uneprobabilité d'occurrence et estime le risque.La politique de mitigation du risque sismique est probabiliste.Pour les ouvrages à risque normal, elle vise à sauver les vies humaines, elleadmet les dégâts et un pourcentage d'échecs décroissant avec l'importancede l'enjeu. Pour les ouvrages à risque spécial elle vise l'absence de nuisancesindirectes.Le niveau de protection décidé par la puissance publique estforfaitaire.

- Les critères sont physiques (aléa, vulnérabilité, risque)- Économiques (coût selon le niveau de réduction du risque)- Politiques (degré de sensibilisation de la société)

DOMAINES D'ACTION

Figure 109 - Séisme d'Izmit,

1999. (Document EERI - USA)

La perte d'une raffinerie de

pétrole a un impact sur

l'économie d'une région qui est

infiniment plus important que la

valeur des installations. Il faut y

ajouter une atteinte à

l'environnement.

Figure 110 - Séisme de Taiwan,

1999. (Document EQE - USA)

Il en va de même pour la perte

d'un grand barrage. A ce titre,

ces constructions font l'objet de

procédures de construction plus

complexes, celles des Ouvrages à

Risque Spécial.

Au niveau des acteurs

- Formation - Information

En prévision de la crise

- Plans de secours

Au niveau des constructions - Règles parasismiques (pour les constructions neuves)

À l’échelle urbaine - PPR - Urbanisme (PLU, RNU) - Renforcement de l’existant (incitations)

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COUT REEL DES POLITIQUES DE PREVENTION Réduction de la vulnérabilité du bien exposé à l'aléa

On doit mettre en relation la valeur des enjeux (selon les différentsparamètres de l'enjeu) avec:

- Le coût de la démarche parasismique préventive pour le neuf etpour le renforcement de l'existant (coût absolu et coût relatif àl'aléa).

- Le coût de la réparation ou de la reconstruction après séisme. (coût absolu et coût relatif à l'aléa).

Pour ce faire il faut les rapporter à la notion de risque sismique (Aléa xvulnérabilité x Enjeux) et à une durée d'amortissement rapportée à lapériode de récurrence des événements de gravité plus ou moins élevée.

10.2. LE CONTEXTE LÉGAL ET RÉGLEMENTAIRE FRANÇAIS

Les textes législatifs et réglementaires suivants encadrent la mitigation durisque sismique en France. Ils visent la protection des enjeux, et pour cefaire arbitrent, entre autres, le niveau de prise en considération de l'aléasismique régional et local.

10.2.1. CODES ET LOIS

10.2.1.1. LOI N° 87-565 DU 22 JUILLET 1987

Cette Loi est la première à encadrer la notion de " prévention des risquesmajeurs " et le droit du citoyen à l'information sur son exposition auxrisques.(Loi codifiée en 2000.)

Le Titre I° définit l'organisation de la sécurité civile- Plans ORSEC- Services d'incendie et de secours

Le Titre II concerne la protection de la forêt et la prévention desrisques majeurs

- Son article 21 précisait le droit du citoyen à l'information sur sonexposition aux risques. Cet article a été abrogé par ordonnance le18 septembre 2000 et remplacé par des dispositions du code del'environnement (voir § 10.213)

- Ses articles 40-1 à 45 encadraient la prévention des risquesnaturels. Ces articles ont été modifiés par la Loi Barnier (voir ci-après), puis abrogés par ordonnance le 18 septembre 2000 etremplacés par ceux du code le l'environnement et du décret du 13septembre 2000 (Voir § 10.223).

- Son article 41 prévoyait la sortie des décrets concernant lezonage sismique, les classes d'ouvrages à risque normal et ladéfinition de l'action sismique réglementaire en fonction de lazone sismique et de la classe des ouvrages (voir ces décrets §10.22).

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Equivalences entre la Loi du 22 juillet 1987 et le Code del'environnement (via la Loi Barnier)

Les articles 562-1 à 562-7 du Code reprennent les articles 40-1 à 40-7 dela LoiL'article 563-1 du Code reprend l'article 41 de la Loi

10.2.1.2. LOI N° 95-101 DU 2 FÉVRIER 1995 (LOI BARNIER)

Relative au renforcement de la Loi de 1987 dont elle précise certainsarticles, elle substitue les PPR aux PER. (Loi codifiée en 2000.)

Son Titre I° encadre la participation du public et des associationsen matière d'environnement

Son Titre II encadre les dispositions relatives à la prévention desrisques naturels.

CHAPITRE Ier Des mesures de sauvegarde des populationsmenacées par certains risques

- Ses articles (11 à 15) ont été codifiés (Voir § 10.213).CHAPITRE II Des plans de prévention des risques naturels prévisibles - Son article 16 (portant modification de la Loi de 1987), a étécodifié (Voir § 10.213).

- Ses articles 17 à 19 modifient le Code des assurances et la Loi surl'indemnisation des victimes de catastrophes naturelles (Voirencadré ci-après)

Ses autres articles et titres traitent d'inondations, de protection del'environnement et des pollutions.

Loi Barnier : Extrait relatif à l'indemnisation des victimes:

TITRE II DISPOSITIONS RELATIVES A LA PREVENTION DES RISQUESNATURELS CHAPITRE Ier Des mesures de sauvegarde des populations menacées parcertains risques naturels majeurs

Art. 17. - Il est inséré, dans le code des assurances, un article L. 121- 16 ainsirédigé : "Art. L. 121-16. - Toute clause des contrats d'assurance tendant àsubordonner le versement d'une indemnité en réparation d'undommage causé par une catastrophe naturelle au sens de l'article L. 125-1 à un immeuble bâti à sa reconstruction sur place est réputée nonécrite dès lors que l'espace est soumis à un plan de préventiondes risques naturels prévisibles."

Art. 18. - Le I de l'article 5 et l'article 5-1 de la loi n 82-600 du 13 juillet 1982 relativeà l'indemnisation des victimes de catastrophes naturelles sont abrogés.

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7 POS, actuellement PLU

Art. 19. - L'article L. 125-6 du code des assurances est ainsi modifié : I. - Au premier alinéa, les mots : "plan d'exposition aux risquesnaturels prévisibles, défini par le premier alinéa de l'article 5-1 de la loin 82-600 du 13 juillet 1982" sont remplacés par les mots : "plan deprévention des risques naturels prévisibles approuvé dans lesconditions prévues par la loi n 87-565 du 22 juillet 1987 relative àl'organisation de la sécurité civile, à la protection de la forêt contrel'incendie et à la prévention des risques majeurs". II. - Au quatrième alinéa, les mots : "plan d'exposition" sont remplacés parles mots : "plan de prévention des risques". III. - Au quatrième alinéa, les mots : "prescriptions visées par le premieralinéa du I de l'article 5 de la loi n 82-600 du 13 juillet 1982 relative àl'indemnisation des victimes de catastrophes naturelles" sont remplacés parles mots : "mesures visées au 4 de l'article 40-1 de la loi n 87-565 du 22juillet 1987 précitée".

Art. 20. - I. - L'article 16 de la loi n 92-3 du 3 janvier 1992 sur l'eau est ainsi rédigé : "Art. 16. - Dans les parties submersibles des vallées et dans les autres zonesinondables, les plans de prévention des risques naturels prévisiblesinstitués par la loi n 87-565 du 22 juillet 1987 relative à l'organisation dela sécurité civile, à la protection de la forêt contre l'incendie et à laprévention des risques majeurs définissent en tant que de besoin lesinterdictions et les prescriptions techniques à respecter afin d'assurer lelibre écoulement des eaux et la conservation, la restauration ou l'extensiondes champs d'inondation". II. - Les articles 48 à 54 du code du domaine public fluvial et de lanavigation intérieure sont abrogés. III. - Au I de l'article 46 de la loi n 92-3 du 3 janvier 1992 précitée, lamention des articles 48 à 54 du code du domaine public fluvial et de lanavigation intérieure est supprimée.

Art. 21. - L'article 21 de la loi n 91-5 du 3 janvier 1991 modifiant diversesdispositions intéressant l'agriculture et la forêt est ainsi rédigé : "Art. 21. -Afin de définir les mesures de prévention à mettre en oeuvre dans leszones sensibles aux incendies de forêt, le préfet élabore, en concertationavec les conseils régionaux et conseils généraux intéressés, un plan deprévention des risques naturels prévisibles institué par la loi n 87-565 du22 juillet 1987 relative à l'organisation de la sécurité civile, à la protectionde la forêt contre l'incendie et à la prévention des risques majeurs."

Art. 22. - A l'article L. 443-2 du code de l'urbanisme7 , il est inséré, avant le dernieralinéa, un alinéa ainsi rédigé : "Si l'une des zones visées au présent article est couverte par unplan de prévention des risques naturels prévisibles établi enapplication de la loi n 87-565 du 22 juillet 1987 relative à l'organisation dela sécurité civile, à la protection de la forêt contre l'incendie et à laprévention des risques majeurs, les prescriptions fixées en application duprésent article doivent être compatibles avec celles définies par ceplan."

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10.2.1.3. CODE DE L'ENVIRONNEMENT

Voté fin 2000, il codifie l'ensemble de Lois de la responsabilité du Ministèrede l'Aménagement du Territoire et de l'Environnement (MATE), dont cellesrelatives aux risques majeurs (Loi de 1987 et Loi de 1995).

Son Titre VI encadre les risques naturels :

TITRE VIPREVENTION DES RISQUES NATURELS

Chapitre IMesures de sauvegarde des populations menacées par certainsrisques naturels majeurs

Art. L. 561-1. - Sans préjudice des dispositions prévues au 5o de l'articleL. 2212-2 et à l'article L. 2212-4 du code général des collectivitésterritoriales, lorsqu'un risque prévisible de mouvements de terrain,d'avalanches ou de crues torrentielles menace gravement des vieshumaines, les biens exposés à ce risque peuvent être expropriéspar l'Etat dans les conditions prévues par le code de l'expropriation pourcause d'utilité publique et sous réserve que les moyens de sauvegarde et deprotection des populations s'avèrent plus coûteux que les indemnitésd'expropriation.La procédure prévue par les articles L. 15-6 à L. 15-8 du code del'expropriation pour cause d'utilité publique est applicable lorsque l'extrêmeurgence rend nécessaire l'exécution immédiate de mesures de sauvegarde.Toutefois, pour la détermination du montant des indemnités qui doitpermettre le remplacement des biens expropriés, il n'est pas tenu comptede l'existence du risque.

Art. L. 561-2. - Sans préjudice des dispositions de l'article L. 13-14 ducode de l'expropriation pour cause d'utilité publique, les acquisitionsd'immeubles peuvent ne donner lieu à aucune indemnité ou qu'à uneindemnité réduite si, en raison de l'époque à laquelle elles ont eu lieu, ilapparaît qu'elles ont été faites dans le but d'obtenir une indemnitésupérieure au prix d'achat.Sont présumées faites dans ce but, sauf preuve contraire, les acquisitionspostérieures à l'ouverture de l'enquête publique préalable à l'approbationd'un plan de prévention des risques naturels prévisibles rendantinconstructible la zone concernée ou, en l'absence d'un tel plan,postérieures à l'ouverture de l'enquête publique préalable à l'expropriation.

