Le séisme de Sumatra : de la rupture au déclenchement du tsunami F. Thouvenot Physicien des observatoires Laboratoire de géophysique interne et tectonophysique (CNRS/UJF)

1. Le séisme de Sumatra du 26 décembre 2004 était-il d’une magnitude exceptionnelle ?

Magnitude Liée à l’énergie libérée par le séisme De M à M+1 : énergie multipliée par 32 Calculée en utilisant les enregistrements (sismogrammes) Un séisme = une magnitude et une seule Exprimée sur l’échelle de Richter M = - 3 : « séisme » produit par la chute d’une masse d’un kilogramme d’une hauteur de 30 cm M = 9,5 : plus gros séisme connu (Chili, 1960)

Intensité Liée aux dégâts observés Pour un séisme donné, autant d’intensités que d’endroits où l’on fait l’évaluation. A l’épicentre, intensité maximale Mesurée sur une échelle de 12 degrés : degré I : non ressenti degré VI : premières fissures dans les plâtres et plafonds degré XII : modification complète de la topographie

Sumatra, 26 décembre 2004 Magnitude 9,0 (9,3) Intensité maximale : IX à Banda Aceh (dommages généralisés aux constructions, avant l’arrivée du tsunami) Ressenti jusque dans l’île de Guam (îles Mariannes, au sud du Japon) à plus de 5 400 km de distance dans un immeuble de grande hauteur

                                                                                            Les 10 plus gros séismes mondiaux depuis 1900   Localisation Date Magnitude 1. Chili 22 05 1960 9.5 (9.75 ?) 2. Détroit du Prince William (Alaska) 28 03 1964 9.2 3. Iles Andreanoff (Alaska) 09 03 1957 9.1 4. Au large côte NW de Sumatra 26 12 2004 9.0 5. Kamtchatka 04 11 1952 6. Colombie-Equateur 31 01 1906 8.8 7. Nord de Sumatra 28 03 2005 8.7 8. Iles des Rats (Alaska) 04 02 1965 9. Assam (Inde) 15 08 1950 8.6 10. Ningxia-Gansu (Chine) 16 12 1920

                                                                                            Les 10 plus gros séismes mondiaux depuis 1900   Localisation Date Magnitude 1. Chili 22 05 1960 9.5 (9.75 ?) 2. Au large côte NW de Sumatra 26 12 2004 9.3 3. Détroit du Prince William (Alaska) 28 03 1964 9.2 4. Iles Andreanoff (Alaska) 09 03 1957 9.1 5. Kamtchatka 04 11 1952 9.0 6. Colombie-Equateur 31 01 1906 8.8 7. Nord de Sumatra 28 03 2005 8.7 8. Iles des Rats (Alaska) 04 02 1965 9. Assam (Inde) 15 08 1950 8.6 10. Ningxia-Gansu (Chine) 16 12 1920

                                                                                            Les 10 plus gros séismes mondiaux depuis 1900   Localisation Date Magnitude 1. Chili 22 05 1960 9.5 (9.75 ?) 2. Au large côte NW de Sumatra 26 12 2004 9.3 3. Détroit du Prince William (Alaska) 28 03 1964 9.2 4. Iles Andreanoff (Alaska) 09 03 1957 9.1 5. Kamtchatka 04 11 1952 9.0 6. Colombie-Equateur 31 01 1906 8.8 7. Nord de Sumatra 28 03 2005 8.7 8. Iles des Rats (Alaska) 04 02 1965 9. Assam (Inde) 15 08 1950 8.6 10. Ningxia-Gansu (Chine) 16 12 1920

                                                                                            Les 10 plus gros séismes mondiaux depuis 1900   Localisation Date Magnitude 1. Chili 22 05 1960 9.5 (9.75 ?) 2. Au large côte NW de Sumatra 26 12 2004 9.3 3. Détroit du Prince William (Alaska) 28 03 1964 9.2 4. Iles Andreanoff (Alaska) 09 03 1957 9.1 5. Kamtchatka 04 11 1952 9.0 6. Colombie-Equateur 31 01 1906 8.8 7. Nord de Sumatra 28 03 2005 8.7 8. Iles des Rats (Alaska) 04 02 1965 9. Assam (Inde) 15 08 1950 8.6 10. Ningxia-Gansu (Chine) 16 12 1920

                                                                                            Les 10 plus gros séismes mondiaux depuis 1900   Localisation Date Magnitude 1. Chili 22 05 1960 9.5 (9.75 ?) 2. Au large côte NW de Sumatra 26 12 2004 9.3 3. Détroit du Prince William (Alaska) 28 03 1964 9.2 4. Iles Andreanoff (Alaska) 09 03 1957 9.1 5. Kamtchatka 04 11 1952 9.0 6. Colombie-Equateur 31 01 1906 8.8 7. Nord de Sumatra 28 03 2005 8.7 8. Iles des Rats (Alaska) 04 02 1965 9. Assam (Inde) 15 08 1950 8.6 10. Ningxia-Gansu (Chine) 16 12 1920

                                                                                            Les 10 plus gros séismes mondiaux depuis 1900   Localisation Date Magnitude 1. Chili 22 05 1960 9.5 (9.75 ?) 2. Au large côte NW de Sumatra 26 12 2004 9.3 3. Détroit du Prince William (Alaska) 28 03 1964 9.2 4. Iles Andreanoff (Alaska) 09 03 1957 9.1 5. Kamtchatka 04 11 1952 9.0 6. Colombie-Equateur 31 01 1906 8.8 7. Nord de Sumatra 28 03 2005 8.7 8. Iles des Rats (Alaska) 04 02 1965 9. Assam (Inde) 15 08 1950 8.6 10. Ningxia-Gansu (Chine) 16 12 1920

