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EARTH EXPLAINED · GUIDE DE LA LEÇON

Le séisme de la Série mondiale

Loma Prieta, 1989 : pourquoi les pires dégâts se sont produits à 60 milles de la faille

Vidéo 9:00Niveau De la 6e à la 12e année · Cours universitaire d'initiation à la géologieNormes MS-ESS2-2, MS-ESS3-2, HS-ESS2-1, HS-ESS3-1, HS-PS4-1, HS-ETS1-3
Langue Français

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Pourquoi un séisme centré dans les montagnes près de Santa Cruz a-t-il causé ses dégâts les plus meurtriers à environ 60 milles de là, à San Francisco et à Oakland ?

À 5:04 de l'après-midi, le 17 octobre 1989, quelques minutes avant le match 3 de la Série mondiale, un séisme de magnitude 6,9 a rompu un tronçon enfoui du système de failles de San Andreas sous les monts Santa Cruz. Cette leçon s'en sert pour expliquer comment une frontière de plaques qui coulissent l'une contre l'autre accumule de la contrainte et la libère brusquement (la théorie du rebond élastique, née du séisme de 1906), comment une prévision de 1988 avait désigné le segment qui a rompu, et pourquoi les pires dégâts se sont produits loin de la faille, là où la boue molle et les remblais artificiels ont amplifié les secousses et rendu le sol meuble presque liquide. Elle se termine par ce que la région a changé ensuite, du renforcement des autoroutes aux alertes sismiques sur les téléphones, et par l'estimation de l'USGS : une probabilité de 72 % d'au moins un séisme de magnitude 6,7 ou plus dans la région de la baie de San Francisco entre 2014 et 2043.

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Objectifs d'apprentissage À la fin de cette leçon, les élèves sauront :

  1. Décrire le système de failles de San Andreas comme une frontière où la plaque pacifique glisse vers le nord-ouest le long de la plaque nord-américaine, et nommer les principales failles de la région de la baie.
  2. Expliquer la théorie du rebond élastique en s'appuyant sur les décalages du sol mesurés après le séisme de 1906.
  3. Distinguer une prévision sismique (une probabilité sur une période donnée) d'une prédiction (une date, un lieu et une taille), et interpréter correctement les prévisions de 1988 et de 2014 pour la région de la baie.
  4. Expliquer comment les sols meubles et les remblais artificiels amplifient les ondes sismiques et comment la liquéfaction endommage les bâtiments, puis utiliser ces idées pour expliquer pourquoi les dégâts se sont concentrés dans le Marina District et le long des rives de la baie.
  5. Décrire les défaillances du viaduc de Cypress Street et du Bay Bridge, et évaluer les réponses techniques qui ont suivi : le renforcement des ouvrages anciens et le remplacement de la travée est du Bay Bridge.
  6. Expliquer le fonctionnement de l'alerte sismique précoce, pourquoi elle peut donner à certains endroits des dizaines de secondes d'avance, et pourquoi les endroits les plus proches de la faille peuvent n'en recevoir aucune.
  7. Évaluer le danger actuel que représente la faille de Hayward et expliquer pourquoi il est judicieux de pratiquer « Drop, Cover and Hold On » (se baisser, s'abriter, s'agripper) dans une région où la probabilité d'un fort séisme en 30 ans est de 72 %.

Avant de regarder

Vocabulaire clé ★ termes d'approfondissement pour les élèves plus âgés

Faille
Une cassure de la croûte terrestre où les roches de part et d'autre se déplacent l'une par rapport à l'autre. Le mouvement sur une faille peut être lent et régulier, ou soudain, lors d'un séisme.
Plaque tectonique
L'un des grands morceaux rigides de l'enveloppe externe de la Terre. En Californie, la plaque pacifique se déplace vers le nord-ouest le long de la plaque nord-américaine à environ 2 pouces (5 cm) par an.
Système de failles de San Andreas
L'ensemble des failles qui absorbe l'essentiel du mouvement entre les plaques pacifique et nord-américaine en Californie. Autour de la baie de San Francisco, il comprend les failles de San Andreas, de Hayward et de Calaveras.
Limite transformante★
Une frontière de plaques où deux plaques coulissent latéralement l'une contre l'autre, sans que de la plaque soit créée ni détruite. Le système de failles de San Andreas en est l'exemple le plus connu sur la terre ferme.
Rebond élastique
L'explication des séismes proposée par H. F. Reid en 1910 : de part et d'autre d'une faille bloquée, la roche se déforme lentement à mesure que les plaques se déplacent, en accumulant de la contrainte, jusqu'à ce que la faille glisse et que la roche reprenne brusquement sa place. C'est toujours le modèle de base du cycle sismique.
Magnitude
Une mesure de la taille d'un séisme. Chaque degré entier de l'échelle de magnitude de moment correspond à environ 32 fois plus d'énergie libérée.
Hypocentre et épicentre★
L'hypocentre (foyer) est le point souterrain où la rupture commence ; l'épicentre est le point de la surface situé juste au-dessus. L'hypocentre de Loma Prieta se trouvait à environ 11 milles (17 km) de profondeur.
Prévision sismique
Un énoncé de la probabilité qu'un séisme d'une taille donnée se produise dans une zone donnée en un temps donné, comme « 30 % en 30 ans ». Ce n'est pas la prédiction d'une date.
Remblai artificiel
Terrain créé par l'homme en déversant ou en pompant du sable, de la terre et des débris dans l'eau ou sur des terrains bas. Une grande partie du littoral de la baie de San Francisco, dont le Marina District, est construite sur des remblais.
Liquéfaction
La perte de résistance d'un sable meuble et saturé d'eau pendant les secousses, qui se comporte alors comme un liquide. Les bâtiments qui reposent dessus s'enfoncent ou basculent, et du sable et de l'eau jaillissent en formant des volcans de sable.
Amplification de site
Le renforcement des secousses là où les ondes sismiques passent d'une roche rigide à un sol meuble : les ondes ralentissent et leur amplitude augmente. En 1989, les sols meubles autour de la baie ont tremblé deux à quatre fois plus fort que la roche voisine.
Fluage d'une faille
Glissement lent et régulier sur une faille, sans séismes. Certaines parties de la faille de Hayward fluent de quelques millimètres par an, ce qui tord les bordures de trottoir et les murs qui la traversent.
Alerte sismique précoce
Un système dans lequel des capteurs proches d'un séisme détectent les premières ondes sismiques, plus rapides, et envoient une alerte qui peut arriver quelques secondes avant les secousses les plus fortes. Le système de la Californie repose sur le réseau ShakeAlert de l'USGS.
Ondes P et ondes S★
Les deux types d'ondes sismiques qui traversent l'intérieur de la Terre. Les ondes P (primaires) sont plus rapides et généralement plus faibles ; les ondes S (secondaires) arrivent plus tard et causent une grande partie des dégâts.
Maçonnerie non armée★
Constructions anciennes en brique ou en pierre sans armature d'acier. Ces bâtiments, comme ceux du Pacific Garden Mall de Santa Cruz, sont parmi les plus susceptibles de s'effondrer lors de fortes secousses.
Renforcement parasismique
Le fait de consolider un ouvrage existant pour qu'il résiste aux séismes, par exemple en enveloppant des colonnes de béton dans des chemises d'acier et en reliant entre elles les travées des ponts.

