Les Réseaux de surveillance sismique dans les Pyrénées

Qu'est ce que c'est?↑

La localisation d'un séisme est l'action qui consiste à identifier l'endroit, mais également l'instant précis où il s'est produit. La terminologie utilisée est la suivante :

• l'hypocentre, ou foyer, est le point précis où a débuté le phénomène de rupture ; il est décrit au moyen de trois coordonnées hypocentrales : latitude, longitude et profondeur.
• l'épicentre est la projection à la surface de la Terre de l'hypocentre. En d'autre termes, le foyer d'un séisme est situé à z kilomètres de profondeur à l'aplomb de l'épicentre.
• l'heure (ou temps) origine est l'heure exacte de début du processus de rupture. On la donne généralement en temps universel (TU), qui correspond à l'heure d'hiver moins une heure ou l'heure d'été moins deux heures en France métropolitaine et dans la plus grande partie de l'Europe occidentale.

Principe↑

Le principe de base de la localisation des séismes est celui de la triangulation : c'est en regroupant et en comparant les informations fournies par les enregistrements de plusieurs stations que l'on parvient à localiser avec précision un tremblement de terre.

Les données utilisées sont principalement les temps d'arrivée aux stations des ondes élastiques émises dans toutes les directions lors du séisme. Si l'on connaît les vitesses de propagation de ces ondes à travers la Terre, on peut calculer la longueur du trajet qu'elles ont parcouru, et donc la distance entre le foyer du séisme et une station.

On devine donc que deux paramètres joueront un rôle crucial lors de la localisation d'un séisme :

• la connaissance la plus exacte possible du temps d'arrivée des ondes, qui repose d'une part sur l'emploi d'horloges très précises dans les stations, d'autre part sur la précision du pointé des ondes par l'opérateur sur les enregistrements ;
• la connaissance de la structure interne de la Terre, en particulier la répartition des vitesses de propagation. On utilise en général des modèles de Terre qui décrivent cette répartition en fonction de la profondeur.

Une méthode simple : la méthode des cercles↑

Les techniques modernes de localisation font la part belle au calcul numérique sur ordinateur. Il existe néanmoins plusieurs méthodes simples qui permettent d'obtenir facilement une localisation épicentrale approximative (sachant que le calcul de la profondeur est toujours moins aisé). En particulier, la méthode des cercles permet de localiser très rapidement l'épicentre d'un séisme proche grâce aux enregistrements de ses ondes P et S en trois stations.

Si l'on connaît la différence Ts - Tp des temps d'arrivée des ondes P et S en une station, on peut en déduire la distance d entre le foyer et la station :

Ts - Tp = d/Vs - d/Vp = d/Vp x (Vp/Vs - 1) où Vp et Vs sont les vitesses de propagation des ondes P et S. Les ondes P se propagent dans la croûte terrestre à la vitesse moyenne de 6 km/s. Le rapport moyen des vitesses des ondes P et des ondes S est de 1.75 environ. Par conséquent, Ts - Tp =d/8 , soit

Exemples (et exercices)↑

On trouvera ci-après plusieurs exemples de localisation de séismes par la méthode des cercles. Dans chacun des cas, les sismogrammes sont fournis (données des stations trois composantes du RSSP). Il faut donc :

1. estimer Ts - Tp sur le sismogramme et en déduire d ; les ondes P se pointent plutôt sur la composante verticale (Z), les ondes S sur l'une des composantes horizontales;
2. sur une carte topographique ou routière (choisir une échelle adaptée : entre 1 :50000 et 1 :250000), reporter les emplacements des stations (dont on trouvera les coordonnées ici), et tracer les cercles. Vous pouvez aussi utiliser les cartes mises à disposition où sont placées les stations utilisées;
3. comparer le résultat avec la solution fournie.

On constatera que dans la plupart des cas, les cercles ne se coupent pas en un point précis, mais que leur intersection définit plutôt un secteur épicentral. Ceci est dû aux nombreuses approximations faites :

• on ne tient compte ni de la profondeur du séisme ni de l'altitude des stations;
• on ne tient pas compte des erreurs de lecture de Ts et Tp;
• on ne tient pas compte des variations spatiales des vitesses Vp et Vs.