Caractérisation des séismes

Cours caractérisation des séismes, tutoriel & guide de travaux pratiques en pdf.

Le phénomène physique

Les séismes majeurs sont liés à l’existence de mouvements tectoniques globaux continuellement en action qui soulèvent des chaînes de montagnes et creusent des tranchées océaniques à la surface de la terre. Ces mouvements affectent une quinzaine de « plaques » sphéroïdales et engendrent des contraintes sur les lignes de contact des plaques. Lorsque ces contraintes deviennent trop élevées et supérieures à la «résistance au frottement », une rupture brutale se produit : c’est un tremblement de terre, à la suite duquel un nouvel état provisoire de stabilité est réalisé. Il résulte de cette description qu’il existe des régions du monde à plus ou moins haut risque sismique, suivant qu’elles sont plus ou moins proches des zones de jonctions des « plaques ».
Les zones de jonction inter – plaques ne sont pas les seules où se passent des décrochages de failles. Des phénomènes similaires, d’amplitude moindre, ont lieu dans des failles intérieures aux plaques mentionnées. On parle alors de séismes « intra – plaques ». Pour les séismes importants, le mouvement relatif des bords de la faille peut être apparent en surface. (Fig.1.2 a). Il existe différents type de mouvement relatif : coulissage horizontal, coulissage vertical. Ces déplacements relatifs permanents du sol s’observent près de l’épicentre du séisme, mais le choc du tremblement de terre entraîne aussi la création et la propagation d’ondes de compression et de cisaillement dans le sol à des distances très grandes ; en fait ces ondes font le tour de la terre en s’atténuant progressivement. A la surface du globe, l’effet de ces ondes est un mouvement de déplacement vertical et horizontal du sol. Le déplacement horizontal différentiel entraîne des rotations .
L’importance relative des composantes du mouvement du sol en un point dépend de la position du point considéré par rapport au foyer (ou « hypocentre ») du séisme. A l’aplomb de celui-ci (« épicentre »), la composante verticale est du même ordre que la composante horizontale. A plus grande distance, l’importance relative de la composante verticale diminue et vaut 50 à 70% de l’horizontale. Les composantes de rotation ont généralement des effets négligeables. Le mouvement vertical est souvent perçu comme moins dommageable que l’horizontal, partiellement en raison de l’importance généralement moindre de cette composante, mais surtout en raison du fait que les constructions sont naturellement conçues pour reprendre l’action (verticale) de la pesanteur avec une sécurité convenable alors qu’elles ne présentent pas les mêmes ressources pour une action horizontale.

Caractérisation des séismes

On peut caractériser la « taille » du tremblement de terre par différents paramètres.
La magnitude M (échelle de RICHTER) est une évaluation de l’énergie libérée au foyer du tremblement de terre. Comme telle, cette quantité n’est pas utilisable par l’ingénieur des constructions qui s’intéresse à un mouvement en surface et dans une zone géographique donnée. Le foyer peut se trouver à plusieurs kilomètres sous la surface et à plusieurs centaines de kilomètres de la zone donnée. L’intensité I (échelle de MERCALLI) est une caractérisation de l’importance des effets matériels observés en surface et de la perception par la population. Cette description vaut pour une zone géographique donnée, mais est assez qualitative. L’intensité en un point dépend non seulement de la taille du séisme (magnitude) mais aussi de la distance au foyer, de la géologie locale et de la topographie.
Un paramètre important pour l’évaluation des effets des séismes à un endroit donné est l’accélération maximale ag du sol ou accélération de pointe, PGA (Peak Ground Acceleration) en anglais. Son ordre de grandeur est de 0,4 g à 0,6g en zone très sismique (Japon, Turquie) et de 0 à 0,1g en zone faiblement sismique (Belgique). L’amplitude de l’accélération maximale du sol permet de se faire une idée de la résultante de force F appliquée à la construction de masse m : F = m ag si la construction est indéformable et bouge comme le sol (en général F > m ag , comme on le voit au Chapitre 2). C’est en terme de d’accélération maximale ag au niveau du bedrock qu’on exprime les cartes de zonation ou zonage sismique quantifiant le niveau sismique à prendre en compte pour l’application des règles de constructions parasismiques.

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