Architectes Et Ingénieurs, Patricia BALANDIER

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Remerciements S’adressant aux architectes et ingénieurs, enseignants et professionnels, ainsi qu’aux étudiants et chercheurs, la collection des cahiers parasismiques constitue un ensemble de référence des connaissances nécessaires à la conception, la construction et la protection des édifices et des villes contre le phénomène sismique. Cette collection a été développée avec l’aide du Ministère de l’Ecologie et du Développement Durable dans le cadre du programme d’actions confié aux Grands Ateliers pour améliorer l’enseignement des concepts et méthodes de la conception et de la construction parasismiques au sein des formations initiales des divers intervenants de l'acte de construire. Elle est publiée par les Grands Ateliers de l’Isle d’Abeau, groupement d’établissements d’enseignement supérieur d’architecture, d’ingénierie, d’art et de design, destiné à faire progresser la formation et la recherche sur la construction et les matériaux.

La collection comprend actuellement les cahiers suivants : 1.

Conception parasismique, niveau avant-projet, Milan Zacek,

2.

Vulnérabilité et renforcement, Milan Zacek,

2-a. Guide d’évaluation de la présomption de vulnérabilité aux séismes des bâtiments existants – Cas des constructions en maçonnerie et béton armé, Milan Zacek 3.

Urbanisme et aménagement territorial en zone sismique, objectifs et problématique. Patricia Balandier,

4.

Sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieurs, Patricia Balandier.

A paraître : 5.

Comportement dynamique des structures

6.

Construction parasismique, se déclinant sur les diverses technologies : béton armé, acier, bois, constructions en terre, ainsi que sur le second œuvre.

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REMERCIEMENTS Milan ZACEK Christophe MARTIN Pierre MOUROUX Jean-François HEITZ Jean-Marc MONPELAT

Patricia BALANDIER sismologie appliquee introduction à la sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieurs

Figure 1 - Séisme de Pointe-à-Pitre en 1843. De tous temps les hommes ont cherché à représenter et expliquer le phénomène sismique.

OBJECTIFS DE LA SISMOLOGIE APPLIQUEE A LA CONSTRUCTION

-Identification des sources sismiques pouvant concerner le site à construire. Estimation de l'énergie sismique pouvant arriver sur le site (Estimation de l'aléa sismique régional). -Connaissance du comportement prévisible du site sous l'effet des séismes régionaux possibles (Estimation de l'aléa sismique local). -Maîtrise de la réponse potentielle des bâtiments, viabilités et équipements aux mouvements prévisibles du sol. -Adoption de politiques de mitigation du risque sismique. -Traduction réglementaire des connaissances.

1


DONNEES DE SISMOLOGIE APPLIQUEE POUR L'ARCHITECTE ET L'INGENIEUR

1. INTRODUCTION, AVERTISSEMENT 2. LE PHÉNOMÈNE SISMIQUE

Page n° 7 9

2.1. Contrainte, déformation, rupture des roches

9

2.2. Les différents mécanismes des failles actives

11

2.3. Notion de cycle sismique d'une faille active

12

2.4. Caractérisation d'une source sismique

13

2.5 Loi d’échelle de séismes

16

2.6. Notion de Magnitude d'un séisme

18

3. CARACTÉRISATION DES PHÉNOMÈNES TECTONIQUES

21

3.1. Types de séismes, études et prévention

21

3.2. Sismicité de la planète

22

3.3. Structure de la planète, une dynamique interne génératrice de mouvements relatifs

23

3.4. Notion de dérive des continents

25

3.5. Tectonique des plaques et sismicité associée aux différents types de limites entre plaques 3.5.1. Limites divergentes 3.5.2. Limites convergentes 3.5.3. Limites transformantes 3.5.4. Cas des séismes intraplaques

29 32 37 42 43

3.6. De la modélisation des déplacements relatifs des plaques tectoniques à la définition des domaines tectoniques

43

4. LA SECOUSSE SISMIQUE, CARACTÉRISATION DES ONDES SISMIQUES 4.1. Les types d'ondes 4.1.1. Les ondes de volume

45 45 45

3

les grands ateliers

4.1.2. Les ondes de surface 4.2. Représentation dans le temps du mouvement sismique enregistré en un site : sismogrammes, accélérogrammes

47

4.3. Représentation du mouvement enregistré en un site par son signal fréquentiel : le spectre de réponse

51

5. LA PROPAGATION DES ONDES SISMIQUES

57

5.1. Utilisation des caractéristiques de propagation des ondes sismiques 5.2. Vitesses de propagation, détermination de l'épicentre

57 58

5.3. Lois d'atténuation

59

5.4. Réflexion, réfraction diffraction des ondes aux interfaces des sols et sous-sols différents

60

5.5. Modification des ondes par les milieux traversés

61

5.6. Les conditions de modification locale du mouvement fort

62

5.7. L'intensité locale 5.7.1. Définition 5.7.2. Échelles de mesure 5.7.3. Isoséistes

63 63 63 66

6. LES MOYENS DE CARACTÉRISATION DE L'ALÉA SISMIQUE RÉGIONAL

69

6.1. Problématique : établir des " modèles " sismotectoniques

69

6.2. La sismicité instrumentale

69

6.3. La sismicité historique

70

6.4. L'archéo-sismicité

72

6.5. La paléo-sismicité

72

6.6. Les investigations géotechniques et sismologiques

74

7. L'ALÉA SISMIQUE RÉGIONAL 7.1. Estimation du mouvement sismique possible " au rocher horizontal " d'un site et de sa périodicité de retour

4

46

75

75


7.2. Caractérisation des structures tectoniques susceptibles de jouer

75

7.3. Lois de distribution fréquence-magnitude

75

7.4. Évaluation déterministe de l'aléa sismique régional

77

7.5. Évaluation probabiliste de l'aléa sismique régional

78

7.6. Zonage de l'aléa régional: Echelle d'étude 1/1 000 000

80

8. L'ALÉA SISMIQUE LOCAL 8.1. Effets directs du séisme 8.1.1. Le mouvement " au rocher " (rappel) 8.1.2. Les bouleversements topographiques à grande échelle 8.1.3. Le jeu d'une faille en surface 8.2. Effets de site : amplification localisée du signal sismique 8.2.1. Topographies amplifiant l'action sismique: butte, crête, bord de falaise 8.2.2. Discontinuité latérale de densité du sol 8.2.3. Sol alluvionnaire de forte épaisseur amplifiant l'action sismique 8.3. Effets induits par les secousses sismiques sur les sites 8.3.1. Glissements de terrains, chutes de pierres (purge) 8.3.2. Liquéfaction des terrains granulaires saturés d'eau 8.3.3. Subsidence sur cavités 8.3.4. Tsunamis 8.3.5. Effets d'origine anthropique, problèmes urbains 8.4. Microzonage de l'aléa local : Echelle d'étude 1/10 000

9. LES NOTIONS D'ALÉA, VULNÉRABILITÉ ET RISQUE

81 82 82 82 84

85 86 87 87

92 92 93 95 96 96

97

101

9.1. Terminologie UNDRO pour les risques majeurs

101

9.2. Terminologie et concepts propres au risque sismique

102

10. LA TRADUCTION RÉGLEMENTAIRE DES ÉTUDES DE SISMOLOGIE APPLIQUÉE: ARBITRAGES POLITIQUES

105

5

10.1. La politique de gestion des risques naturels majeurs 10.2. Le contexte légal et réglementaire français 10.2.1. Codes et Lois 10.2.2. Décrets 10.2.3. Arrêtés et circulaires 10.2.4. Et l'existant? 10.2.5. Les règles PS-92, plan du contenu 10.2.6. L'Eurocode 8, plan du contenu

11. BIBLIOGRAPHIE

105 107 107 114 123 136 137 139 141


1. INTRODUCTION, AVERTISSEMENT

Les sismologues et géophysiciens se livrent à des recherches toujours plus poussées pour caractériser la sismicité du globe. Les mécanismes sismiques sont étudiés de plus en plus finement pour tenter d'établir des lois de comportement, des " modèles ", qui permettent peu à peu de progresser dans la prévision des phénomènes et donc dans la prévention. Dans l'état actuel des choses, il est question de prévoir et non de prédire. C'est à dire qu'on peut assez bien caractériser ce qui peut arriver dans une zone sismique, et lui associer une probabilité de survenance, mais pas encore dire quand. Une partie des résultats de la recherche est directement utile à l'élaboration de stratégies de " protection " contre les actions sismiques, c'est celle qui intéresse les architectes et les ingénieurs, et en général les professionnels impliqués dans la prévention. Ainsi on peut assez bien : - définir la " violence " possible des séismes pouvant survenir sur les failles sismogènes, c'est à dire leur magnitude, - établir la manière dont la distance va atténuer l'amplitude des oscillations, - définir la manière dont un sol ou un site donné va modifier les oscillations qu'il reçoit, en les amplifiant éventuellement, - définir la manière dont un sol peut voir ses caractéristiques mécaniques se dégrader (tassements, éboulements…) de façon inacceptable pour la sécurité des personnes et activités qui s'y trouvent. Ce qui permettra d'opérer les bons choix en matière de construction, et en général d'aménagement du territoire. Ce fascicule d'introduction à la sismologie appliquée au bâtiment et à l'aménagement du territoire rassemble quelques concepts dont la compréhension est nécessaire à l'identification des connaissances sur lesquelles repose toute la stratégie de la réglementation. La nécessaire simplification de la prise en considération des phénomènes aux fins d'arbitrages réglementaires ne doit pas dissimuler la complexité des phénomènes étudiés et des recherches en cours. Les résultats de ces recherches, permettent à l'architecte et à l'ingénieur, avec quelques connaissances spécifiques, d'affiner la vérification de la pertinence de leur projet, au delà de la stricte application des règles en vigueur. Néanmoins, une réglementation applicable à chacun doit nécessairement passer par une simplification forfaitaire dont la compréhension passe également par la maîtrise des données suivantes. Le présent document commence par des considérations générales, les chapitres 2 et 3 décrivant les mécanismes sismiques et la tectonique des plaques, qui peuvent sembler éloignées des préoccupations du

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les grands ateliers

constructeur, mais dont la connaissance est nécessaire pour comprendre les données directement exploitables pour la prévention, exposées aux chapitres suivants.

8


2. LE PHÉNOMÈNE SISMIQUE

Les plaques continentales et océaniques qui constituent la croûte terrestre se déplacent à la surface de la planète sous l'effet des courants thermiques qui animent le magma visqueux situé en profondeur. Ce phénomène est étudié sous le nom de " Tectonique des plaques " (voir §3). Les déplacements relatifs de ces plaques génèrent localement des "contraintes croissantes " à l'intérieur des roches qui les constituent (traction, compression, cisaillement…) Au delà du niveau de contrainte admissible il y a rupture brutale du sous-sol rocheux: séisme. Ces ruptures se produisent essentiellement dans les zones situées à proximité des limites entre les plaques, là où les tensions sont les plus élevées dans les roches.

2.1. CONTRAINTE, DÉFORMATION, RUPTURE DES ROCHES Là où elle est soumise à des contraintes croissantes, la croûte terrestre se déforme de façon sensible et irréversible. On peut définir simplement la contrainte comme étant une force appliquée à une unité de surface. La contrainte appliquée à un système donné (défini par ses matériaux, sa géométrie), provoque un changement dans la forme et/ou le volume : une déformation. Comme n'importe quelle structure soumise à une contrainte croissante, trois stades de déformation affectent la croûte terrestre: élastique (réversible si on arrêtait la contrainte), plastique (irréversible même si on arrêtait la contrainte) et cassante (la déformation viscoélastique qui concerne certains solides et la déformation visqueuse des fluides ne seront pas évoquées ici). Chaque système, pour un type de contrainte donné, a une courbe " contrainte-déformation " caractéristique. Ainsi, sous l'effet des contraintes dues le plus souvent au mouvements des plaques tectoniques, la lithosphère accumule de l'énergie. Lorsqu'en

Figure 2 - Exemple de courbe contraintedéformation (Document Université de Laval Québec)

Figure 3 - Critères de déformation plastique et de déformation cassante : rupture (Document Université de Laval - Québec) Courbe représentant l'influence des paramètres température et pression

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certains endroits, la limite d'élasticité est atteinte et que le matériau ne peut pas plastifier (conditions physiques), il se produit une rupture sur un plan de rupture (ou plan de faille) qui libère une partie de l'énergie accumulée: le séisme. DEFORMATION PLASTIQUE DES ROCHES Ainsi, dans certains cas, les roches peuvent se déformer sans amorcer de rupture fragile : - Déplacement tectonique lent, - Température et pression interne élevée, sont des facteurs de plasticité.

Figure 4 - Représentations schématiques de la déformation plastique des roches (Document Université de Laval - Québec))

Figure 5 - Représentations schématiques de la déformation cassante des roche (Document Université de Laval - Québec)

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DEFORMATION CASSANTE DES ROCHES Lorsque les conditions nécessaires (niveau de contrainte, vitesse de déformation, relation température / pression) sont réunies, une rupture fragile de la roche peut survenir selon un " plan de faille ". Le point d'amorce de la rupture est le foyer du séisme. La propagation de la rupture depuis le foyer sur le plan de faille provoque des déformations tectoniques irréversibles et cassantes. La propagation des ondes sismiques (tridirectionnelle) depuis le foyer provoque des déformations du sol temporaires (oscillations, voir § 4 et 5) et éventuellement définitives (effets induits comme les tassements de sol, voir §8).

2.2. LES DIFFÉRENTS MÉCANISMES DES FAILLES ACTIVES Ainsi, les déplacements relatifs entre les plaques tectoniques génèrent des contraintes croissantes dans les roches (traction, compression, cisaillement…). Au delà d'un certain niveau de contrainte il y a rupture du sous-sol rocheux: le séisme. On ne peut contrôler l'occurrence de la rupture fragile (séisme), même si la recherche vise à définir des probabilités de retour pour les différentes magnitudes possibles pour chaque faille ou réseau de failles. Les différents mécanismes des failles correspondent aux différents types de contraintes. Or, la nature de la contrainte conditionne (avec d'autres paramètres) les cycles sismiques et les magnitudes possibles. En effet la roche résiste moins bien en traction qu'en cisaillement et qu'en compression. Ainsi une même roche soumise à une même vitesse d'élévation de la contrainte rompra pour un niveau de contrainte plus ou moins élevé selon la nature de la contrainte. Ceci conditionnera donc un cycle plus ou moins rapide (voir § 2.3) et des magnitudes plus ou moins fortes (voir § 2.5). L'identification des mécanismes des failles contribue à la compréhension et à la qualification de leur activité. Ainsi les arbitrages des politiques de prévention peuvent être pris pour chaque région en fonction de la gravité de l'exposition au phénomène sismique.

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les grands ateliers

Faille normale (Traction)

Faille inverse (Compression)

Faille en décrochement (Cisaillement) Figure 6 - Types de mécanismes des failles. Les contraintes en traction ou en compression peuvent être associées à un cisaillement, on a alors un mécanisme composé. Un décrochement est " dextre " si, face à la faille, le déplacement se fait vers la droite (illustration), et " senestre " dans le cas contraire.

2.3. NOTION DE CYCLE SISMIQUE D'UNE FAILLE ACTIVE A l'origine de toute faille a été un niveau de contrainte trop élevé dans un milieu rocheux plus ou moins homogène. Une première rupture s'est propagée à partir d'un " point faible " en s'accompagnant d'une chute brutale de contrainte. La faille ainsi créée constitue désormais un plan de rupture privilégié, puisque de moindre résistance à cette contrainte qui continue de progresser jusqu'à atteindre à nouveau le point de rupture. La faille pourra s'allonger et se ramifier sous l'effet des séismes successifs, qui concerneront alors successivement des segments de cette faille qui rompront en fonction des niveaux de contraintes accumulées localement et des forces de friction en présence. En raison de ces forces de friction présentes entre les deux parois d'une faille, les déplacements le long de la faille ne se font pas de manière continue et uniforme, mais par à-coups successifs, générant à chaque fois un séisme. Dans une région soumise à un régime de contraintes donné, des séismes se produiront à de façon récurrente sur les différents segments d'une même faille. Chaque faille a un cycle sismique qui lui est propre et qui dépend de son mécanisme, de la vitesse de progression des contraintes, de la nature des roches et de sa géométrie. Le cycle de retour des séismes de différentes magnitudes obéit à des lois de probabilité. L'identification de ces lois fait partie des outils de la prévention. Les régimes de contraintes d'origine tectonique évoluent à l'échelle des temps géologiques, ainsi des nouvelles failles naissent et d'autres cessent leur activité progressivement.

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CYCLE SISMIQUE D'UNE FAILLE SISMOGENE: Phases d'un cycle sismique sur une faille sismogène, processus en trois étapes: - Accumulation de contraintes. - Déclenchement de la rupture au delà du seuil de résistance des roches. - Arrêt de la rupture sismique (quelques secondes plus tard). Cycle sismique d'une faille : Le cycle sismique d'une faille est une succession de périodes d'augmentation des contraintes et de ruptures brutales dont il faut établir la périodicité pour définir son activité.

Figure 7 - Représentation schématique du cycle sismique (Document BRGM pour EAML) a - Situation au début du cycle, b - Déformation peu de temps avant le séisme, c - Situation après le séisme

2.4. CARACTÉRISATION D'UNE SOURCE SISMIQUE Phénomène: La chute de contrainte provoquée par la rupture brutale de la roche sur le plan de faille libère de l'énergie, sous forme de chaleur et d'émission d'ondes élastiques. Plus la surface de rupture et le déplacement sont importants, plus la quantité d'énergie libérée l'est. La Magnitude représente la quantité d'énergie libérée par le séisme.

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les grands ateliers

Lorsqu'un séisme est déclenché, des trains d'ondes sismiques se propagent dans la croûte terrestre. On nomme foyer le lieu du plan de faille où commence la rupture, alors que l'épicentre désigne le point de la surface terrestre à la verticale du foyer.

Figure 8 - Axonométrie schématique d'une source sismique (Document Université de Laval -Québec)

Les paramètres suivants définissent la source sismique, qui est le segment de la faille sismogène qui a rompu. Etablir les caractéristiques des sources sismiques possibles sur les failles identifiées fait partie des outils de la prévention. Foyer ou hypocentre: Point de déclenchement de la rupture. Azimut de la faille: Angle compris entre l'axe du méridien et celui de la faille (orientation de la faille). Pendage de la faille: Inclinaison de la faille. Surface: Surface du plan de faille concernée par la rupture (Longueur x hauteur). Déplacement moyen: Longueur du glissement de la roche de part et d'autre du plan de faille. Magnitude: Mesure de l'énergie libérée, dépend du " moment sismique ", donc de la rigidité du milieu, de la surface et du déplacement de la rupture. Vitesse de rupture: Vitesse de propagation de la rupture dans la roche, dépend du type de roche. Chute de contraintes: Différence entre l'état de contraintes dans la roche avant et après le séisme.

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Figure 9 - Représentations schématiques conventionnelles des mécanismes de rupture des failles La polarité des ondes enregistrées par les différentes stations permet de caractériser le mécanisme au foyer du séisme. Les sismologues utilisent une représentation conventionnelle des sources sismiques sur les segments de failles. Ces représentations indiquent sur un seul schéma leur mécanisme, leur azimut et leur pendage : à l'intérieur d'un cercle qui symbolise une vue à la verticale de la zone de rupture, les secteurs comprimés lors du déplacement sont représentés en noir, et les zones dilatées en blanc. Ainsi, la représentation de gauche peut être celle d'un décrochement dextre d'azimut Est et de pendage nul. Les trois représentations de droite donnent, pour les trois mécanismes de rupture, des exemples d'azimuts (orientation du déplacement générant la compression et la dilatation) et des exemples de pendage (Les décentrements des axes d'azimut par rapport au centre du cercle indiquent l'angle du pendage).

Domaines de recherches Les chercheurs tentent de caractériser les " segments " de faille maximum susceptibles de jouer en une fois pour leur associer une magnitude (voir § 2.5). L'azimut, le pendage et la profondeur des segments de failles étudiés vont permettre d'établir le mode de radiation des séismes se produisant sur les failles et d'en établir les " lois d'atténuation " (voir § 5.3). " Directivité " de la source sismique. (Voir illustration ci-après) Les trains d'ondes se propageant dans le sens de la rupture sont " plus rapprochés " que dans le sens opposé, car " la source se rapproche " en même temps qu'ils se propagent, ainsi leur amplitude est accrue sur les sites situés dans la direction concernée, mais la durée du séisme est plus courte. A l'inverse, lorsqu'on considère le sens de propagation opposé au sens de la rupture, les ondes sont " moins rapprochées " en raison de l'éloignement de la source, alors l'amplitude est moins importante mais la

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les grands ateliers

durée du séisme est plus longue. L'étude de ce phénomène permettra de progresser sur la pré-définition du séisme possible sur un site, mais l'état actuel de la maîtrise du comportement en réponse aux séismes des bâtiments n'atteint pas ce niveau de précision. Ce sont néanmoins des pistes de connaissances qui concernent les constructeurs et seront peutêtre un jour utilisées avec profit pour la sécurité.

front d’ondes

station S1

station S2

faille

signal en S1

contribuisons individuelles signal en S2 signal global

Figure 10 - Effet de directivité des sources sismiques. (Document Catherine Berge-Thierry, IPSN) La figure schématique du haut représente un segment de faille dont la rupture se propage de droite à gauche. Le séisme enregistré à la station 1 est représenté de façon symbolique par le " signal en 1 " pour lequel les trains d'ondes s'additionnent sur un laps de temps plus court puisque la rupture qui les génère se rapproche. Ainsi leur amplitude est plus importante que celle du signal enregistré à la station 2 dont la propagation de la rupture s'éloigne, ce qui entraîne une arrivée " plus étalée dans le temps " des trains d'ondes et une amplitude globale moindre, ce que représente le " signal en 2 ". On peut également en déduire une incidence sur le domaine fréquentiel.

2.5. LOI D'ÉCHELLE DES SÉISMES LOI D'ECHELLE La " Loi d'Échelle " est issue de l'observation de nombreux séismes. Elle établit une corrélation empirique entre la longueur de la rupture et le moment du séisme, lui-même représentatif de la magnitude du séisme.

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La loi d'Échelle permet, pour un segment de faille sismogène donné une évaluation de la magnitude du séisme maximum plausible à partir de l'estimation de la longueur maximum possible de la rupture. Le moment du séisme, couple de forces qui a provoqué le déplacement de part et d'autre du plan de faille, dépend de la rigidité du milieu, de la longueur du déplacement moyen et de l'importance de la surface de rupture. L'évaluation du moment du séisme permet d'établir sa magnitude (c'est-à-dire l'évaluation de la quantité d'énergie libérée). o Le moment du séisme est déterminé par les études sismiques o La longueur de la rupture par les études géologiques et la distribution des répliques Ordres de grandeur issus de la Loi d'échelle: LONGUEUR - 1 000 km

MOMENT 1024 Nm

-

100 km

1021 Nm

-

10 km 1 km 0,1 km

1018 Nm 1015 Nm 1012 Nm

TYPE DE SEISME Les plus forts connus Magnitude de l'ordre de 9 23 mai 1960: Chili 28 mars 1964 Alaska Magnitude 8: nombreux dégâts-et victimes Magnitude 6: dégâts localisés Magnitude 4: ressentis localement Microséisme imperceptible

Profondeur (km)

M=8

0

M=5 M=4

M=7 M=6

15 30 Faille

Figure 11 - Relation entre la magnitude du séisme et la longueur de rupture (Représentation schématique) (Document X)

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les grands ateliers

Figure 12 - Exemple d'approche de l'aléa sismique par la similitude des failles. (Document USGS) Connaître le fonctionnement de la faille nord-anatolienne donne des informations sur le fonctionnement possible de la faille de San Andreas qui présente de nombreuses similitudes : mécanismes, loi d'échelle…

2.6. NOTION DE MAGNITUDE D'UN SÉISME La Magnitude d'un séisme (M, exprimée en chiffres arabes) est une fonction logarithmique (donc pas une échelle à degrés) représentative de la quantité d'énergie rayonnée par la source sous forme d'ondes élastiques. Le tableau ci-après donne une corrélation entre les ordres de grandeur de la rupture sismogène et la magnitude du séisme.

NBRE MOYEN SEISMES ANNUEL

LONGUEUR CARACTERISTIQUE DE LA RUPTURE 800KM

8m

250 s

E x 36 000 000

8

1

250KM

5m

85 s

E x 1 100 000

7

18

50KM

1m

15 s

E x 33 000

6

125

10KM

20 cm

3s

E x 1000

5 4

1500 5000

3KM 1KM

5 cm 2 cm

1s 0,3 s

E x 33 E

MAGNITUDE 9

DEPLACEMENT DUREE DE LA SUR LE PLAN DE RUPTURE RUPTURE

ENERGIE LIBEREE

QUAND ON PASSE D 'UN DEGRE DE MAGNITUDE A L 'AUTRE, ON MULTIPLIE L 'ENERGIE PAR 33 ENVIRON, SOIT 1000 POUR 2 DEGRES

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Il n'y a qu'une seule valeur de magnitude pour un séisme donné (ne pas confondre avec l'intensité locale, voir § 5.7). Puisqu'il s'agit d'une fonction logarithmique, le second chiffre n'est pas une décimale. Il existe plusieurs méthodes d'évaluation de la magnitude d'un séisme. Richter a introduit la notion de magnitude en 1935. La magnitude peut être calculée soit à partir de l'amplitude du signal enregistré (Ml, Ms, mb, Mw), soit à partir de sa durée (Md). En principe on devrait obtenir les mêmes résultats avec les différentes méthodes. Dans les faits, pour les séismes majeurs les résultats diffèrent, seule la " magnitude de moment " est précise (les autres méthodes " saturent " plus ou moins au delà de M = 7.5).

Figure 13 - Comparaison des validités des différentes méthodes de mesure de la magnitude. En pointillés la magnitude de moment. Les autres courbes indiquent les résultats obtenus par les autres méthodes de calcul et mettent en évidence la saturation au delà de 7,5, et les erreurs d'appréciation qui en découlent.

DIFFERENTES METHODES D'EVALUATION DE LA MAGNITUDE ML = Magnitude locale (définie par Richter en 1935) ML = log Amax( ) - log Ao( ) Aujourd'hui, on utilise un calcul modifié du calcul originel de Richter. On l'utilise pour des séismes proches dits séismes locaux. Elle est définie à partir de l'amplitude maximale des ondes P. Elle est toujours moyennée sur plusieurs stations en tenant compte des corrections locales. MS = Magnitude des ondes de surface (ondes R) MS = log Amax/T) + 1,66 log + 3,3 pour (25°< <90°; h<80km, T environ 20s) Elle est utilisée pour les séismes lointains, dits téléséismes, dont la profondeur est inférieure à 80 km. Elle se calcule à partir de l'amplitude des ondes de surface.

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mb = Magnitude de volume (séismes profonds, ondes P) mb = log (Amax/T) + Q( ,h) Cette magnitude est utilisée pour tous les téléséismes et en particulier pour les séismes profonds, car ceux-ci génèrent difficilement des ondes de surface. Elle est calculée à partir de l'amplitude de l'onde P qui arrive au début du sismogramme. MD = Magnitude de durée (séismes faibles et proches) MD = a + b log t + c log t2 + d On l'utilise pour des séismes proches. Elle est définie à partir de la durée du signal. Mw = Magnitude de moment (ou de Kanamori) Mw = (2/3) log mo - 6,0 (mo, en N.m = .S.D, où : rigidité du milieu, S : déplacement moyen sur la faille, D : surface de la faille) La seule utilisable pour les magnitudes élevées (voir graphique ci-dessous) BILAN ENERGETIQUE D'UN SEISME Lors de la rupture qui se propage à partir du foyer d'un tremblement de terre, la plus grande partie de l'énergie se dissipe sous forme de chaleur (frottements sur le plan de faille. Une partie seulement se propage au loin sous forme d'ondes élastiques. Le rapport entre l'énergie des ondes et l'énergie totale, appelé rendement sismique, est estimé entre 20 et 30 %. Énergie libérée : E = Ep1 - Ep2 = W + H W = énergie rayonnée H = chaleur Rendement sismique : = W/ E (soit quelques %)

MAGNITUDE 6,0 - 6,4 6,5 - 6,9 7,0 - 7,4 7,5 -7,9 > ou = 8 Moyenne annuelle 65 19 6 2,4 0,3 2 1,7 0,5 Ecart type 9 4

Total 92 13

Figure 14 - Tableau de dénombrement statistique des séismes majeurs annuels sur la planète.

