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Séismes sous haute surveillance

24 heures sur 24, des personnels du Centre sismologique euro-méditerranéen surveillent l'activité des plaques tectoniques terrestres. En cas de secousses, ils alertent chercheurs et sismologues, notamment européens et méditerranéens, et informent le public en temps réel.

Ils ont l’œil rivé sur elle en permanence. Ils sont à l’affût du moindre de ses frémissements, du plus petit soulèvement ou craquement. Depuis leur laboratoire, les sismologues du monde entier espionnent la Terre, planète vivante dont les colères se manifestent régulièrement par de violentes oscillations de sa croûte terrestre, responsables des tremblements de terre. Ainsi, chaque année la surface du globe tremble un million de fois. Des vibrations pour la plupart à peine détectables par nos sens. Toutefois, plusieurs centaines de séismes plus violents se produisent, et de rares secousses - souvent meurtrières - surviennent.

Les tremblements de terre sont très difficiles à prévoir. Non par manque d’instruments de mesure, mais plutôt par la complexité et la multitude des données à prendre en compte. Certes, ils peuvent être précédés de déformations du sol, de modifications du champ magnétique terrestre et du niveau de la nappe phréatique, ainsi que d'émissions de gaz le long des lignes de fracture. Pour autant, ces phénomènes n'annoncent pas forcément un tremblement de terre, et l’on ne peut tirer le signal d'alarme à chaque fois. En fait, il n'existe pas de système de prédiction des séismes. Il faut donc faire un effort particulier pour identifier les zones à risque : en recensant les catastrophes historiques, en caractérisant les séismes actuels, mais aussi en tenant compte de la nature des sols et de la tectonique générale. La solution passe par l’installation d’un réseau de sismomètres. Ces derniers, reliés à des systèmes capables de traiter les données fournies en temps réel, permettent de calculer en quelques minutes la magnitude (énergie libérée) et l'épicentre (point en surface, situé à la verticale du lieu d'origine du tremblement de terre) de chaque secousse. Les données sont ensuite utilisées en recherche fondamentale pour caractériser l’aléa sismique, mais aussi pour organiser et orienter les opérations de secours en conséquence.

Dans la région euro-méditerranéenne, plus de deux mille sismomètres sont répartis sur ce territoire. C’est grâce à eux que le Centre sismologique euro-méditerranéen, situé à Bruyères-le-Châtel, informe en temps réel le public et les sismologues de l’activité sismique de l'Europe et du bassin méditerranéen, de l'Islande à Oman, et du Maroc à la Russie. "Sur cette zone, nous recensons tous les séismes significatifs, même les très faibles (magnitude 3), explique le secrétaire général du CSEM, Rémy Bossu. L'an dernier par exemple, nous avons ainsi recensé 12 000 séismes. Mais s'il se produit également un très gros tremblement de terre à l'autre bout du monde, nous en rendons compte dans la mesure où il est détecté par les sismomètres sur quasiment toute la planète."

01.Coordonner la surveillance européenne

Capteur sismiqueLe capteur sismique est un élément installé sur le sol, afin de mesurer les mouvements de celui-ci au passage des ondes sismiques.
© CEA
Au-delà de la technique, la question est de savoir comment s’organise la surveillance sismique à l’échelle du globe. De nos jours, chaque pays bénéficie d’un et souvent de plusieurs réseaux propres de surveillance. En France, le RéNaSS (Réseau national de surveillance sismique) et le LDG (Laboratoire de détection géophysique du CEA - Commissariat à l'énergie atomique) contribuent à l'observation et à l'étude des séismes survenant dans l'Hexagone et dans les départements d'outre-mer. Dans le monde, la plupart des zones habitées sont ainsi couvertes. Mais comment gérer un tel flux de données disséminées entre un aussi grand nombre d’acteurs ? Question essentielle, si l’on souhaite coordonner l’action des différents pays, alors même que les tremblements de terre ignorent les frontières.

En Europe, ce sont les pays du bassin méditerranéen qui sont surtout exposés, d’où la création du Centre sismologique euro-méditerranéen (CSEM), en 1975. Placé sous les auspices de la Commission sismologique européenne, sa mission principale est la centralisation des données des stations sismiques euro-méditeranéennes (de l’Islande à Oman et de la Russie au Maroc) et la diffusion des messages d'alerte, notamment au Conseil de l'Europe et aux instances européennes. Cette organisation non gouvernementale (ONG), de dimension européenne, mobilise trois sismologues à temps complet et est hébergée dans les locaux du CEA / DAM Île-de-France (Direction des applications militaires) à Bruyères-le-Châtel (Essonne). "Nous bénéficions de leurs structures opérationnelles, complexes et coûteuses à mettre en place pour une ONG", explique Rémy Bossu. Or nous assurons un service 24h/24, 7j/7, ce qui implique des infrastructures informatiques redondantes en cas de panne, et des personnes d’astreinte en permanence."

