Le phénomène d’effet de site

Travail réalisé par Nathalie Parquet et Jean Minier, Lycée Pablo Picasso Perpignan

Le risque sismique (à travers l’aléa) va dépendre de la vitesse du mouvement du sol, plus celle-ci sera élevée, plus les dégâts seront importants.

La vitesse du mouvement du sol peut être évaluée à partir des sismogrammes obtenus sur les différentes stations du réseau SISMOS à l’école (Edumed Obs):

Séisme étudié : 23/12/08 au Nord de l’Italie

• Heure : 15h24min21s
• Coordonnées géographiques : latitude : 44°64, longitude : 10.49
• Profondeur : 28 km
• Magnitude : 5.3

Par exemple, comparons les enregistrements de la composante verticale de 3 stations du réseau : PERF, SPVF et CAIF. Avec le module « unités d’amplitude », il est possible d’avoir directement la vitesse du mouvement vertical du sol en m/s et de comparer les 3 stations avec la même unité (l’autre unité, les « counts », dépend du modèle du capteur sismique).

Voici les résultats obtenus :

Question : comment expliquer les différences d’amplitude des ondes P pour un même séisme entre les 3 stations ?

Hypothèse :  cela dépend de la distance à l’épicentre du séisme.
PERF et CAIF seraient à peu près à la même distance de l’épicentre et SPVF serait plus loin.

Vérifions la localisation de ces 3 stations et de l’épicentre sur Educarte (en plaçant directement les points d’après leurs coordonnées GPS).

L’hypothèse est validée pour SPVF par rapport à CAIF mais pas pour PERF.

Autre explication ?

Hypothèse 2 : cela dépend de la nature de la roche sur laquelle repose la station sismique
A PERF, les mouvements du sol sont amplifiés par rapport à ceux de Sète.
Cherchons la nature du sol en dessous de ces deux stations :
Il y a 2 possibilités :

• En allant sur le site de SISMOS à l’école (« stations installées », « présentation du réseau actualisé », « informations pdf de chacune des stations »), on s’aperçoit que PERF repose sur les alluvions du Quaternaire dans la plaine du Roussillon, une roche qui n’est pas du tout consolidée. Alors que la station SPVF repose sur du calcaire du Jurassique, une roche beaucoup plus consolidée.
• En allant sur le site « infoterre » :http://infoterre.brgm.fr/viewer/MainTileForward.do

Commençons par Sète, par exemple. Sélectionner le département de l’Hérault puis zoomer sur la ville de Sète. Dans le choix des couches, choisir « carte géologique », « carte géologique imprimée 1/50000 (BRGM) ».

Voici l’image qui s’affiche :

La station sismique se trouve dans la couche notée j8. Téléchargez alors la notice de la carte de Sète qui vous est proposée dans la légende.

Extrait de la notice :
j8. Kimméridgien supérieur, 85 mètres. Calcaire gris beige sublithographique à cassure esquilleuse, aspect porcellané, en gros bancs massifs parfois dolomitises au NW de la feuille ; dolomie en zones éparses près du pont de Villeneuve, à Saint-Baudile et à l’extrémité du massif de la Gardiole.Cette carapace garnie de lapiaz détermine le relief de la crête et de la Montagne de Sète ainsi que de la Mourre.

On retrouve ainsi le calcaire du jurassique.

Pour PERF, réalisez la même opération. Par contre, il faut zoomer énormément sur Perpignan et Cabestany pour avoir la carte au 1/50 000ème bien visible.

Extrait de la notice de la carte de Perpignan :
pc. Pliocène continental. Poudingues, arkoses, limons jaunes, sables et marnes concrétionnées. Cette formation affleure largement, au Sud de la Têt,entre Perpignan et le littoral. On la rencontre également, dans la vallée del’Agly, à la faveur du talus individualisant les terrasses quaternaires étagéesentre Rivesaltes et Pia.

Du point de vue des faciès, il s’agit de séquences détritiques fluviatiles de plaine d’inondation. Ces séquences sont superposées, tronquées, ravinantes et alternantes. Le faciès le plus fréquent est représenté par les sables arkosiques enrichis de quartz en dragées. Verticalement et latéralement, ils passent à des termes plus fins : silts argileux pédogénisés (ou classiques "limons jaunes" des auteurs anciens) incluant d’assez nombreuses accumulations carbonatées qui peuvent atteindre une épaisseur décimétrique (sortie est de Perpignan). On observe, dans ces niveaux de décantation, de multiples chenaux conglomératiques ravinants. La taille des galets est ordinairement centimétrique et leur spectre n’est pas différent du spectre actuel de la Têt.
Nous retrouvons les alluvions peu consolidés sur lesquels repose la station.

Réalisons un modèle pour simuler cet effet de site :
Des capteurs piézoélectriques sont placés à la même distance du choc simulant le séisme. Un des capteurs est placé dans un milieu meuble (de la gelée de bougie) et l’autre capteur est placé sur le bois (voir photo ci-dessous). Le choc est réalisé sur le bois à la même distance des deux capteurs (en fait, 3 chocs d’intensités croissantes ont été réalisés).

On voit très nettement sur les résultats que pour un même choc, l’amplitude des enregistrements est beaucoup plus importante sur le capteur placé sur le milieu meuble. C’est la modélisation de l’effet de site.

Explication :
Les bassins sédimentaires amplifient les ondes. Le plus célèbre exemple de ces effets de sites est le séisme de Mexico en 1985. Au Mexique, le foyer du séisme se trouvait à plus de 200km de la ville de Mexico qui a pourtant été presque entièrement détruite et où l’on a compté plus de 35000 morts. Cette ville se situe dans un bassin sédimentaire qui est entré en résonance, amplifiant les ondes sismiques et le désastre

Schéma extrait de « construire parasismique » par Milan Zacek

Application sur la notion de risque:

Pour un même séisme, le risque encouru par les habitations va être différent selon la nature du sol sur laquelle elles reposent. Les habitations situées sur des terrains peu consolidés comme les alluvions sont plus soumises au risque sismique que celle située sur de la roche consolidée type granite par exemple.