Art. L. 561-3. - Le fonds de prévention des risques naturels majeurs estchargé de financer, dans la limite de ses ressources, les indemnités allouéesen vertu des dispositions de l'article L. 561-1 ainsi que les dépenses liées àla limitation de l'accès et à la démolition éventuelle des biensexposés afin d'en empêcher toute occupation future. En outre, ilfinance, dans les mêmes limites, les dépenses de prévention liées auxévacuations temporaires et au relogement des personnes exposées.Ce fonds est alimenté par un prélèvement sur le produit des primes oucotisations additionnelles relatives à la garantie contre le risque decatastrophes naturelles, prévues à l'article L. 125-2 du code des assurances.

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Il est versé par les entreprises d'assurances ou leur représentant fiscal viséà l'article 1004 bis du code général des impôts.Le taux de ce prélèvement est fixé à 2 %. Le prélèvement est recouvrésuivant les mêmes règles, sous les mêmes garanties et les mêmes sanctionsque la taxe sur les conventions d'assurance prévue aux articles 991 etsuivants du code général des impôts.En outre, le fonds peut recevoir des avances de l'Etat.La gestion comptable et financière du fonds est assurée par la caissecentrale de réassurance dans un compte distinct de ceux qui retracent lesautres opérations pratiquées par cet établissement. Les frais exposés par lacaisse centrale de réassurance pour cette gestion sont imputés sur lefonds.

Art. L. 561-4. - A compter de la publication de l'arrêté d'ouverture del'enquête publique préalable à l'expropriation réalisée en application del'article L. 561-1, aucun permis de construire ni aucune autorisationadministrative susceptible d'augmenter la valeur des biens à exproprier nepeut être délivré jusqu'à la conclusion de la procédure d'expropriation dansun délai maximal de cinq ans, si l'avis du Conseil d'Etat n'est pas intervenudans ce délai.La personne morale de droit public au nom de laquelle un permisde construire ou une autorisation administrative a été délivré enméconnaissance des dispositions du premier alinéa ci-dessus, ouen contradiction avec les dispositions d'un plan de prévention desrisques naturels prévisibles rendues opposables, est tenue derembourser au fonds mentionné à l'article L. 561-3 le coût del'expropriation des biens ayant fait l'objet de ce permis ou decette autorisation.

Art. L. 561-5. - Le Gouvernement présente au Parlement, en annexe à laloi de finances de l'année, un rapport sur la gestion du fonds de préventiondes risques naturels majeurs.Un décret en Conseil d'Etat précise les modalités d'application du présentchapitre.

Chapitre IIPlans de prévention des risques naturels prévisibles

Art. L. 562-1. -I. - L'Etat élabore et met en application des plans de préventiondes risques naturels prévisibles tels que les inondations, lesmouvements de terrain, les avalanches, les incendies de forêt, lesséismes, les éruptions volcaniques, les tempêtes ou les cyclones.

II. - Ces plans ont pour objet, en tant que de besoin :1o De délimiter les zones exposées aux risques en tenant compte

de la nature et de l'intensité du risque encouru, d'y interdire touttype de construction, d'ouvrage, d'aménagement ou d'exploitationagricole, forestière, artisanale, commerciale ou industrielle ou, dans le casoù des constructions, ouvrages, aménagements ou exploitations agricoles,forestières, artisanales, commerciales ou industrielles pourraient y êtreautorisés, prescrire les conditions dans lesquelles ils doivent êtreréalisés, utilisés ou exploités ;

2o De délimiter les zones qui ne sont pas directement exposées aux

risques mais où des constructions, des ouvrages, des aménagements oudes exploitations agricoles, forestières, artisanales, commerciales ouindustrielles pourraient aggraver des risques ou en provoquer denouveaux et y prévoir des mesures d'interdiction ou des prescriptionstelles que prévues au 1o ;

3o De définir les mesures de prévention, de protection et desauvegarde qui doivent être prises, dans les zones mentionnéesau 1o et au 2o, par les collectivités publiques dans le cadre deleurs compétences, ainsi que celles qui peuvent incomber auxparticuliers ;

4o De définir, dans les zones mentionnées au 1o et au 2o, lesmesures relatives à l'aménagement, l'utilisation ou l'exploitationdes constructions, des ouvrages, des espaces mis en culture ouplantés existants à la date de l'approbation du plan qui doivent être prisespar les propriétaires, exploitants ou utilisateurs.

III. - La réalisation des mesures prévues aux 3o et 4o du II peut êtrerendue obligatoire en fonction de la nature et de l'intensité durisque dans un délai de cinq ans, pouvant être réduit en casd'urgence. A défaut de mise en conformité dans le délai prescrit, le préfetpeut, après mise en demeure non suivie d'effet, ordonner la réalisation deces mesures aux frais du propriétaire, de l'exploitant ou de l'utilisateur.

IV. - Les mesures de prévention prévues aux 3o et 4o du II, concernant lesterrains boisés, lorsqu'elles imposent des règles de gestion et d'exploitationforestière ou la réalisation de travaux de prévention concernant les espacesboisés mis à la charge des propriétaires et exploitants forestiers, publics ouprivés, sont prises conformément aux dispositions du titre II du livre III etdu livre IV du code forestier.

V. - Les travaux de prévention imposés en application du 4o du II à desbiens construits ou aménagés conformément aux dispositions du code del'urbanisme avant l'approbation du plan et mis à la charge despropriétaires, exploitants ou utilisateurs ne peuvent porter que sur desaménagements limités.

Art. L. 562-2. - Lorsqu'un projet de plan de prévention des risquesnaturels prévisibles contient certaines des dispositions mentionnées au 1oet au 2o du II de l'article L. 562-1 et que l'urgence le justifie, le préfet peut,après consultation des maires concernés, les rendre immédiatementopposables à toute personne publique ou privée par une décision renduepublique.Ces dispositions cessent d'être opposables si elles ne sont pas reprises dansle plan approuvé ou si le plan n'est pas approuvé dans un délai de trois ans.

Art. L. 562-3. - Après enquête publique, et après avis des conseilsmunicipaux des communes sur le territoire desquelles il doit s'appliquer, leplan de prévention des risques naturels prévisibles est approuvé par arrêtépréfectoral.

Art. L. 562-4. - Le plan de prévention des risques naturelsprévisibles approuvé vaut servitude d'utilité publique. Il estannexé au plan d'occupation des sols, conformément à l'article L.126-1 du code de l'urbanisme.

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Le plan de prévention des risques naturels prévisibles approuvé fait l'objetd'un affichage en mairie et d'une publicité par voie de presse locale en vued'informer les populations concernées.

Art. L. 562-5. -I. - Le fait de construire ou d'aménager un terrain dans une zone interditepar un plan de prévention des risques naturels prévisibles approuvé ou dene pas respecter les conditions de réalisation, d'utilisation ou d'exploitationprescrites par ce plan est puni des peines prévues à l'article L. 480-4 ducode de l'urbanisme.

II. - Les dispositions des articles L. 460-1, L. 480-1, L. 480-2, L. 480-3, L.480-5 à L. 480-9 et L. 480-12 du code de l'urbanisme sont égalementapplicables aux infractions visées au I du présent article, sous la seuleréserve des conditions suivantes :

1o Les infractions sont constatées, en outre, par les fonctionnaires etagents commissionnés à cet effet par l'autorité administrative compétenteet assermentés ;

2o Pour l'application de l'article L. 480-5 du code de l'urbanisme, letribunal statue au vu des observations écrites ou après audition du maireou du fonctionnaire compétent, même en l'absence d'avis de ces derniers,soit sur la mise en conformité des lieux ou des ouvrages avec lesdispositions du plan, soit sur leur rétablissement dans l'état antérieur ;

3o Le droit de visite prévu à l'article L. 460-1 du code de l'urbanisme estouvert aux représentants de l'autorité administrative compétente.

Art. L. 562-6. - Les plans d'exposition aux risques naturelsprévisibles approuvés en application du I de l'article 5 de la loi no 82-600 du 13 juillet 1982 relative à l'indemnisation des victimes decatastrophes naturelles valent plan de prévention des risquesnaturels prévisibles. Il en est de même des plans de surfacessubmersibles établis en application des articles 48 à 54 du code dudomaine public fluvial et de la navigation intérieure, des périmètres derisques institués en application de l'article R. 111-3 du code de l'urbanisme,ainsi que des plans de zones sensibles aux incendies de forêt établis enapplication de l'article 21 de la loi no 91-5 du 3 janvier 1991 modifiantdiverses dispositions intéressant l'agriculture et la forêt. Leur modificationou leur révision est soumise aux dispositions du présent chapitre.Les plans ou périmètres visés à l'alinéa précédent en cours d'élaboration au2 février 1995 sont considérés comme des projets de plans de préventiondes risques naturels, sans qu'il soit besoin de procéder aux consultationsou enquêtes publiques déjà organisées en application des procéduresantérieures propres à ces documents.

Art. L. 562-7. - Un décret en Conseil d'Etat précise les conditionsd'application des articles L. 562-1 à L. 562-6. Il définit notamment leséléments constitutifs et la procédure d'élaboration et de révision des plansde prévention des risques naturels prévisibles, ainsi que les conditions danslesquelles sont prises les mesures prévues aux 3o et 4o du II de l'article L.562-1.

Art. L. 562-8. - Dans les parties submersibles des vallées et dans les autreszones inondables, les plans de prévention des risques naturels prévisiblesdéfinissent, en tant que de besoin, les interdictions et les prescriptions

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techniques à respecter afin d'assurer le libre écoulement des eaux et laconservation, la restauration ou l'extension des champs d'inondation.

Art. L. 562-9. - Afin de définir les mesures de prévention à mettre enœuvre dans les zones sensibles aux incendies de forêt, le préfet élabore,en concertation avec les conseils régionaux et conseils généraux intéressés,un plan de prévention des risques naturels prévisibles.

Chapitre IIIAutres mesures de prévention

Art. L. 563-1. - Dans les zones particulièrement exposées à unrisque sismique ou cyclonique, des règles particulières deconstruction parasismique ou paracyclonique peuvent êtreimposées aux équipements, bâtiments et installations.Si un plan de prévention des risques naturels prévisibles estapprouvé dans l'une des zones mentionnées au premier alinéa, il peutéventuellement fixer, en application de l'article L. 562-1, desrègles plus sévères.Un décret en Conseil d'Etat définit les modalités d'application du présentarticle.

