Les séismes et tsunamis: leur origineet comment se proteger

SCIGRAD’11ENSTA, Paris

Marc-André GutscherDirecteur de RechercheCNRSà l’IUEM / Univ. Brest

le 26 Oct. 2011

Les 4 causes potentielles des tsunamis

- séisme sous la mer (typiquement séisme de subduct ion)

- glissement sous-marin (sédiments de pente continen tale)

- effondrement d’île volcanique(Krakatao 1883, Santorin 1500 av.J.C.)

- impact de méteorite (comme celui qui a tué les dino saures)

Tsunami = un mot Japonais qui signifie“vague de port”

(cela n’a rien à voir avec les marées)

Les 4 causes potentielles des tsunamis

- séisme sous la mer (typiquement séisme de subduct ion)

- glissement sous-marin (sédiments de pente continen tale)

- effondrement d’île volcanique(Krakatao 1883, Santorin 1500 av.J.C.)

- impact de méteorite (comme celui qui a tué les dino saures)

Tsunami = un mot Japonais qui signifie“vague de port”

(cela n’a rien à voir avec les marées)

La terre : une planète vivante, avec relief, sismic ité, volcans

La surface de la terre est composée d’une douzaine de plaques

Les plaques se déplacent les unes par rapport aux autres

Le moteur des déplacements de surface estla convection interne

(transport de chaleur du noyau vers l’extérieur)

Une zone de “subduction” c’est quand une plaque océanique

s’enfonce sous une autre (et retourne dans le manteau)

90% de la sismicité mondiale se produit ici

(à l’endroit où il y a un frottement entre les deux plaques)

Dans l’ouest du

Pacifique il y a

de nombreuses

zones de

subduction

(marquées par la

sismicité

et par les

volcans actifs)

Bloc diagramme tectonique du Japon (L. Jolivet)

Au Japon le 11 mars 2011 : Un "méga-séisme" (M9)

de subduction, une faille de 500km (N-S) x 200 km (E-W)

Carte de répliques sur 14h (hypocentres - EMSC)

(coupe avec répliques sur 4h)

répliques �������� zone de rupture

Les accélérations dues au

secousses (> 50% g !!)

Un glissement co-sismique

de 10 - 40m sur le plan de faille

(Simons et al., 2011, Science)

Lors du séisme, l’île de Honshu s’est déplacée 1 - 4 m vers l’Est

(source JPL

et Caltech)

Comment est géneré un tsunami?

Propagation d’onde de tsunami

Propagation d’onde de tsunami

Propagation d’onde de tsunami

Propagation d’onde de tsunami

Propagation d’onde de tsunami

Modélisation du tsunami du

11 Mars 2011 au Japon (K. Satake)

Observation du tsunami

par marégraphe

Amplitude du tsunami du 11 Mars 2011 au Japon

1 - 3 m sur l’ensemble des îles (source JMA)

Inondation due au tsunami : le maximum est en face de la zone

de rupture du séisme et dans des baies orientées vers l’Est

Hawaii est touché 7h après le séisme, la Californie 10h après

Propagation du tsunami du Japon du 11 Mars 2011 (source – NOAA)

Le tsunami affecte l’ensemble du Pacifique et particulièrement les îles

Hawaii est touché 7h après le séisme, la Californie 10h après

Propagation du tsunami du Japon du 11 Mars 2011 (modèle – CEA)

Le tsunami traverse le Pacifique en <24h

La physique des tsunamis: (amplitude, vitesse, longueur d’ondes)

L’aeroport de Sendai (après le tsunami)

Les plus grands séismes depuis 1900

Tous ont provoqué des tsunamis (sauf celui au Tibet)

1- Chile 1960 M9.52- Alaska 1964 M9.2 3- Sumatra 2004 M9.1 4- Japon 2011 M9.0 5- Kamchatka 1952 M9.06- Ecuador 1906 M8.87- Chile 2010 M8.8 8- Sumatra 2005 M8.7

Peut-on se protégercontre les tsunamis?

OUI

- Education

- Système d’alerte

Temps de propagation de tsunami dans le Pacifique

Sumatra : une séquence 26 Déc. 2004 - 1400 km

de trois méga-séismes 28 Mars 2005 - 400 km

12 Sept. 2007 - 400 km

Le séisme de Déc. 2004 a rompu une faille de 1400 km de long

Sumatra Aftershocks:

campagne

océanographique

française

(J.-C. Sibuet)

N/O Marion

Dufresne

Août 2005

OBS,

bathymétrie

carottage

Campagne:

Sumatra Aftershocks,

N/O Marion

Dufresne

Août 2005

Positions des

Stations OBS

(Ocean Bottom

Seismometer)

Campagne:

Sumatra

Aftershocks

Stations OBS

(enregistrement

des répliques)

Position et carte

de bathymétrie

multifaisceaux

Les travaux Brestois

sur Sumatra: bathymétrie

Front de déformation

(vue perspective en 3-D)

Les travaux Brestois sur Sumatra :

Campagne OBS - structure profonde

grand OBS

(Ifremer)

micrOBS

(Ifremer/IUEM)

Structure profonde :

modèle de vitesse

déterminé par les OBS(Klingelhoefer et al., 2010, JGR)

Les séismes se produisent dans une gamme de

profondeurs (liée à la température)

