Édition spéciale Seisme et Tsunami du 11 mars 2011 au Japon

 

Val de Loire météo met en place une page spéciale consacrée au séisme et au tsunami ayant eu lieu au Japon le 11 mars 2011 afin de vous éclairer sur ce type de phénomène.

 

Un tremblement de terre de magnitude 8,9 suivi d'un tsunami, a dévasté vendredi 11 mars 2011 les régions côtières du nord-est du Japon. La vague géante a emporté des localités entières et provoqué une série d'accidents nucléaires aux conséquences encore incertaines.

 

Tout d'abord qu'est-ce qu'un séisme ?

    Il est important de savoir pour commencer qu'un tremblement de terre prend son origine du mouvement des plaques techtoniques constituant la croûte terrestre.  Ce déplacement donne naissance à un foyer qui émet le tremblement de terre ressenti à la surface de la terre.  Le point précis d'où provient cette secousse à la surface se nomme l'épicentre.

Un séisme ou un tremblement de terre se traduit en surface par des vibrations du sol. Il provient de la fracturation des roches en profondeur. Cette fracturation est due à une grande accumulation d'énergie qui se libère, en créant ou en faisant rejouer des failles, au moment où le seuil de rupture mécanique des roches est atteint.

La croûte terrestre est constituée de plusieurs grandes plaques qui évoluent les unes par rapport aux autres : certaines s'écartent, d'autres convergent, et d'autres coulissent. Environ 90% des séismes sont localisés au voisinage des limites de ces plaques.

Alors qu'en profondeur, les plaques se déplacent régulièrement de quelques millimètres à quelques centimètres par an, dans la partie supérieure de la croûte terrestre (30 premiers km), ce mouvement n'est pas continu. Les failles peuvent rester bloquées durant de longues périodes, tandis que le mouvement régulier des plaques (convergence ou divergence) se poursuit.

Schématiquement le scénario est le suivant : la région de la faille bloquée se déforme progressivement (déformation élastique lente) en accumulant de l'énergie, jusqu'à céder brutalement ; c'est la rupture sismique, les contraintes tectoniques se relâchent, la faille est à nouveau bloquée, et le cycle sismique recommence.

La secousse se propage un peu comme une onde sonore ou bien comme les vagues produites lorsqu'on lance un petit caillou. Il y a plusieurs intensités de tremblements de terre. On les mesure à l'aide de l'echelle de Mercalli, qui indique l'intensité d'un séisme de I à XII. La magnitude n'est pas une échelle en degré mais une fonction continue(logarithmique), qui peut être négative ou positive et, en principe n'a pas de limites. On obtient la valeur à l'aide d'un sismographe. Donc, un séisme de magnitude 6 sur l'échelle de Richter est dix fois plus fort qu'un séisme de magnitude 5 et cent fois plus qu'un de magnitude 4. Voici un tableau qui met en relation l'échelle de Mercalli et l'échelle de Richter.

 

Qu'est ce qu'un tsunami ?

Le terme tsunami est d'origine japonaise, tsu-nami signifiant littéralement « vague de port ». Il est utilisé universellement par les scientifiques pour désigner les vagues générées par un déplacement soudain d'une grande quantité d'eau en milieu océanique, dû à un déplacement brutal du fond : séisme (le cas le plus fréquent), éruption volcanique sous-marine, glissement de terrain sur le talus continental. Ainsi, lorsqu'un séisme superficiel se produit dans la croûte océanique, la couche d'eau située au-dessus de la faille subit un déplacement plus ou moins vertical. Les vagues ainsi créées, assimilables à des ondes, ont des périodes comprises entre quinze minutes et une heure selon la profondeur océanique. Elles ont alors une énergie suffisante pour traverser de longues distances océaniques, voire traverser des océans de la taille de l'océan Indien, à l'instar du tsunami de 2004 en Asie du Sud dont les effets se sont fait ressentir jusque sur les côtes est de l'Afrique. Il ne faut pas confondre tsunami et raz-de-marée, ce dernier étant d'origine climatique et non tellurique : il s'explique par l'arrivée près des côtes d'une forte dépression (cyclone), qui élève le niveau de la mer et génère de fortes vagues incursives poussées par des vent violents – les effets du raz-de-marée dû au cyclone Nargis, en mai 2008, en Birmanie, ont été plus destructeurs que ceux causés par des vents allant de 190 à 230 km/h (plus de 60 000 morts ou disparus).