Art. L. 563-2. - Dans les zones de montagne, en l'absence de plan deprévention des risques naturels prévisibles, les documents d'urbanismeainsi que les projets de travaux, constructions ou installations soumis à unedemande d'autorisation ou à une décision de prise en considérationtiennent compte des risques naturels spécifiques à ces zones, qu'il s'agissede risques préexistants connus ou de ceux qui pourraient résulter desmodifications de milieu envisagées.Cette prise en compte s'apprécie en fonction des informations dont peutdisposer l'autorité compétente.Sans préjudice des dispositions des deux alinéas ci-dessus, le représentantde l'Etat visé à l'article L. 145-11 du code de l'urbanisme pour les unitéstouristiques nouvelles et à l'article L. 445-1 du même code pour lesremontées mécaniques tient compte des risques naturels pour ladélivrance des autorisations correspondantes.

10.2.2. DÉCRETS

10.2.2.1. DÉCRET N° 91-461 DU 14 MAI 1991,

Modifié par le décret du 13 septembre 2000 (voir plus loin)

Ce décret définit :- Le contexte de prise en compte du risque sismique- Le zonage sismique de la France en 5 zones

Il prévoit le cadre des deux 2 futurs arrêtés pour:- Les Ouvrages à Risque Normal (dont la ruine ne provoque que desatteintes de proximité immédiate). (Voir 10.231)

- Les Ouvrages à Risque Spécial (dont la ruine provoque desatteintes à l'environnement sur des étendues importantes). (Voir10.232)

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DECRET 91 461 du 14 MAI 1991

Art. 1er. - Les dispositions mentionnées à l'article 41 de la loi n° 87-565du 22 juillet 1987 susvisée destinées à la mise en œuvre de la préventiondu risque sismique et applicables aux bâtiments, équipements etinstallations nouveaux sont définies par le présent décret.

Art. 2. - Pour la prise en compte du risque sismique, les bâtiments,les équipements et les installations sont répartis en deuxcatégories, respectivement dites "à risque normal" et "à risquespécial".

Art. 3. - La catégorie dite "à risque normal" comprend les bâtiments,équipements et installations pour lesquels les conséquences d'un séismedemeurent circonscrites à leurs occupants et leur voisinage immédiat.Ces bâtiments, équipements et installations sont répartis en quatre classes - classe A : ceux dont la défaillance ne présente qu'un risque minime pourles personnes ou l'activité économique ;- classe B : ceux dont la défaillance présente un risque dit moyen pour lespersonnes;- classe C : ceux dont la défaillance présente un risque élevé pour lespersonnes et ceux présentant le même risque en raison de leur importancesocio-économique.En outre la catégorie "à risque normal" comporte une classe D regroupantles bâtiments, les équipements et les installations dont le fonctionnementest primordial pour la sécurité civile, pour la défense ou pour le maintiende l'ordre public.

Art. 4. - Pour l'application des mesures de prévention du risque sismiqueaux bâtiments, équipements et installations de la catégorie dite et "à risquenormal", le territoire national est divisé en cinq zones de sismicitécroissante :- zone 0 ;- zone I a ;- zone I b ;- zone II ;- zone III.La répartition des départements, des arrondissements et des cantons entreces zones est définie par l'annexe au présent décret.

Art. 5. - Des mesures préventives et notamment des règles deconstruction, d'aménagement et d'exploitation parasismiques sontappliquées aux bâtiments, aux équipements et aux installations de lacatégorie dite "à risque normal", appartenant aux classes B, C et Dsitués dans les zones de sismicité I a, I b, II et III, respectivement définiesaux articles 3 et 4 du présent décret.Pour l'application de ces mesures, des arrêtés pris conjointement par leministre chargé de la prévention des risques majeurs et les ministresconcernés définissent la nature et les caractéristiques des bâtiments, deséquipements et des installations, les mesures techniques préventives ainsique les valeurs caractérisant les actions des séismes à prendre encompte.

Art. 6. - La catégorie dite "à risque spécial" comprend les bâtiments,

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les équipements et les installations pour lesquels les effets sur lespersonnes, les biens et l'environnement de dommages même mineursrésultant d'un séisme peuvent ne pas être circonscrits au voisinageimmédiat desdits bâtiments, équipements et installations.

Art. 7. - Des mesures préventives et notamment des règles deconstruction, d'aménagement et d'exploitation parasismiques sontappliquées aux bâtiments, aux équipements et aux installations de lacatégorie dite "à risque spécial".Pour l'application de ces mesures, des arrêtés pris conjointement par leministre chargé de la prévention des risques majeurs et les ministresconcernés définissent la nature et les caractéristiques des bâtiments, deséquipements et des installations, les mesures techniques préventives ainsique les valeurs caractérisant les actions des séismes à prendre encompte.

Art. 8. - Le 2° de l'article 2 du décret du 11 octobre 1990 susvisé est ainsirédigé :"2° Situées dans les zones de sismicité I a, I b, II et III définies par le décretn° 91-461 du 14 mai 1991."

Annexe : Liste des cantons de chacune des 4 zones concernées parla réglementation

N-B : Le zonage sismique réglementaire actuel de la France, issu d'étudesde la sismicité nationale, est utilisé pour application de l'arrêté du 29 mai1997 (voir § 10.231) prescrivant l'application des règles de constructionparasismique PS-92 pour les ouvrages à risque normal (ORN). Son échelleest le cantonSelon la zone sismique on calculera le bâtiment en lui " appliquant " desaccélérations plus ou moins violentes selon les enjeux qu'il abrite,pondérées par les données du spectre de réponse du type de site et, s'il ya lieu, d'un coefficient topographique. La zone III, de sismicité forte neconcerne que la Guadeloupe et la Martinique. Les ouvrages à risque spécial (ORS), c'est à dire ceux dont la ruine peutnuire à l'environnement (en général risque industriel) font l'objet de règlesbeaucoup plus exigeantes (Voir § 10.232).

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Figure 111 - Zonage sismique réglementaire de la France

Ce zonage établi il y a quelques années sur la base de connaissances historiques présente quelques

similitudes avec le zonage déterministe. Il sera remplacé un jour, au vu de l'évolution des connaissances

(Voir 7.4 et 7.5).

10.2.2.2. DÉCRET N° 95-1089 DU 5 OCTOBRE 1995

Définit les modalités relatives aux PPR en application de la Loi Barnier.

DECRET 95-1089 du 5 octobre 1995

Article 1L'établissement des plans de prévention des risques naturelsprévisibles mentionnés aux articles 40-1 à 40-7 de la loi du 22 juillet1987 susvisée est prescrit par arrêté du préfet. Lorsque le périmètremis à l'étude s'étend sur plusieurs départements, l'arrêté est prisconjointement par les préfets de ces départements et précise celui despréfets qui est chargé de conduire la procédure.

Article 2L'arrêté prescrivant l'établissement d'un plan de prévention des risquesnaturels prévisibles détermine le périmètre mis à l'étude et la naturedes risques pris en compte ; il désigne le service déconcentré del'Etat qui sera chargé d'instruire le projet. L'arrêté est notifié auxmaires des communes dont le territoire est inclus dans le périmètre ; il estpublié au Recueil des actes administratifs de l'Etat dans le département.

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Article 3Le projet de plan comprend :1° Une note de présentation indiquant le secteur géographiqueconcerné, la nature des phénomènes naturels pris en compte et leursconséquences possibles compte tenu de l'état des connaissances ;2° Un ou plusieurs documents graphiques délimitant les zonesmentionnées aux 1° et 2° de l'article 40-1 de la loi du 22 juillet 1987 susvisée;3° Un règlement précisant en tant que de besoin :

- les mesures d'interdiction et les prescriptions applicables danschacune de ces zones en vertu du 1° et du 2° de l'article 40-1 de laloi du 22 juillet 1987 susvisée ;

- les mesures de prévention, de protection et de sauvegardementionnées au 3° de l'article 40-1 de la loi du 22 juillet 1987susvisée et les mesures relatives à l'aménagement, l'utilisation oul'exploitation des constructions, des ouvrages, des espaces mis enculture ou plantés existants à la date de l'approbation du plan,mentionnées au 4° du même article. Le règlement mentionne, lecas échéant, celles de ces mesures dont la mise en oeuvre estobligatoire et le délai fixé pour leur mise en oeuvre.

Article 4En application du 3° de l'article 40-1 de la loi du 22 juillet 1987 susvisée, leplan peut notamment :

- définir des règles relatives aux réseaux et infrastructurespublics desservant son secteur d'application et visant à faciliterles éventuelles mesures d'évacuation ou l'intervention dessecours ;

- prescrire aux particuliers ou à leurs groupements la réalisationde travaux contribuant à la prévention des risques et leur confierla gestion de dispositifs de prévention des risques oud'intervention en cas de survenance des phénomènes considérés ;

- subordonner la réalisation de constructions ou d'aménagementsnouveaux à la constitution d'associations syndicales chargées decertains travaux nécessaires à la prévention des risques, notammentl'entretien des espaces et, le cas échéant, la réalisation oul'acquisition, la gestion et le maintien en condition d'ouvrages ou dematériels.

Le plan indique si la réalisation de ces mesures est rendue obligatoire et, sioui, dans quel délai.

Article 5En application du 4° de l'article 40-1 de la loi du 22 juillet 1987 susvisée,pour les constructions, ouvrages, espaces mis en culture ou plantés,existants à la date d'approbation du plan, le plan peut définir des mesuresde prévention, de protection et de sauvegarde. Ces mesures peuvent êtrerendues obligatoires dans un délai de cinq ans, pouvant être réduit en casd'urgence.Toutefois, le plan ne peut pas interdire les travaux d'entretien et de gestioncourants des bâtiments implantés antérieurement à l'approbation du planou, le cas échéant, à la publication de l'arrêté mentionné à l'article 6 ci-dessous, notamment les aménagements internes, les traitements de façadeet la réfection des toitures, sauf s'ils augmentent les risques ou en créent denouveaux, ou conduisent à une augmentation de la population exposée.

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En outre, les travaux de prévention imposés à des biens construits ouaménagés conformément aux dispositions du code de l'urbanisme avantl'approbation du plan et mis à la charge des propriétaires, exploitants ouutilisateurs ne peuvent porter que sur des aménagements limitésdont le coût est inférieur à 10 p 100 de la valeur vénale ou estiméedu bien à la date d'approbation du plan.

Article 6Lorsque, en application de l'article 40-2 de la loi du 22 juillet 1987 susvisée,le préfet a l'intention de rendre immédiatement opposables certaines desprescriptions d'un projet de plan relatives aux constructions, ouvrages,aménagements ou exploitations nouveaux, il en informe le maire de la oudes communes sur le territoire desquelles ces prescriptions serontapplicables. Ces maires disposent d'un délai d'un mois pour faire part deleurs observations.A l'issue de ce délai, ou plus tôt s'il dispose de l'avis des maires, le préfet rendopposables ces prescriptions, éventuellement modifiées, par un arrêté quifait l'objet d'une mention au Recueil des actes administratifs de l'Etat dans ledépartement et dont une copie est affichée dans chaque mairie concernéependant un mois au minimum.Les documents relatifs aux prescriptions rendues ainsi opposablesdans une commune sont tenus à la disposition du public enpréfecture et en mairie. Mention de cette mesure de publicité est faiteavec l'insertion au Recueil des actes administratifs et avec l'affichage prévusà l'alinéa précédent.L'arrêté mentionné au deuxième alinéa du présent article rappelle lesconditions dans lesquelles les prescriptions cesseraient d'être opposablesconformément aux dispositions de l'article 40-2 de la loi du 22 juillet 1987susvisée.