                                                                                            Les 10 plus gros séismes mondiaux depuis 1900   Localisation Date Morts Magnitude 1. Chili 22 05 1960 5 700 9.5 (9.75 ?) 2. Au large côte NW de Sumatra 26 12 2004 297 200 9.3 3. Détroit du Prince William (Alaska) 28 03 1964 125 9.2 4. Iles Andreanoff (Alaska) 09 03 1957 n.c. 9.1 5. Kamtchatka 04 11 1952 9.0 6. Colombie-Equateur 31 01 1906 1 000 8.8 7. Nord de Sumatra 28 03 2005 8.7 8. Iles des Rats (Alaska) 04 02 1965 9. Assam (Inde) 15 08 1950 1 526 8.6 10. Ningxia-Gansu (Chine) 16 12 1920 200 000

Fréquence des séismes dans le monde Elle dépend de la magnitude M : 3 000 séismes de M > 2 par jour 300 séismes de M > 3 par jour 30 séismes de M > 4 par jour 3 séismes de M > 5 par jour 1 séisme de M > 6 tous les 3 jours 1 séisme de M > 7 par mois 1 séisme de M > 8 par an 10 séismes de M > 9 par siècle Quelques

2. Comment replacer ce séisme dans le cadre de la « tectonique des plaques » ?

Tectonique Du grec « τεκτονικός » (tektonikos) qui veut dire « propre au charpentier » : science qui s’intéresse à la façon dont la Terre est charpentée, structurée

Fosse de subduction de la Sonde (5 000 à 6 000 m de profondeur)

25 12 1974 – 25 12 2004 M > 5,5

Un modèle de plaques déjà ancien et très simplifié

Vitesse relative des deux plaques : 5 cm/an Pas de gros séisme à cet endroit précis de la limite de plaques pendant 300 ans Blocage pendant 300 ans Glissement subit de 300 x 5 cm = 1 500 cm = 15 m

Le modèle de plaques le plus récent (Bird, 2003) comporte 52 plaques et 13 zones de déformation intraplaque. Pl. Inde Pl. Australie Pl. Sonde Pl. Birmanie

3. Y a-t-il eu beaucoup de répliques ?

Date Range: 2004 12 26 to 2005 3 27 Number of Earthquakes: 149                                                                                                                   M > 5,5 26 12 2004 – 27 03 2005 28 03 2005 – 06 04 2005

Décroissance en 1/t du nombre de répliques avec le temps « Loi » d’Omori Décroissance en 1/t du nombre de répliques avec le temps « Loi » de Båth Si le séisme principal est de magnitude M, la magnitude de la plus grosse réplique est de l’ordre de M-1 On peut s’attendre à des répliques pendant des années, voire des dizaines d’années…

4. Comment la faille a-t-elle coulissé au moment du séisme ?

Tout séisme est lié au « jeu » d’une faille

Tout séisme est lié au « jeu » d’une faille La longueur de la faille dépend de la magnitude M : M = 5 : faille de 3 km de long M = 7 : faille de 50 km de long M = 9 : faille de 800 km de long

Tout séisme est lié au « jeu » d’une faille Le glissement sur la faille dépend de la magnitude M : M = 5 : glissement de 5 cm M = 7 : glissement de 1 m M = 9 : glissement de 15 m

Tout séisme est lié au « jeu » d’une faille La durée de la rupture dépend de la magnitude M : M = 5 : durée de rupture de 1 s M = 7 : durée de rupture de 15 s M = 9 : durée de rupture de 4 min

SE NW Ji, 2005

4. A-t-on enregistré le séisme de Sumatra dans les Alpes et ailleurs dans le monde ?

m m ξ 0 ξ m

m m ξ 0 ξ m

20 000 km E 90° 180° 10 000 km 0 km

5. Après le séisme de Sumatra, on dit que la Terre a vibré comme une cloche. Est-ce vrai ?

Vibrations propres de la Terre Chaque fois que la magnitude d’un séisme dépasse ~ 6,5 (c’est-à-dire 3 fois par mois), la Terre entre en résonance, avec un nombre infini de « modes » de vibration. Pour le séisme de Sumatra : résonance pendant plusieurs mois.

Mode du ballon de foot-ball Modes toroïdaux Mode du ballon de rugby Modes sphéroïdaux Mode du ballon de foot-ball Oscillations extrêmement lentes : périodes comprises entre 13 et 54 minutes pour les 6 modes ci-dessus.

« Mode du ballon de foot-ball » et « mode du ballon de rugby » Produisent des montées et descentes du sol Observables sur des « gravimètres », appareils qui mesurent la variation de la pesanteur lorsque la Terre se déforme radialement, en particulier sous l’action de la Lune et du Soleil (marées terrestres)

Gravimètre supraconducteur de Membach (Belgique) 26 12 2004 11 01 2005 Enregistrement brut 2 filtrages : 0,81 mHz (bleu) et 0,31 mHz (vert) 9 heures Bleu : « ballon de foot-ball » Vert : « ballon de rugby »

6. Mais parlez-nous donc du tsunami !

Surface ~ 5° Fond de l’océan

Surface Coulissage de 20 m Soulèvement de 1,5 m Fond de l’océan Déferlement du tsunami vers l’ouest A l’est, dans un premier temps : retrait de la mer Surface Coulissage de 20 m Soulèvement de 1,5 m Fond de l’océan