Station sismique de MadagascarLa station sismique de Madagascar est un dispositif complet permettant la transmission en temps réel des données au Laboratoire de détection géophysique (LDG) du CEA. Elle est alimentée par des panneaux solaires et dispose d'une antenne satellite.
© CEA
À tout moment du jour et de la nuit, le CSEM collecte via e-mails les informations recueillies auprès de 1 300 stations par 58 centres sismologiques situés dans le bassin méditerranéen, soit près d’une cinquantaine de pays. "Comme les séismes, notre réseau passe les frontières", explique Rémy Bossu. Dans presque tous les pays, un organisme officiel est chargé de l'information légale des autorités du pays concerné. Le CSEM, lui, n'a pas de mandat légal, mais une mission scientifique : en fusionnant les données des réseaux nationaux, ce centre crée un réseau virtuel de plus grande emprise géographique, ce qui améliore la qualité de localisation des séismes dans les zones où la couverture de chaque réseau n’est pas optimale, c'est-à-dire les zones frontières et en mer. "Nous localisons les épicentres, avec une imprécision d'une dizaine de kilomètres seulement" commente Rémy Bossu.

L’intérêt d’un tel réseau virtuel passe bien sûr par la diffusion de l’information. Après avoir collecté puis intégré ces données, le CSEM se charge de les redistribuer auprès des scientifiques mais aussi du grand public via son site Internet. Et ainsi d’assurer l’information en dehors du ou des pays affectés. Il est enfin un point unique d’information pour les autorités européennes qui peuvent difficilement coordonner la centaine d’observatoires sismologiques de la zone Euro-Med.

Carte des tremblements de terreDatée de début mai 2007, carte indiquant les tremblements de terre dans la zone euro-méditerranéenne. Les points rouges représentent les évènements sismiques survenus lors des dernières 24 heures, orange ceux des dernières 48 h, jaune ceux de la semaine écoulée, et blanc ceux des deux dernières semaines.
© CSEM
Outre la production d’un bulletin sismologique, le site se comporte comme un véritable service d’information rapide sur la sismicité. N’importe quel internaute peut connaître en temps réel l’heure, la latitude, la longitude, la profondeur et la magnitude des séismes récents. Des cartes, mais aussi des outils interactifs comme Google Maps views, renseignent sur la situation géographique et l’historique sismique de la région concernée. Ceux qui le souhaitent ont même la possibilité de s’inscrire gratuitement au système d’alerte, afin d’être tenus informés par mail, SMS ou fax, des séismes potentiellement destructeurs.

"Après le tsunami de décembre 2004, nous nous sommes aperçus que de plus en plus d’internautes venaient chercher des informations sur notre site, mais qu’ils avaient du mal à comprendre les résultats, constate Rémy Bossu. Afin d’éviter toute erreur d’interprétation, nous avons dû adapter notre langage." Un pari gagnant. Aujourd’hui, huit à dix mille personnes se connectent chaque jour et beaucoup plus en cas de séisme important, un succès dont le CSEM tire profit d’un point de vue scientifique.

02.Des internautes aussi perspicaces que les sismomètres

Carte des lieux des connections InternetCarte réalisée suite à un séisme d'une magnitude de 6,1 au large du Portugal. Elle présente les lieux où le séisme a été ressenti, en se basant sur l'évolution du trafic Internet sur le site du CSEM dans les minutes qui suivent l'évènement. L'étoile représente l'épicentre. La couleur des points témoigne de l'état du trafic : rouge, supérieur à la moyenne ; bleu, inférieur à la moyenne ; jaune, pas de variation par rapport à la moyenne. Les points gris représentent l'origine géographique des visiteurs du site CSEM sur les douze derniers mois.
© CSEM
Aux yeux de l'équipe du Centre sismologique euro-méditerranéen (CSEM), nous sommes tous, potentiellement, des "détecteurs" de tremblement de terre. "À chaque séisme largement ressenti, nous observons dans les minutes qui suivent un pic de fréquentation sur notre site, explique Rémy Bossu. Une telle réactivité signifie que ceux qui se trouvent sur le lieu des secousses se connectent en masse, et c’est là une information dont nous pouvons tirer bénéfice."