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0:005:04 de l'après-midi

17 octobre 1989 : plus de 60 000 supporters sont au Candlestick Park pour le match 3 de la Série mondiale entre les Giants de San Francisco et les A's d'Oakland lorsque, à 5:04 de l'après-midi, le stade se met à trembler et la retransmission en direct laisse place à des parasites.

0:39La faille d'à côté

La Californie se trouve sur la frontière où la plaque pacifique glisse vers le nord-ouest le long de la plaque nord-américaine à environ 2 pouces (5 cm) par an, surtout le long du système de failles de San Andreas, qui se divise autour de la baie en failles de San Andreas, de Hayward et de Calaveras. Sur la plus grande partie de leur longueur, les failles restent bloquées pendant des décennies ou des siècles, puis libèrent d'un seul coup la contrainte accumulée.

1:201906

Le séisme de magnitude 7,9 du 18 avril 1906 a rompu environ 296 milles (477 km) de la faille de San Andreas ; un incendie a suivi, environ 28 000 bâtiments ont été détruits et plus de 3 000 personnes sont mortes. Des décalages allant jusqu'à environ 21 pieds (6,4 m) ont conduit H. F. Reid à la théorie du rebond élastique, et le rivage remblayé devenu le Marina District a préparé le terrain pour 1989.

2:38La prévision

En 1988, le Working Group on California Earthquake Probabilities (groupe de travail sur les probabilités de séismes en Californie) a attribué au segment sud des monts Santa Cruz de la faille de San Andreas une probabilité de 30 % de connaître un séisme de magnitude 6,5 à 7 dans les 30 ans. Le séisme est survenu dès l'année suivante.

3:08Quinze secondes

Une rupture de magnitude 6,9 a commencé à environ 11 milles (17 km) sous les monts Santa Cruz, près du pic Loma Prieta ; les secousses les plus fortes ont duré environ 15 secondes et la rupture n'a jamais atteint la surface. De vieux bâtiments en brique se sont effondrés à Santa Cruz, les remblais du Marina District se sont liquéfiés, une partie du tablier supérieur du Bay Bridge est tombée, et l'effondrement du viaduc de Cypress Street, une autoroute à double niveau d'Oakland, a causé la plupart des morts.

5:19Les suites

Le bilan : 63 morts, 3 757 blessés, plus de 18 000 logements endommagés, environ 12 000 personnes sans abri et environ 6 milliards de dollars de dégâts. Le stade a tenu, et la Série mondiale a repris dix jours plus tard.

5:45Ce qui a changé

San Francisco a démoli l'Embarcadero Freeway endommagée en 1991 et rouvert son front de mer ; la travée est du Bay Bridge a été remplacée par une nouvelle travée conçue pour résister à un séisme majeur (ouverte en 2013) ; des ponts et des autoroutes anciens ont été renforcés dans toute la Californie ; et pour le 30e anniversaire, en 2019, l'État a commencé à envoyer des alertes précoces sur les téléphones.

6:44Le prochain

La faille de Hayward passe juste sous les villes de l'est de la baie, flue de quelques millimètres par an et a rompu pour la dernière fois lors d'un séisme de magnitude 6,8 en 1868. L'USGS estime à 72 % la probabilité d'au moins un séisme de magnitude 6,7 ou plus dans la région de la baie entre 2014 et 2043 : c'est pourquoi des millions de personnes pratiquent « Drop, Cover and Hold On » (se baisser, s'abriter, s'agripper) chaque mois d'octobre. L'épisode se termine par trois choses à retenir.

Idées reçues courantes Pour l'enseignant

Idée reçuePlus on est proche de l'épicentre d'un séisme, plus les dégâts sont toujours importants.

Ce que montrent les donnéesLa distance compte, mais le sol aussi. En 1989, les dégâts les plus meurtriers se sont produits à Oakland et à San Francisco, à environ 60 milles de la faille, sur la boue molle de la baie et sur des remblais artificiels qui ont amplifié les secousses et, par endroits, se sont liquéfiés. Les bâtiments conçus par des ingénieurs sur un sol ferme près de l'épicentre ont en général bien résisté.

Idée reçueLes scientifiques avaient prédit le séisme de Loma Prieta.

Ce que montrent les donnéesIls l'avaient prévu sous forme de probabilité, ce qui est différent. Le Working Group de 1988 avait attribué au segment sud des monts Santa Cruz une probabilité de 30 % d'un séisme de magnitude 6,5 à 7 en 30 ans : une probabilité, pas une date. Personne ne peut encore prédire le jour d'un séisme, et la rupture de 1989 était elle-même inhabituelle, avec presque autant de glissement vers le haut et par-dessus (inverse) que de glissement latéral, sur un plan de faille fortement incliné sous les montagnes.

Idée reçueUne faille qui flue, comme la faille de Hayward, est sans danger, parce qu'elle libère sa contrainte en douceur.

Ce que montrent les donnéesLe fluage de la faille de Hayward est en grande partie limité aux quelques milles supérieurs. Au-dessous d'environ 3 milles (5 km), la faille est bloquée et accumule de la contrainte, et elle a produit un séisme de magnitude 6,8 en 1868. L'USGS attribue au système de failles de Hayward–Rodgers Creek une probabilité de 33 % d'un séisme de magnitude 6,7 ou plus entre 2014 et 2043.

Idée reçueL'alerte sismique précoce prédit les séismes avant qu'ils ne commencent.

Ce que montrent les donnéesL'alerte précoce détecte un séisme qui a déjà commencé. Des capteurs proches de la source captent les ondes P, plus rapides, et une alerte électronique devance les ondes plus lentes et destructrices. Les endroits éloignés de la source peuvent être avertis de nombreuses secondes à l'avance ; les plus proches peuvent ne recevoir aucune alerte.

Idée reçueUn séisme de magnitude 7,9 n'est qu'un peu plus fort qu'un séisme de magnitude 6,9.

Ce que montrent les donnéesChaque degré entier de l'échelle de magnitude représente environ 32 fois plus d'énergie : le séisme de 1906 a donc libéré environ 32 fois l'énergie de Loma Prieta, et il a rompu une faille sur une longueur environ dix fois plus grande.

Questions de discussion

  1. L'épicentre se trouvait dans les monts Santa Cruz, et pourtant bon nombre des défaillances les plus destructrices se sont produites à environ 60 milles de là. En vous appuyant sur l'épisode, expliquez pourquoi. Qu'est-ce que cela suggère sur la façon dont une ville devrait décider où renforcer les bâtiments en priorité ?
  2. La prévision de 1988 attribuait au segment des monts Santa Cruz une probabilité de 30 % d'un fort séisme en 30 ans, et le séisme est survenu l'année suivante. La prévision a-t-elle été un succès ? Qu'est-ce que cela aurait signifié si aucun séisme ne s'était produit avant 2018 ?
  3. Une grande partie du terrain qui a cédé dans le Marina District a été créée par l'homme, en comblant une anse. Qui devrait être chargé de connaître le terrain sur lequel une maison est construite, et d'en informer les acheteurs ? Y a-t-il dans votre propre région des endroits construits sur des remblais ?
  4. Après 1989, San Francisco a choisi de démolir l'Embarcadero Freeway plutôt que de la réparer, tandis que la travée est du Bay Bridge a été remplacée pour un coût de plusieurs milliards. Comparez ces décisions : quels critères (coût, sécurité, circulation, aspect et vie de la ville) ont selon vous compté le plus dans chaque cas ?
  5. La circulation sur le viaduc de Cypress Street était plus faible que d'habitude, car beaucoup de gens étaient rentrés tôt pour regarder la Série mondiale. Qu'est-ce que cela vous apprend sur la façon dont le moment d'un séisme influe sur son bilan ? En quoi le bilan pourrait-il être différent à 8 heures du matin un jour de semaine, ou à 3 heures du matin un dimanche ?
  6. Une alerte précoce pourrait ne vous laisser aucun délai, ou jusqu'à peut-être 20 secondes, avant les fortes secousses. Dressez la liste de ce que vous, votre école, un exploitant ferroviaire et un hôpital pourriez faire d'utile en cinq secondes, puis en vingt.

