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LES TREMBLEMENTS DE TERRE etLE RISQUE SISMIQUE EN PROVENCE:

étude de la faille de la Trevaresse responsable du séisme de 1909

Livret guide excursion du 18 Mars 2009C FEG / Si d E lCeFEG / Sismo de Ecoles

Olivier Bellier

CEREGE, Université Paul Cézanne Aix-Marseille

Pour plus d’info. : Pour plus d’info. :

http://www.futurahttp://www.futura--sciences.com sciences.com -- dossier: Qu’estdossier: Qu’est--ce qui fait trembler la Terre?ce qui fait trembler la Terre?

Qu’estQu’est--ce qu’un séisme?ce qu’un séisme?Un séisme = propagation d’une rupture le long d’une failleUn séisme = propagation d’une rupture le long d’une faille

Tremblement de Terre (séisme)?Tremblement de Terre (séisme)?

DEFINITIONS DU PETIT ROBERT

SEISME ET TREMBLEMENT DE TERRE :

ENSEMBLE DES PHENOMENES … CATASTROPHIQUES… LIESA LA DEFORMATION DE L'ECORCE TERRESTRE

S é i sme Te c t o ni q u e

1 - « cause » : mise sous contrainte – mouvement des plaques tectoniques2 - « déclenchement » : rupture de la croûte terrestre (rigide, froide et cassante)3 - « déroulement » : propagation d'une rupture le long d’une faille pré-existante

Rupture = relâchement des contraintes <=> Réponse au mouvement des plaques

Différents types de faillesDifférents types de faillesEn fonction des forces produites par le déplacement des plaques En fonction des forces produites par le déplacement des plaques

tectoniques on va produire différents types de failles tectoniques on va produire différents types de failles

Au fait : Au fait : -- Qu’est ce qu’un faille ?Qu’est ce qu’un faille ?-- Qu’est que la tectonique ?Qu’est que la tectonique ?

Exemple Exemple –– la faille de San Andréas est la faille de San Andréas est une faille une faille décrochantedécrochante

Aléa (risque) sismique et notion d’échelleAléa (risque) sismique et notion d’échelle«« Échelle temporelleÉchelle temporelle »»

CYCLE SISMIQUE1- Accumulation de contrainte (b)2- S é isme : Rupture et propagation (c)Le cycle sismiqueLe cycle sismique

11-- InterInter--sismique (b): sismique (b): accumulation de contrainte accumulation de contrainte

& déformation élastique& déformation élastique

Cycle sismiqueCycle sismique

& déformation élastique& déformation élastique(>100(>100--1000 ans)1000 ans)

2 2 –– CoCo--sismique (c): libération sismique (c): libération de contrainte & initiation / de contrainte & initiation / propagation de la rupturepropagation de la rupture

(seconde (seconde -- minute)minute)

=> Répétitivité=> Répétitivité

Echelle spatialeEchelle spatialeEnérgieEnérgie des séismes (intensité et magnitude) des séismes (intensité et magnitude) --> >

paramètre prédominantparamètre prédominant : Surface de la Rupture … : Surface de la Rupture … longueur de la faillelongueur de la faille réactivéeréactivée

2

Notion d’échelles: ConclusionsNotion d’échelles: Conclusions

Là où la Terre Là où la Terre a trembléea tremblée, elle , elle trembleratremblerade nouveau…de nouveau…

Séisme de Séisme de LambescLambesc

1909, M=61909, M=6Séisme dSéisme d ’Izmit’Izmit1999, M=7.81999, M=7.8

Là où un «Là où un « GrosGros » » séisme séisme s’est produits’est produit, un , un

«« GrosGros » séisme » séisme pourra se pourra se reproduirereproduire......

Aléa sismique : Où? Quand? Comment?Aléa sismique : Où? Quand? Comment?

