Lettre du Plan Séisme - 4e trimestre 2018, Dossier Séismes et effets induits – Quand une catastrophe peut en cacher une autre

Dossier Séismes et effets induits – Quand une catastrophe peut en cacher une autreDossier Séismes et effets induits – Quand une catastrophe peut en cacher une autre

Les secousses sismiques liées à la rupture de faille   représentent la manifestation la plus directe et la plus évidente d’un séisme  . Mais ces secousses peuvent elles-mêmes déclencher d’autres phénomènes « induits » au potentiel tout aussi dévastateur, parfois même plus que les seuls effets des secousses : tsunamis, mouvements de terrain, liquéfaction   des sols, ruptures de lacs glaciaires… Très dépendants du site et de sa situation géographique, ces effets constituent un véritable risque pour les populations, et doivent être pris en compte comme une composante du risque sismique  .

Bandeau effets induits

Lors d’un séisme  , la rupture des roches au niveau d’une faille   s’accompagne d’émissions d’ondes sismiques qui se propagent dans la Terre jusqu’à sa surface. Si ces ondes sismiques peuvent avoir des effets dévastateurs sur nos bâtiments, elles peuvent également déclencher tout une série de phénomènes dans les terrains qu’elles traversent, accélérant la survenue de certains phénomènes qui seraient survenus un jour ou l’autre, ou au contraire mettant en branle des mécanismes impossibles sans sollicitations sismiques.

Dans les zones montagneuses, les mouvements gravitaires peuvent être importants : glissement de terrain, chute de blocs, affaissements… Loin des reliefs, les habitants peuvent être confrontés à des effondrements de cavités ou au phénomène de la liquéfaction   des sols.

Le long du littoral, l’effet induit le plus redouté demeure le tsunami  .

Les mouvements gravitaires

Les vibrations d’un séisme   provoquent d’importants mouvements du sol dans les pentes. Un versant stable en situation statique peut ainsi se trouver en déséquilibre suite aux passages des ondes sismiques. Les dégâts sont potentiellement très lourds. D’après l’IRD? (Institut de recherche pour le développement), lors de séismes en zones de montagne, près du tiers des victimes est attribuable aux glissements de terrain déclenchés par la secousse.

« Dans des régions montagneuses, le nombre de glissements de terrain se comptera en dizaines de milliers pour un séisme   de magnitude   6 à 7 et plutôt en centaines de milliers pour un séisme   de magnitude   7 à 8 » souligne Patrick Meunier, enseignent-chercheur à l’Ecole Normale Supérieure et spécialiste des risques gravitaires associés aux séismes « Ce nombre dépend aussi de la dynamique de la source du séisme  , de la lithologie, de l’hydrologie et bien-sûr de la topographie ». En 2008, un séisme   de magnitude   de 7,9 dans la région de Wenchuan située à la bordure est du plateau tibétain a engendré environ 200 000 glissements de terrain. Une part significative des 80 000 victimes de cette catastrophe s’explique par l’étendue de ce phénomène. En 2015, un séisme   de même magnitude   au Népal a entraîné pour sa part environ 25 000 glissements de terrain. La différence s’explique dans ce cas par la fréquence plus basse des ondes émises au moment de la rupture. Le 6 septembre 2018, un séisme   de magnitude   6,7 dans la région japonaise d’Hokkaido a entraîné d’impressionnants glissements de terrain alors que ce pays avait subi durant l’été une météo calamiteuse et que les sols étaient de ce fait gorgés d’eau et particulièrement instables.

Vue aérienne des glissements de terrain généralisés dans la localité japonaise d'Atsuma, le 6 septembre 2018
Vue aérienne des glissements de terrain généralisés dans la localité japonaise d’Atsuma, le 6 septembre 2018
Source : AFP

L’ampleur et la répartition de ce phénomène sont mieux connues depuis que les images aériennes et satellitaires permettent de comparer la situation d’une région avant et après un séisme  . « Une quinzaine de séismes ont ainsi été analysés pour établir des catalogues de glissements de terrain qui ont permis aux chercheurs de mieux contraindre leurs modèles. Ils peuvent être utilisés pour cartographier cet aléa à une large échelle » explique Patrick Meunier « Il s’agit de mieux quantifier le risque humain et matériel et d’éclairer certaines décisions publiques. Des mesures peuvent être prises pour minimiser ce risque comme des actions de renforcement. Cela peut aussi conduire à mieux raisonner la gestion forestière puisque la présence d’arbres sur les pentes les stabilise en partie ».

