Karamö, le prof virtuelLeçon 6 sur 22
Les séismes
Je sais définir un séisme, en expliquer l'origine par la rupture des roches le long d'une faille, et décrire sa répartition dans le monde et en Guinée.
- 55 min
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Définir séisme, foyer, épicentre, faille, répliques
- Expliquer le mécanisme d'un séisme par l'accumulation de contraintes et la rupture (rebond élastique)
- Distinguer faille normale, faille inverse et décrochement
- Décrire la répartition mondiale des séismes et classer les séismes selon la profondeur du foyer
Avant de commencer : Les leçons sur la structure du globe (lithosphère rigide, asthénosphère ductile) ; les déformations des roches (12e).
1Je découvre
Le 22 décembre 1983, dans la région de Gaoual, dans le nord-ouest de la Guinée, les habitants sentent le sol se dérober sous leurs pieds. Pendant quelques secondes, les murs se fissurent, les cases s'effondrent, la poussière monte. Dans les jours qui suivent, de nouvelles secousses, plus faibles, inquiètent encore la population. Ce séisme a fait de nombreuses victimes et a surpris tout le pays : beaucoup pensaient que la Guinée, loin des grandes zones volcaniques, ne tremblait jamais.
Quarante ans plus tard, Hawa, élève de Terminale SE à Boké, lit ce récit dans un vieux journal de son grand-père. Elle se pose plusieurs questions : pourquoi le sol se met-il à trembler d'un coup ? Pourquoi les secousses continuent-elles pendant des jours ? Et pourquoi certains pays, comme le Japon, tremblent-ils presque chaque semaine alors que la Guinée tremble rarement ?
Qu'est-ce qu'un séisme, comment se produit-il, et où les séismes se produisent-ils sur la Terre ?
2Je comprends
1. Définition et vocabulaire
Un séisme (ou tremblement de terre) est une série de vibrations du sol provoquée par la libération brutale d'énergie accumulée dans les roches, en profondeur.
- Le foyer (ou hypocentre) est le point, en profondeur, où la rupture des roches commence et d'où partent les ondes sismiques.
- L'épicentre est le point de la surface situé à la verticale du foyer. C'est généralement là que les secousses sont les plus fortes.
- La profondeur focale est la distance entre le foyer et l'épicentre.
- Les ondes sismiques sont les vibrations qui se propagent à partir du foyer dans toutes les directions.
- Les répliques sont des secousses plus faibles qui suivent le séisme principal pendant des jours ou des mois : les roches se réajustent. Parfois, de petites secousses le précèdent : ce sont des secousses précurseurs.
2. Le mécanisme : accumulation de contraintes et rupture
Les roches de la lithosphère sont rigides. Soumises en permanence à des forces (les contraintes) dues au mouvement des plaques, elles se déforment d'abord élastiquement, comme un bâton que l'on plie doucement. Tant que les deux blocs sont bloqués par le frottement, l'énergie s'accumule.
Quand la contrainte dépasse la résistance des roches, celles-ci cassent brutalement, ou glissent d'un coup le long d'une cassure déjà existante. Les deux blocs se déplacent de quelques centimètres à plusieurs mètres en quelques secondes, et l'énergie stockée est libérée sous forme d'ondes sismiques et de chaleur. C'est la théorie du rebond élastique, proposée par le géologue américain Harry Fielding Reid après le séisme de San Francisco de 1906.
- 1Les plaques bougent lentement ; les roches bloquées par le frottement se déforment élastiquement.
- 2L'énergie s'accumule pendant des dizaines ou des centaines d'années.
- 3La contrainte dépasse la résistance des roches : rupture brutale au foyer.
- 4Les blocs glissent le long de la faille ; les ondes sismiques partent du foyer.
- 5Les roches se réajustent : répliques ; puis un nouveau cycle recommence.
3. Les failles
Une faille est une cassure des roches avec déplacement des deux blocs l'un par rapport à l'autre. La surface de cassure est le plan de faille ; la distance de déplacement est le rejet. On distingue trois types principaux :
| Type de faille | Mouvement des blocs | Contraintes | Contexte |
|---|---|---|---|
| Faille normale | le bloc au-dessus du plan de faille descend | extension (étirement) | dorsales, rifts (rift est-africain) |
| Faille inverse | le bloc au-dessus du plan de faille monte | compression (raccourcissement) | chaînes de montagnes, zones de subduction |
| Décrochement | les blocs coulissent horizontalement | cisaillement | failles transformantes |
Tous les séismes ne produisent pas une faille visible en surface : souvent, la rupture reste en profondeur.