Prévision / PréventionPrévision / Prévention

En absence de prévision => nécessité de prévention

Reconnaissance / information / protection

Failles à sismicité active et modérée, objectif :

-> Évaluation de l'aléa sismique - Localiser les déformations séismogénique « Faille et séismes : anguille sous roche »

- Quantifier les paramètres de la déformation

Vitesses long-terme (géologie) / instantanées (géodésie) - Comprendre le comportement sismogénique des failles Cycle sismique (recurrence/magnitude max.) Informations fournies par : « Les séismes du présent et du passé »

sismicité intrumentale, historique et paléosismicité

COMPORTEMENT DES FAILLES "LENTES" ???

Aléa sismique Aléa sismique -- les «les « outilsoutils »»

* Séismologie* Séismologie

* Tectonique* TectoniqueGéomorphologieGéomorphologieGéophysqiqueGéophysqique

* Géodésie* Géodésie

Les «Les « outilsoutils » :» :du cycle sismique …. à la tectonique des du cycle sismique …. à la tectonique des

plaquesplaques

Outils/échelle

Echelles Temporelles

Stade Cycle Sismique / Tectonique

Sismologie

Seconde/minute

Co-sismique – propagation rupture g

q p p g pet mécanisme

Géodésie

1 à 100 ans

Cycle sismique : de la rupture (déf. Cosismique) au cycle

(intersismique)

Géologie

1000 à 1 Million ans

N cycles / tecto. des plaques

Histoire sismique Histoire sismique -- échelles temporelles complémentaires échelles temporelles complémentaires

Séismicité instrum. 10Séismicité instrum. 102 2 ans, Séismicité historique 10ans, Séismicité historique 103 3 ans, paléosismologie 10ans, paléosismologie 1044 ansans

ALEA SISMIQUE EN DOMAINE CONVERGENT

Chardon, 2005, d’après Rebaï et al., 1992

APPLICATION AU SEISME FRANCAIS LE PLUS DESTRUCTEUR DU 20ème SIECLE

Convergence AfriqueConvergence Afrique--Europe / séismicitéEurope / séismicitéMéditerranée occidentaleMéditerranée occidentale

•• Domaine intracontinental => domaine en collision Domaine intracontinental => domaine en collision

•• Convergence Afrique / Europe occidentale : 5Convergence Afrique / Europe occidentale : 5--6 mm/an6 mm/an

=> Accommodée entre le Nord du Maghreb et le Sud de l’Espagne=> Accommodée entre le Nord du Maghreb et le Sud de l’Espagne

La Recherche, 1995La Recherche, 199555--6 mm/an6 mm/an

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La Collision en FranceLa Collision en France

Les Alpes

Les Pyrénées

Mattauer, 1985Mattauer, 1985

Les séismes en FranceLes séismes en FranceMythe ou Risque réel ?Mythe ou Risque réel ?

La France domaine à sismicité modérée mais non négligeable!La France domaine à sismicité modérée mais non négligeable!

St St CannatCannat

Le séisme de Lambesc (11 Juin 1909, M= 6) Le séisme de Lambesc (11 Juin 1909, M= 6) -- 46 morts, 300 victimes46 morts, 300 victimes

Séismicité de la FranceSéismicité de la France

InstrumentaleInstrumentale HistoriqueHistorique&&

Failles (déformations) et séismes : Failles (déformations) et séismes : «« anguille sous rocheanguille sous roche »»

La séismicité en Provence ? La séismicité en Provence ?

SE de la France SE de la France -- avantavant--pays de 2 chaînes de montagnes «pays de 2 chaînes de montagnes « jeunesjeunes » (Pyrénées » (Pyrénées et Alpes) et du Massif Centralet Alpes) et du Massif Central

Champs de déformation actuel du SE de la FranceChamps de déformation actuel du SE de la France

Où sont les failles? Quelles sont les vitesses des failles (&récurrence)?Où sont les failles? Quelles sont les vitesses des failles (&récurrence)?