Article 7Le projet de plan de prévention des risques naturels prévisibles est soumis àl'avis des conseils municipaux des communes sur le territoire desquelles leplan sera applicable.Si le projet de plan contient des dispositions de prévention des incendies deforêt ou de leurs effets, ces dispositions sont aussi soumises à l'avis desconseils généraux et régionaux concernés.Si le projet de plan concerne des terrains agricoles ou forestiers, lesdispositions relatives à ces terrains sont soumises à l'avis de la chambred'agriculture et du centre régional de la propriété forestière.Tout avis demandé en application des trois alinéas ci-dessus qui n'est pasrendu dans un délai de deux mois est réputé favorable.Le projet de plan est soumis par le préfet à une enquête publique dans lesformes prévues par les articles R 11-4 à R 11-14 du code de l'expropriationpour cause d'utilité publique.A l'issue de ces consultations, le plan, éventuellement modifié pour tenircompte des avis recueillis, est approuvé par arrêté préfectoral. Cet arrêté faitl'objet d'une mention au Recueil des actes administratifs de l'Etat dans ledépartement ainsi que dans deux journaux régionaux ou locaux diffusésdans le département.Une copie de l'arrêté est affichée dans chaque mairie sur le territoire delaquelle le plan est applicable pendant un mois au minimum.Le plan approuvé est tenu à la disposition du public en préfecture et danschaque mairie concernée. Cette mesure de publicité fait l'objet d'une

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mention avec les publications et l'affichage prévus aux deux alinéasprécédents.

Article 8Un plan de prévention des risques naturels prévisibles peut être modifiéselon la procédure décrite aux articles 1er à 7 ci-dessus. Toutefois, lorsque lamodification n'est que partielle, les consultations et l'enquête publiquementionnées à l'article 7 ne sont effectuées que dans les communes sur leterritoire desquelles les modifications proposées seront applicables. Lesdocuments soumis à consultation ou enquête publique comprennent alors:1° Une note synthétique présentant l'objet des modifications envisagées ;2° Un exemplaire du plan tel qu'il serait après modification avec l'indication,dans le document graphique et le règlement, des dispositions faisant l'objetd'une modification et le rappel, le cas échéant, de la dispositionprécédemment en vigueur.L'approbation du nouveau plan emporte abrogation des dispositionscorrespondantes de l'ancien plan.

10.2.2.3. DÉCRET NO 2000-892 DU 13 SEPTEMBRE 2000

Porte modification du code de la construction et de l'habitation et du décretno 91-461 du 14 mai 1991 relatif à la prévention du risque sismique.

DECRET 2000-892 du 13 septembre 2000

Art. 1er. - Le décret du 14 mai 1991 susvisé est modifié ainsi qu'il suit:

I. - L'article 1er est remplacé par les dispositions suivantes :" Art. 1er. - Le présent décret définit les modalités d'application del'article 41 de la loi du 22 juillet 1987 susvisée, en ce qui concerneles règles particulières de construction parasismique pouvant êtreimposées aux équipements, bâtiments et installations dans leszones particulièrement exposées à un risque sismique. "

II. - L'article 5 est complété par un alinéa ainsi rédigé :" Les dispositions ci-dessus s'appliquent :- aux équipements, installations et bâtiments nouveaux ;- aux additions aux bâtiments existants par juxtaposition,surélévation ou création de surfaces nouvelles ;- aux modifications importantes des structures des bâtimentsexistants. "

III. - Après l'article 7, est inséré un article 7-1 ainsi rédigé :" Art. 7-1. - Lorsqu'il prend en compte un risque sismique, un plande prévention des risques naturels prévisibles, établi enapplication des articles 40-1 à 40-7 de la loi du 22 juillet 1987susvisée, peut fixer des règles de construction plus sévères que lesrègles définies en application des articles 5 et 7, en ce qui concernenotamment la nature et les caractéristiques des bâtiments, deséquipements et des installations, les mesures techniquespréventives ainsi que les valeurs caractérisant les actions de

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séismes à prendre en compte. "Art. 2. - Il est créé, au chapitre II du titre Ier du livre Ier du code dela construction et de l'habitation, une section première intitulée "Dispositions spéciales relatives à la prévention du risque sismique", comprenant un article R. 112-1 ainsi rédigé :" Art. R. 112-1. - Dans les zones particulièrement exposées à unrisque sismique, les règles concernant la nature et lescaractéristiques des bâtiments, des équipements et desinstallations et les mesures techniques préventives doiventrespecter les dispositions du décret no 91-461 du 14 mai 1991modifié relatif à la prévention du risque sismique, sans préjudicede l'application des règles plus sévères fixées par un plan deprévention des risques naturels prévisibles, lorsqu'il existe. "

Art. 3. - Le ministre de l'intérieur, le ministre de l'équipement, des transportset du logement, la ministre de l'aménagement du territoire et del'environnement, le secrétaire d'Etat à l'outre-mer et le secrétaire d'Etat aulogement sont chargés, chacun en ce qui le concerne, de l'exécution duprésent décret, qui sera publié au Journal officiel de la République française.Fait à Paris, le 13 septembre 2000.

10.2.2.4. DÉCRET N° 2001-116 DU 05 FÉVRIER 2001

Décret portant création du comité interministériel de prévention des risquesnaturels majeurs.

DECRET n° 2001-116 du 05 Février 2001

Article 1Il est institué un comité interministériel de prévention des risquesnaturels majeurs présidé par le Premier ministre ou, par délégation, par leministre chargé de l'environnement.

Article 2Le comité interministériel comprend les ministres chargés de la défense, del'éducation nationale, de la recherche, de l'intérieur, de l'équipement, destransports, du logement, de l'urbanisme, de l'agriculture, de l'outre-mer, desfinances et de l'environnement.Les autres ministres intéressés par les questions inscrites à l'ordre du joursont invités à siéger au comité interministériel.

Article 3Le comité interministériel contribue à définir la politique conduite par leGouvernement en matière de prévention des risques naturels majeurs. Plusparticulièrement, le comité interministériel fixe les orientations dansles domaines suivants :

1° L'amélioration de la connaissance des risques, le renforcementde leur surveillance et de leur prévision, ainsi que ledéveloppement de l'information préventive sur ces risques ;2° Le renforcement de la prise en compte des risques dansl'utilisation des sols et dans la construction ainsi que la réductionde la vulnérabilité des personnes et des biens aux aléas,

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notamment par le développement des plans et des travaux deprévention des risques naturels;3° Le développement des méthodes d'analyse et d'expertise dans ledomaine du risque naturel, notamment par l'amélioration desméthodes de retour d'expérience pour tirer les leçons descatastrophes occasionnées par la survenance des aléas et lerenforcement des recherches dans le domaine de la prévention desrisques naturels majeurs.

Article 4Le comité interministériel se réunit au moins une fois par an. Le délégué auxrisques majeurs assure le secrétariat permanent du comité interministériel.

Article 5Le comité interministériel s'appuie sur un conseil d'orientation chargé de luidonner des avis et de lui faire des propositions en matière de prévention desrisques naturels.Le conseil d'orientation peut proposer à l'Office parlementaire d'évaluationdes choix scientifiques et technologiques de s'associer à ses travaux.

Article 6Le conseil d'orientation comprend :1° Un représentant de chacun des ministres membres de droit du comité ;2° Le secrétaire général de la défense nationale ou son représentant ;3° Dix personnalités qualifiées, dont deux représentants des compagniesd'assurance désignés par le ministre chargé des finances, une personnalitédésignée par le ministre chargé de l'équipement, une personnalité désignéepar le ministre chargé du logement, deux experts scientifiques désignés parle ministre chargé de la recherche, et quatre personnalités désignées par leministre chargé de l'environnement 4° Douze élus :

- trois députés désignés par l'Assemblée nationale ;- trois sénateurs désignés par le Sénat ;- six titulaires de mandats locaux désignés par le ministre chargé

des collectivités locales.Le président du conseil d'orientation est désigné par le ministre chargé del'environnement. Le secrétariat du conseil est assuré par le délégué auxrisques majeurs.Le conseil se réunit sur convocation de son président en tant que de besoin,et au moins une fois par an.La durée des mandats des membres du conseil mentionnés au 3° de l'article6 du présent décret est de trois années.La qualité de membre se perd avec la cessation des fonctions enconsidération desquelles l'intéressé a été désigné. Un nouveau titulaire estalors désigné dans les mêmes conditions, pour la période de mandat restantà courir.

Article 7Le rapport sur la prévention des risques naturels majeurs, élaboré chaqueannée par le délégué aux risques majeurs, est soumis pour avis au conseild'orientation puis au comité interministériel.

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10.2.3. ARRÊTÉS ET CIRCULAIRES

10.2.3.1. ARRÊTÉ DU 29 MAI 1997 (ORN)

Encadre la réglementation relative aux Ouvrages à Risque NormalAbroge et remplace l'arrêté du 16 juillet 1992

En application du décret du 14 mai 1991 il précise la règle pour les ouvragesà risque normal. Abroge et remplace l'arrêté du 16 juillet 1992 qui avait lemême objet, mais dont le niveau d'exigence demandait à être revu, parexemple remplacement des règles PS-69/82 par les règles PS-92, clarificationde l'applicabilité à l'existant, etc.). Ainsi, il :

- Redéfinit les classes A, B, C et D- Redéfinit les constructions auxquelles s'appliquent les règles - Rend applicables les règles PS 92 et définit les niveauxd'accélération à retenir pour les classes B, C, D selon chaque zone.

ARRETE du 29 Mai 1997, publié au Journal Officiel du 03 Juin 1997

Relatif à la classification et aux règles de construction parasismiqueapplicables aux bâtiments de la catégorie dite "à risque normal" telle quedéfinie par le décret n° 91-461 du 14 Mai 1991 relatif à la prévention durisque sismique. Les articles de cet arrêté sont :

Art. 1er

- Le présent arrêté définit les règles de classification et deconstruction parasismique pour les bâtiments de la catégorie dite "à risquenormal" en vue de l'application de l'article 5 du décret du 14 Mai 1991susvisé mentionnant que des mesures préventives sont appliquées auxbâtiments, équipements et installations de cette catégorie, et visenotamment l'application des règles aux bâtiments nouveaux ainsi que, dansles conditions définies à l'article 3 du présent arrêté, à certains bâtimentsexistants faisant l'objet de certains travaux de construction.

