Les séismes sont à la fois un risque naturel majeur au Maroc (Agadir 1960, Al Hoceima 2004, Al Haouz 2023) et le principal outil pour sonder l'intérieur du globe. Ce chapitre explique d'où viennent les séismes, comment on les mesure (intensité, magnitude) et comment on lit un sismogramme : ce sont les bases indispensables pour le chapitre suivant sur la structure interne.
1. Définitions et types de séismes
La sismologie est la science des séismes. Un séisme est une secousse, ou une série de secousses du sol, de courte durée, qui naît dans un endroit limité et se propage à partir de là dans toute la planète ; le terme « tremblement de terre » désigne dans le langage courant les séismes ressentis. On distingue les séismes tectoniques, les plus fréquents, bien expliqués par la tectonique des plaques ; les séismes volcaniques, qui accompagnent les éruptions et servent à les prévoir ; et les séismes artificiels (explosions, tirs de carrière, essais nucléaires), généralement de faible importance.
2. Origine des séismes : contraintes, failles, foyer et épicentre
Des contraintes tectoniques s'accumulent dans les roches, qui se déforment d'abord lentement et de façon élastique, en emmagasinant de l'énergie. Quand le seuil de rupture est atteint, la roche casse : une faille se forme (ou rejoue) et l'énergie élastique est libérée brutalement sous forme d'ondes sismiques (théorie du rebond élastique). Une faille est une fracture avec déplacement relatif des deux compartiments. Trois types : la faille normale (un bloc s'affaisse, écartement, régime d'extension), la faille inverse (un bloc chevauche l'autre, rapprochement, régime de compression) et la faille de décrochement (déplacement horizontal, parallèle à la surface).
Le foyer (ou hypocentre) est le point en profondeur où se produit la rupture et d'où partent les ondes, selon un front d'ondes sphérique dont l'énergie décroît avec la distance. L'épicentre est le point de la surface situé à la verticale du foyer : c'est là que le séisme est le plus fort. Selon la profondeur du foyer, on parle de séisme superficiel (≤ 100 km, de loin les plus fréquents et les plus destructeurs), intermédiaire (100 à 300 km) ou profond (300 à 700 km, uniquement dans les zones de subduction).
3. Étude macrosismique : intensité et cartes d'isoséistes
L'intensité traduit le degré de violence d'un séisme en un lieu donné, évalué d'après les effets observés (réveil des dormeurs, chute d'objets, fissures, effondrements). Elle est notée en chiffres romains de I à XII sur les échelles de Mercalli (1902, modifiée en 1956), MSK (1964) et EMS 98 (échelle macrosismique européenne). Les courbes d'égale intensité sont les isoséistes ; leur carte délimite les zones de même degré, et le centre de la zone d'intensité maximale est l'épicentre macrosismique. Ces cartes servent à repérer les zones dangereuses pour la construction, à révéler des failles cachées (isoséistes en ellipses allongées selon la faille) et à estimer la profondeur du foyer : plus les isoséistes sont espacées, plus le foyer est profond.
4. Étude instrumentale : sismomètres, sismogramme et ondes sismiques
Un sismomètre repose sur un pendule lourd, à forte inertie, suspendu à un bâti solidaire du sol : quand le sol bouge, le bâti suit immédiatement, la masse avec retard, et le mouvement relatif est enregistré. Le tracé obtenu est le sismogramme ; sa forme dépend de l'énergie libérée au foyer, de la distance foyer–station, de la nature du milieu traversé et du type d'appareil. On y distingue trois trains d'ondes successifs. Les ondes P (premières, ou primaires) sont des ondes de compression-dilatation longitudinales : les plus rapides, elles traversent les solides, les liquides et les gaz. Les ondes S (secondes, ou de cisaillement) sont transversales, plus lentes, et ne se propagent pas dans les liquides. Les ondes L (ondes de surface, de Love et de Rayleigh) sont les plus lentes mais les plus amples et les plus destructrices.
Dans la croûte, les ondes P se propagent à environ 6 km/s et les ondes S à environ 3,5 km/s ; la vitesse augmente avec la rigidité et la densité du milieu. La localisation de l'épicentre repose sur le retard des S sur les P : la différence TS − TP croît avec la distance épicentrale, lue sur des courbes hodochrones. Chaque station donne un rayon ; l'intersection des trois cercles tracés autour de trois stations fixe l'épicentre.
5. Magnitude et énergie libérée
La magnitude, créée par Richter en 1935, mesure l'énergie libérée au foyer, indépendamment du lieu d'observation. Elle est définie comme le logarithme décimal de l'amplitude maximale (en micromètres) enregistrée sur un sismographe standard à 100 km de l'épicentre, avec des corrections pour la distance, la profondeur et le type d'appareil : M = log A + corrections. En pratique, on la lit sur un abaque à partir de l'amplitude maximale et de la distance épicentrale (déduite de TS − TP). L'énergie suit la relation de Gutenberg et Richter, log E = 4,8 + 1,5 M (E en joules) : un degré de magnitude de plus correspond à une énergie environ 30 fois plus grande, deux degrés à environ 1 000 fois. L'échelle est ouverte ; les plus grands séismes connus atteignent 9 à 9,5 (Chili 1960).
L'intensité décrit les effets ressentis en un lieu et varie d'un point à l'autre (I à XII) ; la magnitude quantifie l'énergie libérée au foyer et est unique pour un séisme donné.
6. Répartition géographique des séismes
Les séismes ne sont pas répartis au hasard : ils se concentrent en ceintures étroites qui dessinent les limites des plaques. La ceinture circum-pacifique (« ceinture de feu ») libère la majeure partie de l'énergie sismique mondiale ; la ceinture alpine-himalayenne, de Gibraltar à l'Indonésie, concerne directement le Maroc (Rif, Al Hoceima) ; les dorsales océaniques ne connaissent que des séismes superficiels et modérés. Les séismes profonds sont l'exclusivité des zones de subduction.
| Onde | Nature du mouvement | Vitesse | Milieux traversés |
|---|---|---|---|
| P (primaire) | Compression-dilatation, longitudinale | La plus rapide (≈ 6 km/s dans la croûte) | Solides, liquides et gaz |
| S (secondaire) | Cisaillement, transversale | Plus lente (≈ 3,5 km/s dans la croûte) | Solides uniquement |
| L (Love, Rayleigh) | Ondes de surface, amples | Les plus lentes | Surface du globe, les plus destructrices |
Les trois types d'ondes sismiques
- Séisme = libération brutale d'énergie élastique par rupture d'une faille ; foyer en profondeur, épicentre à sa verticale.
- Failles normale (extension), inverse (compression) et de décrochement (horizontal).
- Intensité (effets, I à XII, Mercalli/MSK/EMS 98) ≠ magnitude (énergie, Richter, logarithmique).
- Ondes P : rapides, tous milieux ; ondes S : plus lentes, pas dans les liquides ; ondes L : surface, destructrices.
- T_S − T_P donne la distance épicentrale ; trois stations localisent l'épicentre ; log E = 4,8 + 1,5 M.
Deux exercices reviennent sans cesse : lire un sismogramme (identifier P, S, L et calculer la distance épicentrale à partir de TS − TP) et localiser l'épicentre par la méthode des trois cercles. En question de cours, on te demandera la différence intensité/magnitude et les trois types de failles avec schéma. Piège : un séisme a une seule magnitude mais autant d'intensités que de lieux d'observation.