Un séisme est la manifestation la plus brutale de l'activité interne de la Terre et, en même temps, l'outil qui a permis d'en explorer les profondeurs. Ce chapitre explique l'origine mécanique des tremblements de terre, les ondes qu'ils engendrent, la manière de les mesurer et de les localiser, et leur répartition à la surface du globe, Maroc compris. Les notions de magnitude et d'intensité, souvent confondues, sont un classique des examens.
1. Origine des séismes : la rupture d'une faille
Un séisme (ou tremblement de terre) est un déplacement brusque de deux blocs rocheux le long d'une faille, qui engendre des vibrations se propageant dans le sol. Le mécanisme est celui du rebond élastique (Reid, 1910) : soumises aux contraintes engendrées par le mouvement des plaques, les roches de la lithosphère se déforment d'abord de façon élastique et accumulent de l'énergie ; lorsque leur limite de résistance est atteinte, la rupture se produit et l'énergie accumulée est libérée en un instant. Le point de départ de la rupture, en profondeur, est le foyer (ou hypocentre) ; sa projection verticale à la surface est l'épicentre, où les dégâts sont généralement maximaux. Une faille est ainsi un plan de faiblesse de la lithosphère qui peut rejouer à chaque nouvelle accumulation de contraintes ; le séisme principal est suivi de répliques.
Selon la profondeur du foyer, on distingue les séismes superficiels (0 à 70 km, les plus nombreux et les plus destructeurs), intermédiaires (70 à 300 km) et profonds (300 à 700 km), ces derniers n'existant que dans les zones de subduction. Outre les séismes tectoniques, largement majoritaires, il existe des séismes volcaniques (montée du magma) et des séismes d'effondrement (cavités), de faible énergie.
2. Les ondes sismiques
L'énergie libérée au foyer se propage sous forme d'ondes. Les ondes de volume traversent le globe : les ondes P (primaires, longitudinales, de compression-dilatation) sont les plus rapides, environ 6 km/s dans la croûte, et se propagent dans les solides et les liquides ; les ondes S (secondaires, transversales, de cisaillement) sont plus lentes, environ 3,5 km/s, et ne traversent pas les liquides. Les ondes de surface, générées à l'arrivée des ondes de volume en surface, sont les plus lentes mais les plus destructrices : ondes de Love (vibration horizontale) et ondes de Rayleigh (mouvement elliptique, semblable à la houle). Un sismographe enregistre ces arrivées successives sur un sismogramme : P d'abord, puis S, puis les ondes de surface de grande amplitude.
3. Localiser un séisme
Plus une station est éloignée du foyer, plus l'écart de temps entre l'arrivée des ondes P et celle des ondes S est grand, puisque les deux ondes ont des vitesses différentes. Ce décalage, lu sur le sismogramme, donne la distance station-épicentre grâce à une courbe de référence (hodochrone). Avec les distances mesurées par trois stations au moins, on trace trois cercles dont l'intersection localise l'épicentre : c'est la méthode de triangulation. La profondeur du foyer s'obtient à partir des mêmes données et de réseaux plus denses.
4. Mesurer un séisme : magnitude et intensité
La magnitude mesure l'énergie libérée au foyer ; elle est unique pour un séisme donné. L'échelle de Richter (1935), calculée à partir de l'amplitude des ondes sur le sismogramme, est logarithmique : un degré de plus correspond à une amplitude 10 fois plus grande et à une énergie environ 30 fois supérieure. Elle est aujourd'hui remplacée pour les grands séismes par la magnitude de moment (Mw), fondée sur la surface de la faille et le déplacement. Le séisme le plus puissant enregistré (Chili, 1960) a atteint Mw 9,5. L'intensité décrit au contraire les effets observés en un lieu (dégâts, ressenti) ; elle est notée en chiffres romains de I à XII sur l'échelle de Mercalli (ou MSK et EMS-98 en Europe) et varie d'un point à l'autre : maximale à l'épicentre, elle décroît avec la distance. Les courbes d'égale intensité sont les isoséistes.
5. Répartition des séismes et sismicité du Maroc
La carte mondiale des séismes coïncide avec les limites de plaques. La ceinture circumpacifique (ceinture de feu) concentre environ 80 % de l'énergie sismique, avec des séismes superficiels à profonds liés aux subductions. La ceinture alpine-himalayenne (ou méditerranéenne-asiatique), de Gibraltar à l'Indonésie, correspond à la collision Afrique-Arabie-Inde contre l'Eurasie. Les dorsales et les failles transformantes produisent des séismes superficiels et modérés. Les séismes de subduction sous-marins peuvent engendrer des tsunamis. Le Maroc, sur la bordure nord de la plaque africaine, présente une sismicité modérée mais réelle : Agadir (29 février 1960, magnitude environ 5,7, plus de 12 000 victimes du fait de la faible profondeur et de la vulnérabilité des constructions), Al Hoceima (2004, Mw 6,3), et le séisme d'Al Haouz dans le Haut Atlas (8 septembre 2023, Mw 6,8), le plus puissant jamais enregistré dans le pays.
Le foyer (hypocentre) est le point de la faille où débute la rupture, en profondeur ; l'épicentre est le point de la surface situé à la verticale du foyer.
Surface inclinée définie par les foyers des séismes d'une zone de subduction, de plus en plus profonds (jusqu'à 700 km) à mesure que l'on s'éloigne de la fosse ; elle matérialise la plaque plongeante.
| Magnitude | Intensité | |
|---|---|---|
| Ce qui est mesuré | Énergie libérée au foyer | Effets observés en un lieu |
| Échelle | Richter, Mw (ouverte, logarithmique) | Mercalli, MSK (I à XII) |
| Valeur pour un séisme | Une seule | Variable selon le lieu |
| Détermination | Sismogramme | Observation des dégâts, témoignages |
Magnitude vs intensité
- Séisme = rupture brutale le long d'une faille après accumulation élastique de contraintes (rebond élastique) ; foyer en profondeur, épicentre en surface.
- Ondes P (rapides, tous milieux), S (plus lentes, solides seulement), puis ondes de surface L et R, les plus destructrices.
- L'écart d'arrivée P-S donne la distance ; trois stations suffisent pour localiser l'épicentre.
- Magnitude = énergie (une seule valeur, échelle logarithmique) ; intensité = effets (I à XII, variable selon le lieu).
- Les séismes se concentrent aux limites de plaques : ceinture circumpacifique, ceinture alpine-himalayenne, dorsales ; au Maroc : Agadir 1960, Al Hoceima 2004, Al Haouz 2023.
Trois questions reviennent sans cesse : la différence magnitude/intensité (réponds avec le tableau), la lecture d'un sismogramme (identifier P, S et calculer une distance à partir de l'écart P-S) et l'explication de la répartition des séismes par la tectonique des plaques. Piège : « le séisme a eu une magnitude différente selon les villes » est faux, c'est l'intensité qui varie. Cite un séisme marocain avec sa date pour illustrer.