LA TECTONIQUE LA TECTONIQUE Les séismes et les faillesLes séismes et les failles

GuelluckGuelluck

Aléa sismique en Provence : Aléa sismique en Provence : Reliefs & faillesReliefs & failles

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Active sur 3 Active sur 3

échelles déchelles d ’observation’observation

éi i ité i t t l ( /éi i ité i t t l ( / 100 )100 )

11-- La Faille de la Moyenne La Faille de la Moyenne Durance (FMD)Durance (FMD)

Aléa sismique en Provence : Aléa sismique en Provence : Reliefs & faillesReliefs & failles

AndréaniAndréani, 2005, 2005

-- séismicité instrumentale (+/séismicité instrumentale (+/--100 ans)100 ans)

--séismicité historique(+/séismicité historique(+/--1000 ans)1000 ans)

-- paléosismicitépaléosismicité (+/(+/--10.000 ans)10.000 ans)

Faille majeure (70Faille majeure (70-- 80 km)80 km)Séisme max. potentiel : M > 6Séisme max. potentiel : M > 6

-- Réactivation de la Faille de la Réactivation de la Faille de la TrévaresseTrévaresse-- Propagation vers le Sud du front de déformation «Propagation vers le Sud du front de déformation « alpinealpine »»

22-- Le séisme Provençal de 1909 (MLe séisme Provençal de 1909 (M-- 6)6)

Propagation vers le sud du front de déformation alpine Propagation vers le sud du front de déformation alpine

Faille Moyenne Durance & Faille dFaille Moyenne Durance & Faille d ’Aix =>’Aix =>

Transfert de la déformation sur les failles ETransfert de la déformation sur les failles E--W à vergence SudW à vergence Sud

Le chaînon de la Le chaînon de la TrevaresseTrevaresse : source du séisme de 1909? : source du séisme de 1909? (Chardon & (Chardon & BellierBellier, 2003; Chardon et al., 2005), 2003; Chardon et al., 2005)

Guignard, Guignard, BellierBellier, Chardon, 2005, Chardon, 2005Le séisme de Lambesc (11 Juin 1909, M= 6)Le séisme de Lambesc (11 Juin 1909, M= 6) -- 46 morts, 300 victimes46 morts, 300 victimes

Sismicité historique: Sismicité historique: Isoséistes du séisme de Isoséistes du séisme de

Lambesc (1909)Lambesc (1909)

IntensitéIntensité = «= « effetseffets » ressentis » ressentis et produits en surfaceet produits en surface

MagnitudeMagnitude = énergie = énergie du séisme (ondes)du séisme (ondes)

≠≠

Lambert, Levret...Lambert, Levret...

1909 = Costes / Trevaresse ?1909 = Costes / Trevaresse ?

Segmentation et Magnitude Segmentation et Magnitude Séisme de Lambesc (1909)Séisme de Lambesc (1909)Faille de la Faille de la TrevaresseTrevaresse « source » du 1909« source » du 1909

Topographie : le chaînon de la Topographie : le chaînon de la TrevaresseTrevaresse

Segmentation : 2 segments majeursSegmentation : 2 segments majeurs

Chardon et al., 2005Chardon et al., 2005

LmaxLmax (ouest): 10 km (ouest): 10 km => => MwMw : 5.7: 5.7--6,06,0

LmaxLmax (est) : 8 km (est) : 8 km => => MwMw : 5.6: 5.6--5.85.8

L (total) : 14L (total) : 14--18 km18 km => => MwMw : 5.7: 5.7--6.36.3 / Mw 1909 : 6.0/ Mw 1909 : 6.0

5

Vitesse de déplacement

* Décalage vertical post – base Tortonien : 200 - 400 m* Âge : 11 Ma => Vitesse (pendage 60°-80°): 0,01 – 0,05 mm/an

Séisme de Lambesc (1909)Séisme de Lambesc (1909)

Géométrie 3DGéométrie 3DPaléosismologiePaléosismologie

FailleFaille enracinée enracinée mais pas de rupturemais pas de rupture de de surface associée à l’escarpement majeursurface associée à l’escarpement majeur

(Chardon & (Chardon & HermitteHermitte, 2003), 2003)

Propagation de la déformation…Propagation de la déformation…

… sur faille «… sur faille « aveugleaveugle » ?» ?