Les tsunamis d'origine tectonique

Épaisse d'environ 70 kilomètres sous les océans à 150 kilomètres sous les continents, la lithosphère (partie rigide de la couche supérieure de la Terre) est découpée en plaques mobiles qui se déplacent sur l'asthénosphère. Des failles permettent à ces plaques d'accommoder leur mouvement. Les failles restent bloquées pendant des dizaines voire plusieurs centaines d'années avant que les roches déformées ne finissent par céder. L'énergie emmagasinée par les contraintes est alors soudainement libérée au cours de la rupture sismique. Au-dessous de l'océan, qui couvre 70 p. 100 de la planète, les forts séismes sont générateurs de tsunamis.

La génération

La rupture sismique est modélisée par l'accumulation des contraintes tectoniques dues aux déplacements relatifs des plaques le long d'un plan de plus grande fragilité jusqu'à la cassure.

Les dimensions horizontales de la déformation du fond de l'océan (plusieurs dizaines à plusieurs centaines de kilomètres) sont généralement très supérieures à la profondeur de l'océan, ce qui conduit à une déformation de la surface de l'eau identique à celle du fond. L'océan est ainsi considéré comme une mince couche se mettant en mouvement sur l'ensemble de son épaisseur. Par ailleurs, on considère cette déformation comme instantanée, la vitesse de rupture d'une faille étant dix fois supérieure à la vitesse de propagation des ondes. Ainsi, la déformation de la surface de l'océan est calculée à partir du déplacement statique vertical du fond de l'océan.

La plupart des séismes générateurs de tsunamis se produisent sur le pourtour du Pacifique dans les zones de subduction, où une plaque océanique glisse sous une autre plaque généralement continentale.

Certains tsunamis, appelés « tsunamis earthquake », pourtant dévastateurs, sont dus à des séismes de faible magnitude, souvent à peine ressentis à terre, comme ce fut le cas au Nicaragua en 1992 ou à Flores (Indonésie) en 1994. Ces séismes, appelés « tsunamis earthquake », sont de deux types.

Les premiers ont pour origine une rupture dans un milieu mécaniquement faible, en particulier dans les zones d'accrétion sédimentaire. Le séisme se caractérise par sa lenteur, la vitesse de rupture étant réduite (1 km/s au lieu de 3 km/s environ). L'origine de la forte excitation du tsunami s'explique par la faiblesse de la rigidité du milieu (le coefficient de cisaillement chute d'un facteur 2 à 4), ce qui conduit à un déplacement relatif plus élevé pour un même moment sismique.

Les seconds sont liés à un effondrement, consécutif au séisme, de masses sédimentaires dans la fosse océanique voisine.Ce type d'événement s'est produit le 1er avril 1946 au large des îles Aléoutiennes, créant le plus grand tsunami du xxe siècle dans le Pacifique. Les vagues ont alors atteint une hauteur de 35 mètres.

La propagation et les effets sur les côtes

Les tsunamis sont des ondes hydrauliques se propageant à la surface de l'eau. Leur propagation est d'autant plus rapide que la longueur d'onde est grande et la couche d'eau épaisse.

Au large, les hauteurs des vagues sont négligeables devant la profondeur et n'influent pas sur la vitesse (c) de propagation du tsunami, qui est définie en fonction de la profondeur (h) et de l'accélération de la pesanteur (g) :

c = 2gh. Le tsunami ne peut donc guère être observé à bord d'un bateau, la distance séparant deux crêtes successives étant de l'ordre de 100 kilomètres et la hauteur des vagues étant de l'ordre de quelques dizaines de centimètres.

À l'approche des côtes, la période des vagues reste constante tandis que la longueur d'onde décroît fortement en raison de la diminution de la profondeur ; la conservation de l'énergie conduit à une augmentation de la hauteur des vagues, proportionnelle à h—1/2. Inoffensif au large, le tsunami devient donc dangereux à l'approche des côtes, pour les vies humaines et pour les installations. De plus, la partie avant du train de vagues ralentit fortement (moindre profondeur d'eau), tandis que l'arrière continue de se propager à une vitesse très importante. Ainsi, par 5 000 mètres de fond la vitesse de propagation des vagues est de 800 kilomètres par heure, tandis que par 10 mètres de profondeur elle n'est plus que de 36 kilomètres par heure. Ce fort ralentissement conduit à une augmentation de la hauteur des vagues, accroissement qui peut atteindre plusieurs mètres.

