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De nos jours, un tremblement de terre se produit et on en parle tout de suite, y compris de sa magnitude. Les magnitudes instantanées des tremblements de terre semblent aussi routinières que les rapports de température, mais elles sont le fruit de générations de travail scientifique.
Pourquoi les tremblements de terre sont difficiles à mesurer
Les tremblements de terre sont très difficiles à mesurer sur une échelle de taille standard. Le problème est comparable à celui de trouver un chiffre pour la qualité d’un lanceur de base-ball. Vous pouvez commencer par le nombre de victoires et de défaites du lanceur, mais il y a d’autres éléments à prendre en compte : la moyenne des gains, les retraits et les marches, la longévité de la carrière, etc. Les statisticiens du base-ball bricolent des indices qui pondèrent ces facteurs (pour en savoir plus, consultez le guide À propos du base-ball).
Les tremblements de terre sont facilement aussi compliqués que les pichets. Ils sont rapides ou lents. Certains sont doux, d’autres sont violents. Ils sont même droitiers ou gauchers. Ils sont orientés de différentes manières : horizontaux, verticaux ou entre les deux (voir Faits et chiffres). Elles se produisent dans des contextes géologiques différents, au plus profond des continents ou dans l’océan. Pourtant, nous voulons un seul chiffre significatif pour classer les tremblements de terre du monde. L’objectif a toujours été de déterminer la quantité totale d’énergie libérée par un tremblement de terre, car cela nous renseigne sur la dynamique de l’intérieur de la Terre.
La première échelle de Richter
Le sismologue pionnier Charles Richter a commencé dans les années 1930 en simplifiant tout ce à quoi il pouvait penser. Il a choisi un instrument standard, un sismographe Wood-Anderson, n’a utilisé que les tremblements de terre proches en Californie du Sud, et n’a pris qu’une seule donnée : la distance A en millimètres que l’aiguille du sismographe a déplacée. Il a élaboré un facteur d’ajustement simple B pour tenir compte des séismes proches et lointains, et c’était la première échelle de Richter de magnitude locale ML :
ML = log A + B
Une version graphique de son échelle est reproduite sur le site des archives de Caltech.
Vous remarquerez que le ML mesure réellement la taille des ondes sismiques, et non l’énergie totale d’un tremblement de terre, mais c’était un début. Cette échelle a assez bien fonctionné jusqu’à présent, c’est-à-dire pour les petits tremblements de terre et les tremblements de terre modérés dans le sud de la Californie. Au cours des 20 années suivantes, Richter et de nombreux autres travailleurs ont étendu l’échelle à de nouveaux sismomètres, à différentes régions et à différents types d’ondes sismiques.
Plus tard « Richter Scales ».
Très vite, l’échelle originale de Richter a été abandonnée, mais le public et la presse utilisent toujours l’expression « ampleur de Richter ». Les sismologues y pensaient autrefois, mais plus maintenant.
Aujourd’hui, les événements sismiques peuvent être mesurés sur la base des ondes du corps ou des ondes de surface (ces dernières sont expliquées dans le livre Les tremblements de terre en bref). Les formules diffèrent, mais elles donnent les mêmes chiffres pour les séismes modérés.
Ampleur des ondes corporelles est
mb = log(A/T) + Q(D,h)
où A est le mouvement du sol (en microns), T est la période de l’onde (en secondes), et Q(D,h) est un facteur de correction qui dépend de la distance à l’épicentre du séisme D (en degrés) et de la profondeur focale h (en kilomètres).
Ampleur des ondes de surface est
Ms = log(A/T) + 1,66 logD + 3,30
mb utilise des ondes sismiques relativement courtes, d’une durée d’une seconde, de sorte que toutes les sources sismiques supérieures à quelques longueurs d’onde se ressemblent. Cela correspond à une magnitude d’environ 6,5. Ms utilise des ondes de 20 secondes et peut traiter des sources plus importantes, mais il sature lui aussi autour d’une magnitude de 8. C’est normal dans la plupart des cas, car la magnitude 8 ou les grands événements ne se produisent qu’une fois par an en moyenne pour l’ensemble de la planète. Mais dans leurs limites, ces deux échelles constituent une mesure fiable de l’énergie réelle libérée par les tremblements de terre.
Le plus grand tremblement de terre dont nous connaissons l’ampleur a eu lieu en 1960, dans le Pacifique, au large du centre du Chili, le 22 mai. À l’époque, on disait qu’il avait une magnitude de 8,5, mais aujourd’hui on dit qu’il était de 9,5. Entre-temps, Tom Hanks et Hiroo Kanamori ont mis au point une meilleure échelle de magnitude en 1979.
Ce magnitude du momentLa valeur de l’énergie sismique, Mw, n’est pas du tout basée sur les lectures des sismomètres mais sur l’énergie totale libérée lors d’un tremblement de terre, le moment sismique Mo (en dyne-centimètres) :
Mw = 2/3 log(Mo) – 10,7
Cette échelle n’est donc pas saturée. La magnitude du moment peut correspondre à tout ce que la Terre peut nous lancer. La formule de Mw est telle qu’en dessous de la magnitude 8, elle correspond à Ms et en dessous de la magnitude 6 à mb, ce qui est assez proche de l’ancien ML de Richter. Donc continuez à l’appeler l’échelle de Richter si vous voulez, c’est l’échelle que Richter aurait faite s’il avait pu.
Henry Spall, de l’U.S. Geological Survey, a interrogé Charles Richter en 1980 sur « son » échelle. Sa lecture est très vivante.
PS : Les tremblements de terre sur Terre ne peuvent tout simplement pas dépasser une magnitude de 9,5 Mw. La taille d’un tremblement de terre dépend donc strictement de la quantité de roche – combien de kilomètres de longueur de faille – qui peut se rompre en même temps. La tranchée du Chili, où le tremblement de terre de 1960 s’est produit, est la plus longue faille droite du monde. La seule façon d’obtenir plus d’énergie est de provoquer des glissements de terrain géants ou des impacts d’astéroïdes.
