Les tremblements de terre et les risques associés dans le ...Les tremblements de terre et les risques associés dans le nord-ouest de l’Europe ... 1938 06 11 50.78 3.58 5.0 Nukerke

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Liège, le 8 juin 2010

Les tremblements de terre et les

risques associés dans le nord-ouest de

l’Europe

Thierry CamelbeeckObservatoire Royal de Belgique

avenue Circulaire, 3

BE-1180 Bruxelles

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Les tremblements de terre et les risques associés dans le nord-ouest de l’Europe

1. Les tremblements de terre2. L’activité sismique dans nos régions3. L’impact de ces tremblements de terre4. Les causes de l’activité sismique à l’intérieur des

continents5. Rôle de l’ORB en cas de séisme dans nos régions

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Zone sismogèneGrands et petits tremblements de terre

Effet d’un tremblement de terre Effet cumulé de plusieurs séismes

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Cycle sismique et rebond élastique

Mesures GPS de part et d’autre de la faille de San Andréas

- Durée du cycle sismique = période de retour du grand tremblement de terre- Magnitude de ce grand séisme « caractéristique »- Date du dernier grand tremblement de terre

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Wells and Coppersmith (1994), Bull. Seism. Soc. Am., 84, 974-1002.

M7: ~ 50 km de long et 1 m de glissement;M6: ~ 10 km de long et 20 cm de glissement;M5: ~ 2 km de long et 4 cm de glissement;

La dimension des sources sismiques et les lois d’échelle

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L’étude de l’activité sismique d’une région

Durée des processus géodynamiques importance de remonter le plus loin possible dans le passé

• Sismicité instrumentale:

- actuelle à partir des enregistrements par les réseaux sismiques modernes (depuis 1985 en Belgique);- enregistrée par les premières stations sismiques implantées (en 1898 à Uccle). Cette période couvre les années 1910-1985 en Belgique;

• Sismicité historique: En remontant dans le temps, par la recherche des documents du passé et leur critique par des historiens, on a retrouvéles traces de tremblements de terre beaucoup plus importants que les tremblements de terre modérés récents, localement destructeurs.

• Paléoséismologie: En étudiant la morphologie des paysages et l’enregistrement géologique des glissements le long des failles « actives », on peut évaluer leur caractère sismogène et retrouver des traces de grands tremblements de terre du passé.

Stations sismiques connectées par ADSL

Autres stations sismiques

Stations accélérométriques

LA SISMICITE INSTRUMENTALE

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La séquence sismique dans le Brabant wallon (2008 - 2010)

Distribution des foyers versus mécanismes au foyer

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• Relations avec la géologie?• Pourquoi et de quelle manière des structures anciennes

peuvent-elles rejouer?

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Période de retour (en moyenne)M ≥≥≥≥ 6.0 260 ansM ≥≥≥≥ 5.0 30 ansM ≥≥≥≥ 4.0 3 ans

La sismicité historique (depuis 1350)

a m j lat N lon E M région1382 05 21 51.30 2.00 6 Mer du Nord1449 04 23 51.60 2.50 5½ Mer du Nord1504 08 23 50.77 6.10 5 Aachen1580 04 06 51.00 1.50 6 Pas de Calais1640 04 04 50.77 6.10 5½ Aachen1692 09 18 50.59 5.86 6¼ Verviers1755 12 27 50.77 6.10 5¼ Aachen1756 02 18 50.80 6.50 5¾ Düren1828 02 23 50.70 5.00 5 Hesbaye1878 08 26 50.95 6.53 5½ Tolhausen1896 09 02 50.35 2.96 5 Lens-Arras1938 06 11 50.78 3.58 5.0 Nukerke1951 03 14 50.63 6.72 5.3 Euskirschen1992 04 13 51.16 5.95 5.4 Roermond

Variations spatiales et temporelles de l’activitéSismique dans les régions à l’intérieur des continents

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Activité sismique et failles Quaternaires dans le graben de la Roer

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Etudes géomorphologiques

L’escarpement de Bree

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Escarpement de Bree - tranchée 4

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Les grands tremblements de terre le long de l’escarpement de Bree

M entre 6.2 to 6.8Période de retour moyenne 13.7 ± 7.8 kyr

[T. Camelbeeck, K. Vanneste, P. Alexandre, K. Verbe eck, T. Petermans, P. Rosset,M. Everaerts, R. Warnant and M. Van Camp (2007)]

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Séisme de Liège: 8 novembre 1983 at 0h 49m (TU); MS = 4.7

