Comment les scientifiques mesurent-ils les tremblements de terre ?
Avec une très grande règle ? Non, pas tout à fait. Il existe deux façons pour les scientifiques de quantifier la taille des tremblements de terre : la magnitude et l’intensité. Vous avez probablement entendu parler de l’échelle de Richter qui est encore utilisée pour les petits tremblements de terre, mais la plupart des grands tremblements de terre sont maintenant couramment signalés à l’aide de l’échelle de magnitude de moment (voir ci-dessous).
Échelle de Richter
La magnitude est une mesure de la quantité d’énergie libérée lors d’un tremblement de terre, et vous avez probablement entendu des reportages sur les magnitudes des tremblements de terre mesurées à l’aide de l’échelle de Richter. Quelque chose comme : « Un tremblement de terre de magnitude 7,3 a frappé le Japon aujourd’hui. Détails à dix heures. » Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi, si c’est si important, ils ne vous le disent pas tout de suite ?
L’échelle de Richter a été inventée, assez logiquement, dans les années 1930 par le Dr Charles Richter, un sismologue de l’Institut de technologie de Californie. C’est une mesure de la plus grande onde sismique enregistrée sur un type particulier de sismographe situé à 100 kilomètres (environ 62 miles) de l’épicentre du tremblement de terre.
Pensez à un sismographe comme une sorte de pendule sensible qui enregistre les secousses de la Terre. La sortie d’un sismographe est connue sous le nom de sismogramme. Au début, les sismogrammes étaient produits à l’aide de stylos à encre sur du papier ou de faisceaux de lumière sur du papier photographique, mais aujourd’hui, ils sont le plus souvent réalisés numériquement à l’aide d’ordinateurs. Le sismographe utilisé par le Dr Richter amplifiait les mouvements par un facteur de 3000, de sorte que les ondes sur les sismogrammes étaient beaucoup plus grandes que celles qui se produisaient réellement dans la Terre. L’épicentre d’un tremblement de terre est le point de la surface de la Terre situé directement au-dessus de la source, ou foyer, du mouvement qui provoque le séisme.
Le Dr Richter a étudié les enregistrements de nombreux tremblements de terre dans le sud de la Californie et s’est rendu compte que certains séismes produisaient de très petites vagues alors que d’autres en produisaient de grandes. Ainsi, pour faciliter la comparaison des tailles des vagues qu’il a enregistrées, Richter a utilisé les logarithmes des hauteurs des vagues sur les sismogrammes mesurés en microns (1/1 000 000ème de mètre, ou 1/1000ème de millimètre). N’oubliez pas que vous devez utiliser un type particulier de sismographe situé à 100 km de l’épicentre lorsque vous effectuez la mesure ; sinon, toutes sortes de calculs compliqués doivent être effectués. C’est pourquoi les sismologues passent tant d’années à l’université !
Une onde d’un millimètre (1000 microns) de hauteur sur un sismogramme aurait une magnitude de 3 car 1000 est dix élevé à la troisième puissance. En revanche, une onde de dix millimètres de hauteur aurait une magnitude de 4. Pour des raisons que nous ne détaillerons pas, une variation d’un facteur 10 de la hauteur de l’onde correspond à une variation d’un facteur 32 de la quantité d’énergie libérée lors du séisme. En d’autres termes, un séisme de magnitude 7 produirait des ondes de sismogramme 10 x 10 = 100 fois plus hautes et libérerait une énergie 32 x 32 = 1024 fois plus importante qu’un séisme de magnitude 5.
L’échelle de Richter est ouverte, ce qui signifie qu’il n’y a pas de limite à la taille d’un séisme. En raison de la nature des logarithmes, il est même possible d’avoir des séismes de magnitude négative, bien qu’ils soient si petits que les humains ne les ressentiraient jamais. À l’autre extrémité du spectre, il ne devrait jamais y avoir de séisme de magnitude bien supérieure à 9 sur la Terre, simplement parce que cela nécessiterait une faille plus grande que n’importe quelle autre sur la planète. Le plus grand tremblement de terre jamais enregistré sur Terre est un séisme de magnitude 9,5 qui s’est produit au Chili en 1960, suivi par le séisme du Vendredi saint en Alaska en 1964 (magnitude 9,2), un séisme de magnitude 9,1 en Alaska en 1957 et un séisme de magnitude 9,0 en Russie en 1952. Deux grands séismes, l’un de magnitude 9,0 et l’autre de magnitude 8,2, se sont produits respectivement le 26 décembre 2004 et le 28 mars 2005 le long de la même zone de faille au large de Sumatra, en Indonésie.