Mais les mouvements de terrains ne sont pas les seuls effets gravitaires induits par les séismes : lors du séisme   népalais du 25 avril 2015, c’est ainsi une avalanche gigantesque déclenchée par les ondes sismiques qui a balayé le camp de base de l’Everest, causant une vingtaine de mort à plus de 5 000 mètres d’altitude.

Catastrophes en chaîne

S’agissant des glissements de terrain, ceux-ci sont directement meurtriers si les pentes concernées sont habitées. Des villages en montagne peuvent se retrouver totalement dévastés. Heureusement les zones les plus urbanisées sont généralement situées dans les plaines. Cependant d’autres risques sont associés à ces phénomènes.

Dans le cas du séisme   du Wenchuan, les glissements de terrain ont perturbé l’écoulement de nombreuses rivières et formé plus 250 barrages naturels. Certains de ces barrages ont ensuite cédés brutalement et ont entraîné la destruction de zones habitées dans les vallées. D’autres se sont érodés plus lentement mais les rivières saturées en sédiments sont sorties de leur lit en contrebas déposant des quantités gigantesques de matière sur leur passage. Des villages entiers ont ainsi été enfouis sous les sédiments. Enfin des milliers de routes ont été coupées par ces glissements de terrain. Au-delà du coût financier et économique des dégâts, les conséquences humaines directes ont été très lourdes, avec des populations sinistrées complétement isolées et inaccessibles pour les services de secours.

Par ailleurs, si la plupart des glissements de terrain sont directement déclenchés par le séisme   ou ses répliques  , d’autres se produisent à retardement. « L’observation des images satellitaires montrent que le risque gravitaire reste plus élevé durant plusieurs années après le séisme  . On parle d’un effet d’endommagement qui augmente le risque de glissement de terrain lors d’un autre évènement déclencheur tel qu’un épisode de fortes pluies » ajoute Patrick Meunier.

Les effets induits vus par Eric Appéré
Les effets induits vus par Eric Appéré
Source : E. Appéré pour planseisme.fr

La liquéfaction   des sols
Moins connue du grand public, la liquéfaction   des sols surprend d’autant plus les populations lorsqu’elle se produit. « Ce phénomène induit par un séisme   fait passer le sol de l’état solide à liquide. » explique Jean-François Semblat, professeur à l’ENSTA-Paristech et spécialiste en géotechnique et sismologie  . « Il se produit quand un sol sableux et saturé en eau est soumis à de fortes pressions comme lors d’un tremblement de terre   ».

Le phénomène a été mis au grand jour lors du séisme   de 1964 à Niigata où un tiers du sol de la ville a subi des tassements pouvant atteindre un à deux mètres. Parmi les 3 534 bâtiments détruits et environ 11 000 endommagés lors de ce tremblement de terre  , la plupart ont été affectés par ce phénomène et non par les secousses du séisme   d’une magnitude   de 7,5. Des immeubles entiers en béton ont basculé jusqu’à se coucher littéralement sur le sol pour certains.

Le tassement sous les constructions peut en effet être plus important d’un côté et entraîner le basculement notamment de bâtiments de grande hauteur tandis que les maisons individuelles vont s’enfoncer dans le sol.

En revanche le nombre des victimes, moins d’une quarantaine, est relativement faible au regard des dégâts matériels. Cet effet induit par les séismes reste heureusement peu meurtrier car moins violent, mais ses conséquences économiques sont considérables. En plus de la dégradation des bâtiments, la liquéfaction   des sols peut également entraîner l’effondrement de chaussées ainsi que la formation de véritables geysers.

Un phénomène mieux pris en compte

Ce phénomène se produit quelques secondes après le début du séisme   et s’amplifie avec la succession des secousses. À chaque cycle, la pression dans le sol augmente jusqu’à provoquer sa liquéfaction  . « À partir du séisme   de Niigata, le phénomène de liquéfaction   du sol a commencé à être étudié et pris en compte dans les normes parasismiques » explique Jean-François Semblat.