La zone “sismogène” (thermique) = 200 km

(en bon accord avec les répliques du séisme)

répliques sur 4 jours (USGS/NEIC)

Séisme M8,8 au Chili 27 Février 2010

Zone de rupture 500-600km (N-S) x 150 km (E-W)

pas de séisme depuis 1835

observé par Charles Darwin

répliques sur 2 semaines

Séisme de Maule, Chili

le 27 Fév. 2010, M8,8

Modèle de glissement de

CalTech (Sladen et al., 2010)

Zone de rupture ~500km (N-S),

10m de glissement

Réseau temporaire de

sismomètres fond de mer

(OBS) (15 Jul - 12 Sep 2010)

- Projet Taiwanais

- Navire Chilean (Gardar)

- Instruments français (micrOBS+

développés par Ifremer)

Réseau OBS déployé

du 15 Juil - 6 Août 2010)

55 répliques en mer

enregistrées par ≥≥≥≥5 OBS

Répliques enregistrées par OBS

(diamants noirs) et sismicité à

long-terme (cercles colorés)

La majorité des répliques se

situe sur une faille qui mesure

150km en largeur E-W

Propagation du tsunami du Chili (modélisation de Caltech 2010)

L’énergie maximum rayonne perpendiculairement à la fosse (et à la côte)

European-Mediterranean seismicity (USGS PDE Catalog M≥≥≥≥2.5 1973-2010)

L’Europe, est-elle menacée par les séismes et tsuna mis?

European-Mediterranean seismic hazard map (European Seismological Commission)

Carte de l’aléa sismique en région Europe - Méditerranée

European-Mediterranean seismic hazard map (European Seismological Commission)

60,000

morts

(1755)

180,000+ morts (depuis 1600)

Carte de l’aléa sismique en région Europe - Méditerranée

Le Sud de l’Europe est frappé par des séismes et tsunam is

comme Lisbonne en 1755, magn. 8,7 et tsunami de 5-1 0 m

le séisme de 1755 au Maroc

Volubilis Rabat

Le tsunami de1755 au Maroc

la forteresse deMazagan

(El Jadida)

Loi d’échelle pour les séismes (surface de rupture et magnitude)

Le Sud de l’Italie : une zone très exposée au risqu e sismique

Séisme de Messine Déc. 1908 (72.000 morts, tsunami 5-10 m)

L’arc Calabrais : Sismicité historique (Une des régions les plus meurtrières de la planète…)Séismes M~7

1908 Messina 72.000 morts

1905 Calabria 500 morts 1783

Calabria 50.000 morts 1693

Catania 60.000 morts 1638

Calabria ?? morts 1169 E.

Sicily ?? morts

Mais aucun séisme typique

“subduction" (chevauchant)

Séismes historiques en Méditerrannée:

Rhodes (225 av. J.C.) Alexandrie (1323 )

European-Mediterranean seismic hazard map (European Seismological Commission)

Carte de l’aléa sismique en région Europe - Méditerranée

En métropole :

- Alpes – Provence – Cote d’Azur

- Pyrénées

- Fossé Rhenan (séisme de Basel

de 1356)

Outre mer :

-Les petites Antilles (Guadeloupe

et Martinique)

classifiées comme des zones à

FORT aléa sismique

Carte de sismicité en France et régions voisines

Carte des réseaux de stations sismologiques en France

ReNaSS

(Réseau National des Stations

Sismologiques)

DASE

(Département Analyse Surveillance et

Environnement du CEA)

En métropole :

- Alpes – Provence – Cote d’Azur

- Pyrénées

- Fossé Rhenan (séisme de Basel

de 1356)

Outre mer :

-Les petites Antilles (Guadeloupe

et Martinique)

classifiées comme des zones à

FORT RISQUE

Les Antilles : un aléa sismique mal connu

Lacune de séismes

chevauchants au sud

de la Guadeloupe …

séismes historiques

Intens. = IX, X

Le NE du Japon : séismes fréquents (1973-2010)

- Les séismes et tsunamis dévastateurs (Sumatra 2004, 2005, 2007; Chili 2010 et Japon 2011) ne sont pas rares à l’échelle mond iale. (Le Pacifique est souvent touché.)

- La France métropôle n’est pas exposée à un tel aléa m ais les Antilles le sont probablement (l’aléa reste mal connu).

- L’aléa de séisme et tsunami est fort en certaines r égions de la Méditerranée.

- Nous ne pouvons pas prédire les séismes à court ter me, mais pouvons “prévoir” à long terme (l’amplitude, l’endroit). Cepen dant il faut des observations à long terme et des études approfondies s ur zone (travaux effectués à Brest).

- La bonne construction (parasismique) et l’éducation peuvent sauver les populations locales.

Conclusions

- effondrement d’île volcanique (exemple La Palma, C anaries)

- impact de méteorite (extinction des dinosaures?)

Il y a 65 millions d’années une méteorite d’environ 10 km de diamètre a heurté la terre près de Yucatan (Mexique). Des dépôts de méga-tsunamis ont ététrouvés à terre à plus de 200 km des côtes.

-glissement sous-marin (sédiments de pente continent ale)

glissement de Storegga 6000 av.J.C.volume = 3000 km3

Quantifier le séisme =Estimer la magnitude

• La magnitude est directement liée– à la taille de la

zone de rupture– au déplacement

Mw = 2/3*log( M0 ) - 10.7 avec M0 =µDS