Art. 2. - I. - Classification des bâtimentsPour l'application du présent arrêté, les bâtiments de la catégorie dite "àrisque normal" sont répartis en quatre classes définies par le décret du 14Mai 1991 susvisé et précisées par le présent article. Pour les bâtimentsconstitués de diverses parties relevant de classes différentes, c'est leclassement le plus contraignant qui s'applique à leur ensemble.Les bâtiments sont classés comme suit :En classe A :

"les bâtiments dans lesquels est exclue toute activité humainenécessitant un séjour de longue durée et non visés par les autresclasses du présent article ;

En classe B :"les bâtiments d'habitation individuelle ; "les établissements recevant du public des 4e et 5e catégories ausens des articles R. 123-2 et R. 123-19 du code de la constructionet de l'habitation ; "les bâtiments dont la hauteur est inférieure ou égale à 28 mètres ; "les bâtiments d'habitation collective ; "les bâtiments à usage de bureaux, non classés établissementsrecevant du public au sens de l'article R. 123-2 du code de la

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construction et de l'habitation, pouvant accueillir simultanément unnombre de personnes au plus égal à 300 ; "les bâtiments destinés à l'exercice d'une activité industriellepouvant accueillir simultanément un nombre de personnes au pluségal à 300 ; "les bâtiments abritant les parcs de stationnement ouverts au public;

En classe C : "les établissements recevant du public des 1ère, 2ème et 3èmecatégories au sens des articles R. 123-2 et R. 123-19 du code de laconstruction et de l'habitation ; "les bâtiments dont la hauteur dépasse 28 mètres :

obâtiments d'habitation collective ; obâtiments à usage de bureaux ;

"les autres bâtiments pouvant accueillir simultanément plus de 300personnes appartenant notamment aux biens suivants :

- les bâtiments à usage de bureaux, non classés établissements recevant du public au sens de l'article R. 123-2 du code de la construction et de l'habitation ; - les bâtiments destinés à l'exercice d'une activité industrielle ;

"les bâtiments des établissements sanitaires et sociaux, à l'exceptionde ceux des établissements de santé au sens de l'article L. 711-2 ducode de la santé publique qui dispensent des soins de courte duréeou concernant des affections grave pendant leur phase aiguë enmédecine, chirurgie et obstétrique et qui sont mentionnés à laclasse D ci-dessous ; "les bâtiments des centres de production collective d'énergie quelleque soit leur capacité d'accueil ;

En classe D :" les bâtiments dont la protection est primordiale pour les besoinsde la sécurité civile et de la défense nationale ainsi que pour lemaintien de l'ordre public et comprenant notamment :

o les bâtiments abritant les moyens de secours en personnels et matériels et présentant un caractère opérationnel ; o les bâtiments définis par le ministre chargé de la défense, abritant le personnel et le matériel de la défense et présentant un caractère opérationnel ;

" les bâtiments contribuant au maintien des communications, etcomprenant notamment ceux :

o des centres principaux vitaux des réseaux de télécommunications ouverts au public ; o des centres de diffusion et de réception de l'information

;o des tours hertziennes stratégiques ;

" les bâtiments et toutes leurs dépendances fonctionnelles assurantle contrôle de la circulation aérienne des aérodromes classés dansles catégories A, B et C2 suivant les instructions techniques pour lesaérodromes civils (ITAC) édictées par la direction générale del'aviation civile, dénommées respectivement 4C, 4D et E suivantl'organisation de l'aviation civile internationale (OACI) ;

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" les bâtiments des établissements de santé au sens de l'article L.711-2 du code de la santé publique qui dispensent des soins decourte durée ou concernant des affectations graves pendant leurphase aiguë en médecine, chirurgie et obstétrique ; "les bâtiments de production ou de stockage d'eau potable ; "les bâtiments des centres de distribution publique de l'énergie ; "les bâtiments des centres météorologiques.

II. Détermination du nombre de personnes :Pour l'application de la classification ci-dessus, le nombre des personnespouvant être simultanément accueillies dans un bâtiment est déterminécomme suit : "pour les établissements recevant du public : selon la réglementation envigueur ; "pour les bâtiments à usage de bureaux ne recevant pas du public : encomptant une personne pour une surface de plancher hors œuvre netteégale à 12 mètres carrés ; "pour les autres bâtiments : sur déclaration du maître d'ouvrage.

Art. 3 - Les règles de construction, définies à l'article 4 du présent arrêté,s'appliquent dans les zones de sismicité I a, I b, II ou III définies par article4 du décret du 14 Mai 1991 susvisé :1) A la construction de bâtiments nouveaux des classes B, C et D ;2) Aux bâtiments existants des classes B, C et D dans lesquels il est procédéau remplacement total des planchers en superstructure ;3) Aux additions par juxtaposition de locaux :

" à des bâtiments existants de classe C ou D dont elles sontdésolidarisées par un joint de fractionnement ; " à des bâtiments existants de la classe B dont elles sont ou nonsolidaires ;

4) A la totalité des bâtiments, additions éventuelles comprises, dans un aumoins des cas suivants :

" addition par surélévation avec création d'au moins un niveausupplémentaire, même partiel, à des bâtiments existants de classeB, C ou D ; " addition par juxtaposition de locaux solidaires, sans joint defractionnement, à des bâtiments existants de classe C ou D ; " création d'au moins un niveau intermédiaire dans desbâtiments existants de classe C ou D.

Pour l'application des 3° et 4° ci-dessus, la classe à considérer est celle desbâtiments après addition ou transformation. Au cas où l'application descritères ci-dessus ne permet pas de définir sans ambiguïté la nature destravaux d'addition ou de transformation et, notamment, d'opérer ladistinction entre la surélévation et la juxtaposition, c'est la définition la pluscontraignante qui s'applique.

Art. 4. - I. - Les règles de construction applicables aux bâtimentsmentionnés à l'article 3 du présent arrêté sont celles de la norme NF P 06-013, référence DTU Règles PS 92 "Règles de construction parasismique,règles applicables aux bâtiments, dites règles PS 92".Ces règles doivent être appliquées avec une valeur de l'accélérationnominale aN résultant de la situation du bâtiment par rapport à la zone

sismique, telle que définie par l'article 4 du décret du 14 Mai 1991 susviséet son annexe, et de la classe, telle que définie à l'article 2 du présent arrêté,

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à laquelle appartient le bâtiment.

Les valeurs minimales de ces accélérations, exprimées en mètrespar seconde au carré, sont données par le tableau suivant :II. - Pour les bâtiments appartenant à la classe B définis au paragraphe 1.1

(domaine d'application) de la norme NF P 06-014 "construction parasismiquedes maisons individuelles ou des bâtiments assimilés, règles PS-MI 89révisées 92" et qui sont situés dans l'une des zones de sismicité I a, I b ou II,l'application des dispositions définies dans cette même norme dispense del'application des règles indiquées au I du présent article.

Art. 5 - L'arrêté du 16 Juillet 1992 relatif à la classification et aux règles deconstruction parasismique applicables aux bâtiments de la catégorie dite "àrisque normal" telle que définie par le décret du 14 Mai 1991 relatif à laprévention du risque sismique est abrogé aux dates d'entrée en applicationdu présent arrêté telles que précisées à l'article 6 ci-dessous.

Art. 6. - Les dispositions du présent arrêté sont applicables, au plus tard, lepremier jour du septième mois suivant sa publication, aux bâtiments faisantl'objet d'une demande de permis de construire, ou d'une demanded'autorisation au sens de l'article R. 123-23 du code de la construction et del'habitation ou, en dehors des cas indiqués précédemment, d'un début detravaux, à l'exception des bâtiments d'habitation collective dont la hauteurest inférieure ou égale à 28 mètres, pour lesquels l'application desdispositions du présent arrêté est reportée, au plus tard, au premier jour dutreizième mois suivant la publication.

Art. 7. - Le directeur de la prévention des pollutions et des risques, déléguéaux risques majeurs, le directeur de l'eau, le directeur général desenseignements supérieurs, le directeur de la recherche et des affairesscientifiques et techniques, le directeur de l'administration générale duministère de la défense, le directeur général de l'aviation civile, le directeurde la sécurité civile, le directeur du trésor, le directeur du budget, le directeurdu service public au ministère de l'industrie, de la poste et destélécommunications, le directeur général de l'énergie et des matièrespremières, le directeur général des collectivités locales, le directeur desaffaires économiques, sociales et culturelles de l'outre-mer, le directeur del'habitat et de la construction, le directeur général de la santé et le directeurdes hôpitaux sont chargés, chacun en ce qui le concerne, de l'exécution duprésent arrêté, qui sera publié au journal officiel de la République française.Fait à Paris, le 29 mai 1997

ZONES CLASSE B CLASSE C CLASSE D

I a 1.0 1.5 2.0

I b 1.5 2.0 2.5

II 2.5 3.0 3.5

III 3.5 4.0 4.5

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10.2.3.2. ARRÊTÉ DU 10 MAI 1993 (ORS)

Encadre la réglementation relative aux Ouvrages à Risque SpécialApproche déterministe prenant en compte les domainessismotectoniquesCommenté par la circulaire de la DPRM en date du 27 mai 1994.

ARRETE du 10 mai 1993 fixant les règles parasismiques applicablesaux installations soumises à la législation sur les installationsclassées (JO du 17 juillet 1993)

Article 1er Sont visées par le présent arrêté :Les installations énumérées à la nomenclature des installations classéespour la protection de l'environnement sous la mention " servitudes d'utilitépublique ", à l'exception des installations dont l'étude des dangers montrequ'elles ne présentent pas, en cas de séisme, des dangers d'incendie,d'explosion ou d'émanation de produits nocifs susceptibles de porteratteinte aux intérêts visés à l'article 1er de la loi du 19 juillet 1976 susviséeen aggravant notablement les conséquences premières du séisme ;Les installations classées non visées ci-dessus pour lesquelles le préfet, aprèsavis du conseil départemental d'hygiène, constate qu'elles présentent en casde séisme des dangers d'incendie, d'explosion ou d'émanation de produitsnocifs susceptibles de porter atteinte aux intérêts visés à l'article 1er de la loidu 19 juillet 1976 susvisée en aggravant notablement les conséquencespremières du séisme. Dans ce cas, les mesures prévues au présent arrêtésont prescrites par un arrêté préfectoral pris dans les formes prévues àl'article 17 ou 18 du décret du 21 septembre 1977 susvisé.

Article 2 L'exploitant d'une installation visée à l'article 1er évalue le ou les "séismes maximaux historiquement vraisemblables " (S.M.H.V.) àpartir des données historiques et géologiques.Le S.M.H.V. est défini de manière déterministe, en supposant que desséismes analogues aux séismes historiquement connus sont susceptibles dese produire dans l'avenir avec une position d'épicentre qui soit la pluspénalisante quant à ses effets en terme d'intensité sur le site, sous réserveque cette position reste compatible avec les données géologiques etsismiques.

