Causes des séismes

Un séisme se produit quand les roches, poussées lentement par le mouvement des plaques, finissent par casser brusquement le long d'une faille et libèrent leur énergie sous forme de vibrations.

Objectifs

Savoir que la surface de la Terre est découpée en plaques qui bougent lentement.
Expliquer comment les roches accumulent des forces puis cassent le long d'une faille.
Distinguer le foyer et l'épicentre d'un séisme.
Reconnaître les trois grands types de failles.

1. Des plaques qui bougent sous nos pieds

La partie rigide et superficielle de la Terre, la lithosphère, n'est pas d'un seul morceau. Elle est découpée en grands morceaux appelés plaques lithosphériques (ou plaques tectoniques). L'Afrique de l'Ouest se trouve sur la plaque africaine.

Ces plaques se déplacent très lentement, de quelques centimètres par an, à peu près la vitesse à laquelle poussent tes ongles. À leurs frontières, trois situations sont possibles :

Rapprochement : deux plaques se poussent l'une contre l'autre (compression).
Écartement : deux plaques s'éloignent (étirement).
Coulissement : deux plaques glissent côte à côte.

La plupart des séismes se produisent près des frontières de plaques. L'Afrique de l'Ouest est loin de ces frontières : les séismes y sont rares, mais ils ne sont pas impossibles. Par exemple, la ville d'Accra, au Ghana, a été touchée par un séisme destructeur le 22 juin 1939.

Comment se déplacent les plaques lithosphériques ?

De plusieurs kilomètres par jour
Elles ne bougent jamais
De quelques centimètres par an

Les plaques bougent en permanence, mais très lentement : quelques centimètres par an. On ne sent pas ce mouvement, on ne ressent que la rupture brutale des roches.

2. Des roches qui se déforment puis cassent

Quand les plaques bougent, elles exercent des forces (des contraintes) sur les roches. Les roches sont solides : elles résistent et se déforment lentement, pendant des années, voire des siècles. Elles accumulent ainsi de l'énergie, comme la règle pliée.

Quand les forces dépassent la résistance des roches, celles-ci se cassent brusquement. La cassure s'appelle une faille : c'est une fracture le long de laquelle deux blocs de roche se sont déplacés l'un par rapport à l'autre. L'énergie accumulée est libérée d'un seul coup et se propage sous forme d'ondes sismiques : ce sont elles qui font trembler le sol.

Le mécanisme pas à pas

Étape 1 : le mouvement des plaques pousse les roches de chaque côté (flèches rouges).

Étape 2 : les roches résistent et se déforment lentement ; elles accumulent de l'énergie.

Étape 3 : la résistance est dépassée, les roches cassent le long de la faille. Le point de départ de la rupture, en profondeur, est le foyer.

Étape 4 : l'énergie libérée part dans toutes les directions sous forme d'ondes sismiques. Le point de la surface situé juste au-dessus du foyer est l'épicentre.

flowchart LR
  A[Mouvement des plaques] --> B[Forces sur les roches]
  B --> C[Déformation lente]
  C --> D[Rupture le long d une faille]
  D --> E[Ondes sismiques]
  E --> F[Le sol tremble]

Qu'est-ce qui déclenche directement un séisme ?

La chaleur du Soleil qui fait gonfler le sol
La rupture brutale des roches le long d'une faille
Le passage des camions sur la route

Les roches soumises à des forces se déforment, puis cassent d'un coup le long d'une faille : c'est cette rupture qui libère l'énergie et fait trembler le sol.

3. Foyer et épicentre

Le foyer (ou hypocentre) est le point, en profondeur, où commence la rupture des roches.
L'épicentre est le point de la surface situé juste à la verticale du foyer. C'est en général là que les secousses sont les plus fortes.
Plus on s'éloigne de l'épicentre, plus les secousses ressenties sont faibles.

À toi de légender

Place chaque nom sur la bonne partie du schéma.

Exemple résolu 1 : situer le foyer et l'épicentre

Un séisme a son foyer à \(10\ \text{km}\) de profondeur, juste sous un village. Où se trouve l'épicentre ? Où les secousses seront-elles les plus fortes : au village ou dans une ville située à \(80\ \text{km}\) de là ?