Renversement d'un bâtiment lié à de la liquéfaction suite au séisme d'Izmit (1999) et forme de « volcan de sable » par lesquels l'eau s'évacue du sol au moment de sa liquéfaction
Renversement d’un bâtiment lié à de la liquéfaction suite au séisme d’Izmit (1999) et forme de « volcan de sable » par lesquels l’eau s’évacue du sol au moment de sa liquéfaction
Sources : A gauche Swiss Society, à droite Martin Luff

Le guide technique « Procédés d’amélioration et de renforcement de sols sous actions sismiques » élaboré en collaboration avec l’Association Française du génie parasismique (AFPS?) et le Comité Français de Mécanique des Sols (CFMS) rassemble plusieurs recommandations en complément de la norme NF EN 1998 et prend en compte le risque de liquéfaction   des sols.

Plus récemment plusieurs séismes ont montré que ce phénomène est loin d’être marginal en cas de séisme   : les tremblements de terre d’Izmit en 1999 en Turquie, celui de Christchurch en Nouvelle-Zélande en 2011, celui d’Emilie-Romagne en Italie en 2012 illustrent malheureusement l’importance des dégâts occasionnés. « On trouve aussi ce type de sables peu denses et saturés d’eau dans différentes régions françaises et cela peut être problématique dans les zones les plus sismiques du territoire (sud de la France métropolitaine et Antilles). La liquéfaction   peut se produire dès qu’un séisme   atteint des magnitudes 6 à 7 voire moins en fonction de sa profondeur. Le risque est accru si la succession des secousses ne permet pas à la pression dans le sol de se dissiper entre chaque cycle. La hauteur de nappe au moment du séisme   peut aussi être déterminante » précise Jean-François Semblat. Ce chercheur coordonne le projet ISOLATE financé par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR?) et lancé en 2018 qui s’articule autour de trois objectifs : améliorer la compréhension du phénomène de liquéfaction   des sols naturels, en réduire les risques et formuler des recommandations pratiques pour les professionnels (voir trois questions à).

Les tsunamis

Les vagues des tsunamis qui déferlent à plusieurs reprises sur le littoral, avec une vitesse moyenne de pénétration de 40 km/h sont certainement l’effet sismique induit le plus redouté. Elles peuvent s’avérer bien plus meurtrières que le tremblement de terre   par lui-même. Les plus forts séismes sous-marins sont d’ailleurs quasi systématiquement suivis d’un tsunami  . « Les séismes de magnitude   9 surviennent presque toujours dans les zones de subduction   situées sous la mer. Lorsqu’ils sont peu profonds sous la croûte   terrestre, ils provoquent alors obligatoirement le déplacement d’un grand volume d’eau. Cette vague inoffensive en mer peut atteindre une hauteur de 30 mètres lorsqu’elle arrive sur les côtes et provoquer une entrée d’eau sur plusieurs kilomètres dans l’intérieur des terres » explique Hélène Hebert, directrice de recherche au CEA? et experte tsunami  . De tels séismes se produisent 5 à 6 fois par siècle. Deux ont déjà touché la planète en ce début de XXIe siècle : le séisme   de Sumatra le 26 décembre 2004 dans l’Océan Indien et celui du 11 mars 2011 au large de Tohoku au Japon.

Le premier a entraîné la mort de 180 000 personnes et le second de 20 000 personnes. Dans les deux cas, la plupart ont été victimes du tsunami  . La gravité de ce phénomène s’explique par son intensité mais aussi par son étendue. Le tsunami   de 2004 a touché l’ensemble des pays du pourtour de l’Océan Indien : l’Indonésie, le Sri Lanka, la Thaïlande, l’Inde, les Maldives, la Malaisie et jusqu’aux côtes de l’Afrique de l’est où des pêcheurs ont péri plusieurs heures après le séisme  . Pourtant située à plus de 5 000 kilomètre de l’épicentre, l’île de la Réunion a pour sa part été touchée 7h après le début du phénomène. Les vagues y ont atteint 50 cm à plus de 2 m localement dans certains ports et ont suffi pour que plusieurs navires rompent leurs amarres occasionnant des dégâts matériels importants. Il faut aussi noter qu’un tsunami   est une succession de vagues et que la première n’est pas toujours, loin de là, la plus haute. Les côtes peuvent être exposées pendant au moins 4 à 5 h à l’assaut des vagues.

