Comment se forment les tremblements de terre et comment leur magnitude est mesurée

Les tremblements de terre sont un sujet de recherche courant dans le monde entier, et l'intérêt augmente chaque fois qu'une secousse notable fait la une des journaux. Deux questions reviennent régulièrement : qu'est-ce qui provoque physiquement le tremblement du sol, et que signifie réellement le chiffre de magnitude rapporté ensuite. Ces deux réponses proviennent de décennies de sismologie documentées par des agences comme le Service géologique des États-Unis (USGS) et des consortiums de recherche comme IRIS, les Institutions de recherche incorporées pour la sismologie.

Qu'est-ce qui cause un tremblement de terre

Selon l'USGS, un tremblement de terre est causé par un glissement soudain le long d'une faille. La croûte terrestre est divisée en grandes plaques tectoniques qui se déplacent constamment, bien que lentement. Là où les plaques se rencontrent, le frottement fait que leurs bords se collent ensemble même pendant que les plaques continuent à se pousser. L'USGS cite les plaques du Pacifique et de l'Amérique du Nord en Californie comme exemple : elles glissent l'une contre l'autre à environ deux pouces par an le long de la faille de San Andreas, une limite qui s'étend sur plus de 650 milles de long et plus de 10 milles de profondeur.

Tant que les bords d'une faille restent collés, les plaques continuent à se déplacer, ce qui plie et soumet à des contraintes la roche des deux côtés. Cette énergie accumulée s'accumule jusqu'à ce qu'elle dépasse finalement le frottement qui maintient la faille ensemble. Lorsque la faille « se décolle », la roche collée revient à une position moins tendue dans un glissement soudain, et l'énergie qui avait été stockée se propage sous forme d'ondes sismiques, décrites par l'USGS comme se propageant « comme des ondulations à la surface d'un étang ».

Toutes les failles ne se comportent pas de la même manière au fil du temps. L'USGS note que dans certaines zones, les failles se déplacent en rampant presque continuellement, libérant de petites quantités de tension lors de petits chocs fréquents. Lorsque le fluage n'est pas constant, la tension peut s'accumuler pendant des décennies ou des siècles avant d'être libérée tout d'un coup, produisant un tremblement de terre plus important.

Foyer, épicentre et ondes sismiques

Le point sous la surface où un tremblement de terre commence est appelé hypocentre, ou foyer ; le point à la surface directement au-dessus est l'épicentre, selon l'USGS. À partir de l'hypocentre, deux types principaux d'ondes se propagent vers l'extérieur : les ondes P, qui compriment et étirent la roche dans la direction du déplacement et arrivent en premier aux stations de surveillance, et les ondes S, qui déplacent le sol d'un côté à l'autre et arrivent après les ondes P. L'USGS explique que l'écart de temps entre l'arrivée de ces deux types d'ondes dans différentes stations sismographiques permet aux scientifiques de calculer la distance à laquelle un tremblement de terre s'est produit.

Comment la magnitude est mesurée aujourd'hui

La magnitude décrit la taille du tremblement de terre à sa source ; un tremblement de terre a une valeur de magnitude unique, selon l'USGS. C'est différent de l'intensité, qui mesure la sévérité des secousses à un lieu spécifique et peut varier considérablement selon la distance de l'épicentre, la profondeur et les conditions géologiques locales — IRIS compare la magnitude à la puissance d'une ampoule et l'intensité à la luminosité ressentie à différentes distances de cette ampoule.

L'échelle la plus familière au public, l'échelle de Richter, a été développée par le sismologue Charles F. Richter en 1934, selon la Université technologique du Michigan. Elle calculait la magnitude à partir de l'amplitude de la plus grande onde enregistrée sur un type spécifique de sismomètre, ajustée en fonction de la distance du tremblement de terre. L'USGS affirme que cette approche ne mesure pas avec précision les tremblements de terre très importants : certains événements sont sous-estimés, d'autres surestimés.

Les sismologues utilisent maintenant principalement l'échelle de magnitude de moment (Mw), que l'USGS et Michigan Tech décrivent comme préférée car elle fonctionne avec précision sur toute la gamme des magnitudes de tremblement de terre et est applicable mondialement. La magnitude de moment est dérivée d'une quantité physique appelée moment sismique, calculée comme la rigidité de la roche multipliée par la surface de la faille qui a glissé multipliée par la distance que la faille a déplacée. Cette valeur de moment, estimée à partir des données de sismogrammes et des mesures géologiques, est ensuite convertie en chiffre de magnitude publié.

Pourquoi chaque nombre entier compte tant

Les échelles de magnitude sont logarithmiques. L'USGS et Michigan Tech affirment tous deux que chaque augmentation d'un nombre entier correspond à une multiplication par dix de l'amplitude du mouvement du sol enregistrée par les instruments sismiques, et à environ une multiplication par 32 de l'énergie libérée. Michigan Tech donne des comparaisons énergétiques illustratives : un tremblement de terre de magnitude 1 libère une énergie à peu près équivalente à 6 onces de TNT, tandis qu'un tremblement de terre de magnitude 8 libère une énergie équivalente à environ 6 millions de tonnes de TNT.

Magnitude par rapport à l'intensité

Parce que la magnitude est un seul nombre décrivant l'énergie libérée à la source, elle ne décrit pas par elle-même avec quelle force une ville ou un bâtiment particulier s'est secoué. La sévérité des secousses dans des lieux spécifiques est plutôt décrite en utilisant des échelles d'intensité telles que l'Échelle d'intensité modifiée de Mercalli, que l'USGS dit être exprimée en chiffres romains et dépend de facteurs incluant la distance de l'épicentre, la profondeur du tremblement de terre et la géologie locale.