Origines

Les ondes sismiques peuvent avoir diverses origines. Les séismes dont on parle dans la vie de tous les jours sont généralement causés par une libération brusque d'énergie au niveau de la Terre, une impulsion de départ, qui va créer une série d’ondes sismiques, qui se traduisent par une série de secousses plus ou moins fortes, selon le choc. L’origine (le choc) du séisme et des ondes sismiques, peut être naturelle ou artificielle. La plupart du temps, les ondes sismiques ont pour origine la rupture d'une faille en profondeur mais elles peuvent aussi avoir des origines volcaniques ou diverses (humaines, explosions, effondrements de cavités...).

Ainsi, les ondes sismiques entraînant de grands séismes dévastateurs, ou que l’on peut ressentir à la surface de la Terre, sont pour principalement  d'origine «tectonique ». Cette cause est de loin la plus fréquente (plus de 95% des séismes sur Terre) et les autres origines sont très rares. C'est de cette origine tectonique dont nous allons parler dans cette partie de notre TPE.

 

Plaques Tectoniques

La Terre est constituée de trois couches: le noyau, le manteau et l'écorce.

 

 

La partie supérieure du manteau et la croûte terrestre composent la lithosphère. Cette lithosphère (d'environ 100 km d'épaisseur), solide, flotte sur l'asthénosphère, la partie "ductile" (qui se déforme sans se rompre, entre liquide et solide) du manteau supérieur. 

Depuis les profondeurs du manteau supérieur, des courants de convection remontent à la surface car le magma en profondeur est plus chaud qu'en surface, car il est chauffé par le noyau (dont la température dépasse 4000°C). En montant, le magma brise la croûte aux endroits où elle est la plus fragile, c'est-à-dire au milieu de la croûte océanique, au milieu des océans. En perçant la croûte en différents endroits, de grandes plaques distinctes se forment et différentes frontières, où les plaques interagissent entre elles, se mettent en place:

Plaques tectoniques

 

Des zones d'écartement ou de divergence: Aux endroits où le magma du manteau a percé la croûte, il monte à la surface et forme une nouvelle croûte. Deux plaques, à cet endroit, s'éloignent donc l'une de l'autre. Ces zones correspondent à l'axe des dorsales océaniques. Ces dorsales océaniques sont le siège de tremblements de terre nombreux et superficiels (en surface de la Terre) mais relativement modérés. 
Ces tremblements de terre, se produisant à 1000 ou 2000 m sous le niveau de la mer au milieu des océans la plupart du temps, dérangent assez peu l'homme. En effet, l'Islande est la seule île située sur une dorsale océanique où les séismes pourraient avoir un impact sur l'activité humaine. Mais les séismes qui se produisent là-bas ne sont pas du tout les plus puissants (magnitude inférieure à 6,5) ni les plus destructeurs (peu de dégâts humains et matériels comparés aux autres séismes, intensité inférieure à VIII sur l'échelle Mercalli).

Au niveau des dorsales ou au niveau des rifts (zones d'écartement minime sur Terre, comme en Ethiopie), les séismes sont dus aux failles normales, où les deux blocs rocheux s'éloignent l'un de l'autre d'un coup lorsque les contraintes sont trop fortes.

 

Des zones d'affrontement ou de subduction: Si la croûte se forme au niveau des dorsales, elle doit alors disparaître de l'autre côté des plaques car la Terre ne s'agrandit pas (elle se refroidit). Ainsi, dans les zones de subduction, une plaque océanique, plus dense, se glisse sous une plaque continentale, moins dense, en créant à la fois une fosse océanique et une chaîne de montagne sur le continent (ex: la Cordière des Andes et la fosse Pérou-Chili témoignent de la subduction de la plaque Nazca sous la plaque sud-américaine). Cette plaque, en rentrant dans l'asthénosphère disparaît petit à petit.

Ces zones de subduction sont les seuls endroits où des séismes profonds peuvent avoir lieu (d'une profondeur supérieure à 600 km parfois). De plus, elles sont la principale origine des séismes car elles regroupent les foyers de la moitié des séismes destructeurs et des trois quart des séismes sur Terre. 

Au niveau des zones de subduction, ou des zones de collision (lorsque deux plaques continentales se rencontrent et qu'elles forment des montagnes comme la chaîne de l'Himalaya), on observe des failles inverses. Ces failles inverses, qui correspondent à un rapprochement des deux blocs rocheux, sont la cause des nombreux séismes et le contact des roches se faisant sur de nombreux kilomètres sous la Terre (au niveau des failles), cela explique les séismes profonds.

 

 

Les zones de coulissage (glissement horizontal): On trouve aussi cet autre type de frontière entre certaines plaques tectoniques. A certains endroits sur Terre, deux plaques coulissent, c'est-à-dire qu'elles ont un glissement horizontal, un déplacement latéral, l'une par rapport à l'autre. Par exemple, la célèbre faille de San Andréas, en Californie, longue de 400 km, est l'objet de nombreux séismes destructeurs dans la région de San Francisco.

Ces zones de coulissage sont le siège de nombreux séismes intermédiaires (assez profonds, entre 0 et 20 km) mais très violents. De nombreux séismes destructeurs viennent de ces zones de glissement.

Au niveau des zones de coulissage, on observe des décrochements, la faille étant soumise à quatre forces dans un plan horizontal (deux d'extension et deux de pression). Ce décrochement, qui permet aux plaques de coulisser, provoque le frottement des plaques entre elles, ce qui explique la force des séismes venant de ces décrochements.

 

 

Faille de San Andreas

Faille de San Andreas

 

 

Schéma représentant la croûte terrestre

 


Ainsi, l'origine principale des ondes sismiques est la tectonique des plaques. Aux frontières des différentes plaques qui composent la lithosphère, l'interaction entre ces plaques, le mouvement des unes par rapport aux autres entraîne de nombreux séismes. Les roches composant les plaques n'étant pas lisses, elles s'accrochent les unes aux autres en accumulant de l'énergie due au mouvement des plaques (dont l'origine est encore inconnue à ce jour). Ainsi, lorsque l'énergie accumulée par le déplacement des plaques devient trop importante, la rupture des roches a lieu. Celle-ci se traduit alors par des ondes sismiques, portant de l'énergie, envoyées dans toutes les directions.

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