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Risque sismique et installations nucléaires

Comment mesure-t-on la force des séismes ?

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 Magnitude et échelle de Richter

Les communiqués de presse, à la suite de séismes destructeurs, font souvent référence à « la magnitude du séisme sur l’échelle ouverte de Richter ». Pourtant, les sismologues utilisent une autre échelle de magnitude pour caractériser de façon univoque la force d’un séisme : la magnitude de moment (Mw).

La première magnitude a été définie par Charles F. Richter qui, en 1935, établit une échelle pour classer et comparer les séismes californiens selon un certain protocole et avec un certain type d’instrument. Cette mesure correspond à un type de magnitude appelée magnitude locale (Ml) et qui n’est en fait valable que pour des séismes proches des instruments qui les mesurent et sous certaines conditions.

On lui préfère aujourd'hui la magnitude de moment, définie par Kanamori en 1977 par une relation empirique avec le moment sismique qui permet de quantifier directement la force d’un séisme. Le moment sismique, défini par Aki en 1956, est proportionnel à la surface rompue de la source sismique et au glissement moyen qui s’est produit lors du séisme.

La force d’un séisme est donnée par sa magnitude. C’est une mesure reliée à l’énergie sismique relâchée par la source du séisme et rayonnée vers l’environnement, et non pas une mesure des effets du séisme en surface (voir intensité d’un séisme). La magnitude d'un séisme est calculée à partir de l'amplitude du mouvement vibratoire du sol. Si on augmente la magnitude d’un degré, l'énergie de la source sismique est multipliée environ par trente (vrai quand il s’agit de la magnitude de surface).

Il existe donc une relation entre la magnitude du séisme et la taille de la faille qui a rompu et la quantité de glissement produit sur la faille.

Les ordres de grandeur sont les suivants : 

Magnitude (Mw)

Surface de faille rompue (km²)

Longueur de faille crustale rompue (km)

Glissement (m)

5

15

≈ 4

0,05-0,1

6

100

10-12

0,3-0,5

7

750

40-50

1-2

8

5 000

200

10

Pour mesurer les effets d'un séisme en un lieu, les sismologues ont établi des échelles d'intensité dans lesquelles le degré d'intensité (établi sur un ensemble de critères) caractérise le niveau de sévérité des effets de la secousse sismique.


L'échelle utilisée actuellement en France est celle mise au point en 1964 par Medvedev, Sponheuer et Karnik, dite échelle MSK, dans laquelle les intensités sont numérotées de I à XII.

 

Echelle des intensités

 

Pour une magnitude donnée, l'intensité en un point dépend surtout de la distance de ce point à la source sismique. L’intensité est la plus forte à l’épicentre, à la verticale de la source sismique (c’est-à-dire la distance minimale de la surface terrestre à la source) et elle diminue en s’en éloignant. Une conséquence est que, pour une même magnitude, les effets en surface sont d’autant plus faibles que le séisme est profond.

Pour illustrer l’importance de ce facteur profondeur, il suffit de comparer les effets en surface des séismes d’Annecy-Epagny (1996) et de Besançon-Roulans (2004) : dans le même contexte français et avec des magnitudes similaires (respectivement  Mw=4,6 et Mw=4,4), ils ont provoqué des dégâts très contrastés (avec des intensités épicentrales respectivement de VII et V-VI) du fait de profondeurs très différentes (respectivement 2-3 km et 15 km).

Cartes d’isoséistes des séismes d’Annecy – Epagny (gauche) et de Besançon – Roulans (droite).

L’intensité en un point dépend aussi fondamentalement des conditions géologiques locales qu’on intègre dans le terme d’effets de site. Ces conditions regroupent les propriétés mécaniques des couches géologiques superficielles et leur comportement au passage des ondes sismiques et les caractéristiques géométriques des couches et interfaces superficielles (présence de bassins sédimentaires, de reliefs topographiques).

Les séismes qui se sont produits avant la mise en place des réseaux d’enregistrement (fin du XIXème siècle) ne sont connus qu’au travers des témoignages préservés dans les archives historiques. Ces témoignages nous informent des effets des séismes (dégâts, secousses ressenties, etc). Ces descriptions permettent d’estimer l’intensité des secousses en différents lieux.

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