Article 3 Pour chaque séisme maximum historiquement vraisemblable ainsidéterminé, est défini le " séisme majoré de sécurité " (S.M.S.) déduit duS.M.H.V. sur le site par la relation suivante (exprimée en unité d'intensitéM.S.K.) : intensité S.M.S. = intensité S.M.H.V. + 1, sous réserve quecette majoration reste compatible avec les données géologiques etsismiques.Chaque S.M.S. est caractérisé par un spectre de réponse, c'est-à-direla courbe représentant l'amplitude maximale de la réponse d'un oscillateursimple en fonction de sa fréquence. Ce spectre est représentatif dumouvement dans une direction d'un point à la surface du sol.

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Article 4 Pour les installations situées dans les zones de sismicité 0 et I a,telles que définies par l'article 4 du décret n° 91-461 du 14 mai 1991 susviséet son annexe, l'exploitant peut substituer aux dispositions prévues auxarticles 2 et 3 ci-dessus la définition a priori d'un séisme majoré de sécurité.Ce dernier est alors caractérisé par le spectre de réponse, en accélérationhorizontale, obtenu en multipliant les ordonnées du spectre de référence,défini par l'annexe au présent arrêté, par une accélération de calage aumoins égale à 1,5 m/s2 pour la zone de sismicité 0 et a 2,0 m/s2 pour lazone de sismicité I a.Lorsque le préfet dispose de résultats d'études locales mettant en évidencedes différences notables entre les séismes majorés obtenus par les méthodesdéfinies à l'alinéa précèdent et aux articles 2 et 3, il peut imposer àl'exploitant d'avoir recours aux dispositions des articles 2 et 3, sans possibilitéd'y déroger dans les conditions définies à l'alinéa précèdent.

Article 5 L'exploitant établit, en tenant compte de l'étude de danger, la liste deséléments qui sont importants pour la sûreté aussi bien pour prévenir lescauses d'un accident que pour en limiter les conséquences.Cette liste doit comprendre les équipements principaux ou accessoires ainsique les éléments de supportage et les structures dont la défaillance,éventuellement combinée, entraînerait un danger défini à l'article 1er, demême que les éléments qui sont appelés à intervenir pour pallier les effetsdangereux de la défaillance d'un autre matériel.

Article 6 Les éléments importants pour la sûreté définis à l'article 5 doiventcontinuer à assurer leur fonction de sûreté pour chacun desséismes majorés de sécurité définis à l'article 3 ou, lorsqu'il en est faitusage, à l'article 4. L'exploitant établit les justifications nécessaires enétudiant la réponse de ces équipements à des actions sismiques au moinségales à celles correspondant au spectre de réponse défini à l'article 3 ou,lorsqu'il en est fait usage, à l'article 4. Pour celles-ci l'exploitant pourraprendre en compte la possibilité d'incursion dans le domaine plastique soitpar la prise en compte de coefficients de comportement, soit par l'utilisationde critères traduisant le comportement élastoplastique. Ces coefficients etcritères doivent être compatibles avec la fonction de sûreté de l'équipementconsidéré.

Article 7 Les évaluations, inventaire, justification et définition prévus respectivementaux articles 2, 3, 5 et 6 seront transmis a l'inspection des installationsclassées.

Article 8 Les dispositions du présent arrêté sont applicables à toute installation dontle dépôt de la demande d'autorisation d'exploiter au titre de la législation desinstallations classées pour la protection de l'environnement intervient plusd'un an après la date de publication du présent arrêté ; elles pourront êtrerendues applicables en tout ou partie aux installations existantes dans lesconditions prévues à l'article 18 du décret n° 77-1133 du 21 septembre1977.

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Ces dispositions ne font pas obstacle aux mesures qui peuvent êtreprescrites compte tenu des particularités des sites concernés, dans le cadredes arrêtés réglementant leur fonctionnement.

Article 9Le directeur de la prévention des pollutions et des risques et les préfets dedépartement sont chargés, chacun en ce qui le concerne, de l'exécution duprésent arrêté, qui sera publié au Journal officiel de la République française.

10.2.3.3. CIRCULAIRE DU 27 MAI 1994 (ORS)

Circulaire DPPR/SEI du 27 mai 1994 relative à l'arrêté du 10 mai1993 fixant les règles parasismiques applicables aux installationsclassées pour la protection de l'environnement

Le ministre de l'Environnement à Mmes et MM. les préfets, M. le préfet depolice.Bien que la France soit rarement affectée par les séismes, les risques induitspar de tels phénomènes existent.L'article 41 de la loi du 22 juillet 1987 relative à l'organisation de la sécuritécivile et son décret d'application du 14 mai 1991 définissent les principesgénéraux des mesures de protection à mettre en oeuvre. Le décret distinguedeux types d'approche préventive selon que les bâtiments, équipements etinstallations concernés appartiennent à la catégorie dite "à risque normal" ouà celle dite "à risque spécial".La 1ère catégorie comprend les bâtiments, équipements et installations pourlesquels les conséquences d'un séisme demeurent circonscrites à leursoccupants et à leur voisinage immédiat et la seconde ceux pour lesquels desdommages même mineurs à ces ouvrages résultant d'un séisme peuventavoir un effet au-delà de ce voisinage immédiat.Pour les ouvrages de la 1ère catégorie dite "à risque normal", la sécuritéparasismique est assurée selon une approche normative.Les installations dites "à risque spécial" au sens de l'article 6 du décretprécité comprennent les installations classées définies à l'article 1er del'arrêté du 10 mai 1993. Pour ces installations, la prévention du risquesismique fait l'objet d'une étude au cas par cas.L'examen du risque sismique relatif à une installation classée s'intègre dansl'étude de danger, au même titre que celui des autres risques naturels.Les dispositions de l'arrêté du 10 mai 1993 se fondent notamment surl'expérience acquise lors de l'étude parasismique d'une part des installationsnucléaires de base et d'autre part, au cours des dernières années, decertaines installations classées. Cette expérience permet d'apporter lescommentaires et précisions utiles à l'application de ce texte.

L'arrêté définit dans un premier temps une méthode d'évaluation de l'aléasismique à prendre en compte (article 2 à 4). Il demande ensuitel'élaboration d'une liste des installations ou équipements devant faire l'objetde mesures de protection (article 5) puis les objectifs en matière de sécuritéque les dispositions de protection doivent permettre de satisfaire (article 6).

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Article 1erLa détermination du champ d'application de l'arrêté ne nécessite pas uneconnaissance particulière sur la sismicité de la zone géographiqueconcernée. La capacité d'une installation à créer, en cas de séisme,des accidents aggravant notablement les conséquences premièresdu séisme pourra s'évaluer au vu des scénarios d'accidentsdéveloppés dans l'étude des dangers de l'installation. On pourra enparticulier examiner les conséquences de scénarios de fuites importantes surdes réservoirs de produits inflammables, explosifs ou toxiques; scénariosprobables en cas de séisme.

Article 2En l'état actuel des connaissances des processus géologiques engendrantune rupture brutale des roches, notamment dans les zones à sismicitémodérée (cas de l'essentiel du territoire national), la prédiction précise dansl'espace et dans le temps de l'occurrence d'un séisme et a fortiori de son"agressivité" est impossible.Aussi la prévention sismique se fonde sur le postulat selon lequel un séismepassé peut se reproduire dans le futur sur le même accidentgéologiquement actif [accident sismogène (*)] et cela avec une "puissance"comparable.C'est ce que traduit la notion de SMHV introduite dans l'article 2. Elleprovient de la pratique adoptée pour les installations nucléaires de base(règle fondamentale de sûreté n° 1.2.c). Il convient de remarquer que pourun site donné, il peut y avoir plusieurs SMHV à considérer; par exemple : unséisme de magnitude (*) relativement faible mais situé près du site, et unséisme plus fort mais plus lointain, les deux produisant la même intensité (*)sur le site.Concrètement, la détermination du ou des SMHV s'appuie sur unensemble de données sismologiques et géologiques à rechercherdans des documents et banques de données spécialisés et servantde base à une analyse sismotectonique (voir annexe). Cette recherchedocumentaire doit être complétée par un recueil complémentaired'information et par un travail d'interprétation.L'analyse de ces données doit permettre d'identifier : - les domaines sismotectoniques (*) pertinents, c'est-à-dire les régions dontles caractéristiques tectoniques (type et niveau des déformations, champs decontraintes) sont suffisamment homogènes pour qu'on puisse envisagerl'occurrence d'un séisme analogue à un séisme historiquement connu, enn'importe quel point du domaine;- les accidents (ou structures) sismogènes pertinents, c'est-à-dire les failles ousystèmes de failles, dont les mouvements peuvent avoir été ou être àl'origine de séismes;- pour ces 2 types "d'unités sismotectoniques", les séismes historiques les plusimportants dans la région du site, caractérisés de manière aussi précise quepossible, compte tenu des données disponibles en termes de distributiondes intensités, de localisation de l'épicentre et de profondeur de foyer et, lecas échéant, de données instrumentales.

A partir de ces éléments, la détermination du ou des SMHV découlede l'application des règles déterministes suivantes :a) Les séismes historiques du domaine sismotectonique auquelappartient le site, à l'exception de ceux pour lesquels l'appartenance à unaccident sismogène précis peut être justifiée, sont considérés comme

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pouvant se produire au droit du site.b) Ceux des séismes appartenant à un domaine sismotectoniquevoisin et non liés à un accident sismogène (*) précis, sont considéréscomme pouvant se produire au point de ce domaine le plus prochedu site.c) Les séismes appartenant à un accident sismogène précis sont considéréscomme pouvant se produire au point de l'accident le plus proche du site.L'aléa sismique ainsi paramétré permettant d'estimer les effets les plusimportants sur le site est constitué par le ou les séismes maximauxhistoriquement vraisemblables.

