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Autres Unités des séismes

par Thierry Thomasset

version complète : http://www.utc.fr/~tthomass/Themes/Unites

janvier 2010

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Sommaire

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- intensité ou magnitude d'un tremblement de

terre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

- intensité d'un raz de marée ou tsunami . . . . 7

- risque de collision avec un corps céleste . . . 9

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Intensité ou magnitude d'un tremblement de terre échelle de Richter Échelle continue caractérisant la magnitude d'un

séisme par l'énergie dégagée en mesurant les ondes sismiques. créée en 1935, elle porte parfois le nom de Gutenberg Richter. étym. : vient du nom du scientifique américain Charles Richter (1900-1985).

échelle de Mercalli Échelle discrète de 12 degrés caractérisant l'intensité d'un séisme par la description des effets ressentis et les dégâts occasionnés. créée en 1902 puis modifiée en 1931. étym. : vient du nom du scientifique Guiseppe Mercalli (1850-1914).

échelle M.S.K. Échelle de 12 degrés dite de "Mercalli améliorée". Elle prend en compte les types de constructions et les degrés des dommages. créée en 1964. étym. : vient des noms des scientifiques Medvedev, Sponheuer et Karnik.

échelle macrosismique européenne ou EMS 98

Échelle d'intensité de 12 degrés prenant en compte les effets sur l'homme, les objets et l'environ-nement, et les dégâts des bâtiments. créée en 1998 et adoptée par le BCSF (Bureau Central Sismologique Français) en janvier 2000. étym. : signifie European Macroseismic Scale.

L'échelle (ouverte) de Richter

Cette échelle est en rapport avec l'énergie libérée durant le séisme ou magnitude à l'épicentre (point terrestre à la verticale du séisme). La magnitude est calculée à partir de l'amplitude des ondes sismiques et dépend de leur sensibilité. On sait mesurer l'énergie dégagée par la chute d'une brique d'une hauteur de 1 m (magnitude -2). Cette mesure est exprimée par une fonction logarithmique de l'amplitude des ondes. Ainsi un séisme de magnitude 5 dégage 30 fois plus d'énergie qu'un séisme de magnitude 4. Le passage de 4 à 6 correspond à une énergie 900 fois plus élevée. L'échelle de Richter est une fonction continue non limitée, le terme d'échelle n'est pas approprié car on ne l'utilise généralement que pour des valeurs discrètes, c'est pourquoi on dit qu'elle est ouverte. Le plus fort séisme noté 9,5 eut lieu au Chili en 1960 où la zone de rupture de la faille dépassait 1000 km, 10 semble être la limite maximale.

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Un séisme de magnitude 5 dégage une énergie équivalente à celle de la bombe nucléaire qui détruisit Hiroshima.

Ne pas confondre magnitude et intensité. La magnitude est unique alors que l'intensité est propre au lieu d'observation. Il n'y a pas de relation entre magnitude et intensité puisque deux séismes de même magnitude peuvent donner en surface des intensités différentes. Il existe différentes magnitudes (ML magnitude locale - MD magnitude de durée - MS magnitude de surface - MB magnitude de volume - MW magnitude de Kanamori) en fonctions des ondes analysées, de la profondeur du séisme… les résultats diffèrent peu. Les médias annoncent généralement MS.

L'échelle de Mercalli (1902)

Elle comporte 12 degrés basés sur ce qu'ont ressenti les personnes ainsi que sur l'analyse des dégâts. C'est une échelle empreinte de subjectivité. Elle a été modifiée à plusieurs reprises, la dernière fois en 1931.

Intensité Observations

I Aucun mouvement perceptible. II Les vibrations ne sont perceptibles que pour les personnes au repos et dans les étages

supérieurs. III Légers mouvements ressentis à l'intérieur mais pas à l'extérieur. Les objets suspendus

bougent. IV Bruits dus aux objets qui s'entrechoquent (vaisselle, portes et fenêtres…) V Réveil des personnes endormies, les portes claquent, la vaisselle se brise, les petits objets se

déplacent, les arbres oscillent, les liquides oscillent et débordent. VI Les gens ont des troubles de l'équilibre, les objets muraux tombent, le plâtre des murs peut se

fendre, la végétation oscille. Les vieux bâtiments se lézarde, mais aucun dommage structural. VII La station debout pose problème, des meubles peuvent se briser, des briques peuvent se

détacher. Les dommages sont modérés pour les bâtiments récents. VIII Les structures hautes (cheminées ou immeubles) peuvent se tordent et se briser. La structure

des bâtiments solides ne souffre pas, contrairement aux autres qui en subissent de sévères. Les branches des arbres se cassent.

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 sont détruits ainsi que les ouvrages d'art. Les barrages sont 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 constructions s'effondrent. Les ponts et les conduits souterrains sont détruits. XII Toute construction est détruite. Le sol ondule. Des failles se produisent.