Quiz Choisissez une réponse ; la correction est automatique

1.Quelle description correspond le mieux à la frontière de plaques sous la région de la baie de San Francisco ?

2.Qu'a conclu H. F. Reid à partir des décalages du sol mesurés après le séisme de 1906 ?

3.Qu'y a-t-il sous la partie du Marina District gravement endommagée en 1989 ?

4.En 1988, qu'a dit le Working Group on California Earthquake Probabilities à propos du segment sud des monts Santa Cruz de la faille de San Andreas ?

5.Pourquoi des bâtiments du Marina District se sont-ils enfoncés et ont-ils basculé pendant le séisme de 1989 ?

6.Pourquoi certaines parties de San Francisco et d'Oakland, à environ 60 milles de l'épicentre, ont-elles tremblé plus fort que des sites plus proches situés sur de la roche ?

7.Quel ensemble de chiffres correspond au résumé de l'USGS sur le séisme de Loma Prieta ?

8.Comment un système d'alerte sismique précoce peut-il prévenir les gens avant que les fortes secousses ne les atteignent ?

9.Pourquoi de nombreux scientifiques considèrent-ils la faille de Hayward comme la plus dangereuse de la région de la baie ?

10.Que dit réellement la prévision de l'USGS pour 2014 à 2043 ?

Réponse écrite

1. En vous appuyant sur l'idée du rebond élastique, expliquez comment des plaques qui ne se déplacent que d'environ 2 pouces (5 cm) par an peuvent produire des séismes soudains. Utilisez des éléments de 1906 dans votre réponse.

Ce que contient une bonne réponse

Les plaques se déplacent régulièrement, mais les failles qui les séparent sont bloquées par le frottement : la roche de part et d'autre se déforme au lieu de glisser, et accumule de la contrainte pendant des décennies ou des siècles. Lorsque la contrainte dépasse la résistance de la faille, celle-ci glisse brusquement et la roche déformée reprend sa place d'un coup. En 1906, des routes et des clôtures qui traversaient la faille de San Andreas ont été décalées de jusqu'à environ 21 pieds (6,4 m), soit bien plus d'un siècle de mouvement des plaques libéré en moins d'une minute. Reid s'est servi de ces mesures pour formuler la théorie en 1910.

2. Le Marina District se trouve à environ 60 milles de l'épicentre, et pourtant sept de ses bâtiments se sont effondrés et au moins trois personnes y sont mortes. Expliquez pourquoi, à l'aide de l'histoire du terrain et de la science de la réponse du sol aux secousses.

Ce que contient une bonne réponse

La partie endommagée de la Marina est construite sur une anse comblée : du sable meuble pompé pour la Panama-Pacific International Exposition de 1915, avec des remblais plus anciens qui pourraient contenir quelques débris de 1906. Dans des sédiments meubles et saturés d'eau, les ondes sismiques ralentissent et grandissent : les secousses y ont donc été amplifiées bien au-delà de celles enregistrées sur la roche du Fort Mason voisin. Les secousses ont ensuite liquéfié le sable meuble : il a perdu sa résistance, des bâtiments se sont enfoncés et ont basculé, des volcans de sable ont jailli et l'étalement latéral a rompu des conduites de gaz et d'eau. Un grand incendie s'est déclaré et, comme les conduites principales d'eau avaient cédé, un bateau-pompe a dû pomper l'eau de la baie. Les bâtiments dont le rez-de-chaussée était un garage ouvert et fragile étaient particulièrement vulnérables.

3. Un ami affirme que les scientifiques avaient prédit Loma Prieta, et que maintenant ils annoncent que le prochain grand séisme frappera d'ici 2043. Expliquez ce qui est faux dans chacune des deux moitiés de cette affirmation.

Ce que contient une bonne réponse

Aucune des deux n'est une prédiction. En 1988, les scientifiques ont attribué au segment sud des monts Santa Cruz une probabilité de 30 % d'un séisme de magnitude 6,5 à 7 dans les 30 ans ; le fait qu'il soit survenu l'année suivante ne relevait pas d'une prévision de la date. La prévision de l'USGS pour 2014 à 2043 est une probabilité de 72 % d'au moins un séisme de magnitude 6,7 ou plus quelque part dans la région de la baie au cours de ces 30 ans. Un fort séisme est donc plus probable qu'improbable, mais il n'est pas certain, il pourrait se produire sur n'importe quelle faille de la région, et il pourrait survenir n'importe quel jour : c'est pourquoi il est important de se préparer dès maintenant.

Pour aller plus loin Université et lycée, niveau avancé

Quelle était la taille de Loma Prieta ?

La magnitude de moment est définie à partir du moment sismique M₀ = μ·A·D : la rigidité de la roche (μ), multipliée par la surface de faille qui a glissé (A), multipliée par le glissement moyen (D). Hanks et Kanamori (1979) ont posé Mw = (2/3)(log₁₀M₀ − 9.1), avec M₀ en newtons-mètres, d'où M₀ = 101.5 Mw + 9.1. L'énergie rayonnée est multipliée par environ 101.5 ≈ 32 à chaque degré entier de magnitude. La Circular 1045 de l'USGS indique que la rupture de 1989 a mis en jeu un glissement sur environ 190 milles carrés (environ 490 km²) de surface de faille enfouie, et que les levés géodésiques indiquent environ 6 pieds de glissement décrochant dextre et 4 pieds de glissement inverse.

Problème(a) Combien de fois plus d'énergie le séisme de 1906 (M7.9) a-t-il libérée que celui de Loma Prieta (M6.9) ? Comment Loma Prieta se compare-t-il au séisme de 1868 sur la faille de Hayward (M6.8) ? (b) Calculez le moment sismique d'un séisme de Mw 6,9. (c) En prenant μ = 3.0 × 1010 Pa, estimez le glissement moyen et comparez-le à l'estimation géodésique.

Solution détaillée

(a) 101.5 × 1.0 ≈ 32 fois. Loma Prieta a libéré 101.5 × 0.1 ≈ 1,4 fois l'énergie du séisme de 1868 : les deux sont donc de taille comparable, mais la faille de Hayward passe sous les villes de l'est de la baie. (b) M₀ = 101.5 × 6.9 + 9.1 = 1019.45 ≈ 2.8 × 1019 N·m. (c) A ≈ 4.9 × 108 m², donc D = M₀ ÷ (μA) ≈ 2.8 × 1019 ÷ (3.0 × 1010 × 4.9 × 108) ≈ 1,9 m, soit environ 6 pieds. Le vecteur de glissement géodésique vaut √(6² + 4²) ≈ 7,2 pieds (2,2 m) : un accord à environ 15 % près, ce qui est bon compte tenu de l'incertitude sur μ et sur la surface de rupture.