Analyse de la topographie (profils topo. Analyse de la topographie (profils topo. PerpendicullairesPerpendicullaires à faille)à faille)

La La paléosismologiepaléosismologie ::Comprendre à l’échelle de la faille : cycle sismique? Comprendre à l’échelle de la faille : cycle sismique?

6

Faille de l’ErmitagePaléosismologie

• Nombre d’événements : au plus 10• Magnitudes : 6,2 – 6,3

DECALAGE DU CÔNE

Vitesse de déplacement

Décalage vertical post-cône : 8 – 17 mÂge du cône : 100 – 300 ka

=> Vitesse : 0,05 – 0,3 mm/an

PaléosismologiePaléosismologie : : => Au plus10 événements (< 300 ka)=> Au plus10 événements (< 300 ka)

Vitesse déplacement (8Vitesse déplacement (8--17m)17m)300 ka : 300 ka : 0.045 +/0.045 +/-- 0.015 mm/an0.015 mm/an

Récurrence « raisonnable » (M: +/Récurrence « raisonnable » (M: +/-- 6)6)(>> 1000 ans) : (>> 1000 ans) : 40004000--10000 ans10000 ans))

(Morpho)Tectonique: (Morpho)Tectonique: localisation des failles rapides localisation des failles rapides –– facile!facile!

Localisation de la déformation Localisation de la déformation -- TectoniqueTectonique

Localiser les failles!

Dans le Quaternaire, le terrain :

dur, dur…

7

Propagation vers le sud du front de déformation alpine ?Propagation vers le sud du front de déformation alpine ?

Relation Faille Moyenne Durance & Relation Faille Moyenne Durance & Faille d’Aix ?Faille d’Aix ?

Propagation vers le sud du front de déformation alpine ?Propagation vers le sud du front de déformation alpine ?Relation Faille Moyenne Durance & Faille d’Aix Relation Faille Moyenne Durance & Faille d’Aix

??

Guignard, Bellier, Chardon, 2005Guignard, Bellier, Chardon, 2005

Investigation géophysique: résistivité électrique & H/V (collaboration CEREGE, IRSN, CEA)

Quantifier: vitesse de déplacement des faillesQuantifier: vitesse de déplacement des failles

Marqueurs géomorphologiques Marqueurs géomorphologiques décalés et datés : vitesse (V=d/t)décalés et datés : vitesse (V=d/t)

Un marqueur, limite marinUn marqueur, limite marin--continental du canyon messinien, continental du canyon messinien,

(<5.3 Ma) affecté par zone de faille(<5.3 Ma) affecté par zone de faille

Prospection tomographie électriqueProspection tomographie électrique

(en cours CEREGE, IRSN, CEA)(en cours CEREGE, IRSN, CEA)

Vitesse de déplacement intégrée sur 5 MaVitesse de déplacement intégrée sur 5 Ma

••vertical : 150 m => 0,03 mm/avertical : 150 m => 0,03 mm/a

•• horizontal (max.) : +/horizontal (max.) : +/-- 0,1 mm/a0,1 mm/a

Localiser : géométrie 3DLocaliser : géométrie 3D

Combiner les méthodes Combiner les méthodes -- Terrain: géomorphologie et tectoniqueTerrain: géomorphologie et tectonique--Géophysique (profonde et surface)Géophysique (profonde et surface)-- Imagerie «Imagerie « Haute résolutionHaute résolution » (image / MNT)» (image / MNT)

Corrélation observables de surface et structure Corrélation observables de surface et structure profondeprofonde

Prospection géophysique de subProspection géophysique de sub--surfacesurface

LL ’électrique’électrique

Le radarLe radar

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Cartographie de la Cartographie de la Faille de la Faille de la

Moyenne DuranceMoyenne Durance

Cushing, Bellier, 2003Cushing, Bellier, 2003

LocalisationLocalisation

11-- Trace de F.: mouvement fortTrace de F.: mouvement fort

22-- Segmentation : Mw maxSegmentation : Mw max

Segmentation de la Faille de la Moyenne DuranceSegmentation de la Faille de la Moyenne Durance-- 10 segments 10 segments --

Longueur des segments max.Longueur des segments max.= 17 km= 17 km

M it dM it d == +/+/ 6 36 3

Longueur totale de la failleLongueur totale de la faille= 80 km= 80 km

Magnitude Magnitude = = +/+/-- 6.36.3

Magnitude Max. = Magnitude Max. = +/+/-- 7?7?