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3. CARACTÉRISATION DES PHÉNOMÈNES TECTONIQUES

3.1. TYPES DE SÉISMES, ÉTUDES ET PRÉVENTION Le séisme étant un phénomène dû à la rupture fragile du sous-sol, les origines possibles de séismes sont tous les cas pouvant provoquer ces ruptures, comme : Mécanisme au foyer

Séismes naturels

Séismes artificiels

Jeu d'une faille

Séismes tectoniques: rupture soudaine des roches

Séismes induits par l'activité humaine: mise en eau d'un grand barrage, exploitation de gaz…

Explosion

Séismes volcaniques: fracturation des roches due à l'intrusion de magma, dégazage, oscillation propre du réservoir

Tirs d'exploration sismique, tirs de mines et carrières, essais nucléaires souterrains

Implosion

Séismes d'effondrement: effondrement de cavités dans le gypse ou le calcaire, effondrement lié à un grand glissement de terrain Effondrement d'anciennes mines

On retiendra que seuls les séismes d'origine tectonique, c'est-àdire liés aux déplacements relatifs des plaques terrestres peuvent avoir des longueurs de ruptures suffisantes pour que leur magnitude soit élevée et justifie d'une politique de prévention visant la résistance aux oscillations. On verra que les différents mécanismes tectoniques, les différentes configurations géophysiques conditionnent les magnitudes et la périodicité de retour des séismes majeurs (et des autres). Or les arbitrages des politiques de prévention sont conditionnés par le niveau de " risque ", lui-même dépendant des " enjeux ", de leur " vulnérabilité " et de " l'aléa ", or, l'aléa sismique régional, défini comme la probabilité de récurrence d'un séisme de magnitude M donnée, est la conséquence directe du type d'activité sismique d'une région. A ce titre, les études relatives à la " tectonique des plaques " (mouvements de la surface du globe), en ce qu'elles permettent de prévoir l'ampleur et la périodicité des séismes d'une région, sont indispensables pour arbitrer économiquement et humainement les politiques de prévention. Ne pas demander trop ni trop peu à une société dans sa démarche de protection des vies humaines et des biens matériels dépend de la précision des connaissances. L'architecte et l'ingénieur amenés à exercer en zone sismique et à contribuer à la mise en place et à l'application de ces politiques de prévention (ne serait-ce que par sa responsabilité de fait dans la construction de bâtiments résistants) doivent connaître les mécanismes généraux de la tectonique des plaques en ce qu'ils conditionnent le niveau de l'action sismique pris en considération pour chaque région.

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3.2. SISMICITÉ DE LA PLANÈTE Les séismes se produisent essentiellement sur les frontières entre les plaques tectoniques. Les pays concernés doivent adopter des politiques de mitigation du risque sismique, comprenant notamment l'étude de la sismicité régionale et la mise en œuvre de mesures réglementaires et incitatives arbitrées en fonction du niveau de risque identifié.

Figure 15 - Carte planisphère de sismicité. Une dizaine d'années de séismes moyens à forts sur la planète

Figure 16 - Carte planisphère de corrélation entre la sismicité terrestre et les limites tectoniques (Document Université de Laval -Québec)

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3.3. STRUCTURE DE LA PLANÈTE, UNE DYNAMIQUE INTERNE GÉNÉRATRICE DE DÉPLACEMENTS RELATIFS À LA SURFACE La Terre est constituée d'une succession de couches de propriétés physiques différentes dépendant de la composition chimique, de la densité, de la température. Au centre, le noyau, qui représente 17% du volume terrestre, et qui se divise en noyau interne solide et noyau externe visqueux; puis le manteau, qui constitue l'essentiel du volume terrestre, 81%, et qui se divise en manteau inférieur solide et manteau supérieur principalement plastique, mais dont la partie tout à fait supérieure est solide; et enfin la croûte (ou écorce), qui compte pour moins de 2% en volume et qui est solide.

Figure 17 - Coupes schématiques sur le globe terrestre (documents Université de Laval, Québec)

La lithosphère, couche solide externe qui comprend une partie du manteau supérieur et la croûte terrestre, est divisée en plaques qui se déplacent les unes par rapport aux autres sous l'effet des courants de convection qui animent l'asthénosphère, couche plastique du manteau supérieur. La lithosphère se présente comme un ensemble rigide et par conséquent fragile; la température et la pression, qui augmentent avec la profondeur, modifient ce comportement, qui devient de plus en plus ductile, c'est-àdire capable de se déformer sans casser. Ce passage du domaine cassant au domaine ductile marque la limite lithosphère-asthénosphère. Ces courants de convection dans l'asthénosphère sont générés par la forte chaleur du noyau.

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On distingue deux types de croûte terrestre: - la croûte océanique qui est formée de roches basaltiques de densité 3,2 et qu'on nomme aussi SIMA (silicium-magnésium). C'est un socle rocheux " éphémère " produit par l'arrivée sur les dorsales océaniques de magma qui refroidit. Sous l'effet des déplacements des plaques tectoniques océaniques elle " retourne " fondre dans l'asthénosphère dont elle est issue (voir comment § 3.5). - la croûte continentale, qui se situe au niveau des continents. Ce sont des socles rocheux " originels " formés lors du refroidissement de la planète. Elle est plus épaisse et de plus faible densité (roches granitiques à intermédiaires de densité 2,7 à 3). On la nomme SIAL (silicium-aluminium). C'est un socle rocheux persistant. La couverture sédimentaire est une mince pellicule de sédiments produits et redistribués à la surface de la croûte par les divers agents d'érosion (eau, vent, glace) et qui compte pour très peu en volume.

Figure 18 - Tableau synoptique de la composition du globe terrestre (document Université de Laval Québec)

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Figure 19 - Coupe sur le globe terrestre (Document USGS) Indications sur la composition chimique et les températures des différents niveaux.

3.4. NOTION DE DÉRIVE DES CONTINENTS La dérive des continents est une théorie proposée au début du siècle par le physicien-météorologue Alfred Wegener. Au 17ème siècle des observateurs comme Francis Bacon en 1620, ont été étonnés par la similitude des tracés des côtes africaines et des côtes sudaméricaines. Quelques tentatives de modèles furent faites. C'est seulement en 1915 qu'Alfred Wegener développa et argumenta l'idée du déplacement des continents à la surface de la planète. Sa théorie était étayée par la coïncidence des contours géologiques de part et d'autre de l'Atlantique sud, la similitude des séquences de roches et les indicateurs paléoclimatiques. Mais sa théorie fut d'abord rejetée par la communauté des géophysiciens. Dans les années quarante quelques géologues se sont peu à peu ralliés à l'hypothèse d'un mouvement des continents. Les derniers doutes furent levés en 1950, par les études sur le paléomagnétisme des fonds océaniques. Le rôle des dorsales océaniques génératrices de matière sous l'action des courants de convection dans le manteau fut expliqué, grâce à l'étude des anomalies magnétiques décelées dans les planchers océaniques. Ce qui permit de déduire le phénomène de création continue de fonds océaniques.

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Figure 20 - Dérive des continents, représentation de Antonio Snider-Pellegrini en 1858 (Document Université de Berkeley - Californie)

Figure 21 - Alfred lothar WEGENER " Inventeur " de la théorie de la dérive des continents (Document Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research ; Bremerhaven, Allemagne)

Figure 22 - Position actuelle des continents (Document Université de Laval - Québec)

Wegener a imaginé que les continents sont les morceaux d'un seul bloc originel : la Pangée dont il a reconstitué un modèle. La tectonique des plaques aurait débuté vers - 900 millions d'années. A cette époque, les premiers boucliers continentaux remontés par convection de matériaux profonds du manteau étaient déjà présents. Ces premiers continents se déplaçaient déjà sous l'effet des courants de convection. Il y a environ 270 millions d'années l'ensemble des terres émergées était réuni sous un continent unique, la Pangée. La Pangée, était entourée d'un vaste océan : la Panthalassa. La dynamique tectonique a abouti à l'aspect actuel de la planète.

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Figure 23 - La Pangée (Document Université de Laval - Québec) La reconstitution de Wegener (puis celle plus précise de ses successeurs) montre que toutes les masses continentales ont été jadis réunies en un seul mégacontinent, la Pangée.

Figure 24 - Corrélation des fossiles retrouvés sur les différents continents issus de la dislocation de la Pangée (Document USGS) On retrouve sur les continents actuels, une correspondance entre les fossiles de plantes et d'animaux terrestres datant de 240 à 260 Ma. Avant la séparation de la Pangée.

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Figure 25 - Les traces d'anciennes glaciations. (Document Université de Laval -Québec) On observe, sur certaines portions des continents actuels, des marques de glaciation datant d'il y a 250 millions d'années, indiquant que ces portions de continents ont été recouvertes par une calotte glaciaire.

Figure 26 - Glaciation sur la Pangée (Document Université de Laval -Québec) La reconstitution sur la Pangée des marques de glaciation montre que le pôle Sud était recouvert d'une calotte glaciaire et que l'écoulement de la glace se faisait en périphérie de la calotte.

LA CORRESPONDANCE DES STRUCTURES GÉOLOGIQUES. On observe évidemment aussi une concordance entre les structures géologiques des continents anciennement réunis. LES CONTINENTS FLOTTENT SUR L'ASTHÉNOSPHÈRE La croûte continentale est plus épaisse sous les chaînes de montagnes que sous les plaines, cette situation répond au principe de l'isostasie qui veut qu'il y ait un équilibre entre les divers compartiments de l'écorce terrestre, en liaison avec les différences de densité. Les croûtes océaniques, plus denses sont moins épaisses et sont " recyclées " à terme dans l'asthénosphère (voir §3.52). Alors que les continents, moins denses que l'asthénosphère, "flottent" à sa surface et peuvent dériver les uns par rapport aux autres.

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Figure 27 - Dérive des continents depuis 225 millions d'années (Document Université de Laval Québec)

3.5. TECTONIQUE DES PLAQUES ET SISMICITÉ ASSOCIÉE AUX DIFFÉRENTS TYPES DE LIMITES ENTRE PLAQUES Ainsi, les séismes n'ont pas une répartition aléatoire à la surface de la planète, mais sont localisés pour leur immense majorité sur les frontières des plaques lithosphériques, ce qui facilite leur étude et la mise en place de politiques de prévention pour les régions très exposées. La tectonique est la partie de la géologie qui étudie la nature et les causes des déformations des ensembles rocheux, plus spécifiquement à grande échelle de la lithosphère terrestre. Une plaque est un volume rigide, peu épais par rapport à sa surface. 1° approche caractéristique : selon la profondeur de la source On peut en première approche classer les séismes selon la profondeur de leur source, qui peut dépendre du type de frontière (voir explication des phénomènes plus loin). -les séismes superficiels qui se produisent en faible profondeur, soit dans les premières dizaines de kilomètres, se retrouvent autant aux frontières divergentes qu'aux frontières convergentes;

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- les séismes intermédiaires qui se produisent entre quelques dizaines et une centaine de kilomètres de profondeur se concentrent uniquement au voisinage des limites convergentes; - les séismes profonds qui se produisent à des profondeurs pouvant atteindre plusieurs centaines de kilomètres par rupture sous l'effet de la pesanteur des plaques " plongeant " vers la base de l'asthénosphère. Ces séismes se trouvent exclusivement sur les limites convergentes. Très amortis, ils ne provoquent pas de désordres sur les constructions et communément, en matière de définition de l'aléa sismique régional on appelle " séismes profond " les séismes intermédiaires.

PLAQUES TECTONIQUES

Figure 28 - Répartition des plaques tectoniques à la surface du globe et sens de déplacement (Document X)

Les plaques tectoniques sont en général " mixtes " et de tailles très variables: les plaques continentales sont souvent associées dans leurs déplacements à un " morceau " de plaque océanique. La tectonique des plaques est donc une théorie scientifique qui explique que les déformations de la lithosphère sont les conséquences des forces internes de la terre et que ces déformations se traduisent par le découpage de la lithosphère en un certain nombre de plaques rigides (13) qui bougent les unes par rapport aux autres en " glissant " sur l'asthénosphère. 2° approche caractéristique : le type de frontière entre les plaques tectoniques Une deuxième approche pour classer les séismes consiste à comprendre leurs mécanismes, et le domaine tectonique qui leur est associé. C'est le long des limites entre plaques que l'activité sismique est la plus importante et que la caractérisation des domaines tectoniques (voir § 3.6) doit être réalisée. Il existe trois types de limites :

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- les zones d'expansion océanique, dans lesquelles naît de la croûte océanique, - les zones de subduction, dans lesquelles disparaît du matériel crustal, - les zones transformantes, le long desquelles coulissent des plaques ou des fragments de plaques sans création ni résorption de croûte.

Figure 29 - Types de frontières entre plaques (Document Université de laval - Québec) Les mouvements relatifs entre les plaques définissent trois types de frontières entre elles: 1) les frontières divergentes, là où les plaques s'éloignent l'une de l'autre et où il y a production de nouvelle croûte océanique; ici, entre les plaques A et B, et D et E; 2) les frontières convergentes, là où deux plaques entrent en collision, conséquence de la divergence; ici, entre les plaques B et C, et D et C; 3) les frontières transformantes, lorsque deux plaques glissent latéralement l'une contre l'autre, le long de failles; ce type de limites permet d'accommoder des différences de vitesses dans le déplacement de plaques les unes par rapport aux autres, comme ici entre A et E, et entre B et D, ou même des inversions du sens du déplacement, comme ici entre les plaques B et E.

La terre est une structure dont tous les éléments forment un grand système mu par la thermodynamique.

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Figure 30 - Coupe schématique sur la lithosphère et l'asthénosphère montrant plusieurs types de frontières possibles entre les plaques (Document Université de Laval - Québec) Il existe des grandes cellules de convection dans le manteau qui sont le résultat du flux de chaleur qui va du centre vers l'extérieur de la terre, un flux de chaleur dû à la décomposition des éléments radioactifs contenus dans les minéraux constitutifs de la terre. Ces cellules concentrent de la chaleur dans leur partie ascendante, ce qui cause une fusion partielle du manteau supérieur et une expansion des matériaux. C'est cette expansion qui produit une dorsale médio-océanique (Voir § 3.51). Les mouvements de l'asthénosphère sous la lithosphère rigide entraînent cette dernière; ils provoquent des tensions au niveau de la dorsale, causant la divergence et le magmatisme associé. Ainsi, il y a formation continuelle de nouvelle lithosphère océanique au niveau de la dorsale et élargissement progressif de l'océan. En contrepartie, puisque le globe terrestre n'est pas en expansion, il faut détruire de la lithosphère, ce qui se fait par enfoncement de lithosphère océanique dans les zones de subduction qui correspondent aux fosses océaniques profondes (Voir 3.521). Les dorsales sont recoupées par des failles dites transformantes pour accommoder des différences de vitesses de divergence (Voir 3.53).

Les vitesses de divergence et de convergence ne sont pas identiques partout. La divergence varie de 1,8 à 4,1 cm/an dans l'Atlantique et de 7,7 à plus de 18 cm/an dans le Pacifique. La convergence se fait à raison de 3,7 à 5,5 cm/an dans le Pacifique. Le déplacement transformant de la faille de San Andreas est de l'ordre de 5,5 cm/an.

3.5.1. LIMITES DIVERGENTES Le phénomène de divergence commence sur un continent par la formation d'un fossé étroit ou rift accompagné d'un volcanisme basaltique. Le rift s'élargit et s'approfondit. Il finit par être envahi par la mer. Le rift central devient alors une dorsale médio-océanique, dont l'activité agrandit progressivement la taille de l'océan. Les schémas suivants illustrent le processus de création d'un rift continental et son évolution vers une dorsale océanique sous l'action du mouvement divergeant en partie supérieure des cellules de convection de l'asthénosphère.

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Figure 31 - Phase 1. (Document Université de Laval - Québec) Lorsqu'une zone de convection se crée dans l'asthénosphère, l'accumulation de chaleur sous une plaque continentale cause une dilatation de la matière qui conduit à un bombement de la lithosphère. Il s'ensuit des forces de tension qui fracturent la lithosphère et amorcent le mouvement de divergence. Le magma viendra s'infiltrer dans les fissures, ce qui causera par endroits du volcanisme continental; les laves formeront des volcans ou s'écouleront le long des fissures. Un exemple de ce premier stade précurseur de la formation d'un océan est la vallée du Rio Grande aux USA.

Figure 32 - Phase 2. (Document Université de Laval - Québec) La poursuite des tensions produit un étirement de la lithosphère; il y aura alors effondrement en escalier, ce qui produit une vallée appelée un rift continental. Il y aura des volcans et des épanchements de laves le long des fractures. Le Grand Rift africain en Afrique orientale en est un exemple.

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Figure 33 - Phase 3. (Document Université de Laval - Québec) Avec la poursuite de l'étirement, le rift s'enfonce sous le niveau de la mer et les eaux marines envahissent la vallée. Deux morceaux de lithosphère continentale se séparent et s'éloignent progressivement l'un de l'autre. Le volcanisme sous-marin forme un premier plancher océanique basaltique (croûte océanique) de part et d'autre d'une dorsale embryonnaire; c'est le stade de mer linéaire, comme par exemple la Mer Rouge.

Figure 34 - Phase 4. (Document Université de Laval - Québec) L'élargissement de la mer linéaire par l'étalement des fonds océaniques conduit à la formation d'un océan de type Atlantique, avec sa dorsale bien individualisée, ses plaines abyssales et ses plateaux continentaux correspondant à la marge de la croûte continentale.

N-B : Les dorsales océaniques constituent des zones importantes de dissipation de la chaleur interne de la Terre.

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Figure 35 - Coupe schématique du cycle des fonds océaniques (Document Université de Laval Québec) La convection dans l'asthénosphère provoque des concentrations de chaleur en certaines zones où le matériel chauffé se dilate, ce qui explique le soulèvement correspondant à la dorsale océanique. La convection produit, dans la lithosphère, des forces de tension qui font que deux plaques divergent; elle est le moteur du " tapis roulant ", entraînant la lithosphère océanique de part et d'autre de la dorsale. Entre les deux plaques divergentes, la venue de magma crée de la nouvelle croûte océanique.

Figure 36 - Coupe schématique de détail d'une dorsale (Document Université de Laval - Québec) L'étalement des fonds océaniques crée dans la zone de dorsale, des tensions qui se traduisent par des failles d'effondrement et des fractures ouvertes, ce qui forme au milieu de la dorsale, un fossé d'effondrement qu'on appelle un rift océanique. Le magma produit par la fusion partielle du manteau s'introduit dans les failles et les fractures du rift. Une partie de ce magma cristallise dans la lithosphère, alors qu'une autre est expulsée sur le fond océanique sous forme de lave et forme des volcans sousmarins. C'est ce magma cristallisé qui forme de la nouvelle croûte océanique à mesure de l'étalement des fonds

C'est donc ainsi que se crée perpétuellement de la nouvelle lithosphère océanique aux niveau des frontières divergentes, c'est-à-dire sur les dorsales médio-océaniques. Ce processus explique comment se sont formés les océans entre les continents. Sur les zones de divergence des plaques océaniques, la lithosphère océanique dépasse rarement 10-15 km d'épaisseur, les séismes sont donc tous superficiels sur ces zones.

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N-B : L'iconographie de la tectonique des plaques représente les dorsales comme des " droites " sur un plan. En fait, la terre étant une sphère, le parcours de la dorsale est " linéaire " sur la surface de cette sphère. On représente aussi les cellules de convection en deux dimensions; il faut faire un effort d'abstraction pour se les représenter en trois dimensions, à l'intérieur de la sphère. Inversion des champs magnétiques et datation du fond des océans. Les plaques océaniques divergent de part et d'autre de la dorsale océanique. Ce phénomène est compensé par des apports de magma basaltique qui se solidifie en forme de " coussins ". Ainsi la dorsale océanique est le lieu de création de la croûte océanique. En se refroidissant, les laves " fixent " l'orientation du champ magnétique du moment1 .

Figure 37 - Faille de Pingvellir en Islande, terres émergées sur la dorsale Atlantique (Document Yann Arthus-Bertrand) On peut voir les déformations superficielles dues au régime en expansion de la zone.

Figure 38 - Cartographie topographique de la dorsale médio-océanique Atlantique (Document USGS) 1 Le pôle magnétique de la planète est périodiquement inversé (sur de longues périodes). Il l'est pas toujours au nord. L'étude des champs magnétiques des fonds océaniques (qui sont liés à la période à laquelle le magma a été émis et solidifié) a permis d'établir que le champ magnétique terrestre avait subi des inversions périodiques et de déterminer ces périodes en fonction de la vitesse de divergence.

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Figure 39 - Datation des fonds océaniques par les inversions de polarité magnétique. (Document USGS)

Les fonds marins ont la polarité magnétique qui correspond à celle des pôles au moment où ils ont été créés par refroidissement du magma sortant sur la dorsale. Les relevés de polarité des fonds sous-marins (que l'on peut dater), permettent de situer les époques d'inversion de la polarité du globe, donc de définir leur vitesse de progression. La vitesse d'expansion des fonds océaniques varie de 1 à 2 cm par an pour les dorsales lentes, et atteint jusqu'à 10 cm et plus pour les dorsales rapides. Les dorsales lentes, telle la dorsale médio-atlantique, présentent dans leur partie médiane, un rift, fossé profond de 2 000 m et large de 20 à 30 km, alors que les dorsales rapides, comme la dorsale Est-Pacifique, en sont dépourvues et ne présentent qu'un relief modéré. les chambres magmatiques n'y sont qu'à quelques kilomètres de profondeur.


L'étude de ces champs magnétiques a mis en évidence la symétrie des fonds, d'autant plus anciens qu'éloignés de la dorsale. Les fonds océaniques les plus âgés avaient été formés pendant le jurassique ce qui indique qu'ils " disparaissent " puisqu'il n'y a pas de croûte océanique aussi âgée que les croûtes continentales. On observe cette " disparition " sur les limites convergentes en subduction.

3.5.2. LIMITES CONVERGENTES Aujourd'hui les géophysiciens sont d'accord pour dire que la terre n'est pas en expansion. Si la surface de la terre est un espace fini, le fait qu'il y ait création de matière aux frontières divergentes implique que de la lithosphère est détruite ailleurs pour maintenir constante la surface terrestre. Cette destruction se fait sur certaines frontières convergentes. La destruction de plaque se fait par l'enfoncement dans l'asthénosphère d'une plaque sous une autre plaque et par la fusion progressive de la portion de plaque plongeant dans l'asthénosphère : le phénomène de subduction. Les manifestations de cette convergence diffèrent selon la nature des plaques (océaniques ou continentales) qui entrent en collision. Lorsque le mouvement de convergence fait " s'affronter " deux continents, donc deux plaques " légères ", le mécanisme de subduction d'une plaque plus dense que l'autre ne peut s'amorcer " aisément ". On assiste à un phénomène de surrection des continents : formation et croissance de chaînes de montagnes.

3.5.2.1. SUBDUCTION DES PLAQUES OCÉANIQUES Un premier type de collision résulte de la convergence entre deux plaques océaniques. Dans ce genre de collision, une des deux plaques (la plus dense, généralement la plus vieille) s'enfonce sous l'autre : c'est le phénomène de subduction (littéralement: conduire en-dessous). La ligne d'émergence du plan de subduction correspond à une fosse océanique. L'inclinaison des plans de subduction varie de 20 à 45°. Sur la bordure de la plaque chevauchante, s'accumulent des écailles tectoniques constituées par les sédiments qui sont refoulés. Cet empilement constitue le prisme d'accrétion tectonique. La plaque chevauchante peut être une plaque continentale (voir plus loin) ou, parfois, une autre plaque océanique. On y observe alors un archipel d'îles volcaniques séparé du continent par un bassin marginal (Japon, Antilles).

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Figure 40 - Subduction entre plaques océaniques (Document Université de Laval - Québec) L'asthénosphère "digère" peu à peu la plaque lithosphérique subductée. Vers 100-150km de profondeur les conditions (pression-température) provoquent la fusion partielle de cette plaque. Le magma résultant (visqueux), moins dense que le milieu ambiant, monte vers la surface. Une grande partie de ce magma reste emprisonnée dans la lithosphère, mais une partie est expulsée à la surface, produisant des volcans sous la forme d'une série d'îles volcaniques (arc insulaire volcanique) sur le plancher océanique. De bons exemples de cette situation se retrouvent dans le Pacifique-Ouest, avec les grandes fosses des Mariannes, de Tonga, des Kouriles et des Aléoutiennes, chacune possédant leur arc insulaire volcanique, ainsi que la fosse de Puerto Rico ayant donné naissance à l'arc des Antilles bordant la mer des Caraïbes Atlantique.

LA ZONE DE SUBDUCTION DE L'ATLANTIQUE SOUS LA CARAÏBE 100

Arc insulaire

Zone de concentration des foyers peu profonds

0

Prisme d'accretion

B

A PLAQUE CARAIBE

fosse océanique

Coupe n°11

Martinique C

PLAQUE AMERIQUE

D

Zone de concentration des foyers profonds

100

200 km

Profondeur (en km)

0

0

-40

Séisme du 8/06/1999 -80

E -120

200

A : Sources intraplaques caraïbe en faille normale

-160

B : Sources intraplaques caraïbe intermédiaire C : Sources interplaques, plan de subduction D, E : Sources intraplaques Amérique subductée

300

-200

-58.80°;15.26°

-61.43°;14.63° 0

40

80

120

160

200

240

280

profondeur (km)

Figure 41 - Coupes sur la subduction Antillaise (Documents Géo-Ter) La coupe schématique de gauche représente les différents domaines sismogènes associés à la subduction est-caribéenne et leurs mécanismes. En C, le plan de subduction lui-même, où sont attendues les magnitudes les plus élevées (les surfaces de ruptures les plus importantes). En A et B les séismes générés par les contraintes en bordure de la plaque Caraïbe, de magnitudes possibles moins élevées (dimensions des failles moins importantes), mais pouvant être (zone A) très proches des constructions et in fine aussi violents (mais aux effets plus localisés) sur les terres émergées. En D et E, les séismes profonds dus aux ruptures de la plaque subductée sous son propre poids (Ces derniers sont très amortis lorsqu'ils arrivent à la surface). A droite une coupe sur les épicentres localisés : on reconnaît les différents domaines auxquels s'ajoutent les séismes dus aux contraintes sur la plaque Amérique (zone de croûte océanique de l'Atlantique) à proximité du plan de subduction.

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Un second type de collision avec subduction est le résultat de la convergence entre une plaque océanique et une plaque continentale. Dans ce type de collision, la plaque océanique plus dense s'enfonce sous la plaque continentale.

Figure 42 - Subduction d'une plaque océanique sous une plaque continentale (Document Université de Laval - Québec) Les basaltes de la plaque océanique et les sédiments du plancher océanique s'enfoncent dans du matériel de plus en plus dense. Rendue à une profondeur excédant les 100 km, la plaque est partiellement fondue. Comme dans le cas précédent, la plus grande partie du magma restera emprisonnée dans la lithosphère (ici continentale); le magma qui aura réussi à se frayer un chemin jusqu'à la surface formera une chaîne de volcans sur les continents (arc volcanique continental). De bons exemples de cette situation se retrouvent à la marge du Pacifique-Est, comme les volcans de la Chaîne des Cascades (Cascade Range) aux USA (incluant le Mont St. Helens) résultat de la subduction dans la fosse de Juan de Fuca et ceux de la Cordillères des Andes en Amérique du Sud reliés à la fosse du Pérou-Chili. Dans une phase avancée de la collision, le matériel sédimentaire qui se trouve sur les fonds océaniques et qui est transporté par le tapis roulant vient se concentrer au niveau de la zone de subduction pour former un prisme d'accrétion.

Cas particulier de l'obduction L'obduction est le chevauchement de la croûte continentale par de la croûte océanique. Elle peut être la conséquence d'une évolution particulière: transformation d'une dorsale océanique en zone de convergence (subduction), résorption du domaine océanique, l'affrontement du continent et de la zone de subduction provoquant l'expulsion du fond océanique sur le continent (c'est le cas de la NouvelleCalédonie). Ce phénomène suscite un grand intérêt chez les géologues. En effet, il permet d'observer aisément en trois dimensions un fragment de croûte océanique. Dans le Sultanat d'Oman on trouve une zone d'obduction d'une étendue longue de 500 km et large de 100 km.

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3.5.2.2. SURRECTION DES PLAQUES CONTINENTALES Un troisième type de collision implique la convergence de deux plaques continentales, elle s'accompagne de leur surrection. Les illustrations suivantes décrivent le phénomène.

Figure 43 - Phase 1 (Document Université de Laval) L'espace océanique se refermant au fur et à mesure du rapprochement des deux plaques continentales, le matériel sédimentaire du plancher océanique, plus abondant près des continents, et celui du prisme d'accrétion se concentrent de plus en plus; le prisme croît.

Lorsque les deux plaques entrent en collision, le mécanisme se coince: le moteur du déplacement (la convection dans le manteau supérieur) n'est pas assez fort pour enfoncer une des deux plaques dans l'asthénosphère à cause de la trop faible densité de la lithosphère continentale par rapport à celle de l'asthénosphère. Tout le matériel sédimentaire est comprimé et se soulève pour former une chaîne de montagnes où les roches sont plissées et faillées. Des lambeaux de la croûte océanique peuvent même être coincés dans des failles. Les deux plaques continentales se soudent pour n'en former qu'une seule qui s'épaissit en altitude et en profondeur.

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Figure 44 - Phase 2 (Document Université de Laval - Québec) Toute les grandes chaînes de montagnes plissées ont été formées par ce mécanisme. Un bon exemple récent de cette situation, c'est la soudure de l'Inde au continent asiatique, il y a à peine quelques millions d'années, avec la formation de l'Himalaya.

SURRECTION DE L'HIMALAYA

Figures 45 - (Documents USGS - Photographie Gimmy Park Li.) Les coupes ci-dessus représentent de déplacement d'un point théorique pendant la surrection du massif himalayen. La carte montre la progression de la plaque indienne au cours des 70 millions d'années passés.

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3.5.3. LIMITES TRANSFORMANTES Les frontières transformantes correspondent à de grandes fractures qui affectent toute l'épaisseur de la lithosphère; on utilise plus souvent le terme de failles transformantes. Ces failles permettent d'accommoder des différences dans les vitesses de déplacement ou même des mouvements opposés entre les plaques, ou de faire le relais entre des limites divergentes et convergentes (ces failles transforment le mouvement entre divergence et convergence, d'où leur nom de failles transformantes). Elles se trouvent le plus souvent, mais pas exclusivement, dans la lithosphère océanique où elles compensent les différences de vitesses d'expansion sur les dorsales. Dans ce cas elle sont sensiblement perpendiculaires à celles-ci. La faille de San Andreas en Californie est un autre bon exemple de limite transformante: elle assure le relais du mouvement entre la limite divergente de la dorsale du Pacifique-Est, la limite convergente des plaques Juan de Fuca-Amérique du Nord et la limite divergente de la dorsale de Juan de Fuca.