Hauteur maximale du tsunami généré par le séisme chilien du 16 septembre 2015
Hauteur maximale du tsunami généré par le séisme chilien du 16 septembre 2015
Source : International Tsunami Information Center

Un risque assez répandu

Malheureusement, les tsunamis ne se produisent pas uniquement suite aux séismes de magnitude   9, et peuvent être générés pour des séismes sous-marin beaucoup plus modestes de magnitude   supérieure à 6-6,5, comme il survient plusieurs fois par an au niveau mondial. En 2017, deux d’entre eux ont touché la zone méditerranéenne. Le 21 juillet, la ville de Bodrum en Turquie a non seulement été touchée par un séisme   de magnitude   6,3 mais aussi par le tsunami   induit qui a provoqué une grave inondation. « La hauteur de ces tsunamis est bien moins importante, de l’ordre de quelques dizaines de centimètres, mais la vitesse d’arrivée de l’eau demeure supérieure à 20 km/h dans tous les cas et entraîne un effet de surprise et des courants ou tourbillons parfois violents pouvant faire des victimes et entraîner d’importants dégâts dans les zones portuaires ou sur les plages » précise Hélène Hebert.

Une vidéo prise lors du séisme   de Bodrum en 2017 illustre de manière particulièrement frappante à quel point la vitesse d’arrivée de l’eau demande une fuite rapide.

Notons par ailleurs que si les tsunamis sont le plus souvent générés de manière directe par les séismes lors du déplacement des failles, il arrive qu’ils résultent d’un effet domino en deux étapes, d’abord par l’activation sismique d’un glissement de terrain sous-marin, lequel met en mouvement une masse d’eau qui donne lieu à un tsunami  . Plus localisés, ces tsunamis peuvent cependant être localement très dévastateurs, comme ce fut le cas le 17 juillet 1998 en Papouasie-Nouvelle-Guinée, lorsqu’un séisme   de magnitude   7.1 provoqua un important effondrement sous-marin qui déclencha un tsunami   qui ravagea le rivage.

Si les zones côtières de l’Océan Pacifique et de l’Océan indien sont les plus exposées aux tsunamis, peu de côtes échappent totalement à ce risque. Les îles sont particulièrement vulnérables. « Les géologues n’excluent pas totalement la possibilité d’un séisme   de magnitude   9 dans la zone de subduction   proche de l’arc antillais. Les conséquences pourraient alors être catastrophiques pour ces îles mais aussi pour toute la façade atlantique » souligne Hélène Hébert. L’Europe n’est par ailleurs pas à l’abri. Rappelons que le séisme   de Lisbonne en 1755 dont la magnitude   est estimée à 8/8,5 a provoqué un important tsunami   qui a touché de nombreux pays européens jusqu’à l’Irlande et les Antilles. « Un tel évènement aujourd’hui serait encore plus tragique en raison de l’augmentation de la densité de population sur les côtes. C’est d’ailleurs en général un facteur aggravant les conséquences des tsunamis et cela pourrait encore empirer avec la montée des eaux qui rapproche certaines populations du bord de la mer » souligne Hélène Hébert.

Carte représentant l'exposition des côtes de Martinique et de Guadeloupe à l'aléa tsunami
Carte représentant l’exposition des côtes de Martinique et de Guadeloupe à l’aléa tsunami
Sources : données BRGM?, mise en forme SOeS

Donner l’alerte

Par définition, les tsunamis sont aussi imprévisibles que les séismes. Tout l’enjeu   est alors de donner l’alerte le plus rapidement possible dès qu’un séisme   de forte magnitude   est enregistré dans l’océan. Les premières zones touchées le sont souvent 15 à 20 minutes après la survenue du séisme  , c’est malheureusement trop court pour envisager une évacuation totale des zones exposées. En revanche, les côtes un peu plus éloignées sont touchées une heure voire plusieurs heures après le séisme   et une alerte efficace peut alors sauver de nombreuses vies. En 2004, de nombreuses victimes auraient pu être évitées avec un système d’alerte opérationnel de la population notamment en Thaïlande, en Birmanie, et au Sri Lanka touchés par les vagues plus d’une heure après les côtes indonésiennes.