Quantifier : vitesse de déplacement long terme Quantifier : vitesse de déplacement long terme -- intégrée sur environ 15 Ma intégrée sur environ 15 Ma --

(base Burdigalien : 20 Ma, mais inversion tectonique : 15 Ma)(base Burdigalien : 20 Ma, mais inversion tectonique : 15 Ma)

Vitesse de 0.1 mm/an Vitesse de 0.1 mm/an -- significative des taux de déformation actuels?significative des taux de déformation actuels?

Localisation 3D de la microsismicté

1999-2004

Réseau sismique IRSN (triangles) – Cushing et al., G.J. Int. 2008

?

Séismes dans Séismes dans

le socle ?le socle ?

Sismicité associée à la FMD

Localisation : 1- majoritairement dans la couverture sédimentaire-> Thin-skin tectonics (<8 km)

2- mais sismicité crustale existe

Pas de séisme associée à la Faille de la Trevaresse (1909?)(1909?)

La géodésieLa géodésie

GPS – Site RENAG

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Vitesse de déplacementMesure géodésique : GPS permanent

Mesure sur 7 ans : vitesse très faible : -0,06 +/- 0,01 mm/an

Comparable aux vitesses déterminées à l’échelle « géologique » ~< 0.1 mm/an

Principales publications dans revues scientifiques nationales et internationales :Aléa « Provence »BAROUX, E., BÉTHOUX, N. & BELLIER, O., 2001. Analyses of the stress field in southeastern France from eartquake focal mechanisms.Geophysical Journal International. 145, 336-348.CHAMPION C., CHOUKROUNE P., CLAUZON G. 2000. La déformation post-Miocène en Provence occidentale. Geodinamica Acta, 13, 67-85.CUSHING M., O. BELLIER, S. NECHTSCHEIN, M. SÉBRIER, PH. VOLANT , A. LOMAX, P. DERVIN, P. GUIGNARD, L. BOVE, 2008. Amultidisciplinary study of a slow-slipping fault for seismic hazard assessment: the example of the Middle Durance Fault (SE France). Geophys. J. Int.doi: 10.1111/j.1365-246X.2007.03683, 172, 1163-1178.GUIGNARD P., BELLIER O., CHARDON D., 2005, Géométrie et cinématique post-oligocène des Failles d’Aix et de la Moyenne Durance (Provence,France). C.R. Géoscience, Acad. Sc. Paris, 337/3, 375-384.PEULVAST, J. P., BAROUX, E., BELLIER, O., & SÉBRIER, S. 1999. Le Problème de l'activité des failles de Nîmes, de Salon-Cavaillon et de laMoyenne Durance (SE France): apports de la géomorphologie structurale. Géomorphologie: relief, processus, environnement. 4, 327-358.SÉBRIER M., SIAME L., BELLIER O., CHARDON D., (2004) – Slow active faults in compressional settings. Seismotectonic model forProvence SE France. Slow active faults in europe (s.a.f.e.). assessing fundamental input for seismic risk in regions of low seismicity. ProjectEVG1-2000-22005 (contract EVG1-CT-2000-00023) p. 97-127.SIAME L., O. BELLIER, R. BRAUCHER, M. SÉBRIER, M. CUSHING, D. BOURLÈS, B. HAMELIN, E. BAROUX, B. DE VOOG, G. RAISBECK,F. YIOU.. 2004. Local erosion rate versus active tectonics : cosmic ray exposure modelling in Provence (South-East France). Earth Planet. Sc. Lett., 220,345-364.VOLANT PH., BERGE-THIERRY C., DERVIN P., CUSHING M., MOHAMMADIOUN G., MATHIEU F., (2000) – The South Eastern Durancefault permanent network : Preliminary results. Journal of Seismology, 4, p. 175-189.Séisme