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échelle macrosismique européenne ou EMS 98

En Europe, on utilise désormais l'EMS 98 à 12 degrés, elle est dérivée de l'échelle MSK. La France l'a adoptée en janvier 2000.

Intensité Définition Observations I Non ressenti Non ressenti II Rarement

ressenti Ressenti uniquement par quelques personnes au repos dans une position favorable, à l'intérieur des bâtiments.

III Faible Ressenti à l'intérieur des habitations par quelques personnes. Les personnes au repos ressentent une vibration ou un léger tremblement.

IV Largement observé

Ressenti à l'intérieur des habitations par de nombreuses personnes, à l'extérieur par un petit nombre. Quelques personnes sont réveillées. Les fenêtres, les portes et la vaisselle vibrent.

V Fort Ressenti à l'intérieur des habitations par la plupart, à l'extérieur par quelques personnes. De nombreux dormeurs se réveillent. Quelques personnes sont effrayées. Les bâtiments tremblent dans leur ensemble. Les objets suspendus se balancent fortement. Les petits objets sont déplacés. Les portes et les fenêtres s'ouvrent ou se ferment.

VI Dégâts légers De nombreuses personnes sont effrayées et se précipitent dehors. Chute d'objets. De nombreuses maisons subissent des dégâts non structuraux comme de très fines fissures et des chutes de petits morceaux de plâtre.

VII Dégâts La plupart des personnes sont effrayées et se précipitent dehors. Les meubles se déplacent et beaucoup d'objets tombent des étagères. De nombreuses maisons ordinaires bien construites subissent des dégâts modérés : petites fissures dans les murs, chutes de plâtres, chute de parties de cheminées ; des bâtiments plus anciens peuvent présenter de larges fissures dans les murs et la défaillance des cloisons de remplissage.

VIII Dégâts importants

De nombreuses personnes éprouvent des difficultés à rester debout. Beaucoup de maisons ont de larges fissures dans les murs. Quelques bâtiments ordinaires bien construits présentent des défaillances sérieuses des murs, tandis que des structures anciennes peu solides peuvent s'écrouler.

IX Destructions Panique générale. De nombreuses constructions peu solides s'écroulent. Même des bâtiments bien construits présentent des dégâts très importants : défaillances sérieuses des murs et effondrement structural partiel.

X Destructions importantes

De nombreux bâtiments bien construits s'effondrent.

XI Catastrophe La plupart des bâtiments bien construits s'effondrent, même ceux ayant une bonne conception parasismique sont détruits.

XII Catastrophe généralisée

Pratiquement tous les bâtiments sont détruits.

Le tableau ci-dessus est un condensé des effets typiques observés. Le détail est disponible sur le site du Bureau Central Sismologique Français.

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Les tremblements de terre sont dus aux déplacements des plaques tectoniques ou à des remontées de magma. L'hypocentre peut être situé jusqu'à 700 km de profondeur. 2002 a connu plus de 15 séismes destructeurs :

25 mars : Nord de l'Afghanistan, 1200 morts. 22 juin : Iran, 240 morts et 1300 blessés. 19 novembre : Italie, 30 morts (enfants d'une école). 26 décembre : Iran, 20 morts.

La France est un rare pays épargné, quoique la côte d'Azur (très peuplée) est située sur une zone où la probabilité d'avoir un séisme destructeur soit importante.

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Sites @ consulter

- EOST : École et Observatoire des Sciences de la Terre de Strasbourg

http://eost.u-strasbg.fr/pedago/Accueil.html - ESC : European Seismological al Commission - EMS 98

http://www.gfz-potsdam.de/pb5/pb53/projekt/ems/index.html - BCSF : Bureau Central Sismologique Français

http://www.seisme.prd.fr/ems98.html

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Intensité d'un raz de marée ou tsunami échelle de Soloviev Échelle discrète (I à VI) caractérisant l'intensité du

séisme par sa description et ses dégâts. étym. : vient du nom du scientifique russe Sergei Soloviev (1930-1994).

Échelle de Soloviev

Intensité Description I Onde faible, uniquement perceptible sur les marégraphes. II

Onde légère, remarquée seulement par les familiers de la mer sur les rivages très plats.

III

Onde assez forte, inondation des côtes en pente douce, échouage des embarcations légères, remontée de la mer dans les estuaires.

IV

Onde forte, rivage inondé, dégradation des constructions côtières, nombreux débris flottants sur la côte.

V

Onde très forte, inondation générale, destruction des bâtiments, affouillement des terres, pertes humaines.

VI

Onde désastreuse, destruction des structures, inondation à l'intérieur des terres, dommages aux navires, nombreuses victimes.

