Karamö, le prof virtuelLeçon 6 sur 16
Les phénomènes sismiques ou tremblements de terre
Je sais expliquer comment naît un séisme, décrire les ondes sismiques, distinguer magnitude et intensité, calculer une distance épicentrale et connaître les mesures de prévention.
- 1 h
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Définir un séisme, son foyer et son épicentre, et expliquer son origine par la rupture d'une faille
- Décrire les ondes P, S et L et leur enregistrement
- Distinguer magnitude et intensité et faire des calculs simples
- Localiser les zones sismiques du globe et citer les mesures de prévention
Avant de commencer : La géodynamique interne : chaleur interne, plaques lithosphériques et leurs limites (leçon 4).
1Je découvre
Le 22 décembre 1983, dans la région de Koumbia et de Gaoual, au nord-ouest de la Guinée, le sol se met brusquement à trembler. Les murs des cases et des maisons se fissurent puis s'écroulent, des rochers roulent sur les pentes. On compte des centaines de victimes et de nombreux villages détruits. Beaucoup plus loin, la secousse est seulement ressentie, sans faire de dégâts.
Des années plus tard, Kadiatou lit ce récit dans un livre de géographie. Elle s'interroge : « La Guinée n'a pas de volcan. Pourquoi la terre a-t-elle tremblé ? Pourquoi la secousse a-t-elle été destructrice près de Koumbia et à peine ressentie ailleurs ? Et comment les savants, loin de là, ont-ils pu dire exactement où et avec quelle force le séisme s'était produit ? »
Qu'est-ce qu'un séisme, comment se propage-t-il, comment le mesure-t-on, et comment s'en protéger ?
2Je comprends
1. Définition et origine d'un séisme
Un séisme (ou tremblement de terre) est une série de vibrations du sol provoquées par la libération brutale d'énergie en profondeur. La science qui les étudie est la sismologie.
Origine. Les roches de la lithosphère sont soumises à des forces (contraintes) dues au mouvement des plaques. Elles se déforment d'abord lentement, de façon élastique, et accumulent de l'énergie, comme un bâton qu'on plie. Quand la contrainte dépasse leur résistance, elles se rompent brusquement le long d'une cassure, la faille. Les deux blocs glissent l'un par rapport à l'autre, et l'énergie accumulée est libérée sous forme d'ondes sismiques. C'est la théorie du rebond élastique.
On distingue :
- le foyer (ou hypocentre) : le point, en profondeur, où commence la rupture ;
- l'épicentre : le point de la surface situé à la verticale du foyer ; c'est là que la secousse est en général la plus forte ;
- la profondeur du foyer : les séismes superficiels (moins de 70 km) sont les plus nombreux et souvent les plus destructeurs ; certains foyers atteignent environ 700 km dans les zones de subduction.
Un séisme principal est souvent précédé de secousses prémonitoires et suivi de répliques, plus faibles, pendant des jours ou des mois.
2. Les ondes sismiques et leur enregistrement
Depuis le foyer, l'énergie se propage dans toutes les directions sous forme de trois grands types d'ondes :
| Onde | Nom | Mouvement | Vitesse moyenne dans la croûte | Milieux traversés |
|---|---|---|---|---|
| P | premières, de compression | les particules vibrent dans le sens de propagation | environ 6 km/s | solides, liquides, gaz |
| S | secondes, de cisaillement | les particules vibrent perpendiculairement | environ 3,5 km/s | solides seulement |
| L | longues, de surface | mouvements du sol en surface | un peu plus lentes que S | surface |
Les ondes L arrivent en dernier mais ont la plus grande amplitude : ce sont elles qui provoquent le plus de dégâts.
Les ondes sont enregistrées par un sismographe ; le tracé obtenu est un sismogramme. On y voit d'abord l'arrivée des ondes P, puis celle des ondes S, puis celle des ondes L. Plus la station est loin du foyer, plus l'écart de temps entre P et S est grand. Cet écart permet de calculer la distance.
Si d est la distance au foyer, les temps de trajet sont tP = dvP et tS = dvS. L'écart vaut :
Δ t = tS - tP = d(1vS - 1vP) d'où d = Δ t × vP × vSvP - vS
Avec les distances mesurées dans trois stations, on trace trois cercles : l'épicentre est à leur intersection (méthode de triangulation).
Méthode
Pour calculer la distance d'une station au foyer :
- Je lis sur le sismogramme l'heure d'arrivée des ondes P et des ondes S.
- Je calcule l'écart Δt = t(S) − t(P) en secondes.
- J'applique d = Δt × vP × vS / (vP − vS), avec les vitesses en km/s.