Figures 46 - Faille de San Andreas (Documents USGS) La faille de San Andreas concerne à la fois la lithosphère océanique et la lithosphère continentale. Elle constitue la limite entre trois plaques: plaque de Juan de Fuca, plaque de l'Amérique du Nord et plaque du Pacifique. Elle est très étudiée car elle concerne des millions de personnes. Au rythme actuel du déplacement (~ 5,5 cm/an), la ville de Los Angeles sera au droit de San Francisco dans 10 Ma. La route qui traverse la faille donne l'échelle des reliefs associés au travail de ce décrochement sur les roches.

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3.5.4. CAS DES SÉISMES INTRAPLAQUES Même si la grande majorité des séismes se situe aux frontières de plaques, il existe une activité sismique intraplaque, c'est à dire à l'intérieur même des plaques lithosphériques, loin des zones de contraintes identifiables à proximité de leurs frontières. Les séismes intraplaques continentaux sont plus difficile à expliquer, mais surtout à " prévoir " et localiser. Malheureusement ces séismes peuvent être très violents. N-B : Les sismologues appellent " séismes intraplaques " les séismes proches d'une frontière tectonique comme un plan de subduction, mais hors de ce plan. En termes de politique de prévention on dénomme plutôt ainsi les séismes éloignés des frontières tectoniques.

3.6. DE LA MODÉLISATION DES DÉPLACEMENTS RELATIFS DES PLAQUES TECTONIQUES À LA DÉFINITION DES DOMAINES TECTONIQUES

Figure 47 - Représentation schématique des mouvements tectoniques à la surface de la planète (Document X)

La modélisation de l'activité tectonique de la planète a permis de mieux caractériser l'activité sismique de chaque région. Cependant, le régime global associé à chaque limite (convergeant, expansif ou transformant) ne signifie pas que tous les domaines sismotectoniques de la zone ont des mécanismes directement représentatifs de ces déplacements. Ainsi on a des domaines de failles normales (expansion) à proximité des plans de subduction (convergence) en raison de l'interaction entre les plaques et des modes de déformation locale. La cartographie des différents domaines tectoniques, comme ci-dessous en Italie permet de définir l'aléa sismique régional (voir § 6 et 7).

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Figure 48 - Carte des domaines sismotectoniques de l'Italie (Document GNDT) Chaque domaine dont l'activité est étudiée pour établir le zonage sismique réglementaire de l'Italie est repéré par un numéro. Chaque domaine correspond à un mécanisme et une activité distincte du domaine voisin. L'ensemble de ces domaines suit bien les frontières tectoniques qui bordent l'Adriatique et sont à l'origine du plissement de l'Arc Alpin. La sismicité associée à chaque domaine permet de définir l'aléa régional déterministe ou probabiliste, et d'arbitrer le niveau de l'action sismique pour les ouvrages à risque normal par une carte de zonage réglementaire .

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4. LA SECOUSSE SISMIQUE, CARACTÉRISATION DES ONDES SISMIQUES

4.1. LES TYPES D'ONDES Libérées par la rupture sur la faille, des ondes élastiques se propagent dans toutes les directions. Plusieurs types d'ondes aux effets différents sur les sols et les structures sont générés par le séisme. La connaissance des caractéristiques des différents types d'ondes et de leurs modes de propagation permet de comprendre leur action sur une structure donnée en fonction du site géologique et de sa distance au foyer.

4.1.1. LES ONDES DE VOLUME Elles se propagent dans la masse terrestre depuis la source, elles sont réfléchies et/ou réfractées par les limites de couches de sol de densités différentes et par la surface (Voir § 5.4). Ce sont les ondes de volume qui provoquent les déformations des constructions courantes sous l'effet des forces d'inertie (leurs fréquences d'oscillation sont proches de celles des constructions qu'elles peuvent mettre en résonance). - Les ondes P (Primaires) qui progressent en animant les sols traversés en compression/dilatation comme les spires d'un ressort. Les ondes P sont des ondes de compression assimilables aux ondes sonores et qui se propagent dans tous les états de la matière (gazeux, liquide et solide). Les ondes P se déplacent en créant successivement des zones de compression et des zones de dilatation. Les particules se déplacent localement selon un mouvement " avant-arrière " dans la direction de la propagation de l'onde (Voir figure 49). o Vitesse : de l'ordre de 4 à 6 km/s (beaucoup moins selon la nature des roches tendres et des sols plus ou moins raides traversés près de la surface). Plus rapides que les ondes S, ce sont les premières enregistrées par les appareils, d'où leur dénomination. o Périodes: de l'ordre de la seconde (de la fraction de seconde à quelques secondes) o Longueur d'onde: de l'ordre de 4 à 6 km

- Les ondes S (Secondaires) qui progressent en cisaillant le sol perpendiculairement à leur sens de cheminement Les ondes S sont des ondes de cisaillement qui ne se propagent que dans les solides. Les particules oscillent localement dans un plan perpendiculaire à la direction de propagation de l'onde (Voir figure 49).

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o Vitesse : 60% de celle des ondes P o Périodes: de l'ordre de la seconde (de la fraction de seconde à quelques secondes) o Longueur d'onde: de l'ordre de 4 à 6 km

N-B : La vitesse de propagation des ondes sismiques est proportionnelle à la densité du matériel dans lequel elles se propagent.

Figure 49 - Représentation schématique du mouvement des ondes P et des ondes S (Document Université de Laval - Québec)

4.1.2. LES ONDES DE SURFACE (ONDES DE LOVE ET DE RAYLEIGH) Elles sont générées par l'arrivée des ondes de volume à la surface du globe. Plus le séisme est profond, moins elles sont puissantes. Elles concernent les couches superficielles des sols. Les ondes de Love et de Rayleigh ont un contenu fréquentiel qui concerne certaines structures, mais leur influence sur les constructions courantes est négligeable : o Vitesse : de l'ordre de 1 à 2 km/s o Périodes: de l'ordre de 20 s o Longueur d'onde: de l'ordre de 20 à 40 km

Les ondes de Love ou ondes L sont des ondes de cisaillement, comme les ondes S, mais qui oscillent dans un plan horizontal. Elles impriment au sol un mouvement de vibration latéral. Les ondes de Rayleigh ou ondes R sont assimilables à une vague; les particules du sol se déplacent selon une ellipse rétrograde, créant une véritable vague qui affecte le sol lors des grands tremblements de terre.

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Figure 50 - Représentation schématique du mouvement des ondes L et R (Document X)

4.2. REPRÉSENTATION DANS LE TEMPS DU MOUVEMENT SISMIQUE ENREGISTRÉ EN UN SITE : SISMOGRAMMES, ACCÉLÉROGRAMMES Notions de période et d'amplitude d'une onde La période et l'amplitude caractérisent les phénomènes ondulatoires. Pour les séismes il peut s'agir de caractériser le déplacement des particules de sol, leur vitesse de déplacement et l'accélération du sol. Des caractéristiques du mouvement ondulatoire dépend l'action possible des ondes sismiques sur les constructions.

La fréquence (F, en Hz) est l'inverse de la période (T, en s). La période est la durée d'un cycle d'oscillation, la fréquence, le nombre de cycles par seconde. La notion de périodicité d'une sollicitation dynamique d'origine sismique est fondamentale pour la compréhension du comportement dynamique des structures. L'amplitude du mouvement ondulatoire est d'autant plus importante que celui-ci est énergétique.

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Un signal sismique est complexe et aléatoire. Il peut être représenté comme la superposition d'ondes (des différents types) de fréquences variées dont l'amplitude est plus ou moins importante. Un certain nombre de paramètres, dépendant de la source et des sols traversés conditionnent la nature du signal sismique en un lieu. L'enjeu sera d'identifier les fréquences très énergétiques des signaux sismiques possibles sur le site à construire.

=

+

+

Nécessité d'identifier le signal possible d 'un séisme sur un site avant le séisme La concordance entre les périodes de grande amplitude des oscillations pour un sol donné sous l'effet d'un séisme donné et les périodes propres d'oscillation d'une construction créent un phénomène de résonance qui peut multiplier les accélérations que subit la structure par 2 ou plus. C'est un des principaux facteurs de ruine s'il n'est pas pris en considération par le concepteur et le bureau d'études. L'un des objets de la sismologie appliquée est d'associer à chaque site un " outil de travail ", appelé " spectre de réponse " (voir § 4.3 et 8.2), qui permet à l'architecte et à l'ingénieur d'évaluer la possible amplification des ondes arrivant sur le site par le bâtiment, en raison de la possible mise en résonance de la structure. La première étape pour y parvenir est d'enregistrer les séismes des différents types de site pour en décomposer le signal. Enregistrement des séismes La convention internationale est d'enregistrer les mouvements dans les trois directions : N-S, E-O et verticale. 3 types de capteurs: sismomètres (Déplacements), vélocimètres (Vitesses), accéléromètres (Accélérations). On utilise plus communément les accélérogrammes, enregistrements à partir desquels on peut retrouver la vitesse et le déplacement par calcul intégral.

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Figure 51 - Principes schématiques des enregistrements dans les plans horizontaux et vertical avec des appareils " mécaniques ". (Document EOST)

Accélération (exprimée en m/s2 ou en % de g, g = 9,81m/s2) On mesure les accélérations du sol dans les trois directions en fonction du temps. La recherche des pics d'accélération possibles sur une région donnée est le premier élément de l'évaluation du mouvement sismique pour l'application des règles de calcul réglementaire. (En anglais PGA : Pic Ground Acceleration). Les accélérations, " en réponse " au séisme, de la structure conditionnent les forces d'inertie qui vont s'appliquer à la structure et auxquelles elle devra résister (Forces d'inertie = Masse(s) de la structure x Accélération(s) ).

Figure 52 - Exemple d'accélérogramme (en cm/s2) En abscisse, le temps en secondes, et en ordonnée, les accélérations en cm/s2. Sur cet enregistrement une accélération maximale du sol (ou pic) de 4,6 m/s2 ((0,46g) est repérée à t = 6 secondes.

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Vitesse (exprimée en m/s) On mesure les vitesses du sol dans les trois directions en fonction du temps. La vitesse " en réponse " au séisme est un paramètre du comportement dynamique des structures. La vitesse à laquelle se font les déformations dans une structure conditionne l'amortissement de l'énergie dynamique sous forme de chaleur (Forces amorties = Coefficient(s) propre(s) au(x) matériau(x) x Vitesse(s) ). Cette dissipation de l'énergie dynamique réduit le niveau de contraintes dans la structure, donc ses déformations (voir ci-dessous). Ainsi, pour les matériaux à coefficient d'amortissement non négligeable, l'équation du séisme en fonction du temps introduit le paramètre de la vitesse.

Figure 53 - Exemple de vélocigramme vertical En abscisse le temps en secondes, en ordonnée la vitesse en m/s.

Déplacement (exprimé en m) On mesure les déplacements du sol dans les trois directions en fonction du temps. Une structure flexible peut subir des niveaux d'accélérations et des forces d'inertie acceptables au regard de son dimensionnement, mais ses déformations peuvent être trop importantes à différents égards (pérennité de la structure, compatibilité avec les éléments secondaires et équipements. Les déplacements (déformations de la structure " en réponse " au séisme) éventuellement importants sur les structures flexibles doivent être évalués et équilibrés par les forces de rappel (Forces de rappel = coefficient(s) de raideur de la structure x déplacement). Il faut raidir (ou amortir, voir ci-dessus) les structures dont la flexibilité provoquerait des déformations inacceptables.

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Figure 54 - Sismogramme Est-Ouest du séisme ligure de 1887. Les premiers sismomètres enregistraient des déplacements. Les oscillations mécaniques du bras autour d'un axe vertical donnaient une "ordonnée courbe". Visiblement l'appareil s'est déréglé vers l'Est pendant le séisme.

4.3. REPRÉSENTATION DU MOUVEMENT ENREGISTRÉ EN UN SITE PAR SON SIGNAL FRÉQUENTIEL : LE " SPECTRE DE RÉPONSE " Notion préalable : Le phénomène de mise en résonance d'un système par une oscillation forcée Chaque système (défini par ses matériaux et sa géométrie) a une (ou des) " période(s) propre(s) d'oscillation " : c'est celle de ses oscillations libres, jusqu'à arrêt du mouvement, après une action unique le déplaçant (déformant) de sa position d'origine (exemple des oscillations du punching-ball après une poussée unique). La durée de cette période, propre au système, dépend de sa raideur, de sa masse et de la nature des liaisons entre ses éléments et avec le " sol d'implantation ".2 Lorsque ce système est mis en mouvement par une action dynamique répétée du " sol d'implantation ", si la période de cette action correspond à la période propre d'oscillation du système, l'amplitude du mouvement du système augmente rapidement par mise en résonance. (Exemple de la balançoire qui reçoit de petites impulsions " en cadence " avec sa période propre d'oscillation, ce qui fait croître l'amplitude du mouvement avec un faible apport énergétique, alors que des impulsions plus fortes, mais de période aléatoire seraient susceptibles de la ralentir et réduire l'amplitude de ses oscillations. N-B : L'analogie avec un oscillateur élastique déformé par les forces d'inertie n'est pas exacte, mais l'illustration du phénomène de mise en résonance est valable) Ainsi, chaque site, caractérisé par ses données physiques (matériaux, géométrie des accidents topographiques et/ou géométrie des couches de sol meuble sur le substratum), est un système qui va amplifier (ou atténuer) les différentes périodes qui composent le signal sismique qui lui parvient depuis la source, en le " filtrant ". Chaque site aura donc un signal propre en réponse à un séisme donné. De même, chaque structure est un système qui possède une (ou plusieurs) période propre d'oscillation et qui va amplifier (ou atténuer) les différentes

2 Un système simple ou oscillateur simple a une seule période d'oscillation. Un système plus complexe comme un bâtiment a une période fondamentale qui correspond à une déformation globale régulière, mais aussi pour chaque autre mode de déformation une période propre caractéristique (plus courte que le période fondamentale).

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composantes du signal propre au site. La " réponse " d'une structure est caractérisée par le niveau d'amplification ou d'atténuation du mouvement sismique que le sol lui transmet. Les constructions dont une période propre d'oscillation correspond à celle(s) qui est (sont) amplifiée(s) par le site vont entrer en résonance avec le mouvement propre du site d'implantation, et leur mouvement " en réponse " pourra être multiplié par 2 et plus par rapport au mouvement de référence au rocher. C'est un des principaux facteurs de ruine totale en cas de séisme. La conception parasismique des structures vise, entre autres, la prévention de l'amplification des secousses reçues du sol par la structure. Les études de sismologie visent donc la production, entre autres outils d'aide à la conception, de spectres de réponse, graphiques permettant à l'architecte et à l'ingénieur qui savent les lire de prendre en considération le phénomène d'amplification possible des secousses par la construction projetée. On doit donc distinguer (voir ci-après): - Le spectre de réponse d'un site à un séisme donné, - Le spectre de réponse d'un site aux différents séismes régionaux possibles - Le spectre de réponse réglementaire associé à une famille de sites comparables. Spectre de réponse des structures pour un site donné et un séisme donné Le " spectre de réponse " des structures en fonction de leur période(s) propre(s) sur un site pour un séisme identifie les périodes du signal de ce séisme que ce site a amplifié (ou atténué) parmi celles qui sont parvenues au sol rocheux sous-jacent (mouvement de référence), et ainsi celles qui ont pu " exciter " les structures de période(s) propre(s) concordante(s) qui y sont implantées. Le " spectre de réponse " des structures, se présente sous la forme d'un " graphique " sur lequel on va lire le " coefficient " d'amplification (par mise en résonance) ou de dé-amplification (par non concordance des périodes sol-bâtiment) des paramètres du mouvement sismique (déplacement, vitesse, accélération), mesurés au sol, par les différentes structures. Ainsi, on lira sur le spectre de réponse, la réponse de la structure au signal du site en fonction de sa " période propre d'oscillation " et de son taux d'amortissement. Le spectre de réponse est établi par analyse du contenu fréquentiel du signal enregistré sur le site. Il est une représentation non temporelle, mais fréquentielle du séisme. Exemples de spectres de réponse pour un site et un séisme donné.

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Figure 55 - Spectres de réponse en accélération, vitesse et déplacement d'un site donné pour le séisme de Ceyhan-Misis. Quatre " courbes " pour chaque paramètre, correspondant à quatre taux d'amortissement du mouvement par la structure différents (Turquie, 1998) On repère sur l'abcisse la période propre d'oscillations libres de l'oscillateur étudié (structure s'il s'agit de constructions) et on lit en ordonnée le niveau de réponse de cet oscillateur. Dans le cas présent, les structures de période propre 0,7 seconde ont amplifié fortement les accélérations reçues, les structures de période propre inférieure à 0,3 seconde et supérieure à une seconde ont eu des niveaux d'accélération faibles, ce qui a été constaté sur le terrain par les différents niveaux de désordres sur les différents types de structures selon leurs périodes propres. Les structures de période 1,2 seconde ont eu des réponses en déplacement élevées, ce qui peut expliquer la dislocation de minarets de pierre qui n'ont pas supporté les déformations qu'ils subissaient.

- Pour un même séisme, on constatera des amplifications importantes des oscillations de périodes courtes sur les sites rocheux, et de périodes longues sur les sols meubles de grande épaisseur. - Pour un même site, les amplifications concerneront les périodes plus longues, mais à des niveaux plus faibles pour les séismes lointains que pour les séismes proches (les fréquences élevées sont plus amorties avec la distance). Exemple de spectre de réponse pour un site donné et différentes sources sismiques En termes de prévention, la connaissance du spectre de réponse d'un site pour un seul séisme n'est pas suffisante. En effet, les domaines fréquentiels des signaux parvenant d'une source proche ou lointaine ne sont pas les mêmes, on produira donc des spectres qui tiennent compte des différents signaux pouvant arriver sur le site.

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Le spectre de réponse des sites est un des outils issus des recherches en sismologie sans lesquels on ne peut pas faire de construction parasismique " démocratique ". Il permet de calculer avec des méthodes assez simples l'action d'un séisme sur les constructions courantes (domaine élastique) avec une bonne fiabilité (spectre propre au site) ou une assez bonne fiabilité pour les sols assez raides (spectre standard de la réglementation, voir plus loin).

Figure 56 - Exemples de spectres enveloppes lissés pour un site (à El Centro, USA) A partir des spectres de réponse sur un site pour plusieurs séismes de sources différentes (signaux différents) on détermine des spectres de calcul qui " enveloppent ", en les lissant, les différents pics des spectres réels. On peut alors les utiliser pour le calcul des structures en lisant sur l'ordonnée un niveau d'amplification qui est peut être surestimé, mais en principe pas trop sous-estimé. Le spectre en accélération est d'abord " calé ", pour une période de 0 seconde (structure infiniment rigide se déplaçant avec le sol sans se déformer), au niveau d'accélération du sol vraisemblable sur le site (Issu des études d'aléa régional, voir § 7). Sur l'exemple ci-dessus il est calé à 3 m/s2. La réponse des structures qui s'y trouvent (définies par leur période propre) correspond au niveau d'amplification de cette accélération " régionale " par la structure. C'est celle que l'on lira sur le spectre. Sur l'exemple ci-dessus ; une structure de période = 0,4s ayant un taux d'amortissement de 2%, sera calculée pour une accélération en réponse de 7 m/s2.

Exemple de spectres de réponse réglementaires Lorsqu'il s'agit de mettre en oeuvre une réglementation applicable à " tout le monde " à l'échelle d'un territoire national, quelques spectres de réponse doivent permettre de représenter l'enveloppe des différents séismes possibles sur tous les sites, de façon à faciliter les études de dimensionnement des structures courantes. On réservera les études spécifiques (et coûteuses) aux grands enjeux.

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En France, les règles PS-92 (qui concernent tous les bâtiments courants situés en zone sismique) classent les sites selon quatre types S0, S1, S2 et S3 (du plus raide -rocher ou assimilé- au plus meuble) qui sont censés représenter tous les cas de figures. Les méthodes de calcul des " ouvrages à risque normal " concernés par les règles PS-92, calcul modal spectral, utilisent le spectre de réponse en accélération du mouvement sismique. La " forfaitisation " des différents sites d'implantation par 4 spectres de réponse en accélération, correspondant à 4 sites types pour l'ensemble du territoire national, s'accompagne d'une marge d'erreur non négligeable, notamment en cas de pic d'amplification important pour une période longue sur un sol meuble, qui peut donner des niveaux d'accélération réelle dans les structures bien supérieurs à ceux donnés par le spectre de site S3, avec un risque d'effondrement de la structure à la clé pour estimation erronée de l'accélération de calcul. C'est une possibilité d'échec dont la faible probabilité d'occurrence est acceptée par les politiques de mitigation des risques par souci d'économie globale. Il est néanmoins souhaitable de procéder à des vérifications supplémentaires en cas de grandes épaisseurs de sol meuble (vallées alluvionnaires, mangroves…)

Figure 57 - Exemple de spectre réglementaire en accélération (Règles PS-92) On constate, ce qui est logique, que le spectre S3 (sols meubles épais) donne des niveaux d'accélération en réponse plus importants pour les structures de période T élevées (> 0,5 s) que les spectres pour sols plus raides (Mise en résonance possible des structures flexibles par les sols souples). Le " plateau " (réponses des plus élevées de chaque spectre) devrait correspondre aux périodes susceptibles d'être mises en résonance par le sol, de façon probabiliste. Il ne signifie pas que toutes les structures de T correspondantes seront mises en résonance.

Que faire face aux marges d'erreurs des spectres réglementaires? La conception parasismique en amont du calcul réglementaire de l'action sismique (qui utilise des données éventuellement sur ou sous-évaluées), a pour objet de réduire les effets des erreurs sur les hypothèses de calcul en maîtrisant le comportement du bâtiment en cours d'endommagement afin de lui éviter la ruine en cas de sous-évaluation, et en lui donnant une période propre la plus éloignée possible des domaines fréquentiels suspectés pour le site à partir de l'interprétation des sondages (Voir § 8.23).

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En ce qui concerne les grands enjeux, la définition du mouvement sismique et les méthodes de calcul qui leur sont applicables sont plus précises que celles des règles PS-92 (voir § 10.2). Par ailleurs, des spectres de réponse plus précis que ceux des PS-92 sont en cours d'élaboration pour les microzonages des PPR des grandes agglomérations situées en zone sismique (voir § 8.4).

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5. LA PROPAGATION DES ONDES SISMIQUES

Les milieux traversés par les ondes sismiques vont conditionner le signal du site à construire. Pour cette raison la compréhension des modes de propagation des ondes sismiques fait partie des domaines de recherche de la sismologie.

5.1. UTILISATION DES CARACTÉRISTIQUES DE PROPAGATION DES ONDES SISMIQUES Les différentes ondes sismiques ne se propagent pas de la même manière, ni à la même vitesse dans tous les milieux traversés. Cette propriété est utilisée entre autres pour comprendre la nature physique du globe et pour déterminer les épicentres des séismes.

Figure 58 - Les graphiques ci-dessus représentent les différences de vitesse de propagation des ondes P et S dans les différentes strates du globe terrestre. (Document Université de Laval - Québec) Des enregistrements en différents points du globe des ondes P et des ondes S provenant des différents séismes majeurs à des vitesses différentes ont permis de déterminer sur leurs trajets (en ligne directe entre l'épicentre et l'observatoire où se fait l'enregistrement en un point quelconque de la surface du globe) des variations de densité, et la présence de milieux " liquides " dans lesquels les ondes S ne se propagent pas. Ainsi la géométrie et la nature des différentes strates de la planète ont pu être déterminées.

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5.2. VITESSES DE PROPAGATION, DÉTERMINATION DE L'ÉPICENTRE Moins d'une heure après un tremblement de terre, on localise son épicentre. Comment arrive-t-on à localiser aussi rapidement et avec autant de précision un séisme? Les ondes P se propagent plus rapidement que les ondes S. Cette propriété permet de localiser le séisme car les ondes sismiques sont enregistrées en plusieurs endroits du globe. La détermination rapide des épicentres fait partie des outils de prévention des pays développés, elle permet de lancer les alertes dans les meilleurs délais. Ainsi la mise en réseau des observatoires et de leurs enregistrements est-elle réalisée pour permettre la surveillance nationale et internationale 24h/24.

Figure 59 - Décalage d'arrivée des ondes S par rapport aux ondes P : mesure de la distance épicentrale (Documents Université de Laval - Québec) En un lieu donné, comme les ondes P arrivent en premier, il y a sur l'enregistrement un décalage entre le début d'enregistrement des deux types d'ondes; ici par exemple, il y a un retard de 6 minutes des ondes S par rapport aux ondes P. Le graphique suivant nous dit, par exemple, que pour franchir une distance de 2000 kilomètres, l'onde P mettra 4,5 minutes, alors que l'onde S mettra 7,5 minutes pour parcourir la même distance; il y a un décalage de 3 minutes. Pour un séisme donné, il s'agit de trouver à quelle distance sur ce graphique correspond le décalage obtenu sur l'enregistrement; on obtient alors la distance entre le séisme et le point d'enregistrement.

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Figure 60 - Détermination de l'épicentre (document Université de Laval - Québec) Un enregistrement ne nous donne cependant pas le lieu du séisme à la surface du globe. Pour connaître ce point, il nous faut au moins trois enregistrements. Dans cet exemple, considérons les enregistrements d'un séisme en trois points: Halifax, Vancouver et Miami. Les enregistrements indiquent que le séisme se situe dans un rayon de 560 km d'Halifax, un rayon de 3900 km de Vancouver et un rayon de 2500 km de Miami. On situe donc le séisme au point d'intersection des trois cercles, soit à La Malbaie. En pratique, on utilise évidemment plus que trois points.

5.3. LOIS D'ATTÉNUATION Les lois d'atténuation du mouvement sismique par les sols traversés établissent la perte d'énergie des ondes en relation avec la distance parcourue depuis la source. - En termes d'accélérations, - En termes de spectres de réponse (certaines périodes s'amortissent davantage sur la distance). Les lois d'atténuation sont dépendantes du type de séisme et de sa profondeur. Or en général on utilise des lois établies suite à de gros séismes (Japon, Californie). Leur validité n'est pas absolue dans des contextes sismiques et géologiques très différents. La recherche travaille entre autres à l'établissement de modèles numériques. Les lois d'atténuation prennent en considération : - l'atténuation radiale : la propagation des trains d'ondes est sphérique autour de la source et la surface de la sphère augmente avec la distance, ainsi, la quantité d'énergie unitaire décroît assez rapidement avec la distance ; - l'amortissement : une partie de l'énergie ondulatoire est transformée en chaleur dans les sols traversés, ce qui contribue également à réduire l'intensité des secousses avec la distance. L'établissement des lois d'atténuation permet de définir l'aléa sismique régional (ou la " violence " des secousses possibles au niveau du rocher d'un site, d'une région), à partir de la connaissance des sources " voisines " (voir § 7) et des milieux traversés.

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Figure 61 - Atténuation de l'énergie sismique (Document BRGM) Le schéma suivant symbolise l'atténuation du mouvement avec la distance. Nous verrons que les conditions locales de réponse des sites font que ce n'est pas systématique et qu'on peut avoir des amplifications locales à des distances très importantes de l'épicentre .

5.4. RÉFLEXION, RÉFRACTION, DIFFRACTION DES ONDES AUX INTERFACES DES SOLS ET SOUS-SOLS DIFFÉRENTS

3 Réflexion : Changement de direction d'une onde (lumineuse, acoustique, radioélectrique) causé par un obstacle. (Lois de la réflexion, énoncées par Descartes. "Le rayon réfléchi est dans le plan du rayon incident et de la normale à la surface de réflexion au point d'incidence. L'angle de réflexion est égal à l'angle d'incidence.") 4 Réfraction : Déviation d'un rayon qui passe d'un milieu à un autre. L'Indice de réfraction dépend des différences d'impédance entre les milieux. 5 Diffraction : Modification de la direction de propagation d'une onde au voisinage d'un obstacle.

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Le contraste d'impédance (dépendante de la densité des sols et de la vitesse de propagation des ondes S dans le matériau) entre les différents milieux traversés par les ondes sismiques modifie les champs d'ondes par réflexion3 , réfraction4 , diffraction5 . Ainsi, les ondes sismiques peuvent se trouver " emprisonnées " dans une couche supérieure de sol meuble par réflexion entre cette couche et le sous-sol rocheux et entre cette couche et la surface. Ce phénomène va amplifier les secousses et en prolonger la durée. Les études géotechniques qui permettent de définir le profil des sols et détecter ce type de problèmes font partie des investigations nécessaires pour une bonne politique de réduction du risque sismique. Elles permettent de détecter et qualifier ces comportements particuliers des sites définis sous la terminologie d'effets de site, par la connaissance des caractéristiques physiques des sols et de leur géométrie.


Figure 62 - Propagation des ondes sismiques aux limites des strates de sol (document Milan Zacek). Ce phénomène explique les modifications sur signal sur les différents sites, dont les effets de site sur sol meuble .

5.5. MODIFICATION DES ONDES PAR LE SITE Ainsi, le signal sismique parvenant sur chaque site pour un séisme donné est-il sensiblement différent. C'est bien à ce signal (fréquences, amplitudes et durée) que la construction va répondre (et devra résister) et pas à une quantité d'énergie dépendant de la magnitude du séisme et décroissant régulièrement avec la distance épicentrale. Exemple :

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Figure 63 - Enregistrements d'un même séisme en des points différents (Document USGS) Ce document met en évidence plusieurs phénomènes : plus on s'éloigne de l'épicentre, plus l'arrivée des ondes est tardive, ce qui est logique, mais par ailleurs la distance ne s'accompagne pas toujours de la réduction des accélérations ou de la durée du séisme. Ainsi, malgré l'atténuation du signal " au rocher horizontal " par la distance, ce sont les conditions de site qui vont modifier le signal local en cas de conditions particulières : buttes, sols meubles, etc. (Si on établissait les spectres de réponse de ces enregistrements sur les différents sites on verrait aussi que les pics fréquentiels ne sont pas les mêmes). Ce phénomène, appelé " effet de site " est décrit sommairement au § 8.2. Les politiques de prévention nécessitent l'identification des sites de comportements différents et leur caractérisation par des spectres de réponse spécifiques.