La liste des séismes vraiment importants du paragraphe précédent soulève un autre point intéressant. Cinq séismes de magnitude 9 ou plus ont été enregistrés au cours des 45 dernières années, soit en moyenne un par décennie. Il s’avère que les tremblements de terre semblent suivre ce que l’on appelle une distribution en loi de puissance, ce qui signifie que s’il y a en moyenne un tremblement de terre de magnitude 9 tous les dix ans quelque part dans le monde, il devrait y avoir en moyenne un tremblement de terre de magnitude 8 chaque année, 10 tremblements de terre de magnitude 7 chaque année et 100 tremblements de terre de magnitude 6 chaque année. Ainsi, si quelqu’un « prédit » qu’un séisme de magnitude 6 se produira quelque part dans le monde au cours de la semaine prochaine, ne soyez pas trop impressionné si cela se produit, car la probabilité aléatoire nous dit qu’il devrait y avoir un séisme de magnitude 6 quelque part dans le monde tous les 365/100 = 3,65 jours ! En réalité, les choses sont un peu plus compliquées. Mais, vous voyez le tableau.
Échelle de Mercalli
Que faisaient les gens avant l’invention de l’échelle de Richter ? Dans une certaine mesure, une des mêmes choses que nous faisons aujourd’hui. Ils observaient l’intensité ou les effets d’un tremblement de terre à différents endroits. Alors que la magnitude d’un tremblement de terre est un chiffre unique, quel que soit l’endroit où il est ressenti, l’intensité varie d’un endroit à l’autre. En général, l’intensité sera beaucoup plus forte près de l’épicentre qu’à grande distance de celui-ci. Cette diminution de l’intensité avec la distance est connue sous le nom d’atténuation. Imaginez la situation de la façon suivante : Si je laisse tomber une pierre dans une piscine, la différence entre la magnitude et l’intensité est similaire à la différence entre la hauteur de l’éclaboussement à l’endroit exact où je laisse tomber la pierre et la hauteur des vagues dans toute la piscine. L’intensité des tremblements de terre est le plus souvent mesurée à l’aide de l’échelle de Mercalli modifiée, qui a été inventée par le géologue italien Giuseppi Mercalli en 1902 et utilise les chiffres romains de I à XII. Aux États-Unis, nous utilisons l’échelle de Mercalli modifiée, qui a été ajustée pour tenir compte des différences de construction entre l’Italie et le sud de la Californie. Un séisme d’intensité I n’est généralement pas ressenti, et une intensité de XII représente une destruction totale des bâtiments. Certains types de dépôts géologiques, notamment les boues saturées d’eau, amplifient les ondes sismiques et peuvent produire des intensités bien supérieures à celles des zones voisines reposant sur la roche-mère. Ainsi, après un tremblement de terre, les sismologues peuvent interroger des personnes et faire des cartes montrant l’intensité d’un tremblement de terre dans différentes zones pour mieux comprendre l’influence du type de roche ou de sol sur les ondes sismiques.
Échelle de magnitude de moment
Les grands tremblements de terre ne sont pas très bien mesurés par l’échelle de Richter, surtout si les simomètres utilisés sont très éloignés de l’épicentre d’un tremblement de terre. L’échelle de magnitude momentanée est maintenant le plus souvent utilisée pour les tremblements de terre moyens à grands. Les détails de la comparaison de ces échelles sont discutés par Rick Aster aux pages 8 et 9 du numéro du printemps 2002 de Lite Geology.
Créé par Bill Haneberg
Cartoons par Jan Thomas
dernière modification : 3 juin 2019