Article 3La règle de majoration de un degré d'intensité, qui fait passer duSMHV au SMS vise à s'assurer, avec un bon niveau de confiance, quel'installation ne subira pas, au cours de son existence, des actions plusagressives que celles pour lesquelles elle aura été dimensionnée.Cette règle de majoration est celle utilisée par la sûreté nucléaire,dans le contexte sismotectonique de la France métropolitaine, caractérisépar : - un niveau faible ou moyen de sismicité;- une connaissance généralement bonne de la sismicité historique (sur unepériode d'au moins 500 ans);- une connaissance incomplète des structures sismogènes actives dans unezone intraplaque Cette règle de majoration peut s'avérer inapplicable, caraboutissant à des incohérences de nature sismologique et/ougéotechnique dans un certain nombre de cas pour lesquels il peutêtre admis, sous réserve de justifications, d'y déroger ou d'en modifier lesmodalités d'application ; ces cas sont les suivants : a) SMHV correspondant à un séisme interplaque (*) de grandemagnitude (*). (cas de la zone de subduction proche des Antillesfrançaises). La majoration de un degré d'intensité peut alors conduire àenvisager une dimension irréaliste pour la source sismique (magnitude); ilconvient alors de tenir compte des dimensions maximalesplausibles pour la source, pour fixer la magnitude à considérer.b) SMHV correspondant à un séisme intraplaque de magnitudevoisine du maximum admis pour la région considérée et dont le foyerest à grande distance du site; comme en a) ci-dessus, la majoration de undegré d'intensité sur le site peut correspondre à une majoration irréaliste deseffets du séisme dans la zone épicentrale; la majoration pour passer duSMHV au SMS doit alors être prise en intensité épicentrale et écrêtée à lavaleur maximale la plus plausible compte tenu de l'extension de l'accidentsismogène correspondant; l'intensité sur le site découle alors del'utilisation d'une loi d'atténuation appropriée.c) SMHV correspondant à un séisme de faible magnitude dont lefoyer est proche du site et qui est associé à un accident sismogènelocalisé et de faible extension ; la majoration de un degré d'intensité peutalors correspondre (par exemple si l'on passe d'une intensité SMHV VIII à uneintensité SMS IX) à une extension de la zone source incompatible avec lesdimensions estimées pour l'accident sismogène; dans un tel cas, il convient,soit de procéder à des études spéciales, soit, à défaut, d'utiliser lesrègles forfaitaires de détermination des mouvements décrites àl'article 2.4 de la règle fondamentale de sûreté I.2.c.d) Sites dont la nature des terrains et/ou la topographie sont telles

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qu'elles peuvent avoir une très forte influence sur les mouvements sismiquesen surface ; la majoration en termes d'intensité sur le site n'a alors plus guèrede signification. La majoration doit alors être prise en termes de magnitudeà la source, avec un niveau qui correspondrait à une majoration d'intensitéde un degré sur un site normal et les mouvements sur le site doivent êtrecalculés au moyen d'une étude particulière prenant en compte lastructure, la lithologie et la topographie du site.Les spectres de réponse définis au deuxième alinéa de l'article 3 constituentla donnée de base pour toute étude de comportement des structures et deséquipements de l'installation considérée, pour ce qui concerne les effets desforces d'inertie. Pour certains autres effets (liquéfaction des sols,déformations imposées aux conduites souterraines), il peut êtrenécessaire de compléter cette définition du mouvement(indications sur la durée du mouvement, le nombre équivalent decycles, les longueurs d'ondes et les vitesses particulaires); cesdonnées complémentaires doivent être compatibles avec le niveau demouvement associé aux spectres, les caractéristiques physiques du séisme etles propriétés géotechniques des terrains du site. Par ailleurs, l'amplitude demouvement de la composante verticale peut être prise égale aux deux tiersde celle des composantes horizontales, auxquelles correspond la définitiondes spectres.Les procédures de calcul de spectre doivent suivre les procéduresde corrélation actuellement en vigueur, par exemple celles utiliséespar le génie nucléaire.Néanmoins, lorsqu'elles existent, d'autres méthodes d'évaluation de spectrespourront être utilisées, à des fins de comparaison; on s'assurera que lesparamètres physiques de la source sismique sont compatibles avec lesdonnées de sismicité historique.Les études nécessaires pour aboutir à cette détermination desSMHV, des SMS et des spectres de réponse associés doivent êtreconfiées à des équipes de spécialistes confirmés, ayant notammentl'expérience de l'application pratique de la méthodologie précitée.

Article 4Il convient de remarquer que la plus grande partie du territoire métropolitainest située en zone de sismicité 0 (qui ne signifie pas que le risque sismiqueest nul) ou Ia.

Article 5Sur la base de l'étude de danger d'une installation concernée, l'exploitantdétermine les ensembles, sous-ensembles ou éléments dont la défaillanceserait de nature à aggraver notablement les conséquences premières duséisme définies par l'article 1, et donc de nature à créer un suraccident.Cela concerne donc les événements susceptibles d'avoir des effetsimportants hors site, c'est-à-dire essentiellement : - les émissions aériennes importantes de produits toxiques;- les BLEVE;- les déflagrations de nuages de gaz inflammables;- les pollutions très graves de ressources en eau potable.Dès lors qu'un suraccident a été identifié, l'exploitant étudie les causessusceptibles d'y conduire, en tenant compte en outre des défaillancesspécifiques de celles induites par les séismes (chute éventuelle de structuresou d'autres équipements, mouvements de terrains...).A partir de chaque cause, on étudiera les scénarios qui en découlent pour

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vérifier si les conséquences sont celles redoutées. Si tel est le cas, l'étudedéfinira les remèdes possibles pour supprimer chaque cause ou en réduireles effets.Cette étude aboutira à la liste des éléments et aux exigences decomportement associées telles que précisées pour l'application de l'article 6.

Article 6Il s'agit de définir les vérifications à effectuer sur les éléments définis àl'article 5 pour assurer leur tenue au séisme.A l'issue de l'étude mentionnée à l'article 5, les éléments sont classés selonl'une des exigences de comportement suivantes : - stabilité, imposée aux éléments pour lesquels il suffit de prévenir le risqued'effondrement, ou de chute de certaines parties pour éviter d'endommagerdes équipements ou structures adjacentes;- intégrité, imposée aux éléments qui doivent maintenir certaines fonctionspassives (par exemple l'étanchéité d'une paroi);- capacité fonctionnelle pour les éléments mécaniques statiques traverséspar un fluide et pour lesquels une limitation de déformation doit êtreassurée afin de garantir qu'il n'y a pas, par exemple, de réduction de débitou, plus généralement, de gêne à l'accomplissement de la fonction desécurité;- opérabilité , imposée aux éléments qui doivent maintenir certainesfonctions actives (par exemple la capacité de fermeture d'une vanne).La définition des vérifications consiste, alors, dans les deux étapes suivanteset inséparables : - choix de la méthode de vérification : calcul dynamique spectral outemporel, calcul statique, essai... ;- définition des critères pour assurer le bon comportement.Le choix des critères doit tenir compte de la méthode de vérification choisie,de la vulnérabilité réelle mise en évidence par le retour d'expériencesismique, ainsi que de l'exigence de comportement demandée à l'élément.La protection visée, pour le niveau de séisme pris en compte, peut, dans laplupart des cas, autoriser des incursions dans le domaine plastique.Ceci résulte du fait que les sollicitations sismiques sont essentiellement dutype déformation imposée ce qui entraîne que le mode de ruine estgénéralement associé à une limite de déformation plutôt qu'à une limite decontrainte. La plupart des matériaux présentant une capacité importante dedéformation plastique avant rupture, il est donc possible d'obtenir unesécurité acceptable en autorisant des incursions significatives dans ledomaine plastique, sous réserve que la configuration de l'équipement et saréponse sismique permettent la mobilisation effective de ces capacités dedéformation.

Toutefois, il est en général difficile de vérifier l'obtention de ces capacités dedéformation par le calcul, notamment en raison de l'incertitude sur lescritères à utiliser. C'est pourquoi on utilise une méthode simple, fournissantune approximation assez bonne, qui consiste à représenter cescomportements élasto-plastiques par le biais d'un coefficient diviseur desefforts calculés sur un modèle élastique, dit coefficient de comportementsupérieur ou égal à 1. Ces coefficients dépendent de la nature du matériau(plus ou moins grande ductilité) de la fréquence fondamentale de l'élémentet de son mode de ruine (dans lequel l'apparition des déformationsplastiques d'ensemble doit précéder les phénomènes d'instabilité tels que leflambage ou la déchirure). Leurs valeurs numériques sont pour l'essentiel

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tirées des constatations faites à l'occasion de séismes réels.L'approche par coefficients de comportement s'applique bien lorsque lastabilité, l'intégrité ou même la capacité fonctionnelle sont recherchées.D'une manière générale, les critères d'intégrité suffisent à assurer la capacitéfonctionnelle.Pour le cas de l'opérabilité, où l'on recherche à limiter les déformations etdéplacements lors du séisme, on impose à l'équipement de rester dans ledomaine élastique. Pour certains matériels, comme les relais ou contacteurs,machines tournantes..., il peut être nécessaire d'avoir recours à des essais surtable vibrante, pour démontrer l'opérabilité.La complexité du signal sismique, de son comportement et de ses effets surles structures limite considérablement les possibilités de modélisation.La méthodologie ainsi décrite fait souvent référence à l'expérience acquisesoit à la suite de séismes réels soit aux termes d'expérimentation. Lesrésultats valident d'ailleurs cette approche. Pour la prolonger de façonpratique, mes services élaborent actuellement des fiches guides relatives audimensionnement sismique de quelques structures type. Elles seront tenuesà jour et diffusées.

Article 8En ce qui concerne les installations existantes, compte tenu dunombre limité d'experts compétents dans ce domaine, de lanécessité d'affiner les méthodologies, vous vous attacherezprioritairement aux installations visées à la nomenclature desinstallations classées sous la mention : "Servitudes d'utilitépublique" en ne retenant pour les premières années que cellespour lesquelles le facteur aggravant en cas de séisme est trèsimportant.Vous voudrez bien me faire connaître les références de l'installation (ou desinstallations) que vous envisagez de retenir et les échéancescorrespondantes afin d'apprécier au niveau national l'adéquation del'ensemble du programme avec la capacité d'expertise existante.Pour ces installations existantes, les mesures prises pour atteindre le ou lesobjectifs décrits à l'article 6 ne peuvent pas entraîner de modificationsimportantes touchant le gros oeuvre de l'installation et elles doivent êtretechniquement et économiquement réalisables (article 37, alinéa 3, et 17,alinéa 2 du décret du 21 septembre 1977)Je vous saurais gré de bien vouloir me faire part des difficultés qui pourraientapparaître dans l'application du présent arrêté.(*) Voir glossaire.

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GlossaireIntensité : Cotation sur une échelle conventionnelle (échellemacrosismique) des effets d'une secousse sismique en un site donné, surl'homme, ses oeuvres et son environnement (mesure de la force destructriceou de l'agressivité d'un séisme en un site donné).

Echelle macrosismique d'intensité : Echelle conventionnelle de cotationdes effets macrosismiques. Il existe plusieurs échelles macrosismiques. EnFrance et en Europe, on utilise l'échelle MSK comportant 12 degrésdiscontinus.

Magnitude : Mesure de l'énergie émise par une source sismique sousforme d'ondes. Elle est utilisée comme une mesure de la "grandeur" ou"puissance" du séisme.

Echelle de Richter : "Echelle" de mesure de la magnitude des séismes. Ellen'a pas, de par sa définition, de limite théorique supérieure (ni inférieure).Sur des critères physiques liés à la taille maximale d'une source sismique età l'énergie correspondante qui peut être rayonnée, on estime cependantqu'une valeur limite doit exister (la magnitude des plus forts séismes connusà ce jour ne dépasse pas 9,2).

Domaine sismotectonique : Cette expression résulte de l'évolution desméthodes d'analyse et d'interprétation des phénomènes sismiques. Ellereprend la notion de domaine tectonique figurant dans la règlefondamentale.

Accident sismogène : Discontinuité géologique (faille) constituantensemble des lieux d'origine (foyers) des séismes passés etvraisemblablement futurs. Une faille active n'est pas nécessairementsismogène.

Intraplaque/interplaque : Qui est situé à l'intérieur/en bordure desplaques (cf . théorie de la tectonique des plaques).