5.6. LES CONDITIONS DE MODIFICATION LOCALE DU MOUVEMENT FORT Non linéarité Le comportement des sols meubles est qualifié de " non linéaire ", c'est à dire qu'il est différent selon la violence des secousses qui y parviennent. Ainsi les caractéristiques de comportement établies pour des mouvements faibles ne sont pas toujours valables pour des mouvements forts. En effet, les sols meubles filtrent les hautes fréquences et amortissent davantage les mouvements forts que les mouvements faibles, ce qui est plutôt une bonne nouvelle en termes de sécurité (les spectres et leurs niveaux d'amplification sont souvent établis sur mouvements faibles, donc a priori surestimés), mais devrait être étudié en termes d'économies (pourquoi construire en fonction d'une réponse plus élevée que la réponse réelle ?). La non-linéarité (l'amortissement) augmente avec le niveau des sollicitations sismiques. La recherche travaille à caractériser les sols fortement non linéaires. Pour ce faire, disposer d'enregistrements sur différents sols d'un séisme de référence et de séries de répliques de magnitudes variables est nécessaire. On sait déjà que les sols peu consolidés, sous fortes accélérations, augmentent avec le niveau de sollicitation sismique leur taux d'atténuation

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anélastique des ondes (sans modification macroscopique définitive de la structure du matériau) et diminuent leur module de cisaillement (sous l'action des ondes S). Ainsi on a un décalage de la fréquence fondamentale du sol vers les basses fréquences et une diminution générale de l'amplitude des ondes. On pourrait considérer que ce phénomène est globalement favorable, mais le niveau de sollicitation peut rester assez important pour que certaines structures soient mises en résonance par les périodes d'oscillation qui sont donc plus longues sous séisme fort. Ces phénomènes sont encore trop mal identifiés pour être pris en considération par les règles de construction PS-92. Mais ils posent des interrogations pour l'établissement des spectres de microzonage des PPR à partir des enregistrements de mouvements faibles. La recherche a établi que la non-linéarité commence sur les sols sableux pour des accélérations supérieures à 0,1 - 0,2g, et sur les autres sols meubles pour des accélérations supérieures à 0,3 - 0,4g. Effets de site La topographie et la nature des couches de sol superficiel conditionnent fortement le mouvement sismique local. Ce phénomène est pris en considération de façon forfaitaire par les règles de construction PS-92. La compréhension et la maîtrise des phénomènes au delà de la stricte application des règles fait partie des objectifs de la conception parasismique, c'est pourquoi ils seront détaillé au § 8.2.

5.7. L'INTENSITÉ LOCALE 5.7.1. DÉFINITION Mesure en un lieu des effets du séisme, en termes de perception par la population (II à VI), désordres sur les constructions (VI à X), bouleversements sur l'environnement (X à XII). Elle s'écrit en chiffres romains quelle que soit l'échelle utilisée.

5.7.2. ÉCHELLES DE MESURE Mercalli a établi une échelle de mesure des effets locaux d'un séisme en 1902. Elle a été modifiée en 1931. Elle évalue l'intensité d'un séisme sur une échelle discrète fermée de 12 degrés (de I à XII). L'intensité est déterminée pour chaque site d'observation par l'ampleur des dégâts causés par un séisme et par la perception qu'a eu la population du séisme. Il s'agit d'une évaluation qui fait appel à une certaine subjectivité. Mais, à l'époque, on ne possédait pas les moyens d'établir une échelle objective comme la mesure de l'énergie à la source (Magnitude) et l'enregistrement des accélérations sur les sites.

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Intensité de l'échelle de Mercalli

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Effets ressentis

I

Aucun mouvement n'est perçu.

II

Quelques personnes peuvent sentir un mouvement si elles sont au repos et/ou dans les étages élevés de grands immeubles.

III

A l'intérieur de bâtisses, beaucoup de gens sentent un léger mouvement. Les objets suspendus bougent. En revanche, à l'extérieur, rien est ressenti.

IV

A l'intérieur, la plupart des gens ressentent un mouvement. Les objets suspendus bougent, mais aussi les fenêtre s, plats, assiettes, loquets de porte.

V

La plupart des gens ressentent le mouvement. Les personnes sommeillant sont réveillées. Les portes claquent, la vaisselle se casse, les tableaux bougent, les petits objets se déplacent, les arbres oscillent, les li quides peuvent déborder de récipients ouverts.

VI

Tout le monde sent le tremblement de terre. Les gens ont la marche troublée, les objets, tableaux, tombent, le plâtre des murs peut se fendre, les arbres et les buissons sont secoués. Des dommages légers peuvent se produire dans des b âtiments mal construits, mais aucun dommage structural.

VII

Les gens ont du mal à tenir debout. Les conducteurs sentent leur voiture secouée. Quelques meubles peuvent se briser. Des briques peuvent tomber des immeubles. Les do mmages sont modérés dans les bâtiments bien construits, mais peuvent être considérable dans les autres.

VIII

Les chauffeurs ont du mal à conduire. Les maisons avec de faibles fondations bougent. De grandes structures telles que des cheminées ou des immeubles, peuvent se tordent et se briser. Les b âtiments bien construits subissent de légers dommages, contrairement aux autres qui en subissent de sévères. Les branches des arbres se cassent. Les collines peuvent se fissurer si la terre est humide. Le niveau de l'eau dans les puits peut changer.

IX

Tous les immeubles subissent de gros dommages. Les maisons sans fondations se déplacent. Quelques conduits souterrains se brisent. La terre se fissure.

X

La plupart des bâtiments et leurs fondations sont détruits. Il en est de même pour quelques ponts. Des barrages sont sérieusement endommagés. Des éboulements se produisent. L'eau est détournée de son lit. De larges fissurent apparaissent sur le sol. Les rails de chemin de fer se courbent.

XI

La plupart des constru ctions s'effondrent. Des pont sont détruits. Les conduits souterrains sont détruits.

XII

Presque tout est détruit. Le sol bouge en ondulant. De grands pans de roches peuvent se déplacer.


Ce type d'observations post-sismiques a toujours un intérêt. Elle permet, sur les sites non équipés d'appareils d'enregistrement, d'évaluer les accélérations par corrélations, et d'établir à rebours la magnitude d'un séisme passé bien décrit à partir des isoséistes (voir § 5.7.3) et des lois d'atténuation. L'échelle de Mercalli a été précisée et détaillée par la suite pour chaque type de construction, notamment par Medvedev, Sponheuer et Karnik en 1964 (Echelle MSK), puis par l'European Macroseismic Scale (EMS), actuellement utilisée en Europe. L'évolution des techniques de construction, une meilleure connaissance des comportements des matériaux et structures différentes et la volonté d'établir une corrélation plus fine entre les niveaux d'accélération observés et les intensités ont abouti à ces modifications (Il existe d'autres échelles que les trois citées).

Figure 64 - Echelle des intensités et prévention (Document BRGM) Dans la réalité le détail des observations en fonction du type de construction est beaucoup plus précis que sur ce tableau synthétique. Ce qu'il faut retenir de ce tableau c'est l'objectif des règles de construction : des bâtiments bien conçus et bien réalisés, visant le non-effondrement jusqu'à une intensité locale de X, même au prix de dommages graves nécessitant la reconstruction. Alors que ce que l'on observe sur le patrimoine existant, c'est que pour certains bâtiments, les dommages graves commencent dès I = VII ! C'est ce qui est détaillé par les différentes échelles d'intensité récentes, matériau par matériau.

En présence d'appareils de mesure sur les sites on peut évaluer l'impact local du séisme de façon plus précise en termes d'accélérations du sol. Le tableau suivant propose des équivalences approximatives entre les accélérations du sol et les intensités observées. Mais il ne peut s'agir que d'approximations, puisque le niveau de désordres dépend de la réponse des structures présentes sur le site, donc des domaines fréquentiels respectifs des sols et des constructions et pas seulement des accélérations du sol.

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Intensité VII VII VII-VIII VIII VIII+ VIII-IX IXIX Accélération nominale 0,10g 0,15g 0,20g 0,25g 0,30g 0,35g 0,40g 0,45g

5.7.3. ISOSÉISTES Après un séisme on établit les courbes isoséistes : courbes d'égale intensité ou égale accélération. La localisation et la géométrie de la source sont des facteurs déterminants des isoséistes. Mais ce ne sont pas les seuls. Les conditions de site sont également très importantes.

Figures 65 - Il n'y a pas de corrélation absolue entre la distance épicentrale et les isoséistes (documents USGS) Pour un séisme donné, ici Taiwan en 1999, les courbes isoséistes (égale intensité locale) décroissantes montrent que l'atténuation de l'énergie sismique ne dépend pas que de la distance, mais aussi de la source et des sites (topographie et nature des sols). Ainsi à Taiwan les courbes isoséistes (à droite) ont davantage été conditionnées par l'orientation du massif montagneux que par l'azimut de la faille (à gauche).

En raison de la propagation radiale des ondes, la profondeur du séisme est un des paramètres de l'espacement des isoséistes, donc de l'étendue du territoire concerné par le séisme.

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Figure 66 - Isoséistes de séismes de magnitudes comparables mais de profondeurs différentes (Documents Milan Zacek) Le séisme de Vrancea, profondeur 100 km, M=7.2, a eu une intensité à l'épicentre de VII-VIII, moins élevée que celle du séisme d'El Asnam, profondeur 12 km, M=7.3, qui était de IX+. En revanche il a été ressenti (isoséiste III) sur un territoire beaucoup plus important.

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6. LES MOYENS DE CARACTÉRISATION DE L'ALÉA SISMIQUE RÉGIONAL

6.1. PROBLÉMATIQUE : ÉTABLIR DES " MODÈLES " SISMOTECTONIQUES Dans les régions du monde où la sismicité est modérée (période de retour des séismes majeurs proche ou supérieure à 100 ans), comme en France métropolitaine ou dans les départements antillais, l'évaluation de l'aléa sismique régional passe par la caractérisation des failles : localisation, géométrie, mécanisme, etc., de façon à pouvoir leur associer une magnitude maximum (pour déterminer l'aléa sismique déterministe) et des magnitudes possibles pour des périodes déterminées (pour déterminer l'aléa sismique probabiliste), on étudie donc le cycle sismique des failles, ce qui nécessite une collecte de données par différents moyens. Cette collecte de données passe entre autres par l'observation de la microsismicité actuelle (microsismicité en l'absence de séisme fort) et par des recherches sur les indices de la sismicité passée. Jusqu'à l'arrivée d'un séisme majeur on ne dispose pas d'enregistrements de mouvements forts pour établir les spectres de réponse précis des sites et les spectres réglementaires du microzonage des PPR le cas échéant. On peut néanmoins utiliser des spectres établis sur les enregistrements de la micro-sismicité pour les différents types de sites. Ils indiquent assez bien les pics, sauf sur sol meuble, mais pas les niveaux d'amplifications qui sont " surestimés " : l'amortissement par les sols traversés est moins important lors de mouvements forts (Voir § 5.6).

6.2. LA SISMICITÉ INSTRUMENTALE On désigne par sismicité instrumentale, l'enregistrement des séismes (en général micro-séismes). Elle permet d'établir les spectres de réponse types à partir des sites instrumentés qui sont choisis à cet effet pour leurs caractéristiques de sol et de topographie. En outre, la localisation des épicentres des micro-séismes contribue à la détection d'éventuelles failles sismogènes.

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Figure 67 - Epicentres localisés pour un an d'enregistrements en Guadeloupe (1994). (Document IPGP) On voit se dessiner une faille au nord-ouest de la Grande-Terre. Après plusieurs années ou décennies d'enregistrements une cartographie plus précise de l'activité sismique peut être établie.

6.3. LA SISMICITÉ HISTORIQUE La localisation des épicentres des séismes passés, à partir de la reconstitution des isoséistes, des lois d'atténuation et des connaissances actuelles sur les plans de faille donne également des informations intéressantes sur les cycles sismiques et les éventuelles zones de " lacune " sismique, zones susceptibles de traduire une accumulation de contraintes sur une durée importante, laissant présager une catastrophe plus ou moins proche, comme ici sur la zone de subduction à l'est de la Guadeloupe et de la Dominique.

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Figure 68 - Sismicité historique de l'Est Caraïbe. (Document Géo-Ter) Séismes forts

Figure 69 - Sismicité historique de l'arc des Petites Antilles - (Document Géo-Ter, Fichier MidasIPGH 1650 - 1999) Les données de la sismicité instrumentale viennent compléter celles de la sismicité historique pour donner une représentation de l'activité sismique régionale.

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6.4. L'ARCHÉO-SISMICITÉ Dans les régions du monde où les vestiges archéologiques sont nombreux, on peut, en étudiant les déformations qu'ils ont subi, par exemple : - des déplacements sur une mosaïque de sol qui traduirait un jeu de faille en surface ; - des déplacements relatif entre les pierres d'une structure non effondrée qui traduirait un dommage post-sismique ; détecter des indices de séismes passés qui complètent, confirment et précisent, les chroniques écrites historiques. Ce type d'études se développe. Les tentatives d'interprétation tendent à identifier le nombre d'événements sismiques subis par l'ouvrage et à évaluer l'action sismique compte tenu des déplacements observés pour y associer un niveau d'accélération. En Égypte, en Chine, en Grèce ou en Italie on dispose, à ce titre, d'informations sur un passé beaucoup plus ancien qu'en Amérique par exemple.

6.5. LA PALÉO-SISMICITÉ L'observation des déformations régionales et locales (suivie d'études géotechniques) permet de détecter la présence de failles ayant joué en surface dans un passé lointain et dont le cycle serait trop long pour que les données actuelles et même historiques suffisent à leur étude. Elle permet en outre de mesurer les déplacements sur une faille séisme par séisme et de déterminer le cycle d'une faille.

Figure 70 - Exemple schématique de déformations régionales. (Document GNDT - Italie.) Les déformations régionales se traduisent par une évolution dans le temps des niveaux relatifs, par exemple ici, le niveau de la vallée s'abaisse par rapport au niveau de la montagne. Les déformations locales peuvent être comme ici la formation d'un talus sur la zone d'émergence du plan de faille.

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Figure 72 - Les gradins apparents dans ce paysage traduisent 2-3000 ans de séismes et un affaissement total proche de 50m. (Document GNDT Italie)

Figure 71 - Exemple schématique d'évolution de paysage (Document GNDT - Italie) Lorsque de longues périodes se sont écoulées depuis le dernier jeu de la faille, la présence d'éboulements superficiels rend nécessaire la réalisation des sondages de part et d'autre de l'accident topographique avant interprétation.

Figure 73 Les études topographiques permettent de détecter les accidents de sol d'origine tectonique. Les études géologiques complémentaires permettent de les caractériser. (Document GNDT - Italie)

Parmi les moyens d'investigation possibles il faut noter que l'observation des stalactites en zone sismique peut permettre de dater les séismes très anciens : connaissant la vitesse de croissance d'un stalactite, en repérant une rupture ancienne et en mesurant la croissance après cette rupture, on peut dater l'événement. Ou une série d'événements.

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6.6. LES INVESTIGATIONS GÉOTECHNIQUES ET SISMOLOGIQUES Pour préciser l'activité d'une faille identifiée, et la localiser de façon précise si elle est susceptible de jouer en surface, on précise les études précédentes par des investigations géotechniques et sismologiques, comme l'étude de tranchées ou la sismique-réfraction. Figure 74 - Tranchée d'observations paléosismiques dans les Abruzzes: étude de la stratigraphie et des déformations. (Document GNDT)

Figure 75 - Géologues travaillant sur une tranchée pour étudier une ramification de la faille de San Andreas (Document USGS)

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7. L'ALÉA SISMIQUE RÉGIONAL

7.1. ESTIMATION DU MOUVEMENT SISMIQUE POSSIBLE " AU ROCHER HORIZONTAL " POUR UN SITE OU UNE RÉGION ET DE SA PÉRIODICITÉ DE RETOUR Le mouvement sismique de référence, avant modification éventuelle par un site donné, c'est à dire le niveau d'accélération possible, retenu pour calculer l'action sismique, est déterminé de façon probabiliste ou déterministe pour une région ou un site donné. Il est dit " au rocher horizontal ". C'est à dire qu'il ne prend pas en compte les modifications locales de signal dues à la nature du site. Il dépend de la magnitude de référence pour chaque source régionale atténuée par leur distance au site concerné (Lois d'atténuation).

7.2. CARACTÉRISATION DES STRUCTURES TECTONIQUES SUSCEPTIBLES DE JOUER Il faut donc, par l'exploitation des données (enregistrements, historique et études sur le terrain estimer pour chaque faille ou réseaux de fracturation identifiés: - sa loi d'échelle (voir § 2.5) - sa loi de fréquence-magnitude (voir ci-après)

7.3. LOIS DE DISTRIBUTION FRÉQUENCE-MAGNITUDE L'établissement d'un diagramme du nombre de séismes enregistrés sur une faille pour chaque magnitude, pour une durée donnée fait apparaître une répartition régulière (nombre décroissant avec l'augmentation de la magnitude) pour une faille donnée. La droite ainsi établie caractérise l'activité de la faille, son cycle. Elle permet de déterminer la magnitude maximum plausible en prolongeant la droite (en complément des données de la loi d'échelle).

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Figure 76 - Loi de fréquence-magnitude (ou Gutenberg-Richter) pour le fossé rhénan supérieur. Elle a été établie sur la base des enregistrements de 1971 à 1979 en retenant sur le diagramme les nombreux points alignés (repassés en noir). Les quelques points non alignés ont un écart faible.

NOMBRE ANNUEL DE SEISMES > Mw (période 1650-1999) Source : GEO-TER (1999)

MATINIQUE (80 km) Période de retour

DONNEES DE SISMICITE (ARC) MARTINIQUE - SEISMES H>15 km

M≥4

Sources Proches

Subduction

5 ans

4 mois

MARTINIQUE - SOURCES SUPERFICIELLES (H<16 km)

1E+3

Nombre annuel de séismes de magnitude supérieure à Mw

Mw

1E+2

M≥5 M≥6 M≥7

? (50-75) -

5 ans 25 ans 150 ans d

10

1

0.1

0.01

1E-3 2

4

6

8

Magnitude Mw

Figure 77 - Lois de fréquence-magnitude pour les différentes sources sismiques de la Martinique. (Document Géo-Ter) Les lois des différentes failles étant régulièrement dégressives, la somme de l'activité de plusieurs failles est également régulièrement dégressive.

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7.4. ÉVALUATION DÉTERMINISTE DE L'ALÉA SISMIQUE RÉGIONAL Elle a pour but l'évaluation de l'évènement sismique le plus violent pouvant arriver " au rocher " d'un site, d'une région, et suit la démarche suivante : - Analyse sismotectonique de la région - Détermination des différentes unités sismotectoniques (Failles, domaines de failles) - Identification du séisme maximum connu pour chaque domaine, du Séisme Maximum Historiquement Vraisemblable (SMHV) et de ses paramètres (M, profondeur focale…) - Rapprochement du séisme maximum de chaque domaine sur le point du domaine le plus proche du site étudié. - Application des lois d'atténuation pour chacun de ces séismes possibles. L'évaluation déterministe de l'aléa sismique régional est la première étape d'une protection " totale " des ouvrages contre les séismes. Elle est obligatoire pour les ouvrages à risque spécial, pour lesquels on n'admet pas d'échec car, en cas de séisme majeur leur ruine entraînerait des victimes et des pollutions sur des étendues beaucoup plus vastes que leur emprise (Voir Ouvrages à Risque Spécial § 10.2).

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Figures 78 - Cartographie du zonage sismique déterministe en France métropolitaine et aux Antilles (Documents BRGM) Les études poussées des domaines sismotectoniques ont permis d'établir les cartes d'aléa régional " déterministe " ci-dessus. Ce zonage est beaucoup plus précis que celui qui est actuellement utilisé pour l'application des règles PS-92 qui est lui-même sous-tendu par une approche historique des séismes maximum connus. L'approche sismotectonique déterministe permet de faire des distinctions entre les différentes zones des deux départements antillais par exemple (voir carte réglementaire au § 9). Ceci par localisation et évaluation précise des sources potentielles et application des lois d'atténuation selon la distance de ces sources. Sur la carte antillaise, on observe dans l'encadré de droite les spectres de réponse établis pour les différentes zones pour les séismes lointains (en rouge, ceux de la zone de subduction) et pour les séismes proches (en vert). Il faut préciser que les spectres présentés ne tiennent pas compte du taux d'amortissement des structures et des différents sites. L'évolution de ces connaissances locales aboutiront un jour à une traduction réglementaire à l'occasion d'un changement des règles de construction parasismiques : Il y aura un nouvel arbitrage entre une augmentation du niveau de sécurité et l'effort qui peut être consenti par la société à ce moment là. Néanmoins, pour les ouvrages à risque normal la future réglementation européenne (EC8) va plutôt vers l'évaluation probabiliste de l'aléa sismique régional (voir ci-après).

7.5. ÉVALUATION PROBABILISTE DE L'ALÉA SISMIQUE RÉGIONAL Pour les ouvrages à risque normal, on ne peut pas demander aux populations de se protéger contre un événement qui ne surviendra que tous les 5000 ans, même si l'événement est susceptible de se produire " demain ". Par l'étude des cycles sismiques des différents domaines sismotectoniques (Lois de fréquence-magnitude) on peut identifier la valeur de la magnitude maximum pouvant être associée à un laps de temps choisi.

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L'arbitrage politico-économique définira quel est le laps de temps retenu pour la réglementation. L'approche est la suivante : - Connaissance historique de la macro-sismicité (à défaut d'études disponibles sur les unités sismotectoniques), dans ce cas tout repose sur la valeur de l'échantillonnage - Etablissement de lois de distribution fréquence-magnitude. - Le séisme de référence est " laissé " sur son site (et non rapproché au point le plus proche du domaine) et pondéré par les lois d'atténuation comme précédemment. Le laps de temps retenu par la puissance publique pour l'application réglementaire de ce type de zonage est un arbitrage politique dépendant des conditions économiques. En effet, si on retient une période plus longue, on prend en considération des magnitudes plus élevées dont la récurrence est moindre, par conséquence l'action sismique de calcul sera plus élevée et le coût de la construction plus élevé.

Figure 79 - Carte de l'aléa sismique régional probabiliste de la France métropolitaine pour une période de retour de 475 ans (Document BRGM) Ce document ne ressemble pas du tout à la carte de l'aléa déterministe, ce qui indique que les séismes violents possibles dans la région de Nice, de la Durance, des Pyrénées orientales et de la région de Bâle, connus dans le passé, ont une période de retour très longue. Ainsi, les valeurs des " accélérations nominales " (mouvement sismique " au rocher ") retenues pour chaque région sont-elles beaucoup plus faibles, puisque les " grands séismes " plus rares ne sont pas retenus.

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7.6. ZONAGE DE L'ALÉA RÉGIONAL: ECHELLE D'ÉTUDE 1/1 000 000 La précision de ce type de document est de l'ordre du 1/1 000 000.

Figure 80 - Carte de l'aléa régional probabiliste des petites Antilles (Document BRGM) L'étude de l'aléa sismique régional donne la carte d'aléa probabiliste ci-contre. On y observe bien que les zones les plus proches de la zone de subduction ont les accélérations nominales les plus élevées. On constate également que l'aléa est plus élevé au large de la Guadeloupe, c'est dû aux variations du pendage de la subduction. C'est bien sur les terres émergées (zones construites) que les valeurs estimées nous intéressent.

Réglementation française relative aux méthodes de détermination de l'aléa sismique régional: Pour les ouvrages à risque spécial (arrêté du 10 mai 1993) on retient pour déterminer l'aléa régional la méthode déterministe. (Voir § 10.2112) Pour les ouvrages à risque normal (arrêté du 27 mai 1997) on retient pour déterminer l'aléa régional des valeurs forfaitaires de l'accélération au rocher dépendant du zonage réglementaire et de la classe des bâtiments : l'accélération nominale aN. (Voir § 10.231)

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8. L'ALÉA SISMIQUE LOCAL

Une fois défini l'aléa sismique régional du site à construire, et avant même d'entreprendre la phase " esquisse " du projet, il convient, en zone de risque sismique, de vérifier l'opportunité d'implantation du (des) bâtiment (s) sur le site retenu. En d'autres termes, de caractériser l'aléa sismique local. C'est obligatoire pour les ouvrages à risque spécial et souhaitable pour les autres. En effet, un séisme génère : - Des effets directs : actions du sol sur les ouvrages, de type oscillatoire, jeu de la faille en surface. - Des effets de site : modification sensible du signal par un site, pouvant amplifier les accélérations du sol pour certaines fréquences. - Des effets induits : grands mouvements de sol ou d'eau pouvant agir sur les ouvrages: - déclenchement d'un phénomène latent par la mise en action des sols (chutes de pierres, glissements de terrain, éboulis, subsidence…) - génèse d'un phénomène lié au caractère ondulatoire du mouvement (liquéfaction des sols, tsunamis, seiches).

Figure 81 - Localisation schématique des effets possibles d'un séisme (Document Géo-Ter)

Les effets du séisme peuvent être plus ou moins destructeurs d'un lieu à l'autre, pour une même construction, parfois à quelques dizaines de mètres près. L'étude de l'aléa local permet ainsi de préciser la part du risque liée au site d'implantation. S'il peut être envisagé de répondre à l'action de type oscillatoire par des dispositions architecturales et constructives appropriées, il faut éviter

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absolument les conséquences des effets induits (agir sur le phénomène avant le séisme, ou implanter le bâtiment hors zone d'effet induit). De même, il convient de vérifier l'adéquation entre le programme et le site: Le site lui-même peut ne pas aggraver la vulnérabilité potentielle d'un bâtiment, mais ses voies d'accès ou ses viabilités peuvent être très vulnérables. Ce qui n'est pas acceptable pour certaines classes de bâtiments qui ont une nécessité vitale de pérennité des viabilités et circulations, comme les hôpitaux ou les centres de secours par exemple. Certains problèmes de sol d'implantation ne peuvent être identifiés qu'à la suite d'études géotechniques. D'autres peuvent être détectés par une simple observation du site sur place et/ou la lecture des cartes géologiques régionales. Il faut néanmoins prendre l'avis de spécialistes compétents afin de préciser l'aléa local.

8.1. EFFETS DIRECTS DU SÉISME 8.1.1. LE MOUVEMENT " AU ROCHER " (RAPPEL) C'est le mouvement régional de référence (niveau d'accélération). Il est établi de façon déterministe ou probabiliste par les études d'aléa régional. Faute de mieux, on retiendra les valeurs réglementaires qui en tout état de cause sont les valeurs légales, même si les études montrent qu'elles sont souvent surestimées (ceci compense en général la possible sous-estimation des amplifications locales par des spectres de réponse réglementaires).

8.1.2. LES BOULEVERSEMENTS TOPOGRAPHIQUES À GRANDE ÉCHELLE

Heureusement assez rares, ces effets directs du séisme ne se produisent qu'en cas de séisme superficiel de magnitude très élevée. Les variations de niveau entre les " compartiments " situés de part et d'autre de la rupture ont atteint plusieurs mètres lors du séisme d'Alaska (1964).

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Figure 82 - Séisme d'Alaska en 1964. (Document X) Sur une étendue concernant des centaines de kilomètres une partie des terres a subi une surrection culminant à +8m, une autre une subsidence allant jusqu'à -2m.

Le problème se pose pour les grandes agglomérations et ouvrages importants situés sur des sites tectoniques associés à ce type de conditions.

Figure 83 - Séisme de Messine (1908) (Document GNDT) Ici, les points de levée figurant en rose sont remontés (jusqu'à 13 cm), et ceux en bleu sont descendus (parfois de plus de 50 cm)

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Figure 85 - Séisme d'Izmit, Zone de subsidence à Gölcük (document BRGM)

Figure 84 - Séisme d'Izmit (1999) (Document CNRS -IPGP et SPOT Image) Lors de ce séisme, une partie de la commune de Gölcük a subi une subsidence : zones teintées de bleu vif sur l'image satellite. C'étaient pour partie des zones urbanisées.

8.1.3. LE JEU D'UNE FAILLE EN SURFACE Le risque lié au jeu d'une faille en surface (déplacement visible du sol, de part et d'autre de la faille, en hauteur et/ou en longueur) a une probabilité d'occurrence très faible en France. Il doit néanmoins être étudié précisément pour les ouvrages à risque spécial, et pour les bâtiments d'intérêt stratégique (classes C et D). Les constructions qui seraient implantées sur une faille jouant en surface verraient leurs fondations (et l'ensemble de la structure par conséquence) cisaillées par ce déplacement pouvant atteindre plusieurs mètres dans certaines régions du monde!). Actuellement ce risque, bien que faible en France métropolitaine et aux Antilles, est évalué aux Antilles. Les déplacements attendus sont faibles (moins de 20 cm). En termes d'aléa il est traduit sur les cartes des PPR par des bandes de neutralisation (inconstructibles), larges pour tenir compte de l'incertitude si les études précises n'ont pas encore été entreprises. Le jeu de la faille peut être apparent en surface si: - La Magnitude du séisme > 5.5 - Son foyer a une profondeur < 5km MAGNITUDE 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0

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LONGUEUR DE RUPTURE 3 - 4 km 10 - 15 km 40 - 50 km 200 - 300 km 800 - 1000 km

REJET EN SURFACE -~ 20 cm 1 -2 m 4-6m 15 - 20 m


Figure 87 - Séisme d'Izmit (Turquie, 1999), décrochement en surface de 3,70m à cet endroit (Document AFPS)

Figure 86 - Séisme de Taiwan, 1999, rejet de faille de près de trois mètres de haut dans un bâtiment (Document USGS)

Règles PS-92, article 4.11. Voisinage des failles Sauf nécessité absolue, aucun ouvrage ne doit être édifié au voisinage immédiat d'une zone faillée reconnue active, éventuellement repérée sur les Plans d'Exposition aux Risques, dits PER6 ; ces plans peuvent fixer la largeur des bandes à neutraliser de part et d'autre de l'accident et, le cas échéant, des bandes dans lesquelles il convient de prendre en compte un mouvement de calcul plus sévère.