Le bilan des contraintes des failles de la région de la baie

Dans toute la région de la baie de San Francisco, les plaques se déplacent d'environ 1,6 pouce (4 cm) par an l'une par rapport à l'autre (USGS Fact Sheet 2016-3020). L'USGS estime que les séismes du type de 1906, avec des décalages d'environ 20 pieds, se répètent à peu près tous les 200 ans. Sur la faille de Hayward, des dépôts de cours d'eau datés indiquent une vitesse de glissement à long terme d'environ 8 mm (0,3 pouce) par an (Lienkaemper et Borchardt, 1996). La faille flue en surface d'environ 4 à 5 mm par an, mais ce fluage est en grande partie limité aux 3 milles (5 km) supérieurs ; plus bas, la faille est bloquée. Des levés historiques suggèrent environ 6 pieds (2 m) de glissement horizontal lors du séisme de 1868 (USGS Fact Sheet 2008-3019).

Problème(a) Quelle vitesse moyenne de glissement sur le tronçon nord de la faille de San Andreas impliquent 20 pieds de glissement tous les 200 ans ? Quelle fraction du mouvement régional des plaques cela représente-t-il, et où va le reste ? (b) Quel déficit de glissement s'est accumulé sur la partie bloquée de la faille de Hayward entre 1868 et 2026 ? Comparez-le au glissement de 1868. (c) Pourquoi le fluage en surface ne supprime-t-il pas le danger que représente la faille de Hayward ?

Solution détaillée

(a) 20 ft ÷ 200 yr = 0.1 ft par an, soit environ 1,2 pouce (3 cm) par an, à peu près les trois quarts des 1,6 pouce par an de l'ensemble de la région ; le reste est absorbé par les failles de Hayward, de Rodgers Creek, de Calaveras et d'autres failles du système. (b) 158 ans × 8 mm par an ≈ 1,3 m, soit environ 4 pieds : déjà une grande partie des quelque 2 m de 1868, ce qui concorde avec l'avis de l'USGS selon lequel la faille peut produire un séisme de magnitude 6,8 à 7,0 à tout moment. (c) Le fluage ne relâche la contrainte que près de la surface, et même là il est plus lent que la vitesse à long terme ; la partie profonde et bloquée de la faille continue d'accumuler de la contrainte jusqu'à ce qu'elle rompe.

Pourquoi les sols meubles entrent en résonance

Une couche de sédiments meubles d'épaisseur H reposant sur une roche beaucoup plus rigide piège les ondes de cisaillement et entre en résonance. Sa période fondamentale (quart d'onde) est T = 4H/Vs, où Vs est la vitesse des ondes de cisaillement dans la couche. Dans le Marina District, un forage a révélé environ 80 m (260 ft) de sédiments, surtout de l'ancienne boue de la baie avec une Vs d'environ 300 m/s, au-dessus du socle rocheux (Boatwright et al., dans l'USGS Professional Paper 1551-F). Les enregistrements de répliques ont montré que la Marina amplifiait les secousses d'un facteur 7 à 10 vers 1 hertz par rapport à la butte rocheuse de Fort Mason. Selon une règle empirique courante, la période propre d'un bâtiment est d'environ 0,1 s par étage.

Problème(a) Calculez la période fondamentale et la fréquence de la colonne de sédiments de la Marina, et comparez-les au pic observé. (b) Quelles hauteurs de bâtiments seraient les plus exposées à la résonance sur un tel site ? (c) Pendant le choc principal, les enregistrements de l'USGS montrent une amplification de seulement 2 à 4 fois environ sur les sites meubles, bien moins que lors des petites répliques. Proposez une explication.

Solution détaillée

(a) T = 4 × 80 ÷ 300 ≈ 1,07 s, soit une fréquence d'environ 0,94 Hz, ce qui correspond au pic d'amplification observé vers 1 Hz. (b) D'après la règle empirique, les bâtiments d'environ 8 à 12 étages (périodes propres proches de 1 s) entreraient en résonance avec le sol ; les maisons basses à ossature bois ont des périodes plus courtes, et dans la Marina, ce sont la liquéfaction et les rez-de-chaussée fragiles, plutôt que la résonance seule, qui les ont fait tomber. (c) Les sols meubles ont un comportement non linéaire lors de fortes secousses : ils se ramollissent et dissipent davantage d'énergie, ce qui réduit l'amplification et décale la résonance vers des périodes plus longues. Les facteurs d'amplification mesurés lors de mouvements faibles surestiment donc l'amplification lors d'un séisme destructeur, même si les secousses sur sol meuble restent bien plus fortes que sur la roche.

Ce que signifie chaque année une prévision de 72 %

Si les grands séismes d'une région se produisaient au hasard dans le temps, avec un taux moyen λ par an (un processus de Poisson), la probabilité d'au moins un séisme en t années serait P = 1 − exp(−λt). La prévision de l'USGS (UCERF3, Fact Sheet 2016-3020) donne, pour 2014 à 2043 dans la région de la baie : 98 % pour au moins un séisme de magnitude 6,0 ou plus, 72 % pour une magnitude de 6,7 ou plus et 51 % pour une magnitude de 7,0 ou plus ; pour chaque faille, 33 % pour les failles de Hayward ou de Rodgers Creek et 22 % pour la faille de San Andreas, toujours pour une magnitude de 6,7 ou plus. La vraie prévision tient aussi compte du temps écoulé depuis le dernier séisme de chaque faille : le modèle de Poisson n'est donc qu'une approximation.

Problème(a) Convertissez les 72 % en un taux annuel équivalent, un intervalle moyen et une probabilité pour une seule année. Pourquoi 72 % ÷ 30 = 2,4 % par an est-il faux ? (b) Faites de même pour la prévision de 1988 (30 % en 30 ans). Quelle était la probabilité que le séisme survienne dès l'année suivante ? (c) Si les failles de Hayward–Rodgers Creek et de San Andreas étaient indépendantes, quelle serait la probabilité d'au moins un séisme de magnitude 6,7 sur l'une ou l'autre ? Qu'est-ce qui explique le reste des 72 % ?

Solution détaillée

(a) λ = −ln(1 − 0.72) ÷ 30 = −ln(0.28) ÷ 30 ≈ 1.273 ÷ 30 ≈ 0.042 par an, soit un intervalle moyen d'environ 24 ans et une probabilité sur une seule année de 1 − exp(−0.042) ≈ 4,1 %. Diviser par 30 suppose que les probabilités s'additionnent, mais les probabilités d'« au moins un » se composent : 2,4 % chaque année ne donnerait que 1 − 0.976^30 ≈ 52 % en 30 ans, et non 72 %. (b) λ = −ln(0.70) ÷ 30 ≈ 0.012 par an, soit environ 1,2 % de probabilité pour une année donnée : la prévision avait correctement identifié le segment, mais le moment, en 1989, n'en faisait pas partie. (c) 1 − (1 − 0.33)(1 − 0.22) = 1 − 0.67 × 0.78 ≈ 0.48, soit 48 %. Le reste provient de la faille de Calaveras et d'autres failles majeures, ainsi que de failles moins connues ou inconnues (13 % à elles seules).

Combien de temps d'alerte est-il possible d'avoir ?