Voir la solution

L'épicentre est le point de la surface à la verticale du foyer : il se trouve donc dans le village. Les secousses sont les plus fortes près de l'épicentre, donc au village. Dans la ville à \(80\ \text{km}\), le séisme sera ressenti plus faiblement, car les ondes perdent de leur énergie en voyageant.

L'épicentre d'un séisme est :

le point de la surface situé à la verticale du foyer
le point en profondeur où les roches cassent
la ville la plus éloignée qui ressent le séisme

Le point en profondeur, c'est le foyer. L'épicentre est sa projection à la surface, juste au-dessus.

4. Les différents types de failles

Selon le mouvement des plaques, les blocs de roche se déplacent différemment le long de la faille :

Faille normale : les roches sont étirées (plaques qui s'écartent) ; un bloc descend par rapport à l'autre.
Faille inverse : les roches sont comprimées (plaques qui se rapprochent) ; un bloc monte par-dessus l'autre.
Faille de décrochement : les blocs coulissent horizontalement l'un à côté de l'autre.

flowchart TD
  A[Mouvement des plaques] --> B[Ecartement]
  A --> C[Rapprochement]
  A --> D[Coulissement]
  B --> E[Faille normale]
  C --> F[Faille inverse]
  D --> G[Faille de decrochement]

Exemple résolu 2 : lire un décalage dans les roches

Aïssatou observe une falaise près de Bandiagara. Une couche de roche claire est coupée par une fracture : à gauche de la fracture, la couche est \(3\ \text{m}\) plus bas qu'à droite. Que peut-elle en conclure ?

Étape 1 : la couche claire était à l'origine continue, d'un seul tenant.

Étape 2 : elle est maintenant coupée et décalée de part et d'autre d'une fracture : cette fracture est une faille.

Étape 3 : un déplacement de \(3\ \text{m}\) a eu lieu le long de cette faille, en une ou plusieurs ruptures brutales.

Conclusion : la région a connu des séismes dans le passé, même si on ne peut pas dire quand en regardant seulement la falaise.

Exemple résolu 3 : calculer un déplacement de plaque

Supposons qu'une plaque se déplace de \(2\ \text{cm}\) par an. De combien se déplace-t-elle en \(100\) ans ? Exprime le résultat en mètres.

Voir la solution

\[ \begin{align} d &= 2\ \text{cm/an} \times 100\ \text{ans} = 200\ \text{cm}\\ d &= 200\ \text{cm} = 2\ \text{m} \end{align} \]

En un siècle, la plaque se déplace de \(2\ \text{m}\). Si les roches restent bloquées le long d'une faille pendant tout ce temps, elles accumulent une énorme énergie, qui peut être libérée d'un coup lors d'un séisme.

Deux plaques se rapprochent et compriment les roches. Quel type de faille se forme ?

Une faille normale
Une faille inverse
Une faille de décrochement

La compression pousse un bloc à monter par-dessus l'autre : c'est une faille inverse. La faille normale correspond à un étirement, le décrochement à un coulissement.

Erreurs fréquentes

Récapitulatif

La lithosphère est découpée en plaques qui bougent de quelques centimètres par an.
Ce mouvement exerce des forces sur les roches, qui se déforment et accumulent de l'énergie.
Quand leur résistance est dépassée, les roches cassent brusquement le long d'une faille : c'est le séisme.
L'énergie libérée se propage en ondes sismiques depuis le foyer ; l'épicentre est à la surface, au-dessus du foyer.
On distingue les failles normales (étirement), inverses (compression) et de décrochement (coulissement).

Plaque lithosphérique

Grand morceau rigide de la surface de la Terre, qui se déplace de quelques centimètres par an.

Faille

Cassure des roches le long de laquelle deux blocs se sont déplacés l'un par rapport à l'autre.

Cause d'un séisme

Rupture brutale des roches le long d'une faille, sous l'effet des forces dues au mouvement des plaques.

Foyer

Point en profondeur où commence la rupture des roches.

Épicentre

Point de la surface situé à la verticale du foyer, où les secousses sont en général les plus fortes.

Ondes sismiques

Vibrations qui transportent l'énergie libérée par la rupture et font trembler le sol.