Des réseaux de mesures existent depuis les années 30. Le Japon puis l’Amérique et la Polynésie ont été les premiers à disposer de tels dispositifs. Ils tendent à se généraliser un peu partout dans le monde. Cependant le tsunami   de 2004 a montré à quel point l’échange et le partage d’informations étaient défaillants. « Le centre d’Hawaï avait détecté le séisme   mais n’a pas réussi à transmettre l’information aux pays concernés faute d’une bonne coordination entre les pays. Il existe désormais une gouvernance des systèmes d’alerte. De nombreux centres analysent en permanence les enregistrements des sismographes et des marégraphes et sont capables de caractériser les séismes pour déterminer s’ils vont générer un tsunami  . Pour la France métropolitaine, le centre opérationnel tsunami   est géré par le CEA. Sa mission est de prévenir la sécurité civile française en cas de tsunami   ou les organisations équivalentes à l’étranger si d’autres pays sont concernés » explique Hélène Hébert.

Il reste cependant d’importants progrès à réaliser pour organiser la réponse locale en cas d’alerte. Le plus difficile est de toucher toute la population concernée et de lui donner la bonne information notamment sur la direction à prendre. Trop peu de zones côtières ont mis en place une signalisation claire pour indiquer les zones de replis en cas de tsunamis. En amont, il faut aussi former la population et organiser des exercices. Le Japon fait figure d’exemple en la matière et sa politique de prévention a largement contribué à réduire l’impact humain du tsunami   de 2011.

Des effets cumulatifs à prendre en compte dans la gestion du risque sismique  

Si heureusement, tous les séismes ne génèrent pas l’ensemble de effets induits   potentiels, il arrive malgré tout que ces catastrophes se cumulent notamment lors d’évènements de fortes magnitudes. Les conséquences peuvent même aller au-delà de l’addition de dégâts occasionnés par chacune notamment par exemple lorsque la liquéfaction   des zones portuaires vient compliquer l’accès des secours aux victimes comme ce fut le cas en Haïti en 2010.

L’exemple du séisme   de magnitude   7.5 qui a frappé l’île indonésienne des Célèbes le 28 septembre 2018 est particulièrement révélateur de l’ampleur cumulée que peuvent prendre ces effets induits  , avec une concentration des effets autour de la ville de Palu et ses 280 000 habitants. Avec les secousses sismiques, c’est d’abord tout un village situé sur les hauteurs de la ville qui s’est mis en mouvement sous l’effet d’une liquéfaction   généralisée des sols (que certains scientifiques désignent déjà sous le terme « d’ultra liquéfaction   »), détruisant en quelques secondes près de 2 000 habitations et ne laissant derrière elle qu’un paysage lunaire. Quelques minutes après, c’est un tsunami   qui – amplifié par la forme de la baie – déferla sur Palu pour détruire une grande partie de la ville.

Fait rare, la ville de Palu devrait être reconstruite sur un autre site du fait particulier de l’importance des effets induits  . En effet, selon le ministre indonésien en charge des travaux publics, la conjonction de l’aléa sismique   et de ses effets induits   que sont les tsunamis et la liquéfaction   est telle « qu’on ne peut pas la rebâtir sur son emplacement actuel ».

Cumul d'effets induits sur la ville indonésienne de Palu observé suite au séisme du 28 septembre 2018 de magnitude 7.5
Cumul d’effets induits sur la ville indonésienne de Palu observé suite au séisme du 28 septembre 2018 de magnitude 7.5
Sources : A gauche, carte réalisée à partir de données de l’USGS?. En haut à droite, cliché de l’agence REUTERS et en bas à droite, cliché de l’agence MEDIACORP

Au-delà de la nécessaire construction parasismique, la diminution du risque sismique   requiert donc la prise en compte de chacun des effets induits   pour la prévention comme pour la gestion de crise.
Ainsi, en plus des estimations rapides de l’intensité sismique qu’il effectue depuis des années pour les grands séismes mondiaux, le service géologique américain (USGS?) délivre-t-il depuis 2017 – cartes à l’appui - des estimations rapides du risque de mouvements de terrain et de liquéfaction   induits.

Pour aller plus loin

planseisme picto 17 pointi - Pourquoi les séismes déclenchent-ils des glissements de terrain catastrophiques ? – Dossier thématique de l’Encyclopédie de l’Environnement
- Site internet du CENALT (Centre d’alerte aux tsunamis)