- Je vérifie l'unité (km) et l'ordre de grandeur.
- Pour localiser l'épicentre, je répète avec trois stations et je cherche l'intersection des cercles.
Exemple
À la station de Labé, les ondes P arrivent à 10 h 00 min 12 s et les ondes S à 10 h 00 min 32 s. Avec vP = 6 km/s et vS = 3,5 km/s, calcule la distance au foyer.
Δt = 32 − 12 = 20 s.
vP × vS / (vP − vS) = (6 × 3,5) / (6 − 3,5) = 21 / 2,5 = 8,4 km/s.
d = 20 × 8,4 = 168 km.
Vérification : tP = 168 / 6 = 28 s ; tS = 168 / 3,5 = 48 s ; 48 − 28 = 20 s. Correct.
3. Mesurer un séisme : magnitude et intensité
La magnitude mesure l'énergie libérée au foyer. Elle est calculée à partir de l'amplitude des ondes enregistrées, corrigée de la distance. L'échelle la plus connue a été proposée par Charles Richter en 1935. Elle est ouverte (sans maximum théorique) et logarithmique :
- quand la magnitude augmente de 1, l'amplitude des ondes est multipliée par 10 ;
- l'énergie libérée est multipliée par environ 32.
Un séisme a une seule magnitude. Les plus forts séismes connus dépassent la magnitude 9.
L'intensité mesure les effets du séisme en un lieu donné : ce que ressentent les personnes, les dégâts aux constructions, les changements du paysage. Elle s'exprime en chiffres romains sur une échelle fermée à 12 degrés (échelles MSK ou EMS-98) : I (non ressenti) à XII (destruction totale). Un séisme a plusieurs intensités : elle est en général plus forte près de l'épicentre et diminue avec la distance. Elle dépend aussi du sol (les sols meubles amplifient les secousses) et de la qualité des constructions.
Les courbes qui relient les lieux de même intensité s'appellent les isoséistes ; elles entourent l'épicentre.
- Énergie libérée au foyer
- Une seule valeur par séisme
- Échelle ouverte (Richter)
- Mesurée par les sismographes
- Effets observés en un lieu
- Varie selon le lieu
- Échelle fermée de I à XII
- Estimée par enquête et observation
Exemple
Un séisme A a une magnitude 7 et un séisme B une magnitude 5. Compare leurs amplitudes et leurs énergies.
Écart de magnitude : 7 − 5 = 2.
Amplitude : 10 × 10 = 100 fois plus grande pour A.
Énergie : environ 32 × 32 ≈ 1 000 fois plus grande pour A.
4. Répartition des séismes et prévention
Les séismes ne se produisent pas au hasard : la très grande majorité se concentre le long des limites de plaques :
- la ceinture de feu du Pacifique (Japon, Indonésie, Chili, Mexique) : zones de subduction, séismes nombreux et profonds ;
- la zone méditerranéo-himalayenne (Maroc, Algérie, Turquie, Iran, Himalaya) : zones de collision ;
- les dorsales océaniques et le rift est-africain : séismes superficiels et en général modérés.
La Guinée, située à l'intérieur de la plaque africaine, a une sismicité faible. Mais des séismes intraplaques peuvent s'y produire, par le rejeu de très anciennes failles sous l'effet des contraintes transmises à travers la plaque : c'est le cas du séisme de Koumbia en 1983.
Conséquences. Effondrement de bâtiments, de ponts et de routes, glissements de terrain, incendies, rupture des conduites d'eau ; en mer, un séisme peut déclencher un tsunami, vague géante qui dévaste les côtes.
Prévention. On ne sait pas prévoir la date exacte d'un séisme. On peut en revanche limiter ses effets :
- cartographier les zones à risque et surveiller l'activité avec des réseaux de sismographes ;
- construire parasismique : fondations solides, chaînages en béton armé qui relient murs et toits, matériaux légers en hauteur, éviter les constructions sur les sols meubles et les pentes instables ;
- éduquer la population : se mettre à l'abri sous une table solide, s'éloigner des murs et des vitres, puis sortir dans un espace dégagé après la secousse ; après un fort séisme sur la côte, s'éloigner du rivage.
3Je retiens
Je retiens
Séisme : vibrations du sol dues à la rupture brutale des roches le long d'une faille (rebond élastique).
Foyer (hypocentre) : lieu de la rupture en profondeur ; épicentre : point de la surface à sa verticale.
Ondes P (≈ 6 km/s, tous milieux), S (≈ 3,5 km/s, solides seulement), L (surface, les plus destructrices).
Distance au foyer : d = Δt × vP × vS / (vP − vS) ; trois stations localisent l'épicentre.
