Fiches documentaires

Les failles et le cycle sismique Collège Lycée

Épicentre et hypocentre

F_et_E

Un séisme tectonique se produit le long d’une faille, mais la rupture n’affectera en général qu’une partie de cette faille.

L’hypocentre, ou foyer, est le point précis de la faille où commence la rupture. Il est le plus souvent situé en profondeur, et se décrit au moyen de trois coordonnées de l’espace : latitude, longitude et profondeur focale.

L’épicentre est la projection de l’hypocentre à la surface de la Terre. Lorsque l’on se trouve à l’épicentre d’un séisme, l’hypocentre se trouve quelque part à la verticale sous nos pieds. On n’a besoin que de deux coordonnées horizontales, latitude et longitude, pour décrire un épicentre.

L’immense majorité des séismes est d’origine tectonique, c’est-à-dire se produit le long de failles. Une faille peut être décrite comme un objet à deux dimensions, une fracture quasi-plane dans la roche, le long de laquelle il s’est déjà produit un déplacement par le passé, et qui constitue de ce fait une zone de faiblesse. Les failles actives obéissent aux principes de base du phénomène de charge/décharge appelé cycle sismique, décrit dans l’encadré ci-dessous.

Le cycle sismique et le modèle du rebond élastique

rebond

Les mouvements de plaques à grande échelle engendrent localement des accumulations de contraintes accompagnées de déformations concentrées au voisinage immédiat des failles. Lorsque le seuil de résistance des roches est atteint, un glissement brutal se produit le long du plan de faille ; en quelques secondes, la rupture se propage, puis s’arrête : c’est le séisme, épisode quasi-instantané, qui permet de relâcher les contraintes. Le cycle peut ensuite recommencer.

L’animation ci-dessus représente ce cycle dans le cas le plus simple : celui d’une faille purement décrochante (coulissage pur le long d’un plan de faille vertical). Imaginons une haie traversant perpendiculairement cette faille. Durant la phase d’accumulation des contraintes, cette haie sera déformée et verra donc son bel alignement perturbé. Le séisme rétablira deux alignement décalés, et il faudra probablement replanter un ou deux arbres…

Ce modèle, dit du rebond élastique, s’applique aux trois principales familles de failles tectoniques, qui sont les failles inverses, les failles normales, et les failles décrochantes. La distinction entre ces trois objets tectoniques se fait suivant le mouvement relatif des deux compartiments de part et d’autre de la faille :

  • dans une faille inverse, ou faille en compression, le bloc supérieur monte le long du plan de faille.
  • dans une faille normale, ou faille en extension, le bloc supérieur descend le long de la rampe du plan de faille.
  • une faille décrochante est caractérisée par un coulissage horizontal des deux blocs en regard.

Naturellement, l’immense majorité des failles observées dans la nature ne relève pas de l’un de ces trois cas élémentaires, mais plutôt d’une combinaison de deux d’entre eux.

Trois familles de failles

Failles inverses Failles normales Failles décrochantes

inverse

On observe à la fois un mouvement horizontal de rapprochement, et un mouvement vertical relatif des deux blocs. Ce genre de faille est caractéristique des contextes tectoniques de subduction (enfoncement sous une autre plaque d’une plaque océanique) et de collision continentale, lorsque deux plaques s’affrontent.

normales

Les deux blocs s’éloignent l’un de l’autre. On trouve des failles normales en régime tectonique extensif, comme par exemple le long des dorsales océaniques, là où les plaques s’écartent sous la pression du matériau en provenance du manteau. On en trouve aussi en domaine continental, en particulier dans les plaines d’effondrement et les rifts continentaux.

décrochante

Le plan de faille est vertical ou quasi-vertical. On observera des failles décrochantes par exemple à la frontière entre deux plaques qui se déplacent en coulissant l’une par rapport à l’autre, sans rapprochement ni éloignement. C’est le cas de la célèbre faille de SanAndreas, en Californie

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