L'alerte sismique précoce fait la course entre des alertes électroniques et les ondes sismiques. Prenez des vitesses typiques de la croûte supérieure : 6,0 km/s pour les ondes P et 3,5 km/s pour les ondes S. La rupture de Loma Prieta a commencé à environ 17 km (11 milles) de profondeur, sous un épicentre situé à environ 9 milles (14,5 km) de Santa Cruz et à 60 milles (97 km) de San Francisco. Supposez que le système émet son alerte 8 secondes après le début de la rupture, ce qui laisse le temps aux ondes P d'atteindre plusieurs stations proches et au traitement de se faire ; l'acheminement vers les téléphones peut ajouter du temps.

Problème(a) Calculez la distance en ligne droite entre l'hypocentre et le Marina District de San Francisco, ainsi que les temps d'arrivée des ondes P et S à cet endroit. De combien de temps d'alerte la Marina aurait-elle disposé avant les ondes S ? (b) Refaites le calcul pour Santa Cruz. (c) Estimez le rayon de la « zone aveugle » en surface, à l'intérieur de laquelle les ondes S arrivent avant l'alerte. Pourquoi les délais d'alerte réels pourraient-ils être encore plus courts ?

Solution détaillée

(a) R = √(97² + 18²) ≈ 98,7 km. Les ondes P arrivent au bout de 98,7 ÷ 6,0 ≈ 16,4 s et les ondes S au bout de 98,7 ÷ 3,5 ≈ 28,2 s : une alerte à 8 s donne donc environ 20 secondes d'avance. (b) R = √(14,5² + 18²) ≈ 23,1 km ; les ondes S arrivent au bout d'environ 6,6 s, avant l'alerte : Santa Cruz n'aurait donc eu aucune alerte. (c) En 8 s, les ondes S parcourent 28 km ; en surface, cela atteint √(28² − 18²) ≈ 21 km (environ 13 milles) depuis l'épicentre. Les délais réels peuvent être plus courts parce que la rupture s'est propagée sur environ 20 km dans chaque direction le long de la faille, de sorte que de fortes ondes sont aussi venues de parties de la faille plus proches de nombreuses localités, et parce que les alertes mettent du temps à atteindre les téléphones. Un hypocentre profond, comme ici, aide en fait, car il retarde l'arrivée des ondes S en surface.

Alignement sur les normes

Next Generation Science Standards (NGSS, États-Unis)

MS-ESS2-2

Construire une explication fondée sur des preuves de la manière dont les processus géoscientifiques ont modifié la surface de la Terre à différentes échelles de temps et d'espace.

Dans cet épisode : Le lent mouvement des plaques, accumulé sous forme de contrainte et libéré en quelques secondes ; les décalages de 1906 ; le fluage de la faille de Hayward, qui tord les bordures de trottoir au fil des décennies.

MS-ESS3-2

Analyser et interpréter des données sur les aléas naturels afin de prévoir de futurs événements catastrophiques et d'éclairer le développement de technologies pour en atténuer les effets.

Dans cet épisode : Les prévisions sismiques de 1988 et de 2014, le renforcement des autoroutes, la nouvelle travée du Bay Bridge et l'alerte sismique précoce.

HS-ESS2-1

Élaborer un modèle pour illustrer comment les processus internes et superficiels de la Terre agissent à différentes échelles spatiales et temporelles pour former les reliefs des continents et des fonds océaniques.

Dans cet épisode : Un modèle de la limite de plaques transformante et du cycle du rebond élastique ; le glissement oblique de 1989, qui a soulevé certaines parties des monts Santa Cruz.

HS-ESS3-1

Construire une explication fondée sur des preuves de la manière dont la disponibilité des ressources naturelles, la survenue d'aléas naturels et les changements climatiques ont influencé l'activité humaine.

Dans cet épisode : La construction sur des remblais et sur la boue de la baie, le bilan de 1906 et de 1989, le front de mer de l'Embarcadero rouvert et la préparation actuelle de la région de la baie.

HS-PS4-1

Utiliser des représentations mathématiques pour étayer une affirmation sur les relations entre la fréquence, la longueur d'onde et la vitesse des ondes qui se propagent dans différents milieux.

Dans cet épisode : Les ondes sismiques qui ralentissent et grandissent dans les sols meubles, la résonance des sédiments de la Marina, et les vitesses des ondes P et S dans l'alerte précoce.

HS-ETS1-3

Évaluer une solution à un problème réel complexe en fonction de critères hiérarchisés et de compromis tenant compte d'un ensemble de contraintes, notamment le coût, la sécurité, la fiabilité et l'esthétique, ainsi que des impacts sociaux, culturels et environnementaux possibles.

Dans cet épisode : Renforcer, remplacer ou supprimer : le viaduc de Cypress Street, la travée est du Bay Bridge et l'Embarcadero Freeway.

Advanced Placement (AP, États-Unis)

Cours universitaires

Géologie physique

Limites de plaques transformantes ; le système de failles de San Andreas ; le rebond élastique et le cycle sismique ; le fluage des failles ; le glissement oblique

Risques naturels

Prévision des séismes et probabilités ; effets de site et liquéfaction ; leçons de 1906 et de 1989 ; alerte sismique précoce ; préparation

Sismologie de l'ingénieur et géotechnique

Moment sismique et magnitude ; amplification de site et résonance des sols meubles ; liquéfaction des remblais hydrauliques ; renforcement parasismique des ponts et des viaducs

Transcription La narration en français, comme dans les sous-titres

0:005:04 de l'après-midi

San Francisco, le 17 octobre 1989. Plus de 60 000 supporters remplissent le Candlestick Park pour le troisième match de la Série mondiale, entre les Giants de San Francisco et les A's d'Oakland.

0:13À cinq heures quatre, la retransmission télévisée vient de commencer. Puis le stade se met à bouger, et l'image en direct, diffusée auprès de millions de téléspectateurs, se brouille puis disparaît.

0:25Voici l'histoire du séisme de Loma Prieta. Nous verrons la faille qui l'a provoqué, les avertissements qui l'ont précédé, et comment toute une région s'est reconstruite en tirant ses leçons.

0:39La faille d'à côté

La Californie se trouve à la frontière entre deux plaques tectoniques. La plaque pacifique glisse en frottant vers le nord-ouest le long de la plaque nord-américaine, à environ 2 pouces par an.

0:49Une grande partie de ce mouvement se produit le long de la faille de San Andreas, qui s'étend sur plus de 700 milles à travers la Californie. Autour de la baie de San Francisco, elle se divise en une famille de failles, dont celles de San Andreas, de Hayward et de Calaveras.

1:05Sur la plus grande partie de leur longueur, ces failles ne glissent pas en douceur. Elles se bloquent, la roche qui les entoure se déforme pendant des décennies, voire des siècles, puis la contrainte accumulée se libère d'un seul coup.

1:201906

San Francisco l'a appris à ses dépens le 18 avril 1906, lorsqu'un séisme de magnitude 7,9 a déchiré la faille de San Andreas sur près de 300 milles.

1:32Les conduites de gaz et les canalisations d'eau rompues ont transformé la secousse en une tempête de feu qui a brûlé pendant des jours. Environ 28 000 bâtiments ont été détruits, et plus de 3 000 personnes sont mortes.

1:44Au nord de la ville, les routes et les clôtures qui traversaient la faille ont été arrachées et décalées latéralement. Près de la localité d'Olema, le sol d'un côté de la faille s'est déplacé d'environ 21 pieds par rapport à l'autre.