L’intérêt principal est de déterminer la zone où le séisme a été ressenti en situant géographiquement les visiteurs du site. À partir de l’adresse IP d'un internaute, on peut savoir d’où il consulte Internet (avec une fiabilité imparfaite toutefois, dans la mesure où l'adresse IP permet de localiser la centrale à laquelle l'internaute se relie, mais celle-ci n'est pas forcément dans la ville où il se trouve). À la moindre hausse brutale du nombre de connexions sur son serveur, le CSEM est en mesure d’identifier en quelques minutes la zone touchée par le séisme. C’est ainsi que des séismes de faible magnitude mais localisés à proximité de zones densément peuplées sont régulièrement détectées dans le bassin méditerranéen par le centre de Bruyères-le-Châtel. "Les sismomètres détectent également ces secousses, bien sûr. Mais parmi la multitude de petits séismes, ce dispositif de géolocalisation en temps réel permet de savoir quels sont ceux qui ont été ressentis par la population, et ainsi de répondre de façon pertinente aux demandes d’informations. D’être crédible en somme." De manière indirecte, ce dispositif renseigne également sur l’existence éventuelle des dégâts : pour pouvoir se connecter à Internet, il faut que les réseaux soient en état de fonctionnement.

Via la contribution des internautes, le CSEM cherche également à contourner un des problèmes récurrents en sismologie. "Nous avons des difficultés pour passer de l’information géophysique "pure" (c'est-à-dire les caractéristiques physiques du séisme) à l’impact du séisme sur l'environnement, constate Rémy Bossu. De nombreux paramètres entrent en jeu, comme la nature du sous-sol ou les normes de construction. La seule solution valable reste de collecter des informations de terrain." Qu’à cela ne tienne. Sur le site du CSEM, les témoins de secousses sont invités à compléter un questionnaire en ligne, disponible en 18 langues. En moyenne, 50 % de ces questionnaires sont remplis dans les deux heures qui suivent les secousses. Certains envoient même des photos et des vidéos pour illustrer l’impact sur les infrastructures.

Explosion à NovakyPhotographie amateur envoyée au CSEM au mois de mars 2007. C'est grâce à de tels clichés que les ingénieurs ont pu attribuer l’origine d’une secousse sismique à une explosion dans un dépôt de munition à Novaky (Slovaquie), et non à un tremblement de terre.
© CSEM
Il ne s’agit pas là d’un moyen de communication superflu. Plus on dispose de données précises sur un séisme, meilleure est la gestion du risque à venir. "L’objectif est de réduire l’incertitude sur les scénarios", selon cet expert. C’est à partir de clichés pris en Slovaquie au mois de mars 2007 que les ingénieurs du CSEM ont pu attribuer l’origine d’une secousse à l’explosion d’un dépôt d’armement et non à un tremblement de terre. Cet exemple montre qu’en dehors du pays affecté l’information n’est pas toujours disponible. Savoir qu’un événement est dû à une explosion permet de le retirer des catalogues de sismicité et sert à tester des méthodes de discrimination (entre secousse d'origines naturelles ou liées à une activité humaine, minière par exemple). En outre, ces témoignages sont l’unique moyen de se faire rapidement une idée de la situation dans des régions difficiles d’accès, néanmoins reliées à Internet. Des photographies prises dans un village de Sibérie touché par un séisme courant avril 2006, furent par exemple les seules traces visibles de l'incident. Ces renseignements viennent également enrichir les bases de données scientifiques, utiles sur le long terme pour modéliser l’impact des séismes. "Nous ne cherchons pas à nous substituer aux centres sismologiques nationaux, seuls garants de la protection citoyenne sur leur territoire, mais à regrouper, à moindre coût, des connaissances qui seront utiles à tous, assure Rémy Bossu. Notre site renforce ainsi le rôle sociétal des scientifiques, et pousse à l’appropriation du risque sismique par la population. Car, si les gens ne trouvent pas l’information chez les scientifiques, ils vont la chercher ailleurs, auprès de sources pas toujours fiables."

Afin de fusionner l’ensemble des données, produits et services et ainsi aboutir à un réseau virtuel de dimension européenne, le CSEM collabore à la création d’un portail d’accès sismologique unique pour l’ensemble de l’Europe, via le programme européen NERIES (NEtwork of Research Infrastructures for European Seismology ; Réseau des infrastructures de recherche pour la sismologie européenne). À cet effet, deux informaticiens ont été associés au projet, pour une durée de quatre ans. "Les réseaux d’observations sismologiques ont été créés sur des bases le plus souvent nationales, commente Rémy Bossu. Cette fragmentation géographique limite l’usage scientifique que l’on peut faire de ces données. Grâce à ce projet, n’importe quel utilisateur pourra récupérer et utiliser de manière transparente l’ensemble des données sismologiques en Europe, comme si la région était couverte par un seul et unique réseau. D’un point de vue technique, nous commençons à identifier les solutions. Mais le plus grand défi reste l’organisation sur le long terme de notre communauté car, tout en assurant un accès aisé et transparent, il faut donner à chaque réseau la place qu’il mérite".

