Modélisation de la source sismique

Sous l'effet de la tectonique des plaques, des contraintes s'accumulent dans la croûte terrestre. Quand celles-ci deviennent supérieures à la résistance de la croûte, les zones les plus fragiles (les failles) rompent et un séisme se produit : la faille glisse soudainement et une rupture se propage en générant des ondes à l'intérieur de la Terre. Plus les surfaces fracturées sont importantes, plus la magnitude du séisme (quantité d'énergie émise lors de la rupture) est forte, et les mouvements du sol à la surface de la Terre de grande amplitude. A l'aide des ondes enregistrées par plusieurs capteurs sismiques, on est en mesure d'expliquer le mécanisme de la rupture : on estime les paramètres de la faille sur laquelle la rupture s'est propagée (orientation, longueur, profondeur …), les parties de la faille qui ont cassé, leur déplacement et leur vitesse de rupture.


On peut observer des ondes ayant suivi différents trajets selon la position du capteur par rapport au séisme.

Quand il est proche ( < 1 500 km), on enregistre essentiellement les ondes qui se sont propagées dans la croûte terrestre. A ces distances, les formes d'ondes sont généralement complexes et reflètent la multiplicité de leurs interactions avec les hétérogénéités du milieu de propagation.

A des distances télésismiques (quand la station est située à plus de 1500 km), le trajet des ondes sismiques s'effectue principalement dans le manteau, milieu plus homogène que la croûte. On sait le modéliser et raisonnablement reproduire le comportement des ondes qui le traversent. Par conséquent, c'est en exploitant la forme et l'amplitude des sismogrammes télésismiques pour des séismes de magnitudes modérées à fortes (M>6) que l'on cherche à expliquer le mécanisme de la rupture. Les parties de la faille qui se sont fracturées sont modélisées par des surfaces elliptiques appelées « patchs » [Vallée et Bouchon, 2004], chaque surface glissant avec sa propre vitesse de rupture.
 
Exemple d'application au séisme de Boumerdès (Algérie, 21 Mai 2003, Magnitude = 6.8)
 

Tout d'abord, on choisit un ensemble de stations télésismiques réparties le plus uniformément possible en azimuts autour du séisme (Figure 1). L'étoile rouge au centre de la figure montre la position du séisme, et les carrés verts les stations choisies.



Figure 1
 
Ensuite, on construit des sismogrammes synthétiques calculés numériquement pour chacune des stations sélectionnées et pour différents jeux de paramètres caractérisant la source sismique. Finalement, le modèle retenu sera celui qui permet de générer les signaux synthétiques ressemblant le plus possible aux signaux réels. Sur la figure 3, les signaux représentés dans la couronne extérieure sont les ondes P (ondes de pression) et dans le cercle intérieur les ondes S (ondes de cisaillement).

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Figure 2 : Les signaux réels sont tracés en noir, et les synthétiques en rouge.

Enfin, on visualise le modèle ayant permis de calculer les meilleurs sismogrammes synthétiques (Figure 3). On voit ici que 2 zones de glissement ont été nécessaires pour expliquer la forme des signaux. La couleur code le déplacement final (en mètres) du point de la faille considéré. L'étoile verte correspond à l'hypocentre, c'est-à-dire le point d'initiation de la rupture.

Figure 3