de 1909 et faille de la TrevaresseBAROUX E., PINO N. A., VALENSISE G., SCOTTI O. & CUSHING M. E. (2002) Source parameters of the 11 June 1909, Lambesc(Provence, southeastern France) earthquake: a reappraisal based on macroseismic, seismological and geodetic observations. J. Geophys.Res., 108, NO. B9, 2454, doi:10.1029/2002JB002348.CHARDON C., O. BELLIER, D. 2003. Cadre géologique du séisme de Lambesc du 11 Juin 1909 (Provence, France) : structure et évolution del’anticlinal de la Trevaresse. Bull. Soc. Géol. France, 174, n°5, 497-510.CHARDON D., HERMITTE D., NGUYEN F., O. BELLIER, 2005. First paleoseismological constraints on the strongest earthquake in France(Provence) in the twentieth century. Geology, v.33, n°11, 901-904.CHARDON C., O. BELLIER, D. HERMITTE. 2005. Réponse au commentaire de M. Mattauer à l’article : Cadre géologique du séisme de Lambesc du11 Juin 1909 (Provence, France) : structure et évolution de l’anticlinal de la Trevaresse. Bull. Soc. Géol. France, 176, n°1, 121-123.LACASSIN R., TAPPONNIER P., MEYER B. & ARMIJO R. (2001). Was the Trévaresse thrust the source of the 1909 Lambesc (Provence,France) earthquake? Historical and geomorphic evidence. C. R. Acad. Sci., 333, 571-581.ThèsesBaroux. E. (2000). Tectonique active en région à sismicité modérée: le cas de la Provence (France). Apport d'une approche pluridisciplinaire.PhD thesis, Univ. Paris XI Orsay, France. 327 pp.Terrier M., (1991) – Néotectonique de la Provence occidentale (France) : Vers une analyse multicritère de déformation récente. Application àla Classification des structures sismogénes. Thèse de Doctorat, Doc. BRGM, Université de Provence-Marseille, France, 207 pp.Villéger M., (1984) – Evolution tectonique du paneau de couverture Nord-Provençale (Mont-Ventoux, Lubèron, Moyenne Durance). Thèse deDoctorat, Univ. Paris-Sud, France, 173 pp.

Revue de Presse :Zoom sur… Quel risque sismique en Provence ? Energie Sud, supplément de « La Marseillaise », Samedi 27 Mars 2003.Article d’Hervé Vaudoit – La Provence 25 Février 2004. «Provence, Alpes et Côte d’Azur sous la menace permanente d’une secousse de forteintensité» article suite au séisme à Besançon du 24 Février 2004.Article de Chloée Alexandre – La Provence 13 Janvier 2005. «Pas de Raz-de-marée prévu en Provence».Dossier de Sylvie Ariés et Hervé Vaudoit « La Provence menacée par un fort séisme ». La Provence 16 Janvier 2005.Article de presse, « Le Régional », n°4574 du 26 Janvier au 1er Février 2006. « Séismes en Salsonais : sommes-nous prêts ? », La terre trembera-t-elle de nouveau ? Dossier de presse réalisé par Th. Féraud.Article dans « La Provence », n°3105, Dimanche 11 Décembre 2005, « Retour sur le Tremblement de Terre de 1909 » article de JulienDaniélidés.Article dans « Le Monde », n°18920, Mercredi 23 Novembre 2005, « Théâtre d’un séisme meurtrier en 1909, la Provence est sous surveillance»Dossier « Environnement et Sciences » de Christiane Galus.Article dans « Métro », Marseille, 28 Novembre 2005, « La Provence surveille ses failles» Dossier de C.M.

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