échelle d'Imamura et Ida

Échelle caractérisant la magnitude d'un séisme par la hauteur des vagues au niveau de la côte. La relation entre la magnitude M et la hauteur maximale des vagues Hmax est : Hmax = 2M étym. : vient du nom du scientifique japonais Segun Imamura.

Échelle d'Imamura et Ida

M au large à la côte quelques cm -1

tsunami mineur 10 cm 1 m 0

pas de préjudice 25 cm 2 m 1

dégâts aux maisons et aux navires 0,5 m 4 - 6 m 2

destruction de navires, pertes humaines 1 m 10 - 20 m 3

destruction des côtes sur ~ 200 km 2 m > 30 m 4

destruction des côtes sur ~ 500 km

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Quelques explications Un tsunami est dû à un déplacement de terrain sous-marin (tremblement de terre, glissement de terrains, éruption volcanique...). Lorsqu'il est dû à un tremblement de terre, celui-ci est d'une magnitude supérieure à 7 avec un épicentre inférieur à 50 km de profondeur. Plus la profondeur est faible, plus le tsunami sera important. La vague est générée par des effets de gravité alors que les vagues classiques sont générées par le vent. La vitesse de déplacement de l'onde de choc est proportionnelle à la racine carrée de la profondeur de l’océan. En océan profond, la vitesse peut atteindre plusieurs centaines de kilomètres par heure (alors qu'aucune onde n'est décelable en surface) et traverser le Pacifique en moins d'une journée. L'amplitude de la vague est d'autant plus importante que les fonds diminuent si bien que la hauteur devient maximale au niveau des plages (plusieurs dizaines de mètres) alors que la vitesse de déplacement diminue.

Tsunami du 24/12/2004 (2e vague)

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Risque de dommages occasionnés par une collision d'un corps avec la Terre échelle de Turin Échelle discrète (0 à 10) caractérisant l'intensité

des dégâts occasionnés par la collision d'un corps céleste avec la terre. Elle intègre la probabilité d'impact et l'énergie dégagée en fonction de la taille du corps. étym. : vient du nom de la ville de Turin, où Richard Binzel l'a exposée lors du congrès de l'Union Astronomique Internationale de 1999.

échelle de Palerme Échelle logarithmique continue caractérisant le risque d'impact d'un corps céleste avec la terre. Elle intègre la probabilité d'impact, l'énergie dégagée en cas d'impact et le délai qui nous sépare de l'impact. Des valeurs négatives sont possibles. étym. : vient du nom de la ville de Palerme, connue pour son observatoire qui a été le premier à découvrir les astéroïdes. De plus, c'est à Palerme, au congrès "Astéroïdes 2001", que fut présentée cette échelle.

Échelle de Turin

L'échelle de Turin intègre la probabilité d'impact et l'énergie dégagée en fonction de la taille du corps. Un corps de très forte taille dont la probabilité d'impact est certaine donnerait une intensité de dégâts de 10. Une valeur de 10 est un risque planétaire, pas une destruction de la planète, cela ne peut être envisagé. Cette échelle, révisée en 2005, est surtout utilisée pour la com-munication publique.

L'ordonnée du graphe montre qu'il existe un lien entre l'énergie dégagée et la taille de l'objet céleste. Néanmoins la fréquence d'une collision diminue avec la taille de l'objet.

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Actuellement aucun corps céleste ne mérite un niveau supérieur à 1. Le niveau 4, le plus élevé jamais atteint, a été donné fin 2004 à l'astéroïde Apophis (400 m). De nouveaux

rappel : 1 tonne de TNT = 4,18.109 joules

taille (m) fréquence (années) 0 100 0 500 1 000

0 2 000 080 000 200 000

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calculs ont ramené le niveau à 0, il frôlera la Terre (30 000 km) le 13 avril 2029 puis à nouveau en 2036 sans crainte de collision. Seul 1950 DA correspond à un niveau 1. 1950 DA Les objets célestes avec lesquels le risque de collision est le plus probable sont les astéroïdes. Les astéroïdes sont des corps en orbite autour du soleil, formant une ceinture entre Mars et Jupiter. Leurs tailles peuvent avoir jusqu'à plusieurs kilomètres. Ce sont des vestiges de la création du système solaire, ils ne se sont jamais agrégés pour former une planète. Lors de collisions entre eux, certains peuvent dévier de leur trajectoire orbitale et venir croiser l'orbite terrestre. 1950 DA (année de sa découverte) pourrait entrer en collision avec la terre en 2880 en l'état actuel de nos connaissances, car l'influence gravitationnelle des autres planètes modifiera peut-être sa trajectoire. Aujourd'hui, le problème de l'influence de trois corps entre eux, énoncé par Isaac Newton, n'a toujours pas de solution.

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Évaluation des risques d'impacts

Aucun danger

0

La probabilité d'une collision avec un objet de taille est très faible voire quasi nulle. Concerne les petits objets comme les météorites qui lorsqu'elles ne brûlent pas dans l'atmosphère, provoquent rarement des dommages au sol.