1:56Un scientifique nommé Harry Fielding Reid a étudié ces mesures et a compris pourquoi les séismes se produisent. De part et d'autre d'une faille bloquée, la roche se déforme lentement en emmagasinant de l'énergie, jusqu'à ce que la faille glisse soudainement et que la roche reprenne brusquement sa forme. Il a appelé cela le rebond élastique, et c'est toujours ainsi que les géologues expliquent les séismes.

2:17La ville s'est reconstruite rapidement, et en 1915, elle l'a célébré par une exposition universelle. Pour faire de la place au site de l'exposition, une anse de la rive nord a été comblée avec du sable pompé dans la baie, ainsi qu'avec des débris. Ce nouveau terrain est ensuite devenu un quartier appelé le Marina District.

2:38La prévision

Dans les années 1980, les scientifiques cherchaient à estimer quelles parties de la faille de San Andreas étaient les plus susceptibles de rompre ensuite. L'un des tronçons qu'ils ont signalés se trouvait dans le sud des monts Santa Cruz, au sud de San Francisco.

2:51En 1988, un comité national d'experts en séismes a attribué à ce segment une probabilité de 30 % de connaître un fort séisme dans les 30 ans.

3:01Le séisme est survenu dès l'année suivante.

3:08Quinze secondes

À cinq heures quatre, la faille a rompu à environ 11 milles sous les monts Santa Cruz, près du pic Loma Prieta. Le séisme était de magnitude 6,9.

3:19Les secousses les plus fortes n'ont duré qu'environ 15 secondes, et la rupture n'a jamais atteint la surface. Ses ondes sismiques se sont toutefois propagées dans toute la région, et par endroits, le sol lui-même les a amplifiées.

3:33Près de l'épicentre, de vieux bâtiments en brique du Pacific Garden Mall de Santa Cruz se sont effondrés dans la rue, et trois personnes y ont été tuées.

3:41À environ 60 milles de là, dans le Marina District, la secousse a rendu presque liquide le sol meuble et humide sous les maisons. Des bâtiments se sont enfoncés, et certains se sont effondrés.

3:53En somme, le terrain créé pour célébrer le relèvement de la ville a contribué à faire tomber des bâtiments, 74 ans après l'exposition. Des conduites de gaz se sont rompues, un grand incendie s'est déclaré, au moins trois personnes sont mortes à la Marina, et sept bâtiments se sont effondrés.

4:08La Marina n'était pas le seul endroit menacé. Tout autour de la baie, des bâtiments et des routes reposaient sur de la boue molle et des remblais ; or, dans un sol meuble, les ondes sismiques ralentissent et s'amplifient, comme de la gelée qui tremble dans un bol. Ces sites ont tremblé deux à quatre fois plus fort que la roche solide voisine.

4:27Sur le Bay Bridge, une section de 50 pieds du tablier supérieur s'est détachée et est tombée sur le tablier inférieur. Une personne a été tuée, et le pont a été fermé pendant environ un mois.

4:37La pire catastrophe s'est produite à Oakland. Le viaduc de Cypress Street était une autoroute à double niveau, et son niveau supérieur s'est effondré sur le niveau inférieur, sur des voitures en pleine heure de pointe du soir. Quarante et une personnes y sont mortes.

4:51Ce soir-là, la circulation était plus faible que d'habitude, car beaucoup de gens étaient rentrés tôt pour regarder la Série mondiale, et les experts estiment que cela a évité un bilan bien plus lourd.

5:02Les secouristes ont fouillé les décombres pendant des jours. Près de quatre jours après le séisme, ils ont retrouvé un homme encore vivant dans sa voiture, sous le tablier effondré. Il a survécu au sauvetage, mais il est mort environ un mois plus tard, ce qui a porté le bilan à cet endroit à 42.

5:19Les suites

Au total, 63 personnes sont mortes et plus de 3 700 ont été blessées. Plus de 18 000 logements ont été endommagés, quelque 12 000 personnes se sont retrouvées sans logement, et les dégâts se sont élevés à environ 6 milliards de dollars.

5:33Au Candlestick Park, le stade a tenu, et les supporters sont sortis sains et saufs. La Série mondiale a repris dix jours plus tard, et les A's l'ont remportée sans perdre un seul match.

5:45Ce qui a changé

Le séisme a aussi transformé San Francisco. L'Embarcadero Freeway endommagée, un mur de béton le long du front de mer, a été démolie en 1991, et le front de mer de la ville s'est de nouveau ouvert sur la baie.

5:58La moitié est du Bay Bridge a été entièrement remplacée. La nouvelle travée, conçue pour résister à un séisme majeur, a ouvert en 2013, pour un coût d'environ 6,4 milliards de dollars.

6:11Dans toute la Californie, les ingénieurs ont repris les autoroutes et les ponts construits avant les normes de construction modernes, en enveloppant d'acier les vieilles colonnes de béton et en reliant leurs travées entre elles.

6:23Les scientifiques ont également mis en place un système d'alerte sismique précoce, appelé ShakeAlert, qui détecte les premières ondes, plus rapides, et envoie une alerte avant les fortes secousses. Pour le trentième anniversaire de Loma Prieta, en 2019, la Californie a commencé à envoyer ces alertes sur les téléphones.

6:44Le prochain

Les plaques n'ont pas cessé de bouger. De nombreux scientifiques considèrent la faille de Hayward comme la plus dangereuse de la région. Elle passe juste sous les villes de la rive est de la baie, et sa dernière rupture date de 1868.

6:57Vous pouvez réellement voir la faille de Hayward bouger. Certaines de ses parties glissent lentement et en continu, d'environ un cinquième de pouce par an. Dans le centre de Hayward, de vieilles bordures de trottoir qui traversent la faille ont été tordues latéralement, petit à petit, au fil des décennies.

7:12Son dernier grand séisme, en 1868, a détruit ou gravement endommagé presque tous les bâtiments de Hayward et a tué environ 30 personnes. Jusqu'en 1906, c'était ce séisme que l'on appelait le grand tremblement de terre de San Francisco.

7:27L'U.S. Geological Survey estime à 72 % la probabilité d'au moins un séisme de magnitude 6,7 ou plus dans la région de la baie entre 2014 et 2043.

7:40C'est pourquoi, chaque mois d'octobre, autour de l'anniversaire de Loma Prieta, des millions de personnes participent à l'exercice Great ShakeOut. Il comporte trois étapes simples : baissez-vous, mains et genoux au sol, protégez votre tête et votre nuque, sous une table solide s'il y en a une à proximité, et accrochez-vous jusqu'à la fin de la secousse.

7:59Voici donc trois choses à retenir. Premièrement, Loma Prieta était un séisme de magnitude 6,9 sur le système de failles de San Andreas, et ses secousses les plus fortes n'ont duré qu'environ 15 secondes. Deuxièmement, une grande partie des pires dégâts s'est produite loin de la faille, dans des endroits comme le Marina District et l'autoroute Cypress. Là, la boue molle et les remblais ont rendu les secousses deux à quatre fois plus fortes. Et troisièmement, la région de la baie n'en a pas fini : la probabilité d'un autre séisme de magnitude 6,7 ou plus entre 2014 et 2043 y est de 72 %.

8:36Loma Prieta n'était pas le Big One, mais c'était un rappel. Les plaques sous la baie se déplacent encore d'environ 1,6 pouce chaque année, et les failles accumulent cette contrainte. Merci d'avoir regardé Earth Explained. Abonnez-vous pour la prochaine histoire, et regardez la planète en direct, à toute heure, sur EarthWatch 24-7.

