L'estimation de la menace sismique est la tâche sociale des spécialistes des tremblements de terre. Cela s'avère être un défi extrêmement difficile et complexe qui hante les spécialistes des tremblements de terre depuis des décennies.
Cependant, ce défi devient d'autant plus grand face aux séismes induits. Mais des progrès sont également réalisés dans ce domaine. Bien que cela ne s'applique pas partout dans le monde (voir aussi 'De San Francisco à Loppersum' ).
L'évaluation de la menace sismique est une question de probabilités. Après tout, nous allons estimer la probabilité qu'un tremblement de terre d'une certaine magnitude se produise dans un certain laps de temps (voir par exemple 'Coincé entre des failles actives (1)' ), ou quelle est la probabilité qu'une certaine accélération du sol - mesurée par l'accélération maximale du sol ou PGA - soit dépassée dans un certain laps de temps (voir aussi 'De l'intérieur vers l'extérieur ?' † Cette analyse probabiliste de la menace sismique (probabiliste évaluation de l'aléa sismique - PSHA ) peut alors se produire pour un système de faille spécifique ou pour une région sujette aux tremblements de terre spécifique. Le résultat est une carte des menaces sismiques .
Classiquement, la durée est de 50 ans. Après tout, c'est le laps de temps pendant lequel les codes de construction parasismiques (par exemple Eurocode 8 :Conception des structures pour la résistance aux séismes ) peut avoir un effet sur la réduction du risque sismique. L'analyse probabiliste de la menace sismique la plus courante suppose une probabilité de 10 % sur une période de 50 ans. Si nous prenons une période d'un an, cela signifie une probabilité de 0,21 %. En d'autres termes, cela ne se produit qu'une fois tous les 475 ans. Donc, s'il y a 10% de chances qu'un tremblement de terre de magnitude 6,0 se produise sur une période de 50 ans, cela signifie qu'un tremblement de terre de M6,0 est considéré comme se produisant une fois tous les 475 ans. Et s'il y a 10 % de chances qu'une accélération maximale du sol de 0,22 g soit dépassée sur une période de 50 ans, cela signifie également qu'il est supposé que cette accélération maximale du sol est dépassée une fois tous les 475 ans.
Dans une telle situation d'analyse de la menace sismique, les tremblements de terre les plus lourds, qui se produisent plutôt exceptionnellement, pèsent relativement plus lourd que les tremblements de terre plus légers plus courants. La chance de vivre un tel tremblement de terre est donc exceptionnellement faible. Pour les infrastructures critiques (par exemple les centrales nucléaires), la menace sismique est même estimée avec une probabilité de 2 % sur une période de 50 ans, ce qui équivaut à un tremblement de terre qui se produit une fois tous les 2475 ans. L'accent est donc mis sur les très exceptionnels 'Big Ones' .
La carte de la menace sismique est donc traditionnellement établie sur la base de l'accélération maximale du sol dont il y a 10 % de chances qu'elle soit dépassée dans un horizon de temps de 50 ans. A noter que sur de telles cartes de menace la probabilité est la même partout, à savoir 10% en 50 ans. La menace sismique est donc la même partout. Seul le risque sismique peut s'avérer différent car l'accélération maximale du sol susceptible d'être dépassée varie d'un endroit à l'autre. Ceci est différent d'une carte des menaces sismiques qui montre la probabilité qu'un tremblement de terre d'une certaine magnitude se produise dans un certain laps de temps (voir par exemple 'Serré entre des failles actives (1)' † Sur ces cartes, la menace sismique varie d'un endroit à l'autre. Mais de telles cartes ne disent pas nécessairement quoi que ce soit sur le risque sismique.
Photo ci-dessus : La carte probabiliste des menaces sismiques de la zone continentale des États-Unis (USGS 2014) :probabilité de 10 % de dépasser une accélération maximale du sol (fraction de gravité) sur une période de 50 ans. Cette carte des menaces ne prend en compte que la sismicité naturelle.
Si nous prenons maintenant l'exemple de la partie continentale des États-Unis, nous voyons deux zones où de fortes accélérations maximales du sol sont prédites sur la carte des menaces sismiques, d'une part le long de la faille de San Andreas en Californie, et d'autre part dans le dite "zone sismique de New Madrid<. /em> dans la partie orientale des États-Unis. En effet, les deux zones ont connu des tremblements de terre (naturels) majeurs dans l'histoire récente. Pensez au tremblement de terre de 1906 à San Francisco et aux tremblements de terre de 1811-1812 à New Madrid. Notez également la partie centrale des États-Unis (Oklahoma, Texas, Kansas), où des accélérations maximales au sol relativement plus faibles sont prévues.
Ces cartes classiques des menaces sismiques reposent sur deux piliers importants. En premier lieu sur la qualité du catalogue des tremblements de terre, qui remonte le plus loin possible dans le temps. Ce catalogue de tremblements de terre est non seulement basé sur les tremblements de terre mesurés instrumentalement (uniquement les cent dernières années), mais aussi sur les tremblements de terre pré-instrumentaux, dont des traces peuvent être trouvées dans les archives historiques (sismologie historique), archéologiques (archéosismologie) ou géologiques. (paléosismologie). .