Liège et St Nicolas129 immeubles déclarés inhabitables – 37

maisons démolies;Plus de 1000 sans abris – 2 décès –

quelques dizaines de blessés;16.000 maisons affectées;Peu de dégâts dans le bâti historique

(deux églises fortement touchées dans la zone épicentrale);

Expérience en terme de préventionRisque majeur: chute de cheminées,

parements,… (catastrophe si le séisme s’était produit en journée);

Durant l’hiver ayant suivi le séisme: augmentation des intoxications au CO

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Le tremblement de terre du 11 juin 1938 – M = 5.0

A MOUSCRON - Plus de 600 maisons ont été plus ou moins endommagées par la secousse, notamment l’hôtel de ville. On compte également une quarantaine de blessés, dont plusieurs gravement, notamment une petite fille Rachel Van Poucke, à l’Orphelinat du Sacré-Coeur; rue des Moulins, qui a reçu une brique sur la tête. On craint une fracture du crâne, Melle Deckaise, régente à l’Ecole moyenne, a été blessée au cuir chevelu. (La Libre Belgique)

Chute du fronton d’unCafé à Courtrai

Débris dans la rueBruxelles

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Le tremblement de terre du 18 septembre 1692 – nord de l’Ardenne – M = 6 1/4

A Soiron:«1692 - 18 septembre, il at fait un tremblement de terre espouvantable qui a abbatu des maisons, cheminées dont les miennes l’ont esté et le chasteau de Soiron gasté et irréparable.» SERVAIS RONVAL, notes du registre paroissial de Soiron.«L’an 1692, le 18 septembre, se fit un grand tremblement de terre, entre 2 et 3 heures après midy, dont la secousse fut si grande quelle renversat la vielle tour du chasteau de Soiron et délabrat tellement les autres édifices qu’ils sont irréparables et je fus obligédavoir toute sorte douvriers pendant sic semaines pour les appuyer et rapiècer, faute de quoi, ils seroyent assurément tombés. Ce tremblement … en sorte que plusieurs personnes et animaux en furent culbutez...» NICOLAS IGNACE DE WOELMONT, Histoire de la maison de Woelmont.

A Stavelot:«L’an 1692, le 18 septembre, à deux heures et demy après midy, se fit un grand tremblement de terre et les secousses qui se firent àdiverses reprises, furent si violentes que l’on creut que ce couvent crouleroit. Les murailles tant de l’église que du reste du couvent furent fendues presque de toutte part, particulièrement celles des chambres des religieux. Le cartier du lieu et du lavoir fut tellement esbranlé qu’il at fallu démolir entièrement et rebâtir nouveau.»ANNOTATION DES CAPUCINS DE STAVELOT

[P. Alexandre , D. Kusman , T. Petermans , T. Camelbeeck (2008)]

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Le tremblement de terre du 18 septembre 1692 – nord de l’Ardenne

A Liège:«... s’est fait un épouvantable tremblement de terre ici et bien loing aux environs, qui,…, n’at pas laissé de faire du grand mal en ébranslant tous les bansments (?), renversant beaucoup de (graisars?), cheminées, sommets de maisons, tours, et plusieurs personnes ont esté tués et blessés dans Liège.» REGISTRE PAROISSIAL DE STE-VERONIQUE DE LIEGE, 1692 . «… il n’y eust pas une maison, ny Eglise dans cette ville qui n’en eust ressenty du dommage; il y eust plusieurs personnes écrasées et quantité de blessés par les débris des cheminées et des toicts;... » ALBERT JOSEPH GOSSUART: chronique de Liège jusqu’en 1720.«… toute la ville de Liège fut forte ébranlée, il y eut plusieurs morts, et beaucoup des dégats surtout par les cheminées renversées, l’église de St Lambert eut divers dommages, de même à St Laurent et au cloître des Père Jesuites...» CHRONIQUE DU COUVENT DES CELESTINES D’AVROY

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Conclusions sur le risque sismique dans nos régions

1. Aléa- des petits tremblements de terre peuvent être (très) destructeurs localement;- les grands tremblements de terre sont rares, mais ils sont destructeurs sur l’

ensemble du territoire.2. Vulnérabilité

- Une partie du bâti en Belgique est très vulnérable. Il faut prendre des mesures pour viser une amélioration progressive;

- Appliquer la norme Eurocode 8 pour les nouvelles constructions.- Le risque le plus immédiat: chute de briques, parements,…

→→→→ Examen systématique à l’échelle locale.3. Patrimoine architectural

Le bâti architectural est à risque lors de séismes de magnitude supérieure à 5.5→ Tenir compte de l’action sismique lors d’importants travaux de réhabilitation

4. Effets indirectsLes effets sur l’environnement peuvent être à l’origine d’un risque sous évalué:- variation temporaire ou permanente des nappes aquifères;- éboulements, chute de rochers, glissements de terrain;- …

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Le champ de contrainte en Europe continentale

A l’échelle régionale est causé par l’expansion de l’Atlantique nord et le mouvement vers le nord des plaques Afrique et Arabie.