Sources

  1. U.S. Geological Survey. M 6.9 – October 17, 1989 Loma Prieta Earthquake. Earthquake Hazards Program. www.usgs.gov/programs/earthquake-hazards/science/m-69-october-17-1989-loma-prieta-earthquakeUtilisée pour : Heure, magnitude, épicentre, morts, blessés, dégâts, Santa Cruz, Bay Bridge, liquéfaction
  2. Plafker, G., & Galloway, J. (Eds.) (1989). Lessons Learned from the Loma Prieta, California, Earthquake of October 17, 1989. U.S. Geological Survey Circular 1045. pubs.usgs.gov/publication/cir1045Utilisée pour : Profondeur de l'hypocentre, taille et glissement de la rupture, rupture enfouie, amplification, Marina District, Cypress et Bay Bridge
  3. O'Rourke, T. D., et al. (1992). The Loma Prieta, California, Earthquake of October 17, 1989: Marina District. U.S. Geological Survey Professional Paper 1551-F. pubs.usgs.gov/publication/pp1551FUtilisée pour : Histoire du remblai de la Marina, liquéfaction, bâtiments effondrés, résonance et amplification du site
  4. Borcherdt, R. D., & Glassmoyer, G. (1992). On the characteristics of local geology and their influence on ground motions generated by the Loma Prieta earthquake in the San Francisco Bay region, California. Bulletin of the Seismological Society of America, 82(2), 603–641. doi.org/10.1785/BSSA0820020603Utilisée pour : Amplification des secousses sur les remblais et la boue de la baie
  5. Housner, G. W., & Thiel, C. C., Jr. (1990). Competing against time: Report of the Governor's Board of Inquiry on the 1989 Loma Prieta earthquake. Earthquake Spectra, 6(4), 681–711. doi.org/10.1193/1.1585592Utilisée pour : Amplification par les sols meubles, défaillances du viaduc de Cypress Street et du Bay Bridge
  6. Working Group on California Earthquake Probabilities (1988). Probabilities of Large Earthquakes Occurring in California on the San Andreas Fault. U.S. Geological Survey Open-File Report 88-398. pubs.usgs.gov/publication/ofr88398Utilisée pour : La prévision de 1988
  7. U.S. Geological Survey. The Great 1906 San Francisco Earthquake. Earthquake Hazards Program. earthquake.usgs.gov/earthquakes/events/1906calif/18aprilUtilisée pour : Longueur de la rupture de 1906, victimes et bâtiments détruits, théorie du rebond élastique de Reid, récurrence
  8. Brocher, T. M., et al. (2008). The Hayward Fault: Is It Due for a Repeat of the Powerful 1868 Earthquake? U.S. Geological Survey Fact Sheet 2008-3019. pubs.usgs.gov/fs/2008/3019Utilisée pour : Le séisme de 1868, fluage de la faille de Hayward, récurrence
  9. Lienkaemper, J. J., & Borchardt, G. (1996). Holocene slip rate of the Hayward fault at Union City, California. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 101(B3), 6099–6108. doi.org/10.1029/95JB01378Utilisée pour : Vitesse de glissement à long terme de la faille de Hayward
  10. Aagaard, B. T., et al. (2016). Earthquake Outlook for the San Francisco Bay Region 2014–2043. U.S. Geological Survey Fact Sheet 2016-3020 (ver. 1.1). pubs.usgs.gov/publication/fs20163020Utilisée pour : Prévision de 72 %, probabilités par faille, mouvement régional des plaques, « Drop, Cover and Hold On » (se baisser, s'abriter, s'agripper)
  11. Burkett, E., Given, D. D., & Jones, L. M. (2014). ShakeAlert: An Earthquake Early Warning System for the United States West Coast. U.S. Geological Survey Fact Sheet 2014-3083. pubs.usgs.gov/publication/fs20143083Utilisée pour : Fonctionnement de l'alerte sismique précoce
  12. Berkeley News (2019, October 17). California rolls out first statewide earthquake early warning system. University of California, Berkeley. news.berkeley.edu/2019/10/17/california-rolls-out-first-statewide-earthquake-early-warning-systemUtilisée pour : Alertes sur les téléphones lancées pour le 30e anniversaire de Loma Prieta (MyShake)
  13. Metropolitan Transportation Commission. San Francisco–Oakland Bay Bridge. www.baybridgeinfo.orgUtilisée pour : La nouvelle travée est : ouverture et coût
  14. Hanks, T. C., & Kanamori, H. (1979). A moment magnitude scale. Journal of Geophysical Research, 84(B5), 2348–2350. doi.org/10.1029/JB084iB05p02348Utilisée pour : Magnitude de moment et moment sismique

Images de l'épisode : USGS, NOAA et NASA (domaine public), avec des cartes NASA/USGS Landsat via NASA GIBS ; animations d'EarthWatch 24-7. Crédits complets : earthwatch247.com/credits.html.

Citer cette leçon

EarthWatch 24-7. (2026). Le séisme de la Série mondiale: Loma Prieta, 1989 : pourquoi les pires dégâts se sont produits à 60 milles de la faille [Leçon vidéo]. Earth Explained: Séismes, étude de cas. https://earthwatch247.com/learn/loma-1989/fr/

Corrigé

  1. C. C'est une limite transformante : les plaques se déplacent latéralement l'une contre l'autre à environ 2 pouces (5 cm) par an, et le mouvement se répartit entre les failles de San Andreas, de Hayward, de Calaveras et d'autres failles associées.
  2. A. C'est le rebond élastique (1910). Son idée clé est que le glissement sur la faille provoque le séisme, et non l'inverse.
  3. D. Des études de l'USGS retracent le comblement de l'anse, achevé par un remblai hydraulique de sable mis en place pour la Panama-Pacific International Exposition de 1915. Un remblai de sable meuble et humide est exactement le type de sol qui se liquéfie.
  4. B. La prévision était une probabilité, pas la prédiction d'une date. Le chiffre de 72 % est la prévision de l'USGS pour l'ensemble de la région de la baie de 2014 à 2043.
  5. A. C'est la liquéfaction. Des volcans de sable et des fissures dues à l'étalement latéral sont apparus dans tout le quartier, à environ 60 milles de l'épicentre ; la rupture elle-même n'a jamais atteint la surface.
  6. C. Amplification de site : le Governor's Board of Inquiry (commission d'enquête du gouverneur) a constaté que les sols meubles autour de la baie avaient amplifié les secousses plus que ne l'avaient prévu les normes de construction.
  7. B. 63 morts, 3 757 blessés et environ 6 milliards de dollars de dégâts matériels. La première option décrit le séisme et l'incendie de 1906.
  8. D. Les alertes se propagent presque instantanément, alors que les ondes sismiques parcourent quelques milles par seconde. Le séisme doit déjà avoir commencé.
  9. C. Son séisme de 1868 (magnitude 6,8) a tué environ 30 personnes alors que la région était peu peuplée ; aujourd'hui, des millions de personnes vivent le long de cette faille.
  10. A. Les 72 % couvrent toute la région et toutes ses failles sur 30 ans. Pour chaque faille prise isolément, les chiffres sont plus bas : 33 % pour les failles de Hayward ou de Rodgers Creek et 22 % pour celle de San Andreas.