Annexe : Banques de données sismologiquesIl existe actuellement en France deux banques de données dont lesinformations peuvent être mises à la disposition des maîtres d'oeuvred'études parasismiques dans les conditions indiquées ci-après :

1° Banque de données SIRENE gérée par le Bureau de recherchesgéologiques et minières (BRGM) pour son propre compte ainsi que pourl'Institut de protection et de sûreté nucléaire (IPSN) et Electricité de France(EDF).Cette banque rassemble les informations macrosismiques brutes concernantles séismes survenus pendant la période historique sur le territoiremétropolitain ou à proximité. Une demande de consultation doit êtreprésentée à l'un des trois organismes propriétaires. Il est néanmoins conseilléde demander au moins une mise en forme pratique des données. Cette miseen forme ne constitue pas une exploitation des données et ne suffit pas à ladétermination du SMHV (nécessité d'une analyse sismotectonique).

2° Banque de données des mouvements forts (sismothèque) constituée parl'IPSN. L'utilisation de cette banque nécessitant un minimum de

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connaissances en sismologie, son interrogation directe est déconseillée.L'Institut peut fournir les données spectrales et les accélérogrammesappropriés correspondant aux SMS du site concerné.Les prestations minimales de ces organismes correspondent à quelques joursd'ingénieur et sont actuellement facturées sur la base d'un forfait ou destarifs en vigueur.

Les adresses des services à contacter sont les suivantes : - BRGM (Groupe risques naturels et géoprospective) 117, avenue du Luminy,BP 167, 13276 Marseille Cedex 09.- EDF, département TEGG, 905, avenue du Camp-de-Menthe, BP 605,13093 Aix-en-Provence Cedex 02.- IPSN, DPEI/BERSSIN, BP 6, 92265 Fontenay-aux-Roses.

10.2.3.4. ARRÊTÉ DU 15 SEPTEMBRE 1995 (PONTS À RISQUE NORMAL)

Relatif à la classification et aux règles de construction parasismiquesapplicables aux ponts de la catégorie dite à risque normal (prescritnotamment l'application du " Guide AFPS 1992 pour la protectionparasismique des ponts" ou du DAN de l'EUROCODE 8, partie 2).

10.2.4. ET L'EXISTANT ?

Commentaire de Philippe Bisch8 , Président de l'Association Européenne deGénie Parasismique, membre du GEP." Le GEP (Groupe d'Etude et de Propositions pour la prévention du risquesismique en France), formé sur l'initiative de l'Administration, a pour missionde déterminer et de proposer ce qu'il est possible de faire en matière deréglementation sismique, sur la base des connaissances scientifiquesacquises, avec pour souci de faire en sorte que les textes réglementairessoient réellement applicables. Il a donc participé d'une manière décisive àl'élaboration des Arrêtés visés ci-dessus. Un problème très important, qui est un défi au GEP sur le plan technique,et à la Puissance Publique sur le plan des décisions à prendre et actions àengager, est l'extension du cadre réglementaire administratif et techniqueaux bâtiments existants, comme le souhaite implicitement la loi Barnier. Ceci peut être considéré sur le plan politique comme une action nécessairepour établir l'égalité des citoyens devant le risque. Mais une telle extensionse heurte à des difficultés techniques et économiques très importantes. Laseule norme pouvant faire référence aujourd'hui est l'ENV EUROCODE 8partie 1.4, mais ce texte est très critiqué par de nombreux pays (dont laFrance), et il est peu probable qu'il peut faire l'objet d'un DAN applicable àcourt terme, et qui plus est qu'il puisse être converti en EN sansmodifications profondes, ce qui demandera quelques années. En l'absencede texte technique de référence, on voit mal comment la volonté fortlouable du Législateur pourra être mise en pratique dans un court délai. "

8 Conférence annuelle des Grands Ateliers de

l'Isle d'Abeau, Lyon, novembre 1998

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10.2.5. LES RÈGLES PS-92, PLAN DU CONTENU

PLAN DE LA NORME NF P 06 - 013 (Règles PS-92)1. Objet, domaine d'application, conditions de validité

objetréférences normativesdomaine d'applicationcontenu

2. Détermination de la sécuritéactions et situations sismiquesobjectifs de comportementvérifications de sécurité

3. Niveau minimal réglementaire de protection - valeurs de anzones de sismicitéclasses de protection des ouvragesvaleurs de ansurclassement des ouvrages

4. Règles générales de conceptionchoix du sitereconnaissances et études de solfondationsstructures

5. Définition du séisme de calculmodélisation du mouvement du soldéfinition de l'action sismiquedéplacement du sol

6. Actions sismiques d'ensemblemodélisation du mouvement sismique et nature des actions à considérermodélisation des structuresprise en compte des comportements non linéairescombinaison des effets des composantes du mouvement sismiquenotationsméthodes de calcul

7. Actions localeséléments passibles d'un calcul forfaitairestructures secondaires et sous-systèmes

8. Règles de vérificationcombinaisons d'actionssécurité vis-à-vis des états limites ultimessécurité vis-à-vis des déformations

9. Fondationsliquéfaction des solsstabilité des pentesdispositions techniques concernant les ouvrages de fondationcalcul des fondations profondesvérification de la force portantefondations sur sols substitués compactésprise en compte de l'interaction sol-structure

10. Parois d'infrastructure et ouvrages de soutènementrègles généralesméthode de calcul simplifiéevérifications de stabilité

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vérifications de résistancemurs de soutènement isolés

11. Béton armé et béton précontraintgénéralitésspécifications concernant les matériauxdispositions constructives des éléments principaux des ossaturesdispositions propres aux murs et voiles de contreventementdispositions propres aux dalles et diaphragmesdispositions propres aux éléments précontraintscoefficient de comportementvérification de sécurité des éléments principauxdispositions propres aux éléments secondaires

12. Structures en maçonneriegénéralitéséléments structurauxéléments non structurauxéléments divers

13. Construction métalliquesymboles utilisésprincipes générauxtypes de structures métalliquescoefficient de comportement des structures dissipativesexigences relatives à la classe des sectionsassemblages situés au voisinage des zones dissipativesvérification des barres dans les zones dissipatives

14. Constructions en boisprincipes généraux assemblagesrègles particulières des structures en boiscoefficients de comportementvérifications

15. Façades légèresgénéralitésactionsrègles de vérificationméthodes de calculdispositions constructives

16. Compléments relatifs aux composants préfabriqués en béton et auxstructures utilisant ces composants

domaine d'applicationterminologiecoefficient de comportementdispositions relatives aux composants linéaires principauxdispositions relatives aux planchersdispositions relatives aux toitures des bâtiments industrielsdispositions relatives aux éléments de fondations

10.2.6. L'EUROCODE 8, PLAN DU CONTENU

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N° Partie Titre

Partie 1-1 Règles générales : actions sismiques et exigences générales pour la conception

Partie 1-2 Règles générales : règles générales pour les bâtiments

Partie 1-3 Règles générales : règles spécifiques pour divers éléments et matériaux

Partie 1-4 Règles générales : renforcement et réparation des constructions

Partie 2 Ponts

Partie 3 Tours, mâts et cheminées

Partie 3 Silos, réservoirs et pipeli nes

Partie 5 Fondations, ouvrages de soutènement et aspects géotechniques

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11. QUELQUES SITES INTERNET DE VULGARISATION EN SISMOLOGIEAPPLIQUÉE

Université de Laval - Québec (Cours de Pierre-André Bourque)www.ggl.ulaval.ca/planete_terre.html

Servizio Sismico Nazionale (Italie): http://www.dstn.it/ssn/index.html

Gruppo Nazionale per la Difesa dai Terremoti (CNR) (Italie): http://emidius.itim.mi.cnr.it/GNDT/home.html

NOAA - National Geophysical Data Center - Earthquake Data (USA)http://www.ngdc.noaa.gov/seg/hazard/earthqk.html

USGS National Earthquake Information Center (NEIC) (USA): http://neic.usgs.gov

Reseau National de Surveillance Sismique, France (ReNaSS): http://renass.u-strasbg.fr

Collection des cahiers parasismiques

Cahier 1, Conception parasismique niveau avant-projet, Milan Zacek,

Le cahier 1 porte sur la conception parasismique des bâtiments neufs, et montre l’importance de la prise en compte du phénomène sismique par l’architecte et l’ingénieur dès le début de la conception, et de l’adoption de dispositions architecturales et de principes de construction appropriés.

Cahier 2, Vulnérabilité et renforcement, Milan Zacek,

Le cahier 2 présente différentes méthodes de diagnostic de vulnérabilité aux séismes des bâtiments existants, et propose des stratégies de réhabilitation parasismique, ainsi que les techniques de renforcement des structures en béton armé.Il est complété par le cahier 2-a qui propose une méthode d’évaluation de présomption de vulnérabilité, ou « pré-diagnostic » se déclinant selon la complexité de l’édifice.

Cahier 2-a, Guide d’évaluation de la présomption de vulnérabilité aux séismes des bâtiments existants – Cas des constructions en maçonnerie et béton armé, Milan Zacek,

Le cahier 2-a, annexé au cahier 2, présente différentes méthodes de diagnostic de vulnérabilité aux séismes des bâtiments existants en béton armé et maçonnerie, et propose des stratégies de réhabilitation parasismique, ainsi que les techniques de renforcement des structures. Il propose une méthode d’évaluation de présomption de vulnérabilité, ou « pré-diagnostic » se déclinant selon la complexité de l’édifice, une telle étude pouvant être réalisée par un architecte sans formation parasismique particulière, complétée, en ce qui concerne les sols et effets de site, par l’avis d’un géotechnicien.

Cahier 3, Urbanisme et aménagement territorial en zone sismique, objectifs et problématique, Patricia Balandier,

Le cahier 3 examine les dispositions en matière d’urbanisme et d’aménagement, généralement inappropriées, et propose des actions et des recommandations pour réduire le bilan des catastrophes et améliorer la préparation de la société à leur éventualité. Résultant des observations réalisées à l’occasion de missions post-sismiques, et de l’examen de très nombreux rapports ou dépêches après séismes, ces propositions sont en grande partie généralisables pour se préparer à d’autres types de risques majeurs, naturels ou technologiques.

Cahier 4, Sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieurs, Patricia Balandier,

Le cahier 4 décrit les mécanismes de la tectonique des plaques et les phénomènes sismiques, qui provoquent les différents types de séismes, leurs caractéristiques et leurs modes de propagation. La connaissance de ces phénomènes est nécessaire au constructeur pour comprendre leurs effets sur les constructions, et aborder les questions de politique de prévention. L’ouvrage aborde enfin comment la traduction réglementaire de ces études de sismologie, qui simplifie nécessairement la prise en considération des phénomènes étudiés plus haut, ne doit pas dissimuler leur complexité, mais permettre de mieux comprendre les arbitrages qui président à la mise en œuvre de la politique de mitigation du risque sismique.

913962-04-1