4. Les causes des séismes
- Les séismes tectoniques : les plus nombreux et les plus puissants, liés au mouvement des plaques lithosphériques.
- Les séismes volcaniques : liés à la montée du magma sous un volcan ; généralement faibles, ils annoncent parfois une éruption.
- Les séismes d'effondrement : effondrement de cavités souterraines (grottes, anciennes galeries de mines) ; très localisés.
- Les séismes provoqués par l'homme (induits) : remplissage de grands barrages, exploitation minière, injection de fluides dans le sous-sol, explosions. Ils sont en général de faible intensité.
5. La répartition des séismes dans le monde
Si l'on place sur une carte les épicentres des séismes enregistrés pendant plusieurs années, on constate qu'ils ne sont pas répartis au hasard : ils se concentrent sur des bandes étroites qui dessinent les limites des plaques lithosphériques.
- La ceinture de feu du Pacifique : Japon, Indonésie, Philippines, Alaska, côte ouest des Amériques (Chili, Mexique). C'est la zone la plus active.
- La ceinture alpine et himalayenne : du Maroc et de l'Algérie jusqu'à l'Himalaya, en passant par l'Italie, la Grèce, la Turquie, l'Iran.
- Les dorsales océaniques : séismes nombreux mais peu profonds et souvent modérés.
- Le rift est-africain en Afrique de l'Est.
Les intérieurs des plaques tremblent peu, mais ils ne sont pas totalement épargnés : c'est le cas de l'Afrique de l'Ouest et de la Guinée. Le séisme de Gaoual de 1983, d'une magnitude voisine de 6,3, est le plus important connu dans le pays : il s'explique par le réajustement de vieilles failles de la croûte africaine sous l'effet des contraintes transmises à l'intérieur de la plaque.
6. La classification selon la profondeur du foyer
| Type de séisme | Profondeur du foyer | Où ? |
|---|---|---|
| Superficiel | moins de 70 km | dorsales, rifts, failles des continents |
| Intermédiaire | de 70 à 300 km | zones de subduction |
| Profond | de 300 à environ 700 km | zones de subduction |
Il n'y a pas de séisme plus profond qu'environ 700 km : au-delà, les roches sont trop chaudes et ductiles pour se rompre brutalement. Les séismes intermédiaires et profonds ne se produisent que là où une plaque froide et rigide s'enfonce dans le manteau (subduction).
Méthode
Pour calculer une distance à partir de la profondeur du foyer :
- Je dessine le triangle rectangle foyer – épicentre – point étudié (angle droit à l'épicentre).
- J'identifie : profondeur focale h (côté vertical), distance épicentrale d (côté horizontal), distance au foyer D (hypoténuse).
- J'applique le théorème de Pythagore : D² = h² + d².
- Je donne le résultat avec son unité.
Exemple
Le foyer d'un séisme est à 12 km de profondeur. Un village est situé à 16 km de l'épicentre. À quelle distance du foyer est-il ?
D² = h² + d² = 12² + 16² = 144 + 256 = 400.
D = √400 = 20 km.
Les ondes ont parcouru 20 km depuis le foyer pour atteindre le village.
Exemple
Deux plaques glissent l'une contre l'autre à 4 cm/an, mais la faille reste bloquée pendant 150 ans avant de céder d'un coup. Quel sera le déplacement lors du séisme ?
Déplacement accumulé : 4 cm/an × 150 ans = 600 cm = 6 m.
Lors de la rupture, les deux blocs peuvent glisser d'environ 6 m en quelques secondes : c'est ce qui rend les grands séismes si destructeurs.
3Je retiens
Je retiens
Séisme : vibrations du sol dues à la libération brutale d'énergie accumulée dans les roches.
Foyer (hypocentre) : point de rupture en profondeur ; épicentre : point de la surface à sa verticale. Répliques : secousses qui suivent le séisme principal.
Mécanisme (rebond élastique, Reid) : accumulation de contraintes, déformation élastique, rupture brutale le long d'une faille, émission d'ondes.
Faille normale (extension), faille inverse (compression), décrochement (coulissement horizontal).
Causes : tectoniques (les plus nombreuses), volcaniques, effondrements, activités humaines.
Répartition : ceinture de feu du Pacifique, ceinture alpine et himalayenne, dorsales, rift est-africain ; les séismes dessinent les limites des plaques.
Foyers superficiels (< 70 km), intermédiaires (70 à 300 km), profonds (300 à 700 km, en subduction).
4Erreurs fréquentes
- Confondre foyer et épicentre : le foyer est en profondeur, l'épicentre en surface, à sa verticale.