Réponse écrite

  1. Les plaques se déplacent régulièrement, mais les failles qui les séparent sont bloquées par le frottement : la roche de part et d'autre se déforme au lieu de glisser, et accumule de la contrainte pendant des décennies ou des siècles. Lorsque la contrainte dépasse la résistance de la faille, celle-ci glisse brusquement et la roche déformée reprend sa place d'un coup. En 1906, des routes et des clôtures qui traversaient la faille de San Andreas ont été décalées de jusqu'à environ 21 pieds (6,4 m), soit bien plus d'un siècle de mouvement des plaques libéré en moins d'une minute. Reid s'est servi de ces mesures pour formuler la théorie en 1910.
  2. La partie endommagée de la Marina est construite sur une anse comblée : du sable meuble pompé pour la Panama-Pacific International Exposition de 1915, avec des remblais plus anciens qui pourraient contenir quelques débris de 1906. Dans des sédiments meubles et saturés d'eau, les ondes sismiques ralentissent et grandissent : les secousses y ont donc été amplifiées bien au-delà de celles enregistrées sur la roche du Fort Mason voisin. Les secousses ont ensuite liquéfié le sable meuble : il a perdu sa résistance, des bâtiments se sont enfoncés et ont basculé, des volcans de sable ont jailli et l'étalement latéral a rompu des conduites de gaz et d'eau. Un grand incendie s'est déclaré et, comme les conduites principales d'eau avaient cédé, un bateau-pompe a dû pomper l'eau de la baie. Les bâtiments dont le rez-de-chaussée était un garage ouvert et fragile étaient particulièrement vulnérables.
  3. Aucune des deux n'est une prédiction. En 1988, les scientifiques ont attribué au segment sud des monts Santa Cruz une probabilité de 30 % d'un séisme de magnitude 6,5 à 7 dans les 30 ans ; le fait qu'il soit survenu l'année suivante ne relevait pas d'une prévision de la date. La prévision de l'USGS pour 2014 à 2043 est une probabilité de 72 % d'au moins un séisme de magnitude 6,7 ou plus quelque part dans la région de la baie au cours de ces 30 ans. Un fort séisme est donc plus probable qu'improbable, mais il n'est pas certain, il pourrait se produire sur n'importe quelle faille de la région, et il pourrait survenir n'importe quel jour : c'est pourquoi il est important de se préparer dès maintenant.

Pour aller plus loin

  1. Quelle était la taille de Loma Prieta ?: (a) 101.5 × 1.0 ≈ 32 fois. Loma Prieta a libéré 101.5 × 0.1 ≈ 1,4 fois l'énergie du séisme de 1868 : les deux sont donc de taille comparable, mais la faille de Hayward passe sous les villes de l'est de la baie. (b) M₀ = 101.5 × 6.9 + 9.1 = 1019.45 ≈ 2.8 × 1019 N·m. (c) A ≈ 4.9 × 108 m², donc D = M₀ ÷ (μA) ≈ 2.8 × 1019 ÷ (3.0 × 1010 × 4.9 × 108) ≈ 1,9 m, soit environ 6 pieds. Le vecteur de glissement géodésique vaut √(6² + 4²) ≈ 7,2 pieds (2,2 m) : un accord à environ 15 % près, ce qui est bon compte tenu de l'incertitude sur μ et sur la surface de rupture.
  2. Le bilan des contraintes des failles de la région de la baie: (a) 20 ft ÷ 200 yr = 0.1 ft par an, soit environ 1,2 pouce (3 cm) par an, à peu près les trois quarts des 1,6 pouce par an de l'ensemble de la région ; le reste est absorbé par les failles de Hayward, de Rodgers Creek, de Calaveras et d'autres failles du système. (b) 158 ans × 8 mm par an ≈ 1,3 m, soit environ 4 pieds : déjà une grande partie des quelque 2 m de 1868, ce qui concorde avec l'avis de l'USGS selon lequel la faille peut produire un séisme de magnitude 6,8 à 7,0 à tout moment. (c) Le fluage ne relâche la contrainte que près de la surface, et même là il est plus lent que la vitesse à long terme ; la partie profonde et bloquée de la faille continue d'accumuler de la contrainte jusqu'à ce qu'elle rompe.
  3. Pourquoi les sols meubles entrent en résonance: (a) T = 4 × 80 ÷ 300 ≈ 1,07 s, soit une fréquence d'environ 0,94 Hz, ce qui correspond au pic d'amplification observé vers 1 Hz. (b) D'après la règle empirique, les bâtiments d'environ 8 à 12 étages (périodes propres proches de 1 s) entreraient en résonance avec le sol ; les maisons basses à ossature bois ont des périodes plus courtes, et dans la Marina, ce sont la liquéfaction et les rez-de-chaussée fragiles, plutôt que la résonance seule, qui les ont fait tomber. (c) Les sols meubles ont un comportement non linéaire lors de fortes secousses : ils se ramollissent et dissipent davantage d'énergie, ce qui réduit l'amplification et décale la résonance vers des périodes plus longues. Les facteurs d'amplification mesurés lors de mouvements faibles surestiment donc l'amplification lors d'un séisme destructeur, même si les secousses sur sol meuble restent bien plus fortes que sur la roche.
  4. Ce que signifie chaque année une prévision de 72 %: (a) λ = −ln(1 − 0.72) ÷ 30 = −ln(0.28) ÷ 30 ≈ 1.273 ÷ 30 ≈ 0.042 par an, soit un intervalle moyen d'environ 24 ans et une probabilité sur une seule année de 1 − exp(−0.042) ≈ 4,1 %. Diviser par 30 suppose que les probabilités s'additionnent, mais les probabilités d'« au moins un » se composent : 2,4 % chaque année ne donnerait que 1 − 0.976^30 ≈ 52 % en 30 ans, et non 72 %. (b) λ = −ln(0.70) ÷ 30 ≈ 0.012 par an, soit environ 1,2 % de probabilité pour une année donnée : la prévision avait correctement identifié le segment, mais le moment, en 1989, n'en faisait pas partie. (c) 1 − (1 − 0.33)(1 − 0.22) = 1 − 0.67 × 0.78 ≈ 0.48, soit 48 %. Le reste provient de la faille de Calaveras et d'autres failles majeures, ainsi que de failles moins connues ou inconnues (13 % à elles seules).
  5. Combien de temps d'alerte est-il possible d'avoir ?: (a) R = √(97² + 18²) ≈ 98,7 km. Les ondes P arrivent au bout de 98,7 ÷ 6,0 ≈ 16,4 s et les ondes S au bout de 98,7 ÷ 3,5 ≈ 28,2 s : une alerte à 8 s donne donc environ 20 secondes d'avance. (b) R = √(14,5² + 18²) ≈ 23,1 km ; les ondes S arrivent au bout d'environ 6,6 s, avant l'alerte : Santa Cruz n'aurait donc eu aucune alerte. (c) En 8 s, les ondes S parcourent 28 km ; en surface, cela atteint √(28² − 18²) ≈ 21 km (environ 13 milles) depuis l'épicentre. Les délais réels peuvent être plus courts parce que la rupture s'est propagée sur environ 20 km dans chaque direction le long de la faille, de sorte que de fortes ondes sont aussi venues de parties de la faille plus proches de nombreuses localités, et parce que les alertes mettent du temps à atteindre les téléphones. Un hypocentre profond, comme ici, aide en fait, car il retarde l'arrivée des ondes S en surface.