03.Le risque sismique dans le bassin méditerranéen

Nous sommes le 17 août 1999. Il est minuit en temps universel lorsque la terre tremble sous la ville d’Izmit en Turquie, dans une région située sur la rive Est de la mer de Marmara. Plusieurs centaines d’immeubles s’effondrent comme des châteaux de cartes. Cette secousse d’une magnitude de 7,4 aura fait 20 000 morts, des dizaines de milliers de blessés et plus de 35 milliards d'euros de dégâts matériels. En 2002 et en 2003, c’est au tour de l’Algérie puis du Maroc de subir les colères de la Terre. Si la plupart des séismes sont de nos jours localisés sur les rives du Pacifique, ces événements rappellent que la Méditerranée est aussi une région à risque.

Tectonique des plaquesLa surface de la Terre se découpe en plaques, appelées plaques tectoniques, qui se déplacent lentement. Elles peuvent entrer en collision, s'éloigner, ou encore glisser l'une contre l'autre le long d'une faille. Elles sont ainsi à l'origine de la majorité des évènements sismiques.
© Bird, P. (2003) / An updated digital model of plate boundaries / Geochemistry Geophysics Geosystems, 4(3), 1027


La croûte terrestre est en effet constituée de plusieurs grandes plaques qui évoluent les unes par rapport aux autres : certaines s'écartent (phénomène de divergence), d'autres se rapprochent (phénomène de convergence), et d'autres coulissent. Dans le bassin méditerranéen, les plaques Afrique et Europe se rapprochent l’une de l’autre, suivant une direction Nord-Sud. La vitesse moyenne de convergence de ces plaques est actuellement de l'ordre de 0,5 à 1 cm/an en Méditerranée occidentale, alors qu'elle atteindrait près de 3 cm/an dans la partie est. La sismicité de la région se répartit également autour de plaques plus modestes, celles de l’Anatolie, Égée et Arabie, responsables de la déformation du sol sur des bandes de plusieurs centaines de kilomètres.

Cette activité tectonique se traduit sous la forme de séismes, générateurs parfois de tsunamis ou d'éruptions volcaniques. Schématiquement, pour les tremblements de terre, le scénario est le suivant : alors qu'en profondeur les plaques se déplacent régulièrement, 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 qu'en profondeur le mouvement régulier des plaques (convergence ou divergence) se poursuit. La région de la faille bloquée se déforme progressivement en accumulant de l'énergie, jusqu'à céder brutalement : c'est le tremblement de terre. Les contraintes tectoniques se relâchent, la faille est à nouveau bloquée, et le cycle sismique recommence dès ce moment-là. On comprend donc qu'une faille qui a produit un séisme en produira d'autres. Par ailleurs, on sait que les séismes destructeurs, de magnitude supérieure à 6, ne se produisent que sur de grandes failles.

Animation mouvement des plaques tectoniquesAnimation montrant trois types de mouvements des plaques : écartement (mouvement divergent), rapprochement (mouvement convergent), coulissement (mouvement transformant).
© Fondation SEED
Le principal danger qui inquiète l'Europe se situe en Grèce, en Turquie et en Italie. Les sismologues observent l’accumulation des contraintes dans la section de la faille nord anatolienne située au sud de la ville d’Istanbul, mégalopole de dix millions d'habitants, ce qui provoquera probablement dans les trente prochaines années un séisme aux conséquences potentiellement catastrophiques. Qu'en est-il du reste de l’Europe ? Le calme relatif est-il trompeur ? Certaines régions, qui ont connu dans l’histoire des tremblements de terre violents, doivent être considérées comme potentiellement actives. C’est le cas de la Côte d’Azur en France : depuis 800 ans, des séismes notables ont été ressentis dans la région niçoise, certains ayant provoqué d'importants dégâts, comme ceux de juillet 1564 et de février 1887. Ce dernier, dont l'épicentre était localisé au large de San Remo, produisit une secousse de plus de 30 secondes, le décès de plus de 600 personnes entre Gênes et Nice, ainsi que des dégâts considérables dans les villes côtières et les villages de l’arrière-pays.

Dans cette zone française à sismicité modérée, la fenêtre d’observation est toutefois très courte par rapport à l’échelle des phénomènes tectoniques qui contrôlent l’occurrence des séismes. Avec seulement 50 ans de sismicité instrumentale et des informations sur les principaux séismes des mille dernières années en France, comment caractériser finement l'éventualité d’un séisme destructeur ? Quelle est sa période de retour ? 1 000 ans ? 10 000 ans ? C’est cette inadéquation de l’échelle de temps humaine avec celle de phénomènes géologiques qui rend si difficile l’évaluation de l’aléa sismique. "La vulnérabilité de l'Europe n’est pas négligeable : en raison de la densité de concentration des populations et des infrastructures, ainsi que de l’application pas toujours rigoureuse des normes parasismiques dans certaines régions, dues à l'absence de souvenirs récents de séismes", commente Rémy Bossu.

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