Simulateur de tectonique des plaques et de séismes
Équations de cette simulation
| v | Vitesse des plaques v (cm par an) | aussi vite que poussent les ongles : les plaques ne s'arrêtent jamais, mais la faille reste bloquée entre les séismes | |
|---|---|---|---|
| μ | module de cisaillement de la roche | 30 GPa | |
| W | largeur de la faille qui glisse | 15 km de profondeur pour une faille transformante verticale ; 100 km pour une zone de subduction inclinée, c'est pourquoi les séismes de subduction sont les plus grands | |
| Δσ | Contrainte que la faille supporte Δσ (MPa) | les séismes libèrent 1 à 10 MPa de contrainte, quelle que soit leur taille | |
| s | déficit de glissement (le retard de la faille sur les plaques) | libéré sous forme de glissement d lors du séisme ; le temps qu'il met à se reconstituer est l'intervalle de récurrence |
Avec les valeurs actuelles :
| L | Longueur de la rupture L (km) | la longueur de faille qui rompt d'un coup | |
|---|---|---|---|
| M₀ | moment sismique, N·m | la taille d'un séisme en énergie, pas en secousse | |
| Mw | magnitude de moment | chaque pas de 1 correspond à 32 fois plus d'énergie ; 2 pas, à 1 000 fois |
Avec les valeurs actuelles :
| v_P, v_S | vitesses des ondes P et S | ondes P (de compression) 6,0 km/s, ondes S (de cisaillement) 3,5 km/s dans la croûte | |
|---|---|---|---|
| D | Distance de l'épicentre au sismomètre (km) | une seule station sait à quelle distance a eu lieu le séisme grâce à l'écart entre les arrivées P et S ; trois stations trouvent où |
Avec les valeurs actuelles :
Comment utiliser le simulateur de séismes
- Deux plaques tectoniques coulissent de quelques centimètres par an l’une contre l’autre, mais la faille qui les sépare est bloquée. La route et la clôture qui la traversent se courbent à mesure que la déformation s’accumule, et les graphiques montrent le déficit de glissement et la contrainte sur la faille croître année après année.
- Quand la contrainte atteint ce que la faille supporte, elle glisse d’un coup : un séisme. La route se décale brusquement, le rebond élastique, et les ondes P (bleues) et S (rouges) se propagent depuis l’épicentre. Le sismomètre les enregistre, et le sismogramme du graphique montre l’onde P qui arrive en premier et l’onde S, plus forte, ensuite.
- Changez la vitesse des plaques, la contrainte que la faille supporte, la longueur de la rupture et le type de limite, et lisez la magnitude d’après le moment sismique ainsi que le temps entre deux séismes. Une zone de subduction rompt une faille bien plus large, c’est pourquoi les plus grands séismes, de magnitude 9, s’y produisent. Déplacez le sismomètre et voyez comment le temps S − P révèle sa distance.
Questions fréquentes
Qu’est-ce qui cause un séisme ?
Les plaques de l’enveloppe externe de la Terre se déplacent de quelques centimètres par an, mais le frottement bloque les failles entre elles. La roche de part et d’autre se déforme élastiquement et stocke de l’énergie, jusqu’à ce que la contrainte vainque le frottement et que la faille glisse en quelques secondes, libérant la déformation accumulée pendant des décennies ou des siècles. C’est la théorie du rebond élastique, proposée après le séisme de San Francisco de 1906, quand on a trouvé des clôtures et des routes décalées de jusqu’à 6 m.
Comment mesure-t-on la magnitude d’un séisme ?
Aujourd’hui par la magnitude de moment, Mw = (2/3)(log₁₀ M₀ − 9,1), où le moment sismique M₀ = μ × surface × glissement : la rigidité de la roche fois la surface de faille qui a rompu fois la distance dont elle a bougé. Chaque pas de 1 en magnitude correspond à environ 32 fois plus d’énergie. Une rupture de 200 km avec 1,5 m de glissement donne environ Mw 7,4 ; le séisme de Tōhoku de 2011 a rompu environ 500 km sur 200 km avec jusqu’à 50 m de glissement, Mw 9,1.
Que sont les ondes P et S ?
Les deux types d’ondes sismiques qui traversent l’intérieur de la Terre. Les ondes P (primaires) sont des compressions, comme le son, et arrivent en premier, à environ 6 km/s dans la croûte. Les ondes S (secondaires) secouent le sol latéralement à environ 3,5 km/s et sont généralement plus fortes. Les ondes S ne traversent pas les liquides, c’est ainsi qu’on a découvert que le noyau externe de la Terre est liquide.
Comment trouve-t-on la distance d’un séisme ?
Grâce à l’écart entre les arrivées P et S sur un sismomètre. Les deux sont parties au même instant, donc l’écart grandit avec la distance : D = (t_S − t_P) ÷ (1/v_S − 1/v_P), environ 8 km par seconde d’écart dans la croûte. Une station donne une distance, un cercle sur la carte ; trois stations donnent trois cercles qui se croisent à l’épicentre.
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