8.2. EFFETS DE SITE : AMPLIFICATION LOCALISÉE DU SIGNAL SISMIQUE Chaque site, même à équidistance du foyer sismique, a une " réponse " aux différents séismes qui lui est propre et il modifie les ondes qui parviennent au rocher sous-jacent. Le rocher peut être affleurant, et dans ce cas c'est la morphologie du site, s'il n'est pas sensiblement plan qui conditionnera l'amplification éventuelle de certaines composantes fréquentielles des ondes sismiques. Mais le plus souvent, c'est une épaisseur, plus ou moins importante, de sol plus ou moins meuble qui va agir comme un " filtre " et qui va amplifier certaines composantes fréquentielles du signal ou dé-amplifier certaines autres. C'est ce qu'on appelle un " effet de site ". Les études permettant de qualifier les effets de site possibles avant l'arrivée d'un séisme majeur passent par la définition de leurs caractéristiques géométriques, géomécaniques et géodynamiques. Elles ont pour but la production de " spectres de réponse " qui permettront à l'architecte d'identifier les structures plus vulnérables

6 Actuellement Plans de Prévention des Risques (un PER approuvé vaut un PPR)

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aux mouvements locaux et à l'ingénieur de calculer l'action sismique propre au " couple sol-structure ".

Figure 88 - Séisme du 8 juin 1999 en Martinique (Document Géo-Ter) Les différents enregistrements du séisme indiquent un comportement dynamique très différent pour les différents sites d'enregistrement. Outre l'arrivée plus ou moins tardive du séisme en fonction de la distance à l'épicentre, on voit que la valeur des accélérations est très sensiblement différente d'un site à l'autre, ainsi que la durée du séisme. On peut même sur certains signaux identifier de sols dont le signal se situe plutôt dans les basses fréquences.

8.2.1. TOPOGRAPHIES AMPLIFIANT L'ACTION SISMIQUE: BUTTE, CRÊTE, BORD DE FALAISE

Figure 89 - Séisme de Lambesc, 1909, destruction des constructions situées sur la butte de Rognes par effet de site. (Document X) Toutes les constructions de pierre hourdées au mortier de chaux étaient peu résistantes. Pour ce séisme modéré, seules celles qui étaient situées sur la butte ont subi des accélérations assez élevées, par effet de site, pour s'effondrer. Il faut noter pour le cas des buttes, la possible insuffisance du coefficient topographique des PS-92 (maximum 1,4).

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La réflexion des ondes sismiques à l'intérieur de ces reliefs peut amplifier les secousses qui y parviennent, et plus particulièrement les composantes vibratoires correspondant aux caractéristiques géométriques propres du site (effet de site). Les constructions implantées sur ce type de reliefs pourront subir une action sismique beaucoup plus importante que sur un site voisin non accidenté s'il y a concordance des fréquences du sol et du bâtiment. S'il n'est pas envisageable de changer d'implantation, il convient de prendre les dispositions architecturales nécessaires (par exemple modification de la fréquence propre du bâtiment si le spectre de réponse de la colline a été établi) et/ou des dispositions constructives appropriées (résistance mécanique accrue, isolateurs, amortisseurs…)


8.2.2. DISCONTINUITÉ LATÉRALE DE DENSITÉ DU SOL Les phénomènes de réflexion des ondes sur ces zones en raison des fortes variations d'impédance entre les différents milieux (par exemple vallées rocheuses partiellement remplies d'alluvions) génèrent également des phénomènes d'amplification locale des ondes sismiques par aggravation du phénomène décrit ci-après.

8.2.3. SOL ALLUVIONNAIRE DE FORTE ÉPAISSEUR AMPLIFIANT L'ACTION SISMIQUE La réflexion des ondes sismiques " prisonnières " à l'intérieur d'une couche de sol meuble entre la surface et le substratum rocheux a pour conséquence d'amplifier certaines composantes des secousses sismiques qui y parviennent (en fonction de la période propre du système qui dépend de la nature physique du sol et des sa géométrie). Ces composantes peuvent être très sous-estimées par les spectres des sols S3 de la réglementation. En outre, ce type de sols permet une bonne propagation des ondes de surface (période longue) et prolonge notablement la durée de l'action sismique, alors que les méthodes de calcul " modal-spectral " des PS-92 ne tiennent pas compte de la durée du séisme. Les constructions de période propre plutôt élevée sur les sols meubles peuvent subir une action sismique beaucoup plus importante que sur le sol rocheux: éventuelle mise en résonance si concordance entre les périodes propres du sol et celles du bâtiment, augmentation de l'amplitude des déplacements différentiels sur les fondations, prolongation de la sollicitation… S'il n'est pas envisageable de changer d'implantation, il convient d'éviter absolument la mise en résonance du bâtiment par concordance entre la fréquence propre du site et celle du bâtiment (ou de disposer un système d'amortisseur pour éviter l'amplification), et de prendre toutes les dispositions constructives liées à ce site sensible, notamment des fondations descendues au bon sol. Il faut noter que les spectres réglementaires ne permettent pas de prendre en compte un effet de site important sur sol meuble.

Figure 90 -Séisme de Lambesc, 1909 (Document X) Le caractère sélectif de l'amplification des ondes sismiques sur un site est mis en évidence par cet exemple. L'église se trouvait sur une butte comme à Rognes. Le corps de l'église de période propre plus courte que celle du clocher a été mis en résonance par les périodes courtes du site s'est effondré. Alors que les faibles caractéristiques mécaniques du clocher ont " suffi " à assurer sa résistance puisque sa " réponse " au séisme était faible en raison de la non-concordance de sa période avec celles du sol.

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Figure 91 - Séisme de Mexico (Document BRGM) Exemple remarquable de l'amplification du mouvement sismique pour une période T proche de 2 secondes dans cette cuvette alluvionnaire située à 350 km de l'épicentre. Les accélérations atténuées par la distance à un niveau de 0,035g au rocher ont été amplifiées par la mise en résonance du sol à 0,17g pour cette période qui est celle de la cuvette définie par son matériau (limons) et sa géométrie (H = 50 m). Les constructions qui avaient elles-mêmes une période de 2s se sont mises en résonance avec le sol et ont subi des graves dommages ou l'effondrement, car leurs accélérations en réponse ont atteint 0,7g.

Figure 92 - Mexico 1985. (Document EQIIS USA) Coup de fouet sur les étages supérieurs par mise en résonance du bâtiment et du sol.

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EFFETS DE SITE ET REGLEMENTATION FRANCAISE POUR LES OUVRAGES A RISQUE NORMAL Règles PS-92, article 5.2. DEFINITION DE L'ACTION SISMIQUE Le mouvement sismique de calcul est défini par les paramètres suivants : - L'accélération nominale aN déjà définie au 3.3. - L'ordonnée du spectre de dimensionnement normalisé dépendant des formations géologiques du site et de la période T, appelée RD(T), - Un coefficient lié à la topographie , - Un coefficient correctif d'amortissement , On désigne par la suite le produit de ces paramètres par R(T) R(T) = aN.RD(T). p.t ) La définition des spectres de dimensionnement normalisés repose sur les classifications des articles 5.21 et 5.22 article 5.21. Classification des sols En vue de la définition des sites types, les sols sont classés en quatre groupes, en fonction de leurs propriétés mécaniques, comme indiqué ciaprès : - Rocher sain ; - Groupe a : sols de résistance bonne à très bonne (par exemple sables et graviers compacts, marnes ou argiles raides ou fortement consolidées) - Groupe b : sols de résistance moyenne (par exemple roches altérées, sables et graviers moyennement compacts, marnes ou argiles de raideur moyenne) ; - Groupe c : sols de faible résistance (par exemple sables ou graviers lâches, argiles molles, craies altérées, vases).

Figure 93 - Mexico 1985 (Document NISEE-USA) Le bâtiment du premier plan, dont les périodes propres d'oscillation (courtes) ne sont pas entrées en résonance avec le sol, n'a pas subi de dommages bien qu'il soit apparemment très vulnérable. A l'arrière plan on devine un immeuble plus élancé qui a lui subi des dommages importants par " coup de fouet dans les étages " bien qu'étant vraisemblablement " mieux construit ". Il a " répondu " au séisme par des accélérations et des déformations importantes de sa structure en raison d'une mise en résonance.

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article 5.22. Classification des sites Il est considéré quatre types de sites correspondant aux descriptions suivantes : Sites S0 - sites rocheux (site de référence) - sols du groupe a en épaisseur inférieure à 15m Sites S1 - sols du groupe a en épaisseur supérieure à 15m - sols du groupe b en épaisseur inférieure à 15m Sites S2 - sols du groupe b en épaisseur comprise entre 15m et 50m - sols du groupe c en épaisseur inférieure à 10m Sites S3 - sols du groupe b en épaisseur supérieure à 50m - sols du groupe c en épaisseur comprise entre 10 et 100m Dans le cas de sites comportant des sols du groupe c en épaisseur supérieure à 100m, il convient de procéder à une étude particulière en vue de la détermination d'un spectre spécifique. Ces descriptions supposent que les sols en cause sont disposés en formations à peu près régulières. Dans le cas de formations irrégulières ou lenticulaires, ou en cas d'ambiguïté, il convient de procéder à l'assimilation qui, compte-tenu de la forme des spectres ci-après et des périodes propres de la structure, conduit au degré de conservation immédiatement supérieur. article 5.24. Coefficient d'amplification topographique Il est tenu compte d'un coefficient multiplicateur dit d'amplification topographique pour les ouvrages situés en rebord de crête. Si on considère une arête C délimitant un versant aval de pente I (tangente de l'angle de pente) et un versant amont de pente i, et si : - H > ou = 10m (H étant la hauteur de l'arête au dessus de la base du relief) - i < ou = I/3 Le coefficient t - prend la valeur: t= 1 pour I-i ou= 0,9 I et i sont pris en valeur algébrique Sur le tronçon CB du versant amont défini pour la largeur b de sa projection horizontale (exprimée en mètres) : B = minimum de 20I et (H+10)/4 - fait l'objet d'un raccordement linéaire entre les valeurs I et t le long des deux tronçons AC et BD, de longueur : a = AC = H/3 b = BD = H/4 - prend la valeur 1 à l'aval du point A et à l'amont du point D.

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Le problème est posé des spectres de réponse réglementaires qui ne permettent pas de prendre en compte les effets de site importants sur sols meubles. On peut, de manière empirique avoir une première indication de la période fondamentale d'oscillation d'un sol dont on aura détecté par carottage un fort contraste d'impédance avec le substratum rocheux, par sa nature et sa hauteur. Connaissant l'épaisseur H de la couche et sa nature, on peut lire dans le tableau de classement des sols des PS-92 la vitesse de propagation des ondes S dans le type de sol. Par la formule 4H/VS on a un ordre d'idée assez fiable de la période (par exemple à Mexico, H=50 m de sol meuble, VS environ 100m/s, donc T = 2s). Par des méthodes aussi empiriques on peut avoir une approximation de la période fondamentale d'une construction. Si les ordres de grandeur entre Tsol et Tbât sont proches, il conviendra de se livrer à des études plus approfondies que la simple application des règles… ou de changer l'architecture pour modifier la période du bâtiment ou lui conférer un amortissement très élevé… En tout état de cause, ne pas se contenter aveuglément de l'application des accélérations réglementaires de calcul sur les sols meubles. PARAMETRES DETERMINANT LE MOUVEMENT VIBRATOIRE 1- La source Taille du séisme : Magnitude Contenu spectral Chute de contrainte Effets de directivité (géométrie récepteur / sens de propagation de la rupture, + champ proche) Basses et Hautes fréquences

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Hétérogénéités du processus de rupture Hautes fréquences 2- Propagation (1) : crustale (dans la croûte) Facteur de qualité / Amortissement Structure profonde Profondeur Décroissance spatiale et radiale 2- Propagation (2) : Conditions locales Rigidité Piégeage et résonance : fi , Ai Géométrie Relief de surface Focalisation + ? ? Interfaces (vallées, bassins, irrégularités) Diffraction, réflexion Amplification et prolongation Non-linéarités de comportement Diminution de la rigidité et augmentation de l'amortissement Réduction, voire élimination ( ?), des effets d'amplification

8.3. EFFETS INDUITS PAR LES SECOUSSES SISMIQUES SUR LES SITES 8.3.1. GLISSEMENTS DE TERRAINS, CHUTES DE PIERRES (PURGE) Les paramètres de suspicion d'une instabilité de terrain en pente sont géométriques (influence du % de pente par exemple), géologiques et géotechniques (influence de la cohésion des sols), hydrauliques (influence des circulations et présence d'eaux) et climatiques. On retient des facteurs d'aggravation du décrochement possible du sol en fonction des caractéristiques des séismes prévisibles dans la région. Dans certains cas, comme au Salvador (2001) à Santa Tecla, on soupçonne qu'un effet de site (mise en résonance d'une colline) ait aggravé la sollicitation sur les versants instables. Il convient d'éviter absolument l'implantation sur les sols potentiellement instables en raison de la trop grande présomption de sinistre en cas de séisme car il n'existe pas de solution constructive pour se protéger d'un glissement de terrain important. Bord de falaise ou de talus instable

Figure 94 - Séisme de Kobé, 1995, (Document NISEE -USA) Glissement de terrain ayant entraîné la perte totale de d'un bâtiment " parasismique " situé en bord de talus instable.

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Outre les problèmes d'amplification de l'action sismique exposés ci-avant, en cas de séisme ce type de site peut être le siège de ruptures et d'éboulements qui peuvent entraîner les constructions qui y seraient implantées.


Site en pente De la même manière, le risque est représenté par le glissement du sol vers les constructions aval, mais également par la " régression " (progression vers l'amont de la zone d'éboulement) vers les biens situés en amont de la zone instable. Indépendamment de la détermination du risque de glissement des sols, il faut absolument, sur les sites en pente, veiller à implanter les fondations sur un sol homogène (attention aux déblaisremblais). Pied de falaise ou de versant instable Pour les mêmes raisons de purge potentielle de la falaise ou du versant dominant un site, il convient d'éviter l'implantation des constructions sur les zones aval concernées par le risque (avalanches de pierres ou coulées de boues…), dont l'étendue doit être déterminée avec soin… ce qui n'est pas aisé par manque de modèles fiables.

8.3.2. LIQUÉFACTION DES TERRAINS GRANULAIRES SATURÉS D'EAU En cas de présence de couches de sable ou limon non cohérents à grains de faibles dimensions (0.05 à 2mm) et de granulométrie " déterminée " à proximité de la surface, la présence d'eau à saturation est un facteur de déclenchement du phénomène de " liquéfaction " en cas de secousse sismique. La violence et la durée possible du séisme en sont des facteurs déterminants. Dans ce cas, la " déstructuration " totale du sol peut entraîner la perte des constructions dont la superstructure est réputée parasismique. Il faut soit descendre les fondations au bon sol, soit traiter le sol pour lui donner les caractéristiques souhaitées, soit éviter ces sites pour l'implantation des constructions.

Figure 95 - Séisme du Salvador, 2001 (Document Associated Press) Glissement de terrain à Santa Tecla ayant entraîné la perte totale d'un quartier (300 constructions ensevelies) dont les constructions n'ont pas souffert des oscillations (signal riche en périodes longues, ayant déclenché le glissement et constructions basses de périodes courtes). Des centaines de constructions voisines sans dommages ont été évacuées par la suite de façon définitive.

Le phénomène Sous l'action des ondes P, la pression d'eau interstitielle des sols granulaires augmente et leur fait perdre leur cohésion. Des jets d'eau et de sable remontent à la surface sous l'effet de cette pression et sont projetés en l'air avant de retomber sous forme de cônes de sable. Des affaissements localisés par tassement de la couche de sable, dont les grains se " réorganisent ", se produisent. Les études géotechniques permettent d'identifier les critères de susceptibilité à la liquéfaction des sols et de détecter les zones où le phénomène pourrait se produire en cas de séisme majeur. A cet égard, âge du dépôt, granulométrie, saturation d'eau, et taux de contrainte cyclique des sols sont déterminants et bien précisés par les règles PS-92.

Figure 96 - Chute de blocs (Document P. Balandier) Cette habitation en Guadeloupe (zone sismique III) a été traversée par des blocs rocheux, situés à l'origine en amont de la pente, sans séisme… Le séisme est un " puissant " facteur déclenchant de purge de pentes et falaises. Il convient de procéder à cette purge avant de construire ou d'éviter certaines implantations si la prévention ne peut être assurée par la destruction de quelques blocs.

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Figure 97 - Séisme de Caracas, 1967, (Document USGS) " Enfoncement " d'un bâtiment dans le sol sous l'effet d'un tassement localisé dû au phénomène de liquéfaction.

Figure 98 - Séisme d'Izmit (1999) (Document AFPS). Ce bâtiment sur radier s'est enfoncé dans le sol de façon non symétrique. Lorsque le centre de gravité est sorti de la base de sustentation il a basculé. Son encastrement dans le sol a stoppé sa course. Il faut noter qu'il n'est pas disloqué et que ses vitrages sont intacts : Les ondes S qui déforment la construction ne se propagent pas en milieu liquide. Ce sont les ondes P, ondes de compression qui génèrent le phénomène de liquéfaction.

Figure 99 - Séisme d'Izmit 1999 (Document BRGM) Cône de liquéfaction en ville : un jet d'eau et de sable est sorti sous pression à cet endroit là pendant le séisme.

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Mouvement de terrain dû à la liquéfaction du sol sous-jacent d'un talus Lorsque la couche de sol liquéfiée se trouve sous un talus, un glissement de terrain induit peut s'en suivre. Ce cas de figure concerne particulièrement les rivages.

Figure 100 - Séisme de Kobe 1995 (Document AFPS) Les désordres consécutifs au phénomène de liquéfaction concernent aussi largement les VRD que les structures.

Figure 101 - Coupe schématique d'un glissement de talus sur sol liquéfié (Document BRGM)

Règles PS-92, article 4.12. Zones suspectes de liquéfaction Les couches de sol présentant les caractéristiques décrites dans l'article 9.12 doivent être a priori considérées comme susceptibles de donner lieu à des phénomènes de liquéfaction. L'évaluation du risque de liquéfaction doit être faite suivant les dispositions des articles 9.12 à 9.15 ; les mesures à prendre lorsque la sécurité apparaît insuffisante vis-à-vis de ce risque sont précisées à l'article 9.16). Ces caractéristiques des sols liquéfiables, définies par les règles PS-92 ont été vérifiées à maintes reprises sur les séismes majeurs. Or, elles n'ont en général pas été vérifiées pour la cartographie des Atlas communaux et des PPR français qui mentionnent une suspicion de liquéfaction pour des zones sur les seuls critères de présence d'eau et de sables ou limons. La vérification de ces critères sur les zones urbanisées et à urbaniser serait souhaitable pour des raisons économiques, car elle permettrait de lever la suspicion sur nombre d'entre elles.

Figure 102 - Séisme d'Anchorage 1964 (Document X) Illustration dramatique d'un glissement de talus de grande ampleur sur une zone liquéfiée.

8.3.3. SUBSIDENCE SUR CAVITÉS Le sol peut présenter toutes les caractéristiques apparentes d'un bon sol de fondations, mais la présence de cavités à proximité de la surface (gypse, anciennes carrières…) peut entraîner la ruine des constructions se trouvant au dessus en cas de rupture de la voûte naturelle ou artificielle sous l'action d'un séisme. L'effondrement est brutal si la cavité est très proche de la surface, les tassements du sol de surface plus ou moins importants dans les autres cas. On peut difficilement envisager des investigations systématiques, mais dans les régions minières, les zones de gypse et de karst, s'il y a la

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moindre suspicion, il est préférable de procéder à des sondages et essais géophysiques avant toute décision d'implantation. Dans le cas de cavités stabilisées et peu profondes on peut envisager de procéder à des injections, et/ou réaliser des fondations spéciales.

8.3.4. TSUNAMIS Le raz de marée (qu'on appelle du nom japonais "tsunami" dans le Pacifique) constitue un phénomène particulièrement destructeur consécutif à un séisme. Il peut survenir plusieurs heures après le séisme, et à des milliers de kilomètres de l'épicentre. Les Tsunamis qui traversent le pacifique sont observés par satellite par les japonais qui lancent le cas échéant une alerte d'évacuation des rivages.

Figure 103 - Document Université de Laval (A) Un séisme déclenché dans la croûte océanique engendre un mouvement oscillatoire de l'eau (vagues). Ces vagues sont à peine perceptibles en eau profonde (moins d'un mètre d'amplitude), mais s'enflent en eau peu profonde pour atteindre des amplitudes allant jusqu'à 30 m. La vitesse de propagation de ces vagues est de 500 à 800 km/heure et leur périodicité est de l'ordre de 15 à 60 minutes. Ainsi, un raz de marée initié par un séisme qui se sera produit à 1000 km des côtes viendra frapper ces côtes 2 heures plus tard. On peut aisément imaginer l'effet destructeur de telles vagues sur les côtes habitées. (B) A l'approche du raz de marée, il se produit d'abord un retrait de la Mer (ce qui est de nature à attirer les curieux). (C) Vient ensuite la première vague. (D) Celle-ci peut être suivie d'un second retrait, puis d'une autre vague.

8.3.5. EFFETS D'ORIGINE ANTHROPIQUE, PROBLÈMES URBAINS D'autres effets induits par la secousse sismique sont susceptibles de provoquer des désordres ou la ruine des bâtiments : propagation des incendies post-sismiques, inondations par rupture d'une retenue d'eau, action de remblais lourds sur sols instables, purge des terrassements sans soutènement … Il est difficile de prétendre maîtriser tous les facteurs d'effets induits anthropiques. Cependant une discipline d'observation du site, d'investigations sur documents, et d'études géologiques ou géotechniques

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en rapport avec les enjeux de la construction en projet … et la prise de décisions politiques permet de réduire sensiblement l'aléa lié aux effets induits anthropiques. Outre la problématique de l'aléa local pour un bâtiment à construire en zone urbanisée, c'est toute la politique d'aménagement du territoire qui doit être envisagée en fonction de l'aléa sismique : VRD, grands équipements, transports, etc. Ainsi, bien que le sujet soit complexe, et dépasse l'objet strict de la sismologie appliquée à la construction, avec des incidences éventuellement lourdes sur la programmation et le budget, il est souhaitable, pour une véritable démarche parasismique, de prendre en considération l'environnement construit et sa vulnérabilité.

8.4. MICROZONAGE DE L'ALÉA LOCAL : ECHELLE D'ÉTUDE 1/10 000

Figure 104 - Séisme de Kobé, 1995, (Document NISEE USA) Propagation à grande échelle d'un incendie post-sismique ayant entraîné des pertes colossales sur des bâtiments parasismiques.

Les études de microzonage sismique, réalisées par des sismologues, et des géotechniciens sont désormais généralisées dans les régions sismiques très peuplées… des pays riches. Rappelons pour mémoire les différents aspects de l'aléa sismique qu'il convient d'identifier et de cartographier en vue de l'évaluation de la vulnérabilité des éléments à risque. - Mouvement de référence " régional " au rocher horizontal après localisation et étude des mécanismes des failles actives susceptibles de rejouer et de leurs magnitudes associées et lois d'atténuation. - Localisation des failles actives susceptibles de jouer en surface. - Identification et cartographie des sites susceptibles d'amplifier certaines composantes des mouvements sismiques attendus (séismes lointains, séismes proches), évaluation de cette amplification traduite par les spectres de réponse des sites cartographiés. - Identification et évaluation des possibles effets induits (glissements de terrain, chute de blocs, subsidence, liquéfaction, tsunamis…) Pour l'urbanisme parasismique, il conviendrait d'ajouter à cette cartographie les possibles effets induits urbains : encombrements de voirie par la ruine des édifices très vulnérables, propagation d'incendies en tissu continu, pollutions diverses…

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Figure 105 - Cartographie de plusieurs aléas induits par le séisme à Fort-de-France (Document BRGM)

Figure 106 - Cartographie de l'amplification topographique et de la bande de neutralisation de faille de Dillon à Fort-de-France (Document BRGM)

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Figure 107 - Microzonage des zones à réponse dynamique homogène à Fort-de-France. Un spectre de réponse des structures est associé à chaque zone. (Document BRGM)

Figure 108 Spectres de réponse associés au microzonage spectral de Fort-de-France (Document BRGM) On voit également sur ce document les spectres S0 à S3 des PS-92.

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LES REGLES PS-92 ET LES PROBLEMES DE SITES ET SOLS D'IMPLANTATION Le chapitre 4, qui définit les règles générales de conception accorde une part importante aux: - Choix du site - Reconnaissances de sol - Prise en compte du sol pour le choix des fondations 4. REGLES GENERALES DE CONCEPTION 4.1. Choix du site 4.2. Reconnaissances et études de sol 4.3. Fondations 4.4. Structures Le chapitre 9, qui précise les règles propres aux fondations définit: - Les critères de liquéfaction, de stabilité des pentes - Les dispositions propres aux différents types de fondations - La vérification de la portance des sols naturels et remblayés 9. FONDATIONS 9.1. Liquéfaction des sols 9.2. Stabilité des pentes 9.3. Dispositions techniques concernant les ouvrages de fondation 9.4. Calcul des fondations profondes 9.5. Vérification de la force portante 9.6. Fondations sur sols substitués compactés 9.7. (non) Prise en compte de l'interaction sol-structure Le chapitre 10 est consacré aux problèmes de soutènement des pentes et présente les critères de vérification de leur stabilité. 10. PAROIS D 'INFRASTRUCTURE ET OUVRAGES DE SOUTENEMENT 10.1. Règles générales 10.2. Méthodes de calcul simplifiée 10.3. Vérification de stabilité 10.4. Vérification de résistance 10.5. Murs de soutènement isolés

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9. LES NOTIONS D'ALÉA, VULNÉRABILITÉ ET RISQUE

9.1. TERMINOLOGIE UNDRO POUR LES RISQUES MAJEURS Les différents concepts relatifs à la gestion des risques majeurs font l'objet d'une terminologie internationale adoptée par les Nations Unies (UNDRO) ALEA NATUREL ( Natural Hazard): Probabilité d'occurrence, dans une région et au cours d'une période donnée, d'un phénomène naturel susceptible de causer des dommages. VULNERABILITE (Vulnerability): Degré de perte ou d'endommagement d'un élément donné exposé au risque (ou d'un ensemble d'éléments), résultant de l'occurrence d'un phénomène naturel de magnitude donnée et s'exprimant sur une échelle de 0 (absence de dommages) à 1 (perte totale). RISQUE SPECIFIQUE (Specific Risk): Estimation du niveau des pertes pouvant être attendues suite à un phénomène naturel particulier, exprimé par une fonction de l'aléa et de la vulnérabilité. ELEMENTS A RISQUE (Elements at Risk): Populations, constructions, activités civiles, services publics, installations et infrastructures, etc., exposés au risque dans une région donnée. RISQUE (Risk): Estimation quantifiée des pertes en vies humaines, des blessés, des dommages aux biens, et des perturbations de l'activité économique pouvant être attendus suite à un phénomène naturel particulier, soit le produit du risque spécifique et des éléments à risque. RISQUE ACCEPTABLE (Acceptable Risk): Niveau des pertes humaines et matérielles perçues par la communauté ou les autorités compétentes comme tolérable, dans le cadre des actions visant à minimiser le risque de catastrophe. CATASTROPHE (Disaster): Grave interruption du fonctionnement d'une société engendrant de larges pertes humaines, matérielles ou environnementales qui dépassent les capacités de la société à faire face avec ses seules ressources propres. Les catastrophes sont souvent classées selon leur mode d'occurrence (brusque ou progressif) ou selon leur origine (naturelle ou anthropique) PREVENTION (Prevention): Ensemble des actions destinées à fournir une protection permanente contre les catastrophes. Comprend les mesures pratiques de protection " physique " et relevant de l'ingénierie, comme les mesures législatives contrôlant l'aménagement du territoire et la planification urbaine. (Voir " préparation ")

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PREPARATION (Preparedness): Actions destinées à minimiser les pertes en vies humaines et les dommages, à organiser l'évacuation temporaire des populations et des biens d'un lieu menacé et à faciliter les opérations opportunes et espaces de sauvetage, secours et réhabilitation. PREVISION (Forecast): Etat ou estimation statistique de l'occurrence d'un événement futur. Le sens de ce terme varie selon son emploi dans différentes disciplines, de même que celui de " prédiction ". PREDICTION (Prediction): État de la date, du lieu et de la magnitude attendus d'un événement futur (pour les séismes et éruptions volcaniques).