La vitesse de propagation dépendant de la profondeur de l'océan, les ondes subissent des phénomènes de réfraction et de diffraction sur les reliefs sous-marins. La réfraction est ainsi à l'origine de l'alignement parallèle à la côte du front des ondes, ce qui conduit à un enroulement des vagues autour des caps.

Les baies situées sur la trajectoire du tsunami, et dont les dimensions horizontales sont de l'ordre du kilomètre, peuvent être soumises à un phénomène de résonance lorsqu'elles sont excitées par le train d'ondes du tsunami. La superposition de ce train aux vagues réfléchies dans la baie conduit à une amplification des hauteurs de vagues pouvant dépasser un facteur 10.

En l'absence d'obstacles, le tsunami pénètre à l'intérieur des terres sur des distances horizontales de plusieurs centaines de mètres, voire plusieurs kilomètres, les hauteurs des vagues pouvant dépasser encore 10 mètres. Ce phénomène, appelé « run-up », est particulièrement destructeur lorsque les vagues sont courtes et déferlent sur des installations

 

Et dans le cas du Japon ?

 

Un séisme de magnitude 8,9 sur l’échelle de Richter s’est produit vendredi sur le Nord-Est du Japon, suivi d'une réplique à 7,7, puis d'une troisième à 6,7 vendredi matin à 9h30.
Selon l’institut américain de veille géologique (USGS), le tremblement de terre se serait produit à une profondeur de 25 km, à 130 km à l’Est de Sendai, sur l’île de Honshu, la plus grande du pays. Les bâtiments ont tremblé pendant plusieurs minutes dans la ville de Tokyo et des dizaines de disparus sont déjà à déplorer. Une vague de 10 mètres de hauteur a déferlé sur la ville de Sendaï et les secousses ont été ressenties jusqu'à Pékin, à 2500 km.

Séisme au Japon : comment se forme un tsunami ?
Crédit Photo : La Chaine Météo


Il s'agit du séisme le plus fort enregistré au Japon depuis 140 ans, le dernier d'une ampleur comparable datant de 1923 avec un degré de 8,3 à Kanto. 


Comment se forme un tsunami ?


Séisme au Japon : comment se forme un tsunami ?


Le mot « tsunami » est d’origine japonaise : il est composé de « tsu » qui signifie « le port » et de « nami » qui caractérise la vague ou l’onde. On peut donc le traduire par « vague portuaire ».
Le phénomène se caractérise par une série de vagues qui se propagent à travers les côtes. Ces vagues de grande longueur d’onde et qui déferlent à grande vitesse n’ont pas pour origine une cause météo telle que le vent, comme cela peut être le cas lors des tempêtes et cyclones.
Ce sont les mouvements du sol marin qui sont à l’origine de la formation des tsunamis. La plupart de temps, il s’agit de tremblements de terre sous-marins d'une magnitude supérieure à 7 sur l'échelle de Richter, et d’une profondeur inférieure à 50 km. La météo n’entre donc jamais en lien avec la formation de tsunamis. En dehors des mouvements du sol marin, seuls une éruption volcanique et l’impact d’un météorite peuvent déclencher un tel processus.

Séisme au Japon : comment se forme un tsunami ?
Crédit Photo : La Chaîne Météo
Ce sont la plupart du temps des séismes sous-marins qui provoquent des vagues d’une telle ampleur. Le mouvement des plaques tectoniques libère une grande quantité d’énergie qui provoque un appel d’eau. Une oscillation se forme en surface et déclenche des vagues qui peuvent atteindre plusieurs dizaines de mètres. Ces vagues se propagent très rapidement et déferlent sur les côtes avec une grande violence. Le tsunami se déplace quant à lui à une vitesse pouvant atteindre les 800 km/h...

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Commentaires (2)

1. guizmo23 29/12/2011

Est ce que quelqu'un pourrait me renseigner sur comment s'est propagé le séisme au Japon, c'est à dire, vitesse, la hauteur des vagues, combien y a t-il eut de vagues distinctes ...
Merci d'avance.

2. jhghjkhjh 22/04/2011

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