De cette façon, l'histoire du tremblement de terre peut être reconstituée dans un passé lointain, des milliers à des dizaines de milliers d'années en arrière. Cela montre que le système sismique est indépendant du temps dans une certaine mesure. De plus, des tremblements de terre avec une large gamme de magnitudes apparaissent dans un catalogue de tremblements de terre aussi étendu, de sorte que les paramètres de la corrélation de Gutenberg-Richter - d'une part la "productivité sismique" (a) et d'autre part la "b- valeur" - peut être assez bien estimée. Cette corrélation de Gutenberg-Richter détermine le rapport de la fréquence avec laquelle les tremblements de terre d'une certaine magnitude se produisent. Plus cette corrélation - et en particulier la "valeur b" - peut être décrite quantitativement avec précision, meilleures sont les chances des 'Big Ones' peut être estimé.
Et puis on voit que dans les zones de sismicité induite on est confronté à un double problème. Premièrement, la sismicité induite est un phénomène assez récent. Le catalogue des séismes est donc extrêmement limité dans le temps. De plus, la dispersion des magnitudes est relativement limitée, avec des magnitudes particulièrement faibles, de sorte que la corrélation de Gutenberg-Richter ne peut être estimée de manière fiable. Les incertitudes associées à une analyse de menace sismique sont donc énormes. De plus, le système de sismicité induit par le séisme est de facto dépendant du temps, principalement parce qu'il dépend d'une activité industrielle fortement changeante. Cette nature dépendante du temps et le catalogue très limité des tremblements de terre rendent pratiquement impossible de faire une estimation fiable de la menace sismique sur une période de 50 ans.
Il est donc clair pour la communauté sismologique que l'analyse classique de la menace sismique n'a en fait que peu de sens dans les zones à sismicité induite. Étant donné que l'activité sismique est très variable et que, par conséquent, l'estimation de la menace sismique change également d'année en année, l'analyse classique de la menace sismique est totalement inutilisable pour les codes du bâtiment. Après tout, au moment où le bâtiment en question aura été érigé, l'accélération maximale du sol, sur laquelle la conception du bâtiment est basée dans la planification, sera probablement déjà complètement obsolète (dans un sens positif ou négatif). Cela a incité la communauté sismologique à rechercher une meilleure façon d'estimer la menace sismique posée par les tremblements de terre induits et de l'articuler de manière utile pour le public et les décideurs.
Les spécialistes des tremblements de terre aux États-Unis ont donc adopté une approche complètement différente (voir aussi 'De San Francisco à Loppersum' † Au lieu d'essayer d'estimer la menace sismique à long terme sujette à tant d'incertitudes, l'accent est mis sur l'évaluation de la menace sismique à court terme, soit un an. Ceci est basé sur le catalogue des tremblements de terre des une ou deux dernières années, avec l'hypothèse que la sismicité sera probablement assez similaire dans l'année à venir. L'analyse de la menace sismique suppose alors une probabilité de 1 % dans un délai d'un an. Sur une période de 50 ans, cela signifierait 50 % de chance... ou une fois tous les ~73 ans. En gros, cela signifie qu'il y a de fortes chances que tout le monde en fasse l'expérience au moins une fois dans sa vie. L'accent mis dans une telle analyse de menace se déplace donc de l'extrêmement rare 'Big One' aux tremblements de terre les plus courants avec une magnitude inférieure. Ces tremblements de terre ont également un impact, sous forme de dommages ou d'anxiété.
Et pour rendre cette carte de menace sismique compréhensible pour le public et les décideurs politiques, les cartes de menace classiques, exprimées en accélérations maximales du sol (PGA), ont été traduites en cartes qui montrent la probabilité que l'intensité VI soit dépassée, c'est-à-dire que les dommages causés par le tremblement de terre sera subi. Ces cartes donnent aux décideurs politiques - et au citoyen individuel - un outil pour prendre les précautions nécessaires pour l'année à venir. Mais il constitue également la base d'un système dans lequel l'activité industrielle peut être régulée en fonction d'une menace sismique à court terme. Après tout, cette analyse de la menace sismique est mise à jour chaque année - et peut-être même tous les six mois. De cette façon, vous pouvez répondre rapidement.
Photo ci-dessus : Cette carte montre la probabilité que des dommages (d'intensité supérieure à VI) soient subis au cours de l'année à venir par des tremblements de terre naturels et induits. Comparez la Californie (sismicité naturelle) et l'Oklahoma (principalement la sismicité induite).
Par exemple, sur les nouvelles cartes de menace sismique, nous voyons que la probabilité de dommages en Oklahoma à la suite d'un tremblement de terre induit (ou naturel) l'année prochaine est à peu près la même que la probabilité de dommages en Californie centrale à la suite d'un tremblement de terre naturel sur l'un des les failles du système de failles de San Andreas. Par rapport à la carte de menace sismique classique (10% sur 50 ans), il apparaît qu'en Oklahoma la menace sismique (exprimée en pic d'accélération du sol) est du coup trois fois plus élevée en un an.
La science ne reste pas immobile. Face au nouveau défi des tremblements de terre induits, la communauté sismologique a progressivement compris que l'évaluation de la menace sismique dans les zones en proie aux tremblements de terre induits devait changer de cap. Cela a conduit à de nouvelles cartes de menace sismique aux États-Unis, que les citoyens et les décideurs peuvent vraiment utiliser. Et maintenant c'est juste une question de "la preuve du pudding est dans le manger" ... et nous en entendrons probablement parler lors des prochaines conférences internationales.
Petersen, M. D. et al., 2016. 2016 One-Year Seismic Hazard Forecast for the Central and Eastern United States from Induced and Natural Earthquakes. Rapport de dossier ouvert 2016-1035 † doi :10.3133/ofr20161035.