9.2. TERMINOLOGIE ET CONCEPTS PROPRES AU RISQUE SISMIQUE ALEA SISMIQUE (Seismic Hazard): Ai, en un site donné, probabilité qu'au cours d'une période de référence (ex: probabilité annuelle), une secousse sismique atteigne ou dépasse en ce site une certaine intensité (I, Amax, Vmax). EVALUER L'ALEA SISMIQUE D'UN SITE = calculer la fonction de répartition du paramètre choisi lors d'un séisme dont l'occurrence suit une loi de distribution connue. La VULNERABILITE V (Vulnerability) au sens commun, concerne le milieu construit (Vulnérabilité structurale). La vulnérabilité d'une construction ou d'une catégorie de constructions représente la perte proportionnelle (en%) exprimant le rapport du coût des dommages subis à la valeur de la construction. Elle dépend de l'intensité locale de la secousse subie: - Sensiblement nulle pour I inférieur ou égal à VI - Proche de 100% pour I supérieur ou égal à XI Évaluer la vulnérabilité d'une construction = calculer une FONCTION D'ENDOMMAGEMENT en fonction de l'intensité de la secousse et estimer le coût de la reconstruction. Le RISQUE SISMIQUE SPECIFIQUE Ri (Seismic specific risk) définit la probabilité de pertes, rapportée à une construction (ou une catégorie de constructions) de valeur unité, au cours d'une période de référence. Évaluer le RISQUE SISMIQUE SPECIFIQUE = convoluer les deux fonctions: aléa sismique et vulnérabilité Ri = Ai x V Le RISQUE SISMIQUE R (Seismic risk) est la probabilité de pertes au cours d'une période de référence et dans la région considérée. - Proportionnelle au nombre de vies humaines et à la valeur des biens exposés. - Dépend de l'occupation humaine de la région considérée.

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EVALUER LE RISQUE SISMIQUE DANS UNE REGION = multiplier les risques sismiques spécifiques Ri, pour les divers sites de la région, par la valeur (coût Ci) des biens existants (ou projetés) sur chaque site et sommer tous les risques.

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10. LA TRADUCTION RÉGLEMENTAIRE DES ÉTUDES DE SISMOLOGIE APPLIQUÉE: ARBITRAGES POLITIQUES

10.1. LA POLITIQUE DE GESTION DES RISQUES NATURELS MAJEURS PROBLEMATIQUE SOCIO-POLITIQUE DE LA CATASTROPHE Les sociétés concernées par la possibilité d'occurrence de catastrophes d'origine sismique doivent organiser une politique de mitigation du risque sismique selon ses différents aspects : MITIGATION DU RISQUE (ACTIONS PREALABLES) o Prévention - Recherche scientifique et technique - Formation des professionnels acteurs de la mitigation du risque - Évaluation de l'aléa et de la vulnérabilité - Réduction de le vulnérabilité des constructions à venir " Législation " Réglementation " Financements o Préparation - Information du public - Réhabilitation parasismique de l'existant - Plans d'urgence CRISE (ACTIONS D'URGENCE) o Organisation des secours REPONSE A LA CRISE (ACTIONS EN VUE DU RETOUR A LA NORMALE) o Reconstruction o Réhabilitation o Politiques d'indemnisation ENJEUX DE SOCIETES Les arbitrages politiques déterminant le niveau d'exigence légal pour la protection des biens et des personnes dépendent du niveau de sensibilité de la société au problème et se font en considération des facteurs : Humains Economiques (directs et indirects) Définition des enjeux : notion de valeur économique et patrimoniale (artistique, historique, culturelles…) des biens.

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Figure 109 - Séisme d'Izmit, 1999. (Document EERI - USA) La perte d'une raffinerie de pétrole a un impact sur l'économie d'une région qui est infiniment plus important que la valeur des installations. Il faut y ajouter une atteinte à l'environnement.

Figure 110 - Séisme de Taiwan, 1999. (Document EQE - USA) Il en va de même pour la perte d'un grand barrage. A ce titre, ces constructions font l'objet de procédures de construction plus complexes, celles des Ouvrages à Risque Spécial.

Un bien de vulnérabilité donnée, soumis à un aléa donné, représente un enjeu dont la valeur dépend de paramètres plus ou moins aisés à définir. Ces paramètres dépendent de la société. On peut citer notamment : - pertes humaines potentielles par effondrement (morts, blessés), directes ou indirectes, - pertes matérielles potentielles par ruine, directes (le bien luimême) ou indirectes (pertes d'exploitation, atteinte à d'autres biens), - atteintes à l'environnement (pollutions par exemple) - pertes patrimoniales (monuments, objets d'art…) qui n'ont pas une valeur matérielle en soi, mais une valeur de mémoire pour la société, - pertes sociologiques (déstructuration temporaire ou durable d'une société), la crise sismique est un traumatisme dont la société qui en est victime ne sort pas indemne. ARBITRAGES Il doivent être faits entre : - Incidence économique de la prévention sur le neuf et sur l'existant - Incidence économique de la catastrophe, ramenée à sa probabilité d'occurrence. Un pari à faire ? Les arbitrages nécessitent une bonne connaissance de la sismologie, de l'aléa, de la vulnérabilité. L'arbitrage politique peut éventuellement être réévalué à la hausse par choix du maître d'ouvrage. En général : Le séisme est considéré comme une action accidentelle, ajoutée aux charges permanentes des structures, pour laquelle on établit une probabilité d'occurrence et estime le risque. La politique de mitigation du risque sismique est probabiliste. Pour les ouvrages à risque normal, elle vise à sauver les vies humaines, elle admet les dégâts et un pourcentage d'échecs décroissant avec l'importance de l'enjeu. Pour les ouvrages à risque spécial elle vise l'absence de nuisances indirectes. Le niveau de protection décidé par la puissance publique est forfaitaire. - Les critères sont physiques (aléa, vulnérabilité, risque) - Économiques (coût selon le niveau de réduction du risque) - Politiques (degré de sensibilisation de la société) DOMAINES D'ACTION

À l’échelle urbaine - PPR - Urbanisme (PLU, RNU) - Renforcement de l’existant (incitations)

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Au niveau des constructions - Règles parasismiques (pour les constructions neuves)

En prévision de la crise

Au niveau des acteurs

- Plans de secours

- Formation - Information


COUT REEL DES POLITIQUES DE PREVENTION Réduction de la vulnérabilité du bien exposé à l'aléa On doit mettre en relation la valeur des enjeux (selon les différents paramètres de l'enjeu) avec: - Le coût de la démarche parasismique préventive pour le neuf et pour le renforcement de l'existant (coût absolu et coût relatif à l'aléa). - Le coût de la réparation ou de la reconstruction après séisme. (coût absolu et coût relatif à l'aléa). Pour ce faire il faut les rapporter à la notion de risque sismique (Aléa x vulnérabilité x Enjeux) et à une durée d'amortissement rapportée à la période de récurrence des événements de gravité plus ou moins élevée.

10.2. LE CONTEXTE LÉGAL ET RÉGLEMENTAIRE FRANÇAIS Les textes législatifs et réglementaires suivants encadrent la mitigation du risque sismique en France. Ils visent la protection des enjeux, et pour ce faire arbitrent, entre autres, le niveau de prise en considération de l'aléa sismique régional et local.

10.2.1. CODES ET LOIS 10.2.1.1. LOI N° 87-565 DU 22 JUILLET 1987 Cette Loi est la première à encadrer la notion de " prévention des risques majeurs " et le droit du citoyen à l'information sur son exposition aux risques. (Loi codifiée en 2000.) Le Titre I° définit l'organisation de la sécurité civile - Plans ORSEC - Services d'incendie et de secours Le Titre II concerne la protection de la forêt et la prévention des risques majeurs - Son article 21 précisait le droit du citoyen à l'information sur son exposition aux risques. Cet article a été abrogé par ordonnance le 18 septembre 2000 et remplacé par des dispositions du code de l'environnement (voir § 10.213) - Ses articles 40-1 à 45 encadraient la prévention des risques naturels. Ces articles ont été modifiés par la Loi Barnier (voir ciaprès), puis abrogés par ordonnance le 18 septembre 2000 et remplacés par ceux du code le l'environnement et du décret du 13 septembre 2000 (Voir § 10.223). - Son article 41 prévoyait la sortie des décrets concernant le zonage sismique, les classes d'ouvrages à risque normal et la définition de l'action sismique réglementaire en fonction de la zone sismique et de la classe des ouvrages (voir ces décrets § 10.22).

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Equivalences entre la Loi du 22 juillet 1987 et le Code de l'environnement (via la Loi Barnier) Les articles 562-1 à 562-7 du Code reprennent les articles 40-1 à 40-7 de la Loi L'article 563-1 du Code reprend l'article 41 de la Loi

10.2.1.2. LOI N° 95-101 DU 2 FÉVRIER 1995 (LOI BARNIER) Relative au renforcement de la Loi de 1987 dont elle précise certains articles, elle substitue les PPR aux PER. (Loi codifiée en 2000.) Son Titre I° encadre la participation du public et des associations en matière d'environnement Son Titre II encadre les dispositions relatives à la prévention des risques naturels. CHAPITRE Ier Des mesures de sauvegarde des populations menacées par certains risques - Ses articles (11 à 15) ont été codifiés (Voir § 10.213). CHAPITRE II Des plans de prévention des risques naturels prévisibles - Son article 16 (portant modification de la Loi de 1987), a été codifié (Voir § 10.213). - Ses articles 17 à 19 modifient le Code des assurances et la Loi sur l'indemnisation des victimes de catastrophes naturelles (Voir encadré ci-après) Ses autres articles et titres traitent d'inondations, de protection de l'environnement et des pollutions. Loi Barnier : Extrait relatif à l'indemnisation des victimes: TITRE II DISPOSITIONS RELATIVES A LA PREVENTION DES RISQUES NATURELS CHAPITRE Ier Des mesures de sauvegarde des populations menacées par certains risques naturels majeurs Art. 17. Il est inséré, dans le code des assurances, un article L. 121- 16 ainsi rédigé : "Art. L. 121-16. - Toute clause des contrats d'assurance tendant à subordonner le versement d'une indemnité en réparation d'un dommage causé par une catastrophe naturelle au sens de l'article L. 1251 à un immeuble bâti à sa reconstruction sur place est réputée non écrite dès lors que l'espace est soumis à un plan de prévention des risques naturels prévisibles." Art. 18. Le I de l'article 5 et l'article 5-1 de la loi n 82-600 du 13 juillet 1982 relative à l'indemnisation des victimes de catastrophes naturelles sont abrogés.

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Art. 19. L'article L. 125-6 du code des assurances est ainsi modifié : I. - Au premier alinéa, les mots : "plan d'exposition aux risques naturels prévisibles, défini par le premier alinéa de l'article 5-1 de la loi n 82-600 du 13 juillet 1982" sont remplacés par les mots : "plan de prévention des risques naturels prévisibles approuvé dans les conditions prévues par la loi n 87-565 du 22 juillet 1987 relative à l'organisation de la sécurité civile, à la protection de la forêt contre l'incendie et à la prévention des risques majeurs". II. - Au quatrième alinéa, les mots : "plan d'exposition" sont remplacés par les mots : "plan de prévention des risques". III. - Au quatrième alinéa, les mots : "prescriptions visées par le premier alinéa du I de l'article 5 de la loi n 82-600 du 13 juillet 1982 relative à l'indemnisation des victimes de catastrophes naturelles" sont remplacés par les mots : "mesures visées au 4 de l'article 40-1 de la loi n 87-565 du 22 juillet 1987 précitée". Art. 20. - I. L'article 16 de la loi n 92-3 du 3 janvier 1992 sur l'eau est ainsi rédigé : "Art. 16. - Dans les parties submersibles des vallées et dans les autres zones inondables, les plans de prévention des risques naturels prévisibles institués par la loi n 87-565 du 22 juillet 1987 relative à l'organisation de la sécurité civile, à la protection de la forêt contre l'incendie et à la prévention des risques majeurs définissent en tant que de besoin les interdictions et les prescriptions techniques à respecter afin d'assurer le libre écoulement des eaux et la conservation, la restauration ou l'extension des champs d'inondation". II. - Les articles 48 à 54 du code du domaine public fluvial et de la navigation intérieure sont abrogés. III. - Au I de l'article 46 de la loi n 92-3 du 3 janvier 1992 précitée, la mention des articles 48 à 54 du code du domaine public fluvial et de la navigation intérieure est supprimée. Art. 21. L'article 21 de la loi n 91-5 du 3 janvier 1991 modifiant diverses dispositions intéressant l'agriculture et la forêt est ainsi rédigé : "Art. 21. Afin de définir les mesures de prévention à mettre en oeuvre dans les zones sensibles aux incendies de forêt, le préfet élabore, en concertation avec les conseils régionaux et conseils généraux intéressés, un plan de prévention des risques naturels prévisibles institué par la loi n 87-565 du 22 juillet 1987 relative à l'organisation de la sécurité civile, à la protection de la forêt contre l'incendie et à la prévention des risques majeurs." Art. 22. A l'article L. 443-2 du code de l'urbanisme7 , il est inséré, avant le dernier alinéa, un alinéa ainsi rédigé : "Si l'une des zones visées au présent article est couverte par un plan de prévention des risques naturels prévisibles établi en application de la loi n 87-565 du 22 juillet 1987 relative à l'organisation de la sécurité civile, à la protection de la forêt contre l'incendie et à la prévention des risques majeurs, les prescriptions fixées en application du présent article doivent être compatibles avec celles définies par ce plan." 7 POS, actuellement PLU

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10.2.1.3. CODE DE L'ENVIRONNEMENT Voté fin 2000, il codifie l'ensemble de Lois de la responsabilité du Ministère de l'Aménagement du Territoire et de l'Environnement (MATE), dont celles relatives aux risques majeurs (Loi de 1987 et Loi de 1995). Son Titre VI encadre les risques naturels : TITRE VI PREVENTION DES RISQUES NATURELS Chapitre I Mesures de sauvegarde des populations menacées par certains risques naturels majeurs Art. L. 561-1. - Sans préjudice des dispositions prévues au 5o de l'article L. 2212-2 et à l'article L. 2212-4 du code général des collectivités territoriales, lorsqu'un risque prévisible de mouvements de terrain, d'avalanches ou de crues torrentielles menace gravement des vies humaines, les biens exposés à ce risque peuvent être expropriés par l'Etat dans les conditions prévues par le code de l'expropriation pour cause d'utilité publique et sous réserve que les moyens de sauvegarde et de protection des populations s'avèrent plus coûteux que les indemnités d'expropriation. La procédure prévue par les articles L. 15-6 à L. 15-8 du code de l'expropriation pour cause d'utilité publique est applicable lorsque l'extrême urgence rend nécessaire l'exécution immédiate de mesures de sauvegarde. Toutefois, pour la détermination du montant des indemnités qui doit permettre le remplacement des biens expropriés, il n'est pas tenu compte de l'existence du risque. Art. L. 561-2. - Sans préjudice des dispositions de l'article L. 13-14 du code de l'expropriation pour cause d'utilité publique, les acquisitions d'immeubles peuvent ne donner lieu à aucune indemnité ou qu'à une indemnité réduite si, en raison de l'époque à laquelle elles ont eu lieu, il apparaît qu'elles ont été faites dans le but d'obtenir une indemnité supérieure au prix d'achat. Sont présumées faites dans ce but, sauf preuve contraire, les acquisitions postérieures à l'ouverture de l'enquête publique préalable à l'approbation d'un plan de prévention des risques naturels prévisibles rendant inconstructible la zone concernée ou, en l'absence d'un tel plan, postérieures à l'ouverture de l'enquête publique préalable à l'expropriation. Art. L. 561-3. - Le fonds de prévention des risques naturels majeurs est chargé de financer, dans la limite de ses ressources, les indemnités allouées en vertu des dispositions de l'article L. 561-1 ainsi que les dépenses liées à la limitation de l'accès et à la démolition éventuelle des biens exposés afin d'en empêcher toute occupation future. En outre, il finance, dans les mêmes limites, les dépenses de prévention liées aux évacuations temporaires et au relogement des personnes exposées. Ce fonds est alimenté par un prélèvement sur le produit des primes ou cotisations additionnelles relatives à la garantie contre le risque de catastrophes naturelles, prévues à l'article L. 125-2 du code des assurances.

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Il est versé par les entreprises d'assurances ou leur représentant fiscal visé à l'article 1004 bis du code général des impôts. Le taux de ce prélèvement est fixé à 2 %. Le prélèvement est recouvré suivant les mêmes règles, sous les mêmes garanties et les mêmes sanctions que la taxe sur les conventions d'assurance prévue aux articles 991 et suivants du code général des impôts. En outre, le fonds peut recevoir des avances de l'Etat. La gestion comptable et financière du fonds est assurée par la caisse centrale de réassurance dans un compte distinct de ceux qui retracent les autres opérations pratiquées par cet établissement. Les frais exposés par la caisse centrale de réassurance pour cette gestion sont imputés sur le fonds. Art. L. 561-4. - A compter de la publication de l'arrêté d'ouverture de l'enquête publique préalable à l'expropriation réalisée en application de l'article L. 561-1, aucun permis de construire ni aucune autorisation administrative susceptible d'augmenter la valeur des biens à exproprier ne peut être délivré jusqu'à la conclusion de la procédure d'expropriation dans un délai maximal de cinq ans, si l'avis du Conseil d'Etat n'est pas intervenu dans ce délai. La personne morale de droit public au nom de laquelle un permis de construire ou une autorisation administrative a été délivré en méconnaissance des dispositions du premier alinéa ci-dessus, ou en contradiction avec les dispositions d'un plan de prévention des risques naturels prévisibles rendues opposables, est tenue de rembourser au fonds mentionné à l'article L. 561-3 le coût de l'expropriation des biens ayant fait l'objet de ce permis ou de cette autorisation. Art. L. 561-5. - Le Gouvernement présente au Parlement, en annexe à la loi de finances de l'année, un rapport sur la gestion du fonds de prévention des risques naturels majeurs. Un décret en Conseil d'Etat précise les modalités d'application du présent chapitre. Chapitre II Plans de prévention des risques naturels prévisibles Art. L. 562-1. I. - L'Etat élabore et met en application des plans de prévention des risques naturels prévisibles tels que les inondations, les mouvements de terrain, les avalanches, les incendies de forêt, les séismes, les éruptions volcaniques, les tempêtes ou les cyclones. II. - Ces plans ont pour objet, en tant que de besoin : 1o De délimiter les zones exposées aux risques en tenant compte de la nature et de l'intensité du risque encouru, d'y interdire tout type de construction, d'ouvrage, d'aménagement ou d'exploitation agricole, forestière, artisanale, commerciale ou industrielle ou, dans le cas où des constructions, ouvrages, aménagements ou exploitations agricoles, forestières, artisanales, commerciales ou industrielles pourraient y être autorisés, prescrire les conditions dans lesquelles ils doivent être réalisés, utilisés ou exploités ; 2o De délimiter les zones qui ne sont pas directement exposées aux

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risques mais où des constructions, des ouvrages, des aménagements ou des exploitations agricoles, forestières, artisanales, commerciales ou industrielles pourraient aggraver des risques ou en provoquer de nouveaux et y prévoir des mesures d'interdiction ou des prescriptions telles que prévues au 1o ; 3o De définir les mesures de prévention, de protection et de sauvegarde qui doivent être prises, dans les zones mentionnées au 1o et au 2o, par les collectivités publiques dans le cadre de leurs compétences, ainsi que celles qui peuvent incomber aux particuliers ; 4o De définir, dans les zones mentionnées au 1o et au 2o, les mesures relatives à l'aménagement, l'utilisation ou l'exploitation des constructions, des ouvrages, des espaces mis en culture ou plantés existants à la date de l'approbation du plan qui doivent être prises par les propriétaires, exploitants ou utilisateurs. III. - La réalisation des mesures prévues aux 3o et 4o du II peut être rendue obligatoire en fonction de la nature et de l'intensité du risque dans un délai de cinq ans, pouvant être réduit en cas d'urgence. A défaut de mise en conformité dans le délai prescrit, le préfet peut, après mise en demeure non suivie d'effet, ordonner la réalisation de ces mesures aux frais du propriétaire, de l'exploitant ou de l'utilisateur. IV. - Les mesures de prévention prévues aux 3o et 4o du II, concernant les terrains boisés, lorsqu'elles imposent des règles de gestion et d'exploitation forestière ou la réalisation de travaux de prévention concernant les espaces boisés mis à la charge des propriétaires et exploitants forestiers, publics ou privés, sont prises conformément aux dispositions du titre II du livre III et du livre IV du code forestier. V. - Les travaux de prévention imposés en application du 4o du II à des biens construits ou aménagés conformément aux dispositions du code de l'urbanisme avant l'approbation du plan et mis à la charge des propriétaires, exploitants ou utilisateurs ne peuvent porter que sur des aménagements limités. Art. L. 562-2. - Lorsqu'un projet de plan de prévention des risques naturels prévisibles contient certaines des dispositions mentionnées au 1o et au 2o du II de l'article L. 562-1 et que l'urgence le justifie, le préfet peut, après consultation des maires concernés, les rendre immédiatement opposables à toute personne publique ou privée par une décision rendue publique. Ces dispositions cessent d'être opposables si elles ne sont pas reprises dans le plan approuvé ou si le plan n'est pas approuvé dans un délai de trois ans. Art. L. 562-3. - Après enquête publique, et après avis des conseils municipaux des communes sur le territoire desquelles il doit s'appliquer, le plan de prévention des risques naturels prévisibles est approuvé par arrêté préfectoral. Art. L. 562-4. - Le plan de prévention des risques naturels prévisibles approuvé vaut servitude d'utilité publique. Il est annexé au plan d'occupation des sols, conformément à l'article L. 126-1 du code de l'urbanisme.

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Le plan de prévention des risques naturels prévisibles approuvé fait l'objet d'un affichage en mairie et d'une publicité par voie de presse locale en vue d'informer les populations concernées. Art. L. 562-5. I. - Le fait de construire ou d'aménager un terrain dans une zone interdite par un plan de prévention des risques naturels prévisibles approuvé ou de ne pas respecter les conditions de réalisation, d'utilisation ou d'exploitation prescrites par ce plan est puni des peines prévues à l'article L. 480-4 du code de l'urbanisme. II. - Les dispositions des articles L. 460-1, L. 480-1, L. 480-2, L. 480-3, L. 480-5 à L. 480-9 et L. 480-12 du code de l'urbanisme sont également applicables aux infractions visées au I du présent article, sous la seule réserve des conditions suivantes : 1o Les infractions sont constatées, en outre, par les fonctionnaires et agents commissionnés à cet effet par l'autorité administrative compétente et assermentés ; 2o Pour l'application de l'article L. 480-5 du code de l'urbanisme, le tribunal statue au vu des observations écrites ou après audition du maire ou du fonctionnaire compétent, même en l'absence d'avis de ces derniers, soit sur la mise en conformité des lieux ou des ouvrages avec les dispositions du plan, soit sur leur rétablissement dans l'état antérieur ; 3o Le droit de visite prévu à l'article L. 460-1 du code de l'urbanisme est ouvert aux représentants de l'autorité administrative compétente. Art. L. 562-6. - Les plans d'exposition aux risques naturels prévisibles approuvés en application du I de l'article 5 de la loi no 82600 du 13 juillet 1982 relative à l'indemnisation des victimes de catastrophes naturelles valent plan de prévention des risques naturels prévisibles. Il en est de même des plans de surfaces submersibles établis en application des articles 48 à 54 du code du domaine public fluvial et de la navigation intérieure, des périmètres de risques institués en application de l'article R. 111-3 du code de l'urbanisme, ainsi que des plans de zones sensibles aux incendies de forêt établis en application de l'article 21 de la loi no 91-5 du 3 janvier 1991 modifiant diverses dispositions intéressant l'agriculture et la forêt. Leur modification ou leur révision est soumise aux dispositions du présent chapitre. Les plans ou périmètres visés à l'alinéa précédent en cours d'élaboration au 2 février 1995 sont considérés comme des projets de plans de prévention des risques naturels, sans qu'il soit besoin de procéder aux consultations ou enquêtes publiques déjà organisées en application des procédures antérieures propres à ces documents. Art. L. 562-7. - Un décret en Conseil d'Etat précise les conditions d'application des articles L. 562-1 à L. 562-6. Il définit notamment les éléments constitutifs et la procédure d'élaboration et de révision des plans de prévention des risques naturels prévisibles, ainsi que les conditions dans lesquelles sont prises les mesures prévues aux 3o et 4o du II de l'article L. 562-1. Art. L. 562-8. - Dans les parties submersibles des vallées et dans les autres zones inondables, les plans de prévention des risques naturels prévisibles définissent, en tant que de besoin, les interdictions et les prescriptions

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techniques à respecter afin d'assurer le libre écoulement des eaux et la conservation, la restauration ou l'extension des champs d'inondation. Art. L. 562-9. - Afin de définir les mesures de prévention à mettre en œuvre dans les zones sensibles aux incendies de forêt, le préfet élabore, en concertation avec les conseils régionaux et conseils généraux intéressés, un plan de prévention des risques naturels prévisibles. Chapitre III Autres mesures de prévention Art. L. 563-1. - Dans les zones particulièrement exposées à un risque sismique ou cyclonique, des règles particulières de construction parasismique ou paracyclonique peuvent être imposées aux équipements, bâtiments et installations. Si un plan de prévention des risques naturels prévisibles est approuvé dans l'une des zones mentionnées au premier alinéa, il peut éventuellement fixer, en application de l'article L. 562-1, des règles plus sévères. Un décret en Conseil d'Etat définit les modalités d'application du présent article. Art. L. 563-2. - Dans les zones de montagne, en l'absence de plan de prévention des risques naturels prévisibles, les documents d'urbanisme ainsi que les projets de travaux, constructions ou installations soumis à une demande d'autorisation ou à une décision de prise en considération tiennent compte des risques naturels spécifiques à ces zones, qu'il s'agisse de risques préexistants connus ou de ceux qui pourraient résulter des modifications de milieu envisagées. Cette prise en compte s'apprécie en fonction des informations dont peut disposer l'autorité compétente. Sans préjudice des dispositions des deux alinéas ci-dessus, le représentant de l'Etat visé à l'article L. 145-11 du code de l'urbanisme pour les unités touristiques nouvelles et à l'article L. 445-1 du même code pour les remontées mécaniques tient compte des risques naturels pour la délivrance des autorisations correspondantes.

10.2.2. DÉCRETS 10.2.2.1. DÉCRET N° 91-461 DU 14 MAI 1991, Modifié par le décret du 13 septembre 2000 (voir plus loin) Ce décret définit : - Le contexte de prise en compte du risque sismique - Le zonage sismique de la France en 5 zones Il prévoit le cadre des deux 2 futurs arrêtés pour: - Les Ouvrages à Risque Normal (dont la ruine ne provoque que des atteintes de proximité immédiate). (Voir 10.231) - Les Ouvrages à Risque Spécial (dont la ruine provoque des atteintes à l'environnement sur des étendues importantes). (Voir 10.232)

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DECRET 91 461 du 14 MAI 1991 Art. 1er. - Les dispositions mentionnées à l'article 41 de la loi n° 87-565 du 22 juillet 1987 susvisée destinées à la mise en œuvre de la prévention du risque sismique et applicables aux bâtiments, équipements et installations nouveaux sont définies par le présent décret. Art. 2. - Pour la prise en compte du risque sismique, les bâtiments, les équipements et les installations sont répartis en deux catégories, respectivement dites "à risque normal" et "à risque spécial". Art. 3. - La catégorie dite "à risque normal" comprend les bâtiments, équipements et installations pour lesquels les conséquences d'un séisme demeurent circonscrites à leurs occupants et leur voisinage immédiat. Ces bâtiments, équipements et installations sont répartis en quatre classes - classe A : ceux dont la défaillance ne présente qu'un risque minime pour les personnes ou l'activité économique ; - classe B : ceux dont la défaillance présente un risque dit moyen pour les personnes; - classe C : ceux dont la défaillance présente un risque élevé pour les personnes et ceux présentant le même risque en raison de leur importance socio-économique. En outre la catégorie "à risque normal" comporte une classe D regroupant les bâtiments, les équipements et les installations dont le fonctionnement est primordial pour la sécurité civile, pour la défense ou pour le maintien de l'ordre public. Art. 4. - Pour l'application des mesures de prévention du risque sismique aux bâtiments, équipements et installations de la catégorie dite et "à risque normal", le territoire national est divisé en cinq zones de sismicité croissante : - zone 0 ; - zone I a ; - zone I b ; - zone II ; - zone III. La répartition des départements, des arrondissements et des cantons entre ces zones est définie par l'annexe au présent décret. Art. 5. - Des mesures préventives et notamment des règles de construction, d'aménagement et d'exploitation parasismiques sont appliquées aux bâtiments, aux équipements et aux installations de la catégorie dite "à risque normal", appartenant aux classes B, C et D situés dans les zones de sismicité I a, I b, II et III, respectivement définies aux articles 3 et 4 du présent décret. Pour l'application de ces mesures, des arrêtés pris conjointement par le ministre chargé de la prévention des risques majeurs et les ministres concernés définissent la nature et les caractéristiques des bâtiments, des équipements et des installations, les mesures techniques préventives ainsi que les valeurs caractérisant les actions des séismes à prendre en compte. Art. 6. - La catégorie dite "à risque spécial" comprend les bâtiments,

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les équipements et les installations pour lesquels les effets sur les personnes, les biens et l'environnement de dommages même mineurs résultant d'un séisme peuvent ne pas être circonscrits au voisinage immédiat desdits bâtiments, équipements et installations. Art. 7. - Des mesures préventives et notamment des règles de construction, d'aménagement et d'exploitation parasismiques sont appliquées aux bâtiments, aux équipements et aux installations de la catégorie dite "à risque spécial". Pour l'application de ces mesures, des arrêtés pris conjointement par le ministre chargé de la prévention des risques majeurs et les ministres concernés définissent la nature et les caractéristiques des bâtiments, des équipements et des installations, les mesures techniques préventives ainsi que les valeurs caractérisant les actions des séismes à prendre en compte. Art. 8. - Le 2° de l'article 2 du décret du 11 octobre 1990 susvisé est ainsi rédigé : "2° Situées dans les zones de sismicité I a, I b, II et III définies par le décret n° 91-461 du 14 mai 1991."

