LA MAGNITUDE D'UN SEISME

 

 

 

 

La magnitude d'un séisme est une valeur intrinsèque du séisme, indépendante du lieu d'observation, des témoignages de la population.

La notion de magnitude a été introduite en 1935 par l'Américain Charles Francis Richter pour les séismes locaux Californiens afin d'estimer l'énergie libérée au foyer d'un tremblement de terre et pouvoir ainsi comparer les séismes entre eux. On parle depuis de l'échelle de Richter.
 

ML= logA -  logA0


A amplitude maximale mesurée sur un sismogramme enregistré par un sismographe Wood Anderson en millimètre.
logA0  est une valeur standard fonction de la distance épicentrale. . Référence de Richter : distance épicentrale de 100 km A=1mm ML=3 :

ML= logA + 3

La magnitude est une fonction continue, qui peut être négative ou positive et, en principe n'a pas de limites.
En réalité, sa valeur minimale est liée à la sensibilité du sismographe.
Un sismographe très sensible peut enregistrer une magnitude de l'ordre de -2, équivalente à l'énergie dégagée par la chute d'une brique sur le sol d'une hauteur de 1 mètre.
 Sa valeur maximale est liée à la résistance de la lithosphère aux forces tectoniques et à la longueur maximum de la faille susceptible de se fracturer d'un seul coup.
 Le séisme de plus grande magnitude connu au cours de ce siècle est celui du Chili en 1960, de magnitude 9.5; la zone de rupture de la faille a atteint plus de 1000 km de long. C'est à cause de cette limite qu'on entend parfois parler des 9 degrés de l'échelle de Richter. Les séismes de magnitude supérieure à 9 sont très rares et la magnitude 10 semble être une limite raisonnable compte tenu de la solidité des roches et de la fragmentation des failles.

La magnitude de Richter caractérise l'énergie émise sous forme d'ondes élastiques. Un séisme de magnitude 5.0 correspond à peu près à l'énergie dégagée par la bombe nucléaire qui détruisit Hiroshima.

La magnitude est  une fonction logarithmique; c'est à dire que lorsque l'amplitude du mouvement varie d'un facteur 10, la magnitude change d'une unité.
 Par exemple, un séisme de magnitude 6 est dix fois plus fort qu'un séisme de magnitude 5 et cent fois plus fort qu'un séisme de magnitude 4.

Energie d’un séisme :
La relation qui existe entre la magnitude et l'énergie sismique libérée montre que si la magnitude augmente de 0.2 l’énergie à la source est multipliée par 2.
Un séisme de magnitude 7 libère à lui seul autant d'énergie qu'une trentaine de séisme de magnitude 6.
                 log E= 4.8+1.5MS       Gutenberg et Richter 1958


Une autre façon de déterminer l’énergie d’un séisme est de comparer les sismogrammes avec ceux d’une explosion nucléaire.

Rendement sismique :
Lors de la rupture qui se produit au foyer d'un tremblement de terre, la plus grande partie de l'énergie se dissipe sous forme de chaleur. Une partie seulement se propage au loin sous forme d'ondes élastiques. Le rapport entre l'énergie des ondes et l'énergie totale, appelé rendement sismique, est estimé entre 20 et 30 %.

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La magnitude est calculée soit à partir de l'amplitude du signal enregistré par un sismométre, soit à partir de la durée du signal lue sur le sismogramme. Son calcul nécessite plusieurs corrections tenant compte du type de sismographe utilisé, de la distance entre le séisme et la station d'enregistrement, de la profondeur du séisme, de la nature du sous-sol où se trouve la station d'enregistrement. Les corrections permettent de calculer partout dans le monde la même magnitude pour un même séisme.

Il existe plusieurs échelles de magnitude :

·  Magnitude locale ML :

 

On l'utilise pour des séismes proches dits séismes locaux. Elle est définie à partir de l'amplitude maximale des ondes de volume. Elle est toujours moyennée sur plusieurs stations en tenant compte des corrections locales.

Magnitude de Richter :

ML= logA - 2,48 + 2,76 log ð

 

A est l'amplitude mesurée en mm et ð est la distance en km

·  Magnitude de durée MD :

On l'utilise également pour des séismes proches mais elle est définie à partir de la durée du signal.

MD= logt+a+c log ð

t est la durée du signal mesuré en s  , a et c des constantes d’étalonnage et ð est la distance en km

·  Magnitude des ondes de surface MS :

( MSz est calculée  en utilisant la composante verticale) 

Elle est utilisée pour les séismes lointains, dits téléséismes, dont la profondeur est inférieure à 80 km. Elle se calcule à partir de l'amplitude des ondes de surface.

MS= logA/T+a+c log ð

A est l'amplitude du mouvement du sol en µm où T est la pseudo-période de l’onde mesuré en s  a et c sont des constantes d’étalonnage et ð est la distance en km

·  Magnitude des ondes de volume MB :

Cette magnitude est définie pour tous les téléséismes et en particulier pour les séismes profonds, car ceux-ci génèrent difficilement des ondes de surface. Elle est calculée à partir de l'amplitude de l'onde P qui arrive au début du sismogramme.

MB= logA/T+a+c log ð


A est l'amplitude du mouvement du sol en µm où T est la pseudo-période de l’onde mesuré en s  a et c sont des constantes d’étalonnage et ð est la distance en km

·  Magnitude d'énergie ou de Kanamori 1978 MW :

Elle est définie pour les très gros séismes. Elle est calculée à partir d'un modèle physique de source sismique et est reliée au moment sismique m0 :

Mw= log( m0 /1,5)-6,0

m0 = µ.S.D

·  µ: rigidité du milieu

·  D: Déplacement moyen sur la faille

·  S: Surface de la faille

 

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·  Magnitude Macrosismique Karnik   1969 M :

 Elle est calculée à partir de l’intensité du séisme. Elle établie une relation entre l’intensité et la magnitude et permet une évaluation de la magnitude des séismes historiques.

M= 0,441I+1,48logR+0,48


I est l'intensité macrosismique, R est la distance focale, équivalente à h à l’épicentre.

 

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Remarques :

En principe, un séisme se caractérise par une seule magnitude, mais en pratique on obtient des résultats légèrement différents suivant l'appareil utilisé et suivant le type d'ondes enregistrées.
 Les résultats diffèrent beaucoup plus pour les très gros séismes, en particulier ceux dont la magnitude est supérieure à 7, le calcul des magnitudes MS et MW est alors mieux adapté.
·
  Une magnitude ne peut pas être précise à plus de 0.25 degré près.
·
  Les médias annoncent généralement MS qui décrit mieux les gros séismes. Les scientifiques utilisent toutes les données disponibles.

 

On ne doit pas confondre magnitude et intensité :

·  A l'inverse de la magnitude qui se calcule, l'intensité d'un séisme ne peut donner lieu qu'à une estimation.

·  La magnitude est une valeur associée uniquement au séisme.

.  L'intensité est associée au lieu d'observation.

·  Il n'existe pas de véritable relation entre magnitude et intensité. Ainsi deux séismes de même magnitude peuvent donner en surface des intensités différentes. Inversement deux séismes de même intensité en un lieu peuvent avoir des magnitudes différentes.

 

·  Le terme magnitude a été emprunté aux astronomes par comparaison avec la brillance relative d'une étoile vue par télescope.

 

 



 

La nature des ondes sismiques