[Grünthal and Stromeyer (1992), Journal of Geophysi cal Research, 97, 11,805-11,820]

Modélisation: déformation à l’intérieur d’une plaque lithosphérique

Lithosphère : niveau supérieur élasto-plastique de 20 km d’épaisseur - niveau inférieur visco-élastique de 40 km d’épaisseur. La plaque est homogène latéralement, excepté une perturbation aléatoire de la résistance au cisaillement.

1mm/yr

Dimensions: 2000 x 2000 x 60 km3

[Li, Liu and Stein (2008)]

Pour des périodes de temps très courtes (centaines d’années), les séismes se présentent sous forme d’essaims, qui sont éparpillés dans la région.

Pour des périodes plus longues (milliers d’années), ces essaims se connectent les uns aux autres et forment des ceintures d’activité.

Pour des périodes de dizaines de milliers d’années, les séismes sont diffusés sur toute la région.

Le rassemblement de séismes dans une même région semble causéprincipalement par un déclenchement co- ou post-séismique.

Groupement temporel de l’activité sismique

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(1) Les forces d’Archimède créées par la topographie et les différences de densité dans la lithosphère

Autres causes des contraintes dans la lithosphère

[Camelbeeck et al., in prep]

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(2) Les contraintes créées par les flexures de la lithosphère.

Autres causes des contraintes dans la lithosphère

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Aléa sismique en Europe – projet GSHAP

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B-FEARSBelgian Felt Earthquake Alert and Report System

Real-Time Monitoring

AUTOMATIC SYSTEM :

Checks every 20 seconds:

• Number of visitors online

• Number of spontaneously filled macroseismic forms

Seismic stations connected to ADSL

Other seismic stations

Accelerometric stations

Site Web: www.seismologie.be

Le séisme du 13 July 2008 – ML = 3.2

EMS-98 intensity scaleIII – felt indoors by a few – hanging objects swing

slightly.

IV – felt indoors by many and outdoors only by very few – a few people are awakened – china, glasses, windows and doors rattle..

V – many sleeping people are awakened – damage ofgrade 1 to a few buildings of vulnerability class A and B.

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Pierre Alexandre , David Kusman , Toon Petermans , Thierry Camelbeeck (2008).The 18 September 1692 earthquake in the Belgian Ardenne and its aftershocks. Modern Approaches in Solid Earth Sciences - Historical Seismology: interdisciplinary studies of past and recent earthquakes 209-230.

T. Camelbeeck, K. Vanneste, P. Alexandre, K. Verbee ck, T. Petermans, P. Rosset, M. Everaerts, R. Waenant and M. Van Camp (2007).Relevance of active faulting and seismicity studies to assessments of long-term earthquake activity and maximum magnitude in intraplate northwest Europe. In Stein S.and Mazzotti S.: Geological Society of America Special paper 425, 193-224, doi: 10.1130/2007.2425(14)

Merci de votre attention

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Les contraintes dans la lithosphère

Contraintes uniaxiales

If

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L’intérieur des continents est dans un état de contrainte proche du déséquilibre par friction.

Dans ce cas, les contraintes principales sont reliées entre elles par la loi de Byerlee:

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[Zoback M. (2007). Reservoir geomechanics, Cambridge University Press]

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L’intérieur des continents est dans un état de contrainte proche du déséquilibre par friction

Trois types d’observations sont en faveur de cette hypothèse: a)Le déclenchement d’activité sismique induite par la charge de réservoirs d’eau ou l’injection de fluide; b)Le déclenchement de séismes par les petits changements de contraintes associés à d’autres tremblements de terre;c)Les mesures de contraintes in situ dans les forages profonds en accord avec la grandeur des contraintes dérivées du critère de Coulomb avec des valeurs de friction similaires à celles déduites des mesures en laboratoire.

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Profondeur des foyers et zone sismogène

Coupe transversale en fonction de la profondeur dans le graben de la Roer

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Chute de contrainte: ∆σ = σs – σf = µ ∆u’/B

µ = 3 1011 Pa10-4 < ε = ∆u’/B < 10-5

Moment sismique: Mo = ∆M = L H σs B - L H σf B

= L H B ∆σ = µ L H ∆u’

Moment sismique et chute de contrainte

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