Annexe : Liste des cantons de chacune des 4 zones concernées par la réglementation N-B : Le zonage sismique réglementaire actuel de la France, issu d'études de la sismicité nationale, est utilisé pour application de l'arrêté du 29 mai 1997 (voir § 10.231) prescrivant l'application des règles de construction parasismique PS-92 pour les ouvrages à risque normal (ORN). Son échelle est le canton Selon la zone sismique on calculera le bâtiment en lui " appliquant " des accélérations plus ou moins violentes selon les enjeux qu'il abrite, pondérées par les données du spectre de réponse du type de site et, s'il y a lieu, d'un coefficient topographique. La zone III, de sismicité forte ne concerne que la Guadeloupe et la Martinique. Les ouvrages à risque spécial (ORS), c'est à dire ceux dont la ruine peut nuire à l'environnement (en général risque industriel) font l'objet de règles beaucoup plus exigeantes (Voir § 10.232).

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Figure 111 - Zonage sismique réglementaire de la France Ce zonage établi il y a quelques années sur la base de connaissances historiques présente quelques similitudes avec le zonage déterministe. Il sera remplacé un jour, au vu de l'évolution des connaissances (Voir 7.4 et 7.5).

10.2.2.2. DÉCRET N° 95-1089 DU 5 OCTOBRE 1995 Définit les modalités relatives aux PPR en application de la Loi Barnier. DECRET 95-1089 du 5 octobre 1995 Article 1 L'établissement des plans de prévention des risques naturels prévisibles mentionnés aux articles 40-1 à 40-7 de la loi du 22 juillet 1987 susvisée est prescrit par arrêté du préfet. Lorsque le périmètre mis à l'étude s'étend sur plusieurs départements, l'arrêté est pris conjointement par les préfets de ces départements et précise celui des préfets qui est chargé de conduire la procédure. Article 2 L'arrêté prescrivant l'établissement d'un plan de prévention des risques naturels prévisibles détermine le périmètre mis à l'étude et la nature des risques pris en compte ; il désigne le service déconcentré de l'Etat qui sera chargé d'instruire le projet. L'arrêté est notifié aux maires des communes dont le territoire est inclus dans le périmètre ; il est publié au Recueil des actes administratifs de l'Etat dans le département.

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Article 3 Le projet de plan comprend : 1° Une note de présentation indiquant le secteur géographique concerné, la nature des phénomènes naturels pris en compte et leurs conséquences possibles compte tenu de l'état des connaissances ; 2° Un ou plusieurs documents graphiques délimitant les zones mentionnées aux 1° et 2° de l'article 40-1 de la loi du 22 juillet 1987 susvisée ; 3° Un règlement précisant en tant que de besoin : - les mesures d'interdiction et les prescriptions applicables dans chacune de ces zones en vertu du 1° et du 2° de l'article 40-1 de la loi du 22 juillet 1987 susvisée ; - les mesures de prévention, de protection et de sauvegarde mentionnées au 3° de l'article 40-1 de la loi du 22 juillet 1987 susvisée et les mesures relatives à l'aménagement, l'utilisation ou l'exploitation des constructions, des ouvrages, des espaces mis en culture ou plantés existants à la date de l'approbation du plan, mentionnées au 4° du même article. Le règlement mentionne, le cas échéant, celles de ces mesures dont la mise en oeuvre est obligatoire et le délai fixé pour leur mise en oeuvre. Article 4 En application du 3° de l'article 40-1 de la loi du 22 juillet 1987 susvisée, le plan peut notamment : - définir des règles relatives aux réseaux et infrastructures publics desservant son secteur d'application et visant à faciliter les éventuelles mesures d'évacuation ou l'intervention des secours ; - prescrire aux particuliers ou à leurs groupements la réalisation de travaux contribuant à la prévention des risques et leur confier la gestion de dispositifs de prévention des risques ou d'intervention en cas de survenance des phénomènes considérés ; - subordonner la réalisation de constructions ou d'aménagements nouveaux à la constitution d'associations syndicales chargées de certains travaux nécessaires à la prévention des risques, notamment l'entretien des espaces et, le cas échéant, la réalisation ou l'acquisition, la gestion et le maintien en condition d'ouvrages ou de matériels. Le plan indique si la réalisation de ces mesures est rendue obligatoire et, si oui, dans quel délai. Article 5 En application du 4° de l'article 40-1 de la loi du 22 juillet 1987 susvisée, pour les constructions, ouvrages, espaces mis en culture ou plantés, existants à la date d'approbation du plan, le plan peut définir des mesures de prévention, de protection et de sauvegarde. Ces mesures peuvent être rendues obligatoires dans un délai de cinq ans, pouvant être réduit en cas d'urgence. Toutefois, le plan ne peut pas interdire les travaux d'entretien et de gestion courants des bâtiments implantés antérieurement à l'approbation du plan ou, le cas échéant, à la publication de l'arrêté mentionné à l'article 6 cidessous, notamment les aménagements internes, les traitements de façade et la réfection des toitures, sauf s'ils augmentent les risques ou en créent de nouveaux, ou conduisent à une augmentation de la population exposée.

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En outre, les travaux de prévention imposés à des biens construits ou aménagés conformément aux dispositions du code de l'urbanisme avant l'approbation du plan et mis à la charge des propriétaires, exploitants ou utilisateurs ne peuvent porter que sur des aménagements limités dont le coût est inférieur à 10 p 100 de la valeur vénale ou estimée du bien à la date d'approbation du plan. Article 6 Lorsque, en application de l'article 40-2 de la loi du 22 juillet 1987 susvisée, le préfet a l'intention de rendre immédiatement opposables certaines des prescriptions d'un projet de plan relatives aux constructions, ouvrages, aménagements ou exploitations nouveaux, il en informe le maire de la ou des communes sur le territoire desquelles ces prescriptions seront applicables. Ces maires disposent d'un délai d'un mois pour faire part de leurs observations. A l'issue de ce délai, ou plus tôt s'il dispose de l'avis des maires, le préfet rend opposables ces prescriptions, éventuellement modifiées, par un arrêté qui fait l'objet d'une mention au Recueil des actes administratifs de l'Etat dans le département et dont une copie est affichée dans chaque mairie concernée pendant un mois au minimum. Les documents relatifs aux prescriptions rendues ainsi opposables dans une commune sont tenus à la disposition du public en préfecture et en mairie. Mention de cette mesure de publicité est faite avec l'insertion au Recueil des actes administratifs et avec l'affichage prévus à l'alinéa précédent. L'arrêté mentionné au deuxième alinéa du présent article rappelle les conditions dans lesquelles les prescriptions cesseraient d'être opposables conformément aux dispositions de l'article 40-2 de la loi du 22 juillet 1987 susvisée. Article 7 Le projet de plan de prévention des risques naturels prévisibles est soumis à l'avis des conseils municipaux des communes sur le territoire desquelles le plan sera applicable. Si le projet de plan contient des dispositions de prévention des incendies de forêt ou de leurs effets, ces dispositions sont aussi soumises à l'avis des conseils généraux et régionaux concernés. Si le projet de plan concerne des terrains agricoles ou forestiers, les dispositions relatives à ces terrains sont soumises à l'avis de la chambre d'agriculture et du centre régional de la propriété forestière. Tout avis demandé en application des trois alinéas ci-dessus qui n'est pas rendu dans un délai de deux mois est réputé favorable. Le projet de plan est soumis par le préfet à une enquête publique dans les formes prévues par les articles R 11-4 à R 11-14 du code de l'expropriation pour cause d'utilité publique. A l'issue de ces consultations, le plan, éventuellement modifié pour tenir compte des avis recueillis, est approuvé par arrêté préfectoral. Cet arrêté fait l'objet d'une mention au Recueil des actes administratifs de l'Etat dans le département ainsi que dans deux journaux régionaux ou locaux diffusés dans le département. Une copie de l'arrêté est affichée dans chaque mairie sur le territoire de laquelle le plan est applicable pendant un mois au minimum. Le plan approuvé est tenu à la disposition du public en préfecture et dans chaque mairie concernée. Cette mesure de publicité fait l'objet d'une

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mention avec les publications et l'affichage prévus aux deux alinéas précédents. Article 8 Un plan de prévention des risques naturels prévisibles peut être modifié selon la procédure décrite aux articles 1er à 7 ci-dessus. Toutefois, lorsque la modification n'est que partielle, les consultations et l'enquête publique mentionnées à l'article 7 ne sont effectuées que dans les communes sur le territoire desquelles les modifications proposées seront applicables. Les documents soumis à consultation ou enquête publique comprennent alors : 1° Une note synthétique présentant l'objet des modifications envisagées ; 2° Un exemplaire du plan tel qu'il serait après modification avec l'indication, dans le document graphique et le règlement, des dispositions faisant l'objet d'une modification et le rappel, le cas échéant, de la disposition précédemment en vigueur. L'approbation du nouveau plan emporte abrogation des dispositions correspondantes de l'ancien plan.

10.2.2.3. DÉCRET NO 2000-892 DU 13 SEPTEMBRE 2000 Porte modification du code de la construction et de l'habitation et du décret no 91-461 du 14 mai 1991 relatif à la prévention du risque sismique. DECRET 2000-892 du 13 septembre 2000 Art. 1er. - Le décret du 14 mai 1991 susvisé est modifié ainsi qu'il suit: I. - L'article 1er est remplacé par les dispositions suivantes : " Art. 1er. - Le présent décret définit les modalités d'application de l'article 41 de la loi du 22 juillet 1987 susvisée, en ce qui concerne les règles particulières de construction parasismique pouvant être imposées aux équipements, bâtiments et installations dans les zones particulièrement exposées à un risque sismique. " II. - L'article 5 est complété par un alinéa ainsi rédigé : " Les dispositions ci-dessus s'appliquent : - aux équipements, installations et bâtiments nouveaux ; - aux additions aux bâtiments existants par juxtaposition, surélévation ou création de surfaces nouvelles ; - aux modifications importantes des structures des bâtiments existants. " III. - Après l'article 7, est inséré un article 7-1 ainsi rédigé : " Art. 7-1. - Lorsqu'il prend en compte un risque sismique, un plan de prévention des risques naturels prévisibles, établi en application des articles 40-1 à 40-7 de la loi du 22 juillet 1987 susvisée, peut fixer des règles de construction plus sévères que les règles définies en application des articles 5 et 7, en ce qui concerne notamment la nature et les caractéristiques des bâtiments, des équipements et des installations, les mesures techniques préventives ainsi que les valeurs caractérisant les actions de

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séismes à prendre en compte. " Art. 2. - Il est créé, au chapitre II du titre Ier du livre Ier du code de la construction et de l'habitation, une section première intitulée " Dispositions spéciales relatives à la prévention du risque sismique ", comprenant un article R. 112-1 ainsi rédigé : " Art. R. 112-1. - Dans les zones particulièrement exposées à un risque sismique, les règles concernant la nature et les caractéristiques des bâtiments, des équipements et des installations et les mesures techniques préventives doivent respecter les dispositions du décret no 91-461 du 14 mai 1991 modifié relatif à la prévention du risque sismique, sans préjudice de l'application des règles plus sévères fixées par un plan de prévention des risques naturels prévisibles, lorsqu'il existe. " Art. 3. - Le ministre de l'intérieur, le ministre de l'équipement, des transports et du logement, la ministre de l'aménagement du territoire et de l'environnement, le secrétaire d'Etat à l'outre-mer et le secrétaire d'Etat au logement sont chargés, chacun en ce qui le concerne, de l'exécution du présent décret, qui sera publié au Journal officiel de la République française. Fait à Paris, le 13 septembre 2000.

10.2.2.4. DÉCRET N° 2001-116 DU 05 FÉVRIER 2001 Décret portant création du comité interministériel de prévention des risques naturels majeurs. DECRET n° 2001-116 du 05 Février 2001 Article 1 Il est institué un comité interministériel de prévention des risques naturels majeurs présidé par le Premier ministre ou, par délégation, par le ministre chargé de l'environnement. Article 2 Le comité interministériel comprend les ministres chargés de la défense, de l'éducation nationale, de la recherche, de l'intérieur, de l'équipement, des transports, du logement, de l'urbanisme, de l'agriculture, de l'outre-mer, des finances et de l'environnement. Les autres ministres intéressés par les questions inscrites à l'ordre du jour sont invités à siéger au comité interministériel. Article 3 Le comité interministériel contribue à définir la politique conduite par le Gouvernement en matière de prévention des risques naturels majeurs. Plus particulièrement, le comité interministériel fixe les orientations dans les domaines suivants : 1° L'amélioration de la connaissance des risques, le renforcement de leur surveillance et de leur prévision, ainsi que le développement de l'information préventive sur ces risques ; 2° Le renforcement de la prise en compte des risques dans l'utilisation des sols et dans la construction ainsi que la réduction de la vulnérabilité des personnes et des biens aux aléas,

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notamment par le développement des plans et des travaux de prévention des risques naturels; 3° Le développement des méthodes d'analyse et d'expertise dans le domaine du risque naturel, notamment par l'amélioration des méthodes de retour d'expérience pour tirer les leçons des catastrophes occasionnées par la survenance des aléas et le renforcement des recherches dans le domaine de la prévention des risques naturels majeurs. Article 4 Le comité interministériel se réunit au moins une fois par an. Le délégué aux risques majeurs assure le secrétariat permanent du comité interministériel. Article 5 Le comité interministériel s'appuie sur un conseil d'orientation chargé de lui donner des avis et de lui faire des propositions en matière de prévention des risques naturels. Le conseil d'orientation peut proposer à l'Office parlementaire d'évaluation des choix scientifiques et technologiques de s'associer à ses travaux. Article 6 Le conseil d'orientation comprend : 1° Un représentant de chacun des ministres membres de droit du comité ; 2° Le secrétaire général de la défense nationale ou son représentant ; 3° Dix personnalités qualifiées, dont deux représentants des compagnies d'assurance désignés par le ministre chargé des finances, une personnalité désignée par le ministre chargé de l'équipement, une personnalité désignée par le ministre chargé du logement, deux experts scientifiques désignés par le ministre chargé de la recherche, et quatre personnalités désignées par le ministre chargé de l'environnement 4° Douze élus : - trois députés désignés par l'Assemblée nationale ; - trois sénateurs désignés par le Sénat ; - six titulaires de mandats locaux désignés par le ministre chargé des collectivités locales. Le président du conseil d'orientation est désigné par le ministre chargé de l'environnement. Le secrétariat du conseil est assuré par le délégué aux risques majeurs. Le conseil se réunit sur convocation de son président en tant que de besoin, et au moins une fois par an. La durée des mandats des membres du conseil mentionnés au 3° de l'article 6 du présent décret est de trois années. La qualité de membre se perd avec la cessation des fonctions en considération desquelles l'intéressé a été désigné. Un nouveau titulaire est alors désigné dans les mêmes conditions, pour la période de mandat restant à courir. Article 7 Le rapport sur la prévention des risques naturels majeurs, élaboré chaque année par le délégué aux risques majeurs, est soumis pour avis au conseil d'orientation puis au comité interministériel.

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10.2.3. ARRÊTÉS ET CIRCULAIRES 10.2.3.1. ARRÊTÉ DU 29 MAI 1997 (ORN) Encadre la réglementation relative aux Ouvrages à Risque Normal Abroge et remplace l'arrêté du 16 juillet 1992 En application du décret du 14 mai 1991 il précise la règle pour les ouvrages à risque normal. Abroge et remplace l'arrêté du 16 juillet 1992 qui avait le même objet, mais dont le niveau d'exigence demandait à être revu, par exemple remplacement des règles PS-69/82 par les règles PS-92, clarification de l'applicabilité à l'existant, etc.). Ainsi, il : - Redéfinit les classes A, B, C et D - Redéfinit les constructions auxquelles s'appliquent les règles - Rend applicables les règles PS 92 et définit les niveaux d'accélération à retenir pour les classes B, C, D selon chaque zone. ARRETE du 29 Mai 1997, publié au Journal Officiel du 03 Juin 1997 Relatif à la classification et aux règles de construction parasismique applicables aux bâtiments de la catégorie dite "à risque normal" telle que définie par le décret n° 91-461 du 14 Mai 1991 relatif à la prévention du risque sismique. Les articles de cet arrêté sont : er

Art. 1 - Le présent arrêté définit les règles de classification et de construction parasismique pour les bâtiments de la catégorie dite "à risque normal" en vue de l'application de l'article 5 du décret du 14 Mai 1991 susvisé mentionnant que des mesures préventives sont appliquées aux bâtiments, équipements et installations de cette catégorie, et vise notamment l'application des règles aux bâtiments nouveaux ainsi que, dans les conditions définies à l'article 3 du présent arrêté, à certains bâtiments existants faisant l'objet de certains travaux de construction. Art. 2. - I. - Classification des bâtiments Pour l'application du présent arrêté, les bâtiments de la catégorie dite "à risque normal" sont répartis en quatre classes définies par le décret du 14 Mai 1991 susvisé et précisées par le présent article. Pour les bâtiments constitués de diverses parties relevant de classes différentes, c'est le classement le plus contraignant qui s'applique à leur ensemble. Les bâtiments sont classés comme suit : En classe A : "les bâtiments dans lesquels est exclue toute activité humaine nécessitant un séjour de longue durée et non visés par les autres classes du présent article ; En classe B : "les bâtiments d'habitation individuelle ; "les établissements recevant du public des 4e et 5e catégories au sens des articles R. 123-2 et R. 123-19 du code de la construction et de l'habitation ; "les bâtiments dont la hauteur est inférieure ou égale à 28 mètres ; "les bâtiments d'habitation collective ; "les bâtiments à usage de bureaux, non classés établissements recevant du public au sens de l'article R. 123-2 du code de la

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construction et de l'habitation, pouvant accueillir simultanément un nombre de personnes au plus égal à 300 ; "les bâtiments destinés à l'exercice d'une activité industrielle pouvant accueillir simultanément un nombre de personnes au plus égal à 300 ; "les bâtiments abritant les parcs de stationnement ouverts au public ; En classe C : "les établissements recevant du public des 1ère, 2ème et 3ème catégories au sens des articles R. 123-2 et R. 123-19 du code de la construction et de l'habitation ; "les bâtiments dont la hauteur dépasse 28 mètres : obâtiments d'habitation collective ; obâtiments à usage de bureaux ; "les autres bâtiments pouvant accueillir simultanément plus de 300 personnes appartenant notamment aux biens suivants : - les bâtiments à usage de bureaux, non classés établisse ments recevant du public au sens de l'article R. 123-2 du code de la construction et de l'habitation ; - les bâtiments destinés à l'exercice d'une activité indus trielle ; "les bâtiments des établissements sanitaires et sociaux, à l'exception de ceux des établissements de santé au sens de l'article L. 711-2 du code de la santé publique qui dispensent des soins de courte durée ou concernant des affections grave pendant leur phase aiguë en médecine, chirurgie et obstétrique et qui sont mentionnés à la classe D ci-dessous ; "les bâtiments des centres de production collective d'énergie quelle que soit leur capacité d'accueil ; En classe D : " les bâtiments dont la protection est primordiale pour les besoins de la sécurité civile et de la défense nationale ainsi que pour le maintien de l'ordre public et comprenant notamment : o les bâtiments abritant les moyens de secours en per sonnels et matériels et présentant un caractère opéra tionnel ; o les bâtiments définis par le ministre chargé de la défense, abritant le personnel et le matériel de la défense et présentant un caractère opérationnel ; " les bâtiments contribuant au maintien des communications, et comprenant notamment ceux : o des centres principaux vitaux des réseaux de télécom munications ouverts au public ; o des centres de diffusion et de réception de l'information ; o des tours hertziennes stratégiques ; " les bâtiments et toutes leurs dépendances fonctionnelles assurant le contrôle de la circulation aérienne des aérodromes classés dans les catégories A, B et C2 suivant les instructions techniques pour les aérodromes civils (ITAC) édictées par la direction générale de l'aviation civile, dénommées respectivement 4C, 4D et E suivant l'organisation de l'aviation civile internationale (OACI) ;

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" les bâtiments des établissements de santé au sens de l'article L. 711-2 du code de la santé publique qui dispensent des soins de courte durée ou concernant des affectations graves pendant leur phase aiguë en médecine, chirurgie et obstétrique ; "les bâtiments de production ou de stockage d'eau potable ; "les bâtiments des centres de distribution publique de l'énergie ; "les bâtiments des centres météorologiques. II. Détermination du nombre de personnes : Pour l'application de la classification ci-dessus, le nombre des personnes pouvant être simultanément accueillies dans un bâtiment est déterminé comme suit : "pour les établissements recevant du public : selon la réglementation en vigueur ; "pour les bâtiments à usage de bureaux ne recevant pas du public : en comptant une personne pour une surface de plancher hors œuvre nette égale à 12 mètres carrés ; "pour les autres bâtiments : sur déclaration du maître d'ouvrage. Art. 3 - Les règles de construction, définies à l'article 4 du présent arrêté, s'appliquent dans les zones de sismicité I a, I b, II ou III définies par article 4 du décret du 14 Mai 1991 susvisé : 1) A la construction de bâtiments nouveaux des classes B, C et D ; 2) Aux bâtiments existants des classes B, C et D dans lesquels il est procédé au remplacement total des planchers en superstructure ; 3) Aux additions par juxtaposition de locaux : " à des bâtiments existants de classe C ou D dont elles sont désolidarisées par un joint de fractionnement ; " à des bâtiments existants de la classe B dont elles sont ou non solidaires ; 4) A la totalité des bâtiments, additions éventuelles comprises, dans un au moins des cas suivants : " addition par surélévation avec création d'au moins un niveau supplémentaire, même partiel, à des bâtiments existants de classe B, C ou D ; " addition par juxtaposition de locaux solidaires, sans joint de fractionnement, à des bâtiments existants de classe C ou D ; " création d'au moins un niveau intermédiaire dans des bâtiments existants de classe C ou D. Pour l'application des 3° et 4° ci-dessus, la classe à considérer est celle des bâtiments après addition ou transformation. Au cas où l'application des critères ci-dessus ne permet pas de définir sans ambiguïté la nature des travaux d'addition ou de transformation et, notamment, d'opérer la distinction entre la surélévation et la juxtaposition, c'est la définition la plus contraignante qui s'applique. Art. 4. - I. - Les règles de construction applicables aux bâtiments mentionnés à l'article 3 du présent arrêté sont celles de la norme NF P 06013, référence DTU Règles PS 92 "Règles de construction parasismique, règles applicables aux bâtiments, dites règles PS 92". Ces règles doivent être appliquées avec une valeur de l'accélération nominale aN résultant de la situation du bâtiment par rapport à la zone sismique, telle que définie par l'article 4 du décret du 14 Mai 1991 susvisé et son annexe, et de la classe, telle que définie à l'article 2 du présent arrêté,

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à laquelle appartient le bâtiment. Les valeurs minimales de ces accélérations, exprimées en mètres par seconde au carré, sont données par le tableau suivant : II. - Pour les bâtiments appartenant à la classe B définis au paragraphe 1.1 ZONES

CLASSE B

CLASSE C

CLASSE D

Ia

1.0

1.5

2.0

Ib

1.5

2.0

2.5

II

2.5

3.0

3.5

III

3.5

4.0

4.5

(domaine d'application) de la norme NF P 06-014 "construction parasismique des maisons individuelles ou des bâtiments assimilés, règles PS-MI 89 révisées 92" et qui sont situés dans l'une des zones de sismicité I a, I b ou II, l'application des dispositions définies dans cette même norme dispense de l'application des règles indiquées au I du présent article. Art. 5 - L'arrêté du 16 Juillet 1992 relatif à la classification et aux règles de construction parasismique applicables aux bâtiments de la catégorie dite "à risque normal" telle que définie par le décret du 14 Mai 1991 relatif à la prévention du risque sismique est abrogé aux dates d'entrée en application du présent arrêté telles que précisées à l'article 6 ci-dessous. Art. 6. - Les dispositions du présent arrêté sont applicables, au plus tard, le premier jour du septième mois suivant sa publication, aux bâtiments faisant l'objet d'une demande de permis de construire, ou d'une demande d'autorisation au sens de l'article R. 123-23 du code de la construction et de l'habitation ou, en dehors des cas indiqués précédemment, d'un début de travaux, à l'exception des bâtiments d'habitation collective dont la hauteur est inférieure ou égale à 28 mètres, pour lesquels l'application des dispositions du présent arrêté est reportée, au plus tard, au premier jour du treizième mois suivant la publication. Art. 7. - Le directeur de la prévention des pollutions et des risques, délégué aux risques majeurs, le directeur de l'eau, le directeur général des enseignements supérieurs, le directeur de la recherche et des affaires scientifiques et techniques, le directeur de l'administration générale du ministère de la défense, le directeur général de l'aviation civile, le directeur de la sécurité civile, le directeur du trésor, le directeur du budget, le directeur du service public au ministère de l'industrie, de la poste et des télécommunications, le directeur général de l'énergie et des matières premières, le directeur général des collectivités locales, le directeur des affaires économiques, sociales et culturelles de l'outre-mer, le directeur de l'habitat et de la construction, le directeur général de la santé et le directeur des hôpitaux sont chargés, chacun en ce qui le concerne, de l'exécution du présent arrêté, qui sera publié au journal officiel de la République française. Fait à Paris, le 29 mai 1997

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10.2.3.2. ARRÊTÉ DU 10 MAI 1993 (ORS) Encadre la réglementation relative aux Ouvrages à Risque Spécial Approche déterministe prenant en compte les domaines sismotectoniques Commenté par la circulaire de la DPRM en date du 27 mai 1994. ARRETE du 10 mai 1993 fixant les règles parasismiques applicables aux installations soumises à la législation sur les installations classées (JO du 17 juillet 1993) Article 1er Sont visées par le présent arrêté : Les installations énumérées à la nomenclature des installations classées pour la protection de l'environnement sous la mention " servitudes d'utilité publique ", à l'exception des installations dont l'étude des dangers montre qu'elles ne présentent pas, en cas de séisme, des dangers d'incendie, d'explosion ou d'émanation de produits nocifs susceptibles de porter atteinte aux intérêts visés à l'article 1er de la loi du 19 juillet 1976 susvisée en aggravant notablement les conséquences premières du séisme ; Les installations classées non visées ci-dessus pour lesquelles le préfet, après avis du conseil départemental d'hygiène, constate qu'elles présentent en cas de séisme des dangers d'incendie, d'explosion ou d'émanation de produits nocifs susceptibles de porter atteinte aux intérêts visés à l'article 1er de la loi du 19 juillet 1976 susvisée en aggravant notablement les conséquences premières du séisme. Dans ce cas, les mesures prévues au présent arrêté sont prescrites par un arrêté préfectoral pris dans les formes prévues à l'article 17 ou 18 du décret du 21 septembre 1977 susvisé. Article 2 L'exploitant d'une installation visée à l'article 1er évalue le ou les " séismes maximaux historiquement vraisemblables " (S.M.H.V.) à partir des données historiques et géologiques. Le S.M.H.V. est défini de manière déterministe, en supposant que des séismes analogues aux séismes historiquement connus sont susceptibles de se produire dans l'avenir avec une position d'épicentre qui soit la plus pénalisante quant à ses effets en terme d'intensité sur le site, sous réserve que cette position reste compatible avec les données géologiques et sismiques. Article 3 Pour chaque séisme maximum historiquement vraisemblable ainsi déterminé, est défini le " séisme majoré de sécurité " (S.M.S.) déduit du S.M.H.V. sur le site par la relation suivante (exprimée en unité d'intensité M.S.K.) : intensité S.M.S. = intensité S.M.H.V. + 1, sous réserve que cette majoration reste compatible avec les données géologiques et sismiques. Chaque S.M.S. est caractérisé par un spectre de réponse, c'est-à-dire la courbe représentant l'amplitude maximale de la réponse d'un oscillateur simple en fonction de sa fréquence. Ce spectre est représentatif du mouvement dans une direction d'un point à la surface du sol.

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Article 4 Pour les installations situées dans les zones de sismicité 0 et I a, telles que définies par l'article 4 du décret n° 91-461 du 14 mai 1991 susvisé et son annexe, l'exploitant peut substituer aux dispositions prévues aux articles 2 et 3 ci-dessus la définition a priori d'un séisme majoré de sécurité. Ce dernier est alors caractérisé par le spectre de réponse, en accélération horizontale, obtenu en multipliant les ordonnées du spectre de référence, défini par l'annexe au présent arrêté, par une accélération de calage au moins égale à 1,5 m/s2 pour la zone de sismicité 0 et a 2,0 m/s2 pour la zone de sismicité I a. Lorsque le préfet dispose de résultats d'études locales mettant en évidence des différences notables entre les séismes majorés obtenus par les méthodes définies à l'alinéa précèdent et aux articles 2 et 3, il peut imposer à l'exploitant d'avoir recours aux dispositions des articles 2 et 3, sans possibilité d'y déroger dans les conditions définies à l'alinéa précèdent. Article 5 L'exploitant établit, en tenant compte de l'étude de danger, la liste des éléments qui sont importants pour la sûreté aussi bien pour prévenir les causes d'un accident que pour en limiter les conséquences. Cette liste doit comprendre les équipements principaux ou accessoires ainsi que les éléments de supportage et les structures dont la défaillance, éventuellement combinée, entraînerait un danger défini à l'article 1er, de même que les éléments qui sont appelés à intervenir pour pallier les effets dangereux de la défaillance d'un autre matériel. Article 6 Les éléments importants pour la sûreté définis à l'article 5 doivent continuer à assurer leur fonction de sûreté pour chacun des séismes majorés de sécurité définis à l'article 3 ou, lorsqu'il en est fait usage, à l'article 4. L'exploitant établit les justifications nécessaires en étudiant la réponse de ces équipements à des actions sismiques au moins égales à celles correspondant au spectre de réponse défini à l'article 3 ou, lorsqu'il en est fait usage, à l'article 4. Pour celles-ci l'exploitant pourra prendre en compte la possibilité d'incursion dans le domaine plastique soit par la prise en compte de coefficients de comportement, soit par l'utilisation de critères traduisant le comportement élastoplastique. Ces coefficients et critères doivent être compatibles avec la fonction de sûreté de l'équipement considéré. Article 7 Les évaluations, inventaire, justification et définition prévus respectivement aux articles 2, 3, 5 et 6 seront transmis a l'inspection des installations classées. Article 8 Les dispositions du présent arrêté sont applicables à toute installation dont le dépôt de la demande d'autorisation d'exploiter au titre de la législation des installations classées pour la protection de l'environnement intervient plus d'un an après la date de publication du présent arrêté ; elles pourront être rendues applicables en tout ou partie aux installations existantes dans les conditions prévues à l'article 18 du décret n° 77-1133 du 21 septembre 1977.