- Croire qu'un séisme est dû au magma : la plupart des séismes sont tectoniques et n'ont aucun lien avec un volcan.
- Penser que la Guinée ne peut pas trembler : l'intérieur des plaques est peu actif, mais le séisme de Gaoual de 1983 montre qu'un fort séisme reste possible.
- Inverser faille normale et faille inverse : faille normale = extension, le bloc supérieur descend ; faille inverse = compression, le bloc supérieur monte.
5Je m’exerce
1Exercice 1
(Questions de cours)
a) Définis : séisme, foyer, épicentre, faille, répliques.
b) Cite quatre causes de séismes.
c) Pourquoi ne trouve-t-on pas de séismes à plus de 700 km de profondeur ?
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a) Séisme : ensemble de vibrations du sol provoquées par la libération brutale d'énergie accumulée dans les roches. Foyer : point en profondeur où commence la rupture et d'où partent les ondes. Épicentre : point de la surface situé à la verticale du foyer. Faille : cassure des roches avec déplacement des deux blocs. Répliques : secousses plus faibles qui suivent le séisme principal.
b) Causes tectoniques (mouvement des plaques), volcaniques (montée du magma), effondrement de cavités, activités humaines (barrages, mines, injections, explosions).
c) Au-delà d'environ 700 km, les roches du manteau sont trop chaudes et trop ductiles : elles se déforment sans se rompre brutalement.
2Exercice 2
Classe les séismes suivants selon la profondeur de leur foyer : A (15 km) ; B (450 km) ; C (120 km) ; D (650 km) ; E (40 km). Dans quel contexte géologique peut-on trouver B et D ?
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Superficiels (moins de 70 km) : A et E. Intermédiaire (70 à 300 km) : C. Profonds (300 à 700 km) : B et D. Les séismes profonds B et D se produisent dans une zone de subduction, là où une plaque froide et rigide plonge dans le manteau.
3Exercice 3
Le foyer d'un séisme se trouve à 9 km de profondeur. Une station sismique est à 40 km de l'épicentre. Calcule la distance entre le foyer et la station (arrondie au dixième).
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D² = 9² + 40² = 81 + 1 600 = 1 681. D = √1 681 = 41 km.
4Exercice 4
Décris la théorie du rebond élastique en trois étapes, puis explique pourquoi un séisme est souvent suivi de répliques.
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- Les plaques se déplacent lentement ; les roches de part et d'autre d'une faille, bloquées par le frottement, se déforment élastiquement et accumulent de l'énergie.
- Quand la contrainte dépasse la résistance des roches, celles-ci se rompent brutalement : les blocs glissent le long de la faille.
- L'énergie accumulée est libérée sous forme d'ondes sismiques ; les roches reprennent une position d'équilibre.
Après la rupture principale, les contraintes sont redistribuées dans les roches voisines ; de petites ruptures successives se produisent pour atteindre un nouvel équilibre : ce sont les répliques.
5Exercice 5
(Type BAC) Une carte mondiale des épicentres montre que la grande majorité des séismes se concentrent le long de la côte ouest des Amériques, autour du Japon et de l'Indonésie, sur une bande allant du Maroc à l'Himalaya et le long des dorsales océaniques. En Afrique de l'Ouest, les épicentres sont rares et dispersés.
a) Comment qualifie-t-on la répartition des séismes ? Que dessinent ces bandes ?
b) Dans les zones de subduction du Pacifique, on trouve des foyers de 10 à 700 km. Sur les dorsales, ils dépassent rarement 20 km. Explique cette différence.
c) Pourquoi l'Afrique de l'Ouest est-elle une région de faible sismicité ? Cite un séisme qui montre qu'elle n'est pas pour autant à l'abri.
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a) La répartition des séismes n'est pas aléatoire : elle est concentrée sur des bandes étroites qui dessinent les limites des plaques lithosphériques.
b) Sur les dorsales, la lithosphère est très mince (le manteau chaud remonte) : les roches rigides, seules capables de casser, n'existent qu'en surface, d'où des foyers superficiels. Dans les zones de subduction, une plaque froide et rigide s'enfonce profondément dans le manteau : elle peut se rompre jusqu'à environ 700 km, d'où des foyers superficiels, intermédiaires et profonds.
c) L'Afrique de l'Ouest est située à l'intérieur de la plaque africaine, loin de ses limites : les contraintes y sont faibles et les séismes rares. Pourtant, le séisme de la région de Gaoual, en Guinée, le 22 décembre 1983 (magnitude voisine de 6,3), a fait de nombreuses victimes : de vieilles failles peuvent rejouer à l'intérieur des plaques.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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