Normal

1

Correspond au passage d'un corps à proximité de la terre. Les calculs montrent qu'un risque de collision est extrêmement faible et que le public ne se sentira pas concerné. Cette classe pourrait être rattachée au niveau 0.

2

Correspond à la découverte d'un corps méritant l'attention des astronomes mais qui ne causera aucune inquiétude pour le public car une collision est très peu probable. Des observations ultérieures classeront très probablement cet évènement en niveau 0.

Requiert l'attention des astronomes

3

Correspond à une rencontre possible, méritant l'attention soutenue des astronomes. La probabilité d'une collision est supérieure à 1% avec des dommages au niveau local. Il y a de fortes présomptions pour que de futurs calculs concluent à un niveau 0. Si l'estimation de la rencontre est donnée à moins de 10 ans, une prise en compte doit être faite par les autorités.

4 Identique au niveau précédent, sauf que les dommages sont plus importants, atteignant un niveau régional.

5

La menace de dévastation régionale est sérieuse, mais toujours incertaine. La probabilité d'une collision est supérieure à 1% avec des dommages au niveau local. Très probablement, les nouvelles observations concluront à un niveau 0. Si l'estimation de la rencontre est donnée à moins de 10 ans, un plan d'urgence gouvernemental doit être envisagé.

Menace à prendre au sérieux

6

La menace d'une rencontre avec un gros objet entraînant une catastrophe nationale est sérieuse mais toujours incertaine. Un travail sérieux des astronomes est nécessaire pour déterminer si vraiment la collision se produira. Si la rencontre doit se produire dans moins de 30 ans, un plan d'urgence gouvernemental doit être envisagé.

La possibilité d'une rencontre avec un gros objet qui, si elle survenait au cours du siècle à venir, constitue une menace de catastrophe mondiale sans

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7 précédent mais toujours incertaine. La mise sur pied d'un plan d'urgence internationale est justifiée, particulièrement pour déterminer si la collision se aura bien lieu.

8

Une collision est certaine, capable de causer des destructions au niveau local pour un impact sur terre ou probablement un tsunami si elle a lieu en mer. Ce type d'événement se produit en moyenne entre une fois tous les 50 ans et une fois tous les milliers d'années.

Collision certaine

9

Une collision est certaine, capable de causer des destructions au niveau régional pour un impact sur terre ou probablement un tsunami important si elle a lieu en mer. Ce type d'événement se produit en moyenne entre une fois tous les 10 000 ans et une fois tous les 100 000 ans.

10

Une collision est certaine, capable de causer une catastrophe climatique mondiale qui peut menacer l'avenir de notre civilisation quel que soit le lieu d'impact, terre ou mer. De tels événements se produisent en moyenne moins d'une fois tous les 100 000 ans.

Échelle de Palerme

Cette échelle utilisée par les astronomes est plus précise que l'échelle de Turin car elle quantifie la dangerosité d'une collision. Le risque est évolutif, car il est recalculé à chaque observation. Son avantage est de donner des valeurs plus subtiles pour le niveau 0 de l'échelle de Turin. Il n'y a pas de conversion possible entre les deux échelles, néanmoins la croissance des valeurs positives concoure, dans les deux échelles, à augmenter le facteur de risque.

1,1 est la valeur la plus élevée calculée jusqu'à aujourd'hui. Elle a été donné à l'astéroïde Apophis, fin 2004, pour une collision probable en 2029. Fin 2006, sa valeur cumulée était ramenée à -2,52 parce qu'on estime son passage à 28 000 km de la surface terrestre, le 13 avril 2029 mais une collision est probable en 2036. Cette valeur ne pourra être affinée qu'à partir de 2013, date où l'astéroïde sera à nouveau observable. 1950 DA, astéroïde de 1,1 km de diamètre moyen, possède une valeur de 0,17.

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Site @ consulter - NASA Near Earth Object Program :

http://neo.jpl.nasa.gov

valeur niveau d'inquiétude < -2 -2 à 0 > 0

aucun à surveiller croit avec la valeur

Soit R, le risque relatif de collision, la valeur n sur l'échelle de Palerme est définie comme le logarithme décimal de R.

n = log R Le risque relatif dépend de trois facteurs : la probabilité d'impact P, la fréquence d'impact par an F et le temps T en années restant avant l'impact.

€

R =P

F.T

avec F = 0,03. E-4/5, où l'énergie E est exprimée en mégatonnes de TNT

On parle parfois de valeur cumulée sur l'échelle de Palerme pour caractériser la gravité d'une collision potentielle avec un ensemble d'objets ou un objet à répétition. La valeur est donc le logarithme de la somme des différentes valeurs des risques relatifs.

ncum = log (10n1 + 10 n2 + ...)