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Ces dispositions ne font pas obstacle aux mesures qui peuvent être prescrites compte tenu des particularités des sites concernés, dans le cadre des arrêtés réglementant leur fonctionnement. Article 9 Le directeur de la prévention des pollutions et des risques et les préfets de département sont chargés, chacun en ce qui le concerne, de l'exécution du présent arrêté, qui sera publié au Journal officiel de la République française.

10.2.3.3. CIRCULAIRE DU 27 MAI 1994 (ORS) Circulaire DPPR/SEI du 27 mai 1994 relative à l'arrêté du 10 mai 1993 fixant les règles parasismiques applicables aux installations classées pour la protection de l'environnement Le ministre de l'Environnement à Mmes et MM. les préfets, M. le préfet de police. Bien que la France soit rarement affectée par les séismes, les risques induits par de tels phénomènes existent. L'article 41 de la loi du 22 juillet 1987 relative à l'organisation de la sécurité civile et son décret d'application du 14 mai 1991 définissent les principes généraux des mesures de protection à mettre en oeuvre. Le décret distingue deux types d'approche préventive selon que les bâtiments, équipements et installations concernés appartiennent à la catégorie dite "à risque normal" ou à celle dite "à risque spécial". La 1ère catégorie comprend les bâtiments, équipements et installations pour lesquels les conséquences d'un séisme demeurent circonscrites à leurs occupants et à leur voisinage immédiat et la seconde ceux pour lesquels des dommages même mineurs à ces ouvrages résultant d'un séisme peuvent avoir un effet au-delà de ce voisinage immédiat. Pour les ouvrages de la 1ère catégorie dite "à risque normal", la sécurité parasismique est assurée selon une approche normative. Les installations dites "à risque spécial" au sens de l'article 6 du décret précité comprennent les installations classées définies à l'article 1er de l'arrêté du 10 mai 1993. Pour ces installations, la prévention du risque sismique fait l'objet d'une étude au cas par cas. L'examen du risque sismique relatif à une installation classée s'intègre dans l'étude de danger, au même titre que celui des autres risques naturels. Les dispositions de l'arrêté du 10 mai 1993 se fondent notamment sur l'expérience acquise lors de l'étude parasismique d'une part des installations nucléaires de base et d'autre part, au cours des dernières années, de certaines installations classées. Cette expérience permet d'apporter les commentaires et précisions utiles à l'application de ce texte. L'arrêté définit dans un premier temps une méthode d'évaluation de l'aléa sismique à prendre en compte (article 2 à 4). Il demande ensuite l'élaboration d'une liste des installations ou équipements devant faire l'objet de mesures de protection (article 5) puis les objectifs en matière de sécurité que les dispositions de protection doivent permettre de satisfaire (article 6).

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Article 1er La détermination du champ d'application de l'arrêté ne nécessite pas une connaissance particulière sur la sismicité de la zone géographique concernée. La capacité d'une installation à créer, en cas de séisme, des accidents aggravant notablement les conséquences premières du séisme pourra s'évaluer au vu des scénarios d'accidents développés dans l'étude des dangers de l'installation. On pourra en particulier examiner les conséquences de scénarios de fuites importantes sur des réservoirs de produits inflammables, explosifs ou toxiques; scénarios probables en cas de séisme. Article 2 En l'état actuel des connaissances des processus géologiques engendrant une rupture brutale des roches, notamment dans les zones à sismicité modérée (cas de l'essentiel du territoire national), la prédiction précise dans l'espace et dans le temps de l'occurrence d'un séisme et a fortiori de son "agressivité" est impossible. Aussi la prévention sismique se fonde sur le postulat selon lequel un séisme passé peut se reproduire dans le futur sur le même accident géologiquement actif [accident sismogène (*)] et cela avec une "puissance" comparable. C'est ce que traduit la notion de SMHV introduite dans l'article 2. Elle provient de la pratique adoptée pour les installations nucléaires de base (règle fondamentale de sûreté n° 1.2.c). Il convient de remarquer que pour un site donné, il peut y avoir plusieurs SMHV à considérer; par exemple : un séisme de magnitude (*) relativement faible mais situé près du site, et un séisme plus fort mais plus lointain, les deux produisant la même intensité (*) sur le site. Concrètement, la détermination du ou des SMHV s'appuie sur un ensemble de données sismologiques et géologiques à rechercher dans des documents et banques de données spécialisés et servant de base à une analyse sismotectonique (voir annexe). Cette recherche documentaire doit être complétée par un recueil complémentaire d'information et par un travail d'interprétation. L'analyse de ces données doit permettre d'identifier : - les domaines sismotectoniques (*) pertinents, c'est-à-dire les régions dont les caractéristiques tectoniques (type et niveau des déformations, champs de contraintes) sont suffisamment homogènes pour qu'on puisse envisager l'occurrence d'un séisme analogue à un séisme historiquement connu, en n'importe quel point du domaine; - les accidents (ou structures) sismogènes pertinents, c'est-à-dire les failles ou systèmes de failles, dont les mouvements peuvent avoir été ou être à l'origine de séismes; - pour ces 2 types "d'unités sismotectoniques", les séismes historiques les plus importants dans la région du site, caractérisés de manière aussi précise que possible, compte tenu des données disponibles en termes de distribution des intensités, de localisation de l'épicentre et de profondeur de foyer et, le cas échéant, de données instrumentales. A partir de ces éléments, la détermination du ou des SMHV découle de l'application des règles déterministes suivantes : a) Les séismes historiques du domaine sismotectonique auquel appartient le site, à l'exception de ceux pour lesquels l'appartenance à un accident sismogène précis peut être justifiée, sont considérés comme

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pouvant se produire au droit du site. b) Ceux des séismes appartenant à un domaine sismotectonique voisin et non liés à un accident sismogène (*) précis, sont considérés comme pouvant se produire au point de ce domaine le plus proche du site. c) Les séismes appartenant à un accident sismogène précis sont considérés comme pouvant se produire au point de l'accident le plus proche du site. L'aléa sismique ainsi paramétré permettant d'estimer les effets les plus importants sur le site est constitué par le ou les séismes maximaux historiquement vraisemblables. Article 3 La règle de majoration de un degré d'intensité, qui fait passer du SMHV au SMS vise à s'assurer, avec un bon niveau de confiance, que l'installation ne subira pas, au cours de son existence, des actions plus agressives que celles pour lesquelles elle aura été dimensionnée. Cette règle de majoration est celle utilisée par la sûreté nucléaire, dans le contexte sismotectonique de la France métropolitaine, caractérisé par : - un niveau faible ou moyen de sismicité; - une connaissance généralement bonne de la sismicité historique (sur une période d'au moins 500 ans); - une connaissance incomplète des structures sismogènes actives dans une zone intraplaque Cette règle de majoration peut s'avérer inapplicable, car aboutissant à des incohérences de nature sismologique et/ou géotechnique dans un certain nombre de cas pour lesquels il peut être admis, sous réserve de justifications, d'y déroger ou d'en modifier les modalités d'application ; ces cas sont les suivants : a) SMHV correspondant à un séisme interplaque (*) de grande magnitude (*). (cas de la zone de subduction proche des Antilles françaises). La majoration de un degré d'intensité peut alors conduire à envisager une dimension irréaliste pour la source sismique (magnitude); il convient alors de tenir compte des dimensions maximales plausibles pour la source, pour fixer la magnitude à considérer. b) SMHV correspondant à un séisme intraplaque de magnitude voisine du maximum admis pour la région considérée et dont le foyer est à grande distance du site; comme en a) ci-dessus, la majoration de un degré d'intensité sur le site peut correspondre à une majoration irréaliste des effets du séisme dans la zone épicentrale; la majoration pour passer du SMHV au SMS doit alors être prise en intensité épicentrale et écrêtée à la valeur maximale la plus plausible compte tenu de l'extension de l'accident sismogène correspondant; l'intensité sur le site découle alors de l'utilisation d'une loi d'atténuation appropriée. c) SMHV correspondant à un séisme de faible magnitude dont le foyer est proche du site et qui est associé à un accident sismogène localisé et de faible extension ; la majoration de un degré d'intensité peut alors correspondre (par exemple si l'on passe d'une intensité SMHV VIII à une intensité SMS IX) à une extension de la zone source incompatible avec les dimensions estimées pour l'accident sismogène; dans un tel cas, il convient, soit de procéder à des études spéciales, soit, à défaut, d'utiliser les règles forfaitaires de détermination des mouvements décrites à l'article 2.4 de la règle fondamentale de sûreté I.2.c. d) Sites dont la nature des terrains et/ou la topographie sont telles

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qu'elles peuvent avoir une très forte influence sur les mouvements sismiques en surface ; la majoration en termes d'intensité sur le site n'a alors plus guère de signification. La majoration doit alors être prise en termes de magnitude à la source, avec un niveau qui correspondrait à une majoration d'intensité de un degré sur un site normal et les mouvements sur le site doivent être calculés au moyen d'une étude particulière prenant en compte la structure, la lithologie et la topographie du site. Les spectres de réponse définis au deuxième alinéa de l'article 3 constituent la donnée de base pour toute étude de comportement des structures et des équipements de l'installation considérée, pour ce qui concerne les effets des forces d'inertie. Pour certains autres effets (liquéfaction des sols, déformations imposées aux conduites souterraines), il peut être nécessaire de compléter cette définition du mouvement (indications sur la durée du mouvement, le nombre équivalent de cycles, les longueurs d'ondes et les vitesses particulaires); ces données complémentaires doivent être compatibles avec le niveau de mouvement associé aux spectres, les caractéristiques physiques du séisme et les propriétés géotechniques des terrains du site. Par ailleurs, l'amplitude de mouvement de la composante verticale peut être prise égale aux deux tiers de celle des composantes horizontales, auxquelles correspond la définition des spectres. Les procédures de calcul de spectre doivent suivre les procédures de corrélation actuellement en vigueur, par exemple celles utilisées par le génie nucléaire. Néanmoins, lorsqu'elles existent, d'autres méthodes d'évaluation de spectres pourront être utilisées, à des fins de comparaison; on s'assurera que les paramètres physiques de la source sismique sont compatibles avec les données de sismicité historique. Les études nécessaires pour aboutir à cette détermination des SMHV, des SMS et des spectres de réponse associés doivent être confiées à des équipes de spécialistes confirmés, ayant notamment l'expérience de l'application pratique de la méthodologie précitée. Article 4 Il convient de remarquer que la plus grande partie du territoire métropolitain est située en zone de sismicité 0 (qui ne signifie pas que le risque sismique est nul) ou Ia. Article 5 Sur la base de l'étude de danger d'une installation concernée, l'exploitant détermine les ensembles, sous-ensembles ou éléments dont la défaillance serait de nature à aggraver notablement les conséquences premières du séisme définies par l'article 1, et donc de nature à créer un suraccident. Cela concerne donc les événements susceptibles d'avoir des effets importants hors site, c'est-à-dire essentiellement : - les émissions aériennes importantes de produits toxiques; - les BLEVE; - les déflagrations de nuages de gaz inflammables; - les pollutions très graves de ressources en eau potable. Dès lors qu'un suraccident a été identifié, l'exploitant étudie les causes susceptibles d'y conduire, en tenant compte en outre des défaillances spécifiques de celles induites par les séismes (chute éventuelle de structures ou d'autres équipements, mouvements de terrains...). A partir de chaque cause, on étudiera les scénarios qui en découlent pour

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vérifier si les conséquences sont celles redoutées. Si tel est le cas, l'étude définira les remèdes possibles pour supprimer chaque cause ou en réduire les effets. Cette étude aboutira à la liste des éléments et aux exigences de comportement associées telles que précisées pour l'application de l'article 6. Article 6 Il s'agit de définir les vérifications à effectuer sur les éléments définis à l'article 5 pour assurer leur tenue au séisme. A l'issue de l'étude mentionnée à l'article 5, les éléments sont classés selon l'une des exigences de comportement suivantes : - stabilité, imposée aux éléments pour lesquels il suffit de prévenir le risque d'effondrement, ou de chute de certaines parties pour éviter d'endommager des équipements ou structures adjacentes; - intégrité, imposée aux éléments qui doivent maintenir certaines fonctions passives (par exemple l'étanchéité d'une paroi); - capacité fonctionnelle pour les éléments mécaniques statiques traversés par un fluide et pour lesquels une limitation de déformation doit être assurée afin de garantir qu'il n'y a pas, par exemple, de réduction de débit ou, plus généralement, de gêne à l'accomplissement de la fonction de sécurité; - opérabilité , imposée aux éléments qui doivent maintenir certaines fonctions actives (par exemple la capacité de fermeture d'une vanne). La définition des vérifications consiste, alors, dans les deux étapes suivantes et inséparables : - choix de la méthode de vérification : calcul dynamique spectral ou temporel, calcul statique, essai... ; - définition des critères pour assurer le bon comportement. Le choix des critères doit tenir compte de la méthode de vérification choisie, de la vulnérabilité réelle mise en évidence par le retour d'expérience sismique, ainsi que de l'exigence de comportement demandée à l'élément. La protection visée, pour le niveau de séisme pris en compte, peut, dans la plupart des cas, autoriser des incursions dans le domaine plastique. Ceci résulte du fait que les sollicitations sismiques sont essentiellement du type déformation imposée ce qui entraîne que le mode de ruine est généralement associé à une limite de déformation plutôt qu'à une limite de contrainte. La plupart des matériaux présentant une capacité importante de déformation plastique avant rupture, il est donc possible d'obtenir une sécurité acceptable en autorisant des incursions significatives dans le domaine plastique, sous réserve que la configuration de l'équipement et sa réponse sismique permettent la mobilisation effective de ces capacités de déformation. Toutefois, il est en général difficile de vérifier l'obtention de ces capacités de déformation par le calcul, notamment en raison de l'incertitude sur les critères à utiliser. C'est pourquoi on utilise une méthode simple, fournissant une approximation assez bonne, qui consiste à représenter ces comportements élasto-plastiques par le biais d'un coefficient diviseur des efforts calculés sur un modèle élastique, dit coefficient de comportement supérieur ou égal à 1. Ces coefficients dépendent de la nature du matériau (plus ou moins grande ductilité) de la fréquence fondamentale de l'élément et de son mode de ruine (dans lequel l'apparition des déformations plastiques d'ensemble doit précéder les phénomènes d'instabilité tels que le flambage ou la déchirure). Leurs valeurs numériques sont pour l'essentiel

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tirées des constatations faites à l'occasion de séismes réels. L'approche par coefficients de comportement s'applique bien lorsque la stabilité, l'intégrité ou même la capacité fonctionnelle sont recherchées. D'une manière générale, les critères d'intégrité suffisent à assurer la capacité fonctionnelle. Pour le cas de l'opérabilité, où l'on recherche à limiter les déformations et déplacements lors du séisme, on impose à l'équipement de rester dans le domaine élastique. Pour certains matériels, comme les relais ou contacteurs, machines tournantes..., il peut être nécessaire d'avoir recours à des essais sur table vibrante, pour démontrer l'opérabilité. La complexité du signal sismique, de son comportement et de ses effets sur les structures limite considérablement les possibilités de modélisation. La méthodologie ainsi décrite fait souvent référence à l'expérience acquise soit à la suite de séismes réels soit aux termes d'expérimentation. Les résultats valident d'ailleurs cette approche. Pour la prolonger de façon pratique, mes services élaborent actuellement des fiches guides relatives au dimensionnement sismique de quelques structures type. Elles seront tenues à jour et diffusées. Article 8 En ce qui concerne les installations existantes, compte tenu du nombre limité d'experts compétents dans ce domaine, de la nécessité d'affiner les méthodologies, vous vous attacherez prioritairement aux installations visées à la nomenclature des installations classées sous la mention : "Servitudes d'utilité publique" en ne retenant pour les premières années que celles pour lesquelles le facteur aggravant en cas de séisme est très important. Vous voudrez bien me faire connaître les références de l'installation (ou des installations) que vous envisagez de retenir et les échéances correspondantes afin d'apprécier au niveau national l'adéquation de l'ensemble du programme avec la capacité d'expertise existante. Pour ces installations existantes, les mesures prises pour atteindre le ou les objectifs décrits à l'article 6 ne peuvent pas entraîner de modifications importantes touchant le gros oeuvre de l'installation et elles doivent être techniquement et économiquement réalisables (article 37, alinéa 3, et 17, alinéa 2 du décret du 21 septembre 1977) Je vous saurais gré de bien vouloir me faire part des difficultés qui pourraient apparaître dans l'application du présent arrêté. (*) Voir glossaire.

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Glossaire Intensité : Cotation sur une échelle conventionnelle (échelle macrosismique) des effets d'une secousse sismique en un site donné, sur l'homme, ses oeuvres et son environnement (mesure de la force destructrice ou de l'agressivité d'un séisme en un site donné). Echelle macrosismique d'intensité : Echelle conventionnelle de cotation des effets macrosismiques. Il existe plusieurs échelles macrosismiques. En France et en Europe, on utilise l'échelle MSK comportant 12 degrés discontinus. Magnitude : Mesure de l'énergie émise par une source sismique sous forme d'ondes. Elle est utilisée comme une mesure de la "grandeur" ou "puissance" du séisme. Echelle de Richter : "Echelle" de mesure de la magnitude des séismes. Elle n'a pas, de par sa définition, de limite théorique supérieure (ni inférieure). Sur des critères physiques liés à la taille maximale d'une source sismique et à l'énergie correspondante qui peut être rayonnée, on estime cependant qu'une valeur limite doit exister (la magnitude des plus forts séismes connus à ce jour ne dépasse pas 9,2). Domaine sismotectonique : Cette expression résulte de l'évolution des méthodes d'analyse et d'interprétation des phénomènes sismiques. Elle reprend la notion de domaine tectonique figurant dans la règle fondamentale. Accident sismogène : Discontinuité géologique (faille) constituant ensemble des lieux d'origine (foyers) des séismes passés et vraisemblablement futurs. Une faille active n'est pas nécessairement sismogène. Intraplaque/interplaque : Qui est situé à l'intérieur/en bordure des plaques (cf . théorie de la tectonique des plaques). Annexe : Banques de données sismologiques Il existe actuellement en France deux banques de données dont les informations peuvent être mises à la disposition des maîtres d'oeuvre d'études parasismiques dans les conditions indiquées ci-après : 1° Banque de données SIRENE gérée par le Bureau de recherches géologiques et minières (BRGM) pour son propre compte ainsi que pour l'Institut de protection et de sûreté nucléaire (IPSN) et Electricité de France (EDF). Cette banque rassemble les informations macrosismiques brutes concernant les séismes survenus pendant la période historique sur le territoire métropolitain ou à proximité. Une demande de consultation doit être présentée à l'un des trois organismes propriétaires. Il est néanmoins conseillé de demander au moins une mise en forme pratique des données. Cette mise en forme ne constitue pas une exploitation des données et ne suffit pas à la détermination du SMHV (nécessité d'une analyse sismotectonique). 2° Banque de données des mouvements forts (sismothèque) constituée par l'IPSN. L'utilisation de cette banque nécessitant un minimum de

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connaissances en sismologie, son interrogation directe est déconseillée. L'Institut peut fournir les données spectrales et les accélérogrammes appropriés correspondant aux SMS du site concerné. Les prestations minimales de ces organismes correspondent à quelques jours d'ingénieur et sont actuellement facturées sur la base d'un forfait ou des tarifs en vigueur. Les adresses des services à contacter sont les suivantes : - BRGM (Groupe risques naturels et géoprospective) 117, avenue du Luminy, BP 167, 13276 Marseille Cedex 09. - EDF, département TEGG, 905, avenue du Camp-de-Menthe, BP 605, 13093 Aix-en-Provence Cedex 02. - IPSN, DPEI/BERSSIN, BP 6, 92265 Fontenay-aux-Roses.

10.2.3.4. ARRÊTÉ DU 15 SEPTEMBRE 1995 (PONTS À RISQUE NORMAL) Relatif à la classification et aux règles de construction parasismiques applicables aux ponts de la catégorie dite à risque normal (prescrit notamment l'application du " Guide AFPS 1992 pour la protection parasismique des ponts" ou du DAN de l'EUROCODE 8, partie 2).

10.2.4. ET L'EXISTANT ? Commentaire de Philippe Bisch8 , Président de l'Association Européenne de Génie Parasismique, membre du GEP. " Le GEP (Groupe d'Etude et de Propositions pour la prévention du risque sismique en France), formé sur l'initiative de l'Administration, a pour mission de déterminer et de proposer ce qu'il est possible de faire en matière de réglementation sismique, sur la base des connaissances scientifiques acquises, avec pour souci de faire en sorte que les textes réglementaires soient réellement applicables. Il a donc participé d'une manière décisive à l'élaboration des Arrêtés visés ci-dessus. Un problème très important, qui est un défi au GEP sur le plan technique, et à la Puissance Publique sur le plan des décisions à prendre et actions à engager, est l'extension du cadre réglementaire administratif et technique aux bâtiments existants, comme le souhaite implicitement la loi Barnier. Ceci peut être considéré sur le plan politique comme une action nécessaire pour établir l'égalité des citoyens devant le risque. Mais une telle extension se heurte à des difficultés techniques et économiques très importantes. La seule norme pouvant faire référence aujourd'hui est l'ENV EUROCODE 8 partie 1.4, mais ce texte est très critiqué par de nombreux pays (dont la France), et il est peu probable qu'il peut faire l'objet d'un DAN applicable à court terme, et qui plus est qu'il puisse être converti en EN sans modifications profondes, ce qui demandera quelques années. En l'absence de texte technique de référence, on voit mal comment la volonté fort louable du Législateur pourra être mise en pratique dans un court délai. "

8 Conférence annuelle des Grands Ateliers de l'Isle d'Abeau, Lyon, novembre 1998

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10.2.5. LES RÈGLES PS-92, PLAN DU CONTENU PLAN DE LA NORME NF P 06 - 013 (Règles PS-92) 1. Objet, domaine d'application, conditions de validité objet références normatives domaine d'application contenu 2. Détermination de la sécurité actions et situations sismiques objectifs de comportement vérifications de sécurité 3. Niveau minimal réglementaire de protection - valeurs de an zones de sismicité classes de protection des ouvrages valeurs de an surclassement des ouvrages 4. Règles générales de conception choix du site reconnaissances et études de sol fondations structures 5. Définition du séisme de calcul modélisation du mouvement du sol définition de l'action sismique déplacement du sol 6. Actions sismiques d'ensemble modélisation du mouvement sismique et nature des actions à considérer modélisation des structures prise en compte des comportements non linéaires combinaison des effets des composantes du mouvement sismique notations méthodes de calcul 7. Actions locales éléments passibles d'un calcul forfaitaire structures secondaires et sous-systèmes 8. Règles de vérification combinaisons d'actions sécurité vis-à-vis des états limites ultimes sécurité vis-à-vis des déformations 9. Fondations liquéfaction des sols stabilité des pentes dispositions techniques concernant les ouvrages de fondation calcul des fondations profondes vérification de la force portante fondations sur sols substitués compactés prise en compte de l'interaction sol-structure 10. Parois d'infrastructure et ouvrages de soutènement règles générales méthode de calcul simplifiée vérifications de stabilité

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vérifications de résistance murs de soutènement isolés 11. Béton armé et béton précontraint généralités spécifications concernant les matériaux dispositions constructives des éléments principaux des ossatures dispositions propres aux murs et voiles de contreventement dispositions propres aux dalles et diaphragmes dispositions propres aux éléments précontraints coefficient de comportement vérification de sécurité des éléments principaux dispositions propres aux éléments secondaires 12. Structures en maçonnerie généralités éléments structuraux éléments non structuraux éléments divers 13. Construction métallique symboles utilisés principes généraux types de structures métalliques coefficient de comportement des structures dissipatives exigences relatives à la classe des sections assemblages situés au voisinage des zones dissipatives vérification des barres dans les zones dissipatives 14. Constructions en bois principes généraux assemblages règles particulières des structures en bois coefficients de comportement vérifications 15. Façades légères généralités actions règles de vérification méthodes de calcul dispositions constructives 16. Compléments relatifs aux composants préfabriqués en béton et aux structures utilisant ces composants domaine d'application terminologie coefficient de comportement dispositions relatives aux composants linéaires principaux dispositions relatives aux planchers dispositions relatives aux toitures des bâtiments industriels dispositions relatives aux éléments de fondations

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10.2.6. L'EUROCODE 8, PLAN DU CONTENU N° Partie Titre Partie 1-1

Règles générales : actions sismiques et exigences générales pour la conception

Partie 1-2

Règles générales : règles générales pour les bâtiments

Partie 1-3

Règles générales : règles spécifiques pour divers éléments et matériaux

Partie 1-4

Règles générales : renforcement et réparation des constructions

Partie 2

Ponts

Partie 3

Tours, mâts et cheminées

Partie 3

Silos, réservoirs et pipeli nes

Partie 5

Fondations, ouvrages de soutènement et aspects géotechniques

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11. QUELQUES SITES INTERNET DE VULGARISATION EN SISMOLOGIE APPLIQUÉE

Université de Laval - Québec (Cours de Pierre-André Bourque) www.ggl.ulaval.ca/planete_terre.html Servizio Sismico Nazionale (Italie): http://www.dstn.it/ssn/index.html Gruppo Nazionale per la Difesa dai Terremoti (CNR) (Italie): http://emidius.itim.mi.cnr.it/GNDT/home.html NOAA - National Geophysical Data Center - Earthquake Data (USA) http://www.ngdc.noaa.gov/seg/hazard/earthqk.html USGS National Earthquake Information Center (NEIC) (USA): http://neic.usgs.gov Reseau National de Surveillance Sismique, France (ReNaSS): http://renass.u-strasbg.fr

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Collection des cahiers parasismiques Cahier 1, Conception parasismique niveau avant-projet, Milan Zacek, Le cahier 1 porte sur la conception parasismique des bâtiments neufs, et montre l’importance de la prise en compte du phénomène sismique par l’architecte et l’ingénieur dès le début de la conception, et de l’adoption de dispositions architecturales et de principes de construction appropriés. Cahier 2, Vulnérabilité et renforcement, Milan Zacek, Le cahier 2 présente différentes méthodes de diagnostic de vulnérabilité aux séismes des bâtiments existants, et propose des stratégies de réhabilitation parasismique, ainsi que les techniques de renforcement des structures en béton armé. Il est complété par le cahier 2-a qui propose une méthode d’évaluation de présomption de vulnérabilité, ou « pré-diagnostic » se déclinant selon la complexité de l’édifice. Cahier 2-a, Guide d’évaluation de la présomption de vulnérabilité aux séismes des bâtiments existants – Cas des constructions en maçonnerie et béton armé, Milan Zacek, Le cahier 2-a, annexé au cahier 2, présente différentes méthodes de diagnostic de vulnérabilité aux séismes des bâtiments existants en béton armé et maçonnerie, et propose des stratégies de réhabilitation parasismique, ainsi que les techniques de renforcement des structures. Il propose une méthode d’évaluation de présomption de vulnérabilité, ou « prédiagnostic » se déclinant selon la complexité de l’édifice, une telle étude pouvant être réalisée par un architecte sans formation parasismique particulière, complétée, en ce qui concerne les sols et effets de site, par l’avis d’un géotechnicien. Cahier 3, Urbanisme et aménagement territorial en zone sismique, objectifs et problématique, Patricia Balandier, Le cahier 3 examine les dispositions en matière d’urbanisme et d’aménagement, généralement inappropriées, et propose des actions et des recommandations pour réduire le bilan des catastrophes et améliorer la préparation de la société à leur éventualité. Résultant des observations réalisées à l’occasion de missions post-sismiques, et de l’examen de très nombreux rapports ou dépêches après séismes, ces propositions sont en grande partie généralisables pour se préparer à d’autres types de risques majeurs, naturels ou technologiques. Cahier 4, Sismologie appliquée à l’usage des architectes et ingénieurs, Patricia Balandier, Le cahier 4 décrit les mécanismes de la tectonique des plaques et les phénomènes sismiques, qui provoquent les différents types de séismes, leurs caractéristiques et leurs modes de propagation. La connaissance de ces phénomènes est nécessaire au constructeur pour comprendre leurs effets sur les constructions, et aborder les questions de politique de prévention. L’ouvrage aborde enfin comment la traduction réglementaire de ces études de sismologie, qui simplifie nécessairement la prise en considération des phénomènes étudiés plus haut, ne doit pas dissimuler leur complexité, mais permettre de mieux comprendre les arbitrages qui président à la mise en œuvre de la politique de mitigation du risque sismique.

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Architectes Et Ingénieurs, Patricia BALANDIER

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