Magnitude : énergie au foyer, une valeur, échelle ouverte ; +1 = amplitude × 10, énergie × 32 environ.
Intensité : effets en un lieu, échelle de I à XII ; elle diminue en général avec la distance.
Séismes surtout aux limites de plaques ; prévention par la construction parasismique et l'éducation.
4Erreurs fréquentes
- Confondre foyer et épicentre : le foyer est en profondeur, l'épicentre en surface.
- Confondre magnitude et intensité : dire « un séisme d'intensité 6 sur l'échelle de Richter » est faux ; Richter mesure la magnitude.
- Croire qu'une magnitude 6 est « deux fois » plus forte qu'une magnitude 3 : l'échelle est logarithmique ; l'énergie est environ 32³ ≈ 30 000 fois plus grande.
- Oublier de calculer Δt : on ne multiplie pas l'heure d'arrivée des ondes P par une vitesse ; c'est l'écart S − P qui donne la distance.
5Je m’exerce
1Exercice 1
(Questions de cours)
a) Définis : séisme, foyer, épicentre, faille.
b) Explique la théorie du rebond élastique.
c) Cite les trois types d'ondes sismiques dans leur ordre d'arrivée.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Un séisme est une série de vibrations du sol dues à la libération brutale d'énergie en profondeur. Le foyer est le lieu, en profondeur, où commence la rupture. L'épicentre est le point de la surface situé à la verticale du foyer. Une faille est une cassure des roches le long de laquelle les deux blocs se sont déplacés.
b) Les roches soumises à des contraintes se déforment lentement et accumulent de l'énergie ; quand leur résistance est dépassée, elles se cassent brutalement et reprennent leur forme en glissant le long de la faille : l'énergie est libérée sous forme d'ondes.
c) Ondes P, puis ondes S, puis ondes L.
2Exercice 2
Une station enregistre un écart de 30 s entre l'arrivée des ondes P et celle des ondes S. Avec vP = 6 km/s et vS = 3,5 km/s, calcule la distance au foyer.
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d = 30 × (6 × 3,5) / (6 − 3,5) = 30 × 8,4 = 252 km.
3Exercice 3
Deux séismes ont des magnitudes de 4 et de 7.
a) Combien de fois l'amplitude des ondes du plus fort est-elle plus grande ?
b) Donne l'ordre de grandeur du rapport de leurs énergies.
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a) Écart de 3 : amplitude multipliée par 10³ = 1 000.
b) Énergie multipliée par environ 32³ ≈ 32 768, soit de l'ordre de 30 000.
4Exercice 4
Explique pourquoi un même séisme peut être classé VIII dans un village et III dans une ville éloignée, alors qu'il n'a qu'une seule magnitude.
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La magnitude mesure l'énergie libérée au foyer : elle est unique. L'intensité mesure les effets en un lieu : elle est forte près de l'épicentre (VIII dans le village proche) et diminue avec la distance, car les ondes s'amortissent en se propageant (III dans la ville éloignée). Elle dépend aussi de la nature du sol et de la solidité des constructions.
5Exercice 5
(Type examen) Un séisme est enregistré par trois stations. Les écarts entre ondes S et ondes P sont : station A : 10 s ; station B : 25 s ; station C : 15 s. On prend vP = 6 km/s et vS = 3,5 km/s.
a) Calcule la distance du foyer à chaque station.
b) Explique comment on localise l'épicentre à partir de ces trois distances.
c) Laquelle des trois stations est la plus proche de l'épicentre ? Justifie.
d) Pourquoi la Guinée, située loin des limites de plaques, a-t-elle connu le séisme de 1983 ?
e) Propose trois mesures pour réduire les dégâts d'un futur séisme dans la région de Gaoual.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Station A : 10 × 8,4 = 84 km ; station B : 25 × 8,4 = 210 km ; station C : 15 × 8,4 = 126 km.
b) Sur une carte, on trace autour de chaque station un cercle de rayon égal à sa distance (à l'échelle). L'épicentre se trouve au point commun aux trois cercles.
c) La station A : c'est elle qui a le plus petit écart entre ondes P et S, donc la plus petite distance (84 km).
d) Les contraintes produites par le mouvement des plaques se transmettent à l'intérieur de la plaque africaine ; elles peuvent faire rejouer d'anciennes failles de la croûte guinéenne et provoquer un séisme intraplaque.
e) Construire en respectant les règles parasismiques (fondations solides, chaînages en béton armé reliant murs et toiture) ; éviter de bâtir sur les pentes instables et les sols meubles ; informer et entraîner la population aux bons gestes (s'abriter, puis sortir dans un espace dégagé) ; installer une station sismologique de surveillance.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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