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Le Teil, 11 novembre 2019, un séisme “laboratoire”

La France métropolitaine n’avait pas connu de séisme destructeur depuis plus de 50 ans, avec le séisme d’Arette dans les Pyrénées le 13 août 1967, lorsque se produisit, le 11 novembre 2019 à 11h52, une forte secousse dans la région de Montélimar, à la limite de l’Ardèche et en bordure de la vallée du Rhône. L’épicentre fut rapidement localisé entre les villages du Teil et de Saint Thomé, qui subirent les destructions les plus importantes (plus de 900 bâtiments fortement endommagés. Fort heureusement aucune perte en vie humaine ne fut à déplorer en dépit du niveau de destruction de certains bâtiments.

Le séisme du Teil correspond à une séquence sismique classique : un choc principal suivi par des répliques. Lors du choc principal, l’intensité macrosismique a atteint un maximum de VIII sur l’échelle EMS-98 et la magnitude 5,2. Des séismes de cette puissance ne sont pas rares en France métropolitaine (environ un tous les 4-5 ans) mais les dégâts suite au séisme du Teil ont été exceptionnels. La communauté scientifique s’est mobilisée très rapidement pour analyser ce séisme et plusieurs caractéristiques ont été mises en évidence : la plus importante est une profondeur très faible du foyer (entre 1 et 2 km sous la surface). Cette très faible profondeur permet de comprendre la violence des secousses, car l’énergie transportée par les ondes sismiques s’atténue avec la distance parcourue. Par conséquent, pour une même magnitude, plus le foyer est proche de la surface, donc à faible profondeur, plus l’énergie des ondes arrivant en surface sera importante. Notons qu’en France métropolitaine la majorité des foyers sismiques sont plus profonds que 5 km.

Suite à ce séisme emblématique de nombreux travaux ont été entrepris.

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Sismicité France contemporaine : Localisation du séisme du Teil du 11 novembre 2019

Localisation du séisme du Teil (étoile rouge) – a : failles, b : centrale nucléaire, c : barrage © Larroque et al., 2020

Sismicité France contemporaine : dégâts importants dans l'église du Teil suite au séisme du 11 novembre 2019

Des dégâts importants dans l’église du Teil © Evêché du Teil

Sismicité France contemporaine : installation d’une station sismologique temporaire le jour du séisme du Teil

Installation d’une station sismologique temporaire (capteur, numériseur et batterie pour l’alimentation en énergie) dans un bâtiment du Teil le jour du séisme © Géoazur

Sismicité France contemporaine : localisation des différentes stations sismologiques et géodésiques installées dans la semaine suivant le séisme du Teil

Localisation des différentes stations sismologiques (triangles roses, verts, bleus et oranges) et géodésiques (losange blancs) installées dans la semaine suivant le séisme. Le triangle noir et le carré jaune correspondent à 2 stations sismologiques permanentes. Le trait gras rouge est la trace de la rupture en surface produite par le séisme du Teil et les autres traits noirs correspondent aux traces des failles © Cornou et al., 2021

Les premiers sismomètres sont posés dans l’après-midi suivant le séisme

Après un séisme important, et afin de pouvoir analyser finement les répliques, les sismologues vont sur le terrain installer des sismomètres dans la zone épicentrale afin de compléter au mieux les instruments permanents du réseau Epos-France (ex Résif) : plus il y a de capteurs dans la zone épicentrale, meilleure sera la détection et la localisation des répliques, dont l’analyse donnera des informations essentielles sur le choc principal. Dans le cas du séisme du Teil, les premiers sismomètres ont été installés dans des bâtiments publics et chez des particuliers quelques heures après le séisme.

En une semaine, 47 stations sismologiques supplémentaires (voir carte des stations ci-contre) permettaient de suivre l’évolution de la séquence sismique. Plus d’une centaine de répliques ont pu être détectées dans les quatre mois suivants. C’est un nombre faible en comparaison de séismes équivalents. Néanmoins, ces enregistrements permettent un travail de fond pour comprendre le séisme. Au total, ce sont plus de 80 techniciens, ingénieurs et chercheurs qui se sont mobilisés durant cette période pour instrumenter la zone et réaliser les analyses sur le terrain, dans les observatoires et au sein des laboratoires.

Une rupture exceptionnelle du sol

Dans certaines conditions, le mouvement sur la faille qui produit le séisme peut atteindre la surface et provoquer un décalage du sol. On connait bien ce phénomène, qu’on appelle rupture de surface. Il se manifeste souvent lors des forts tremblements de terre (de magnitude supérieure à 6,5).

Le lendemain du séisme du Teil, l’analyse des images satellites permettait de supposer un décalage vertical du sol de l’ordre d’une dizaine de centimètres sur une étendue de 5 km entre les villages du Teil et de Saint Thomé (Figure 3A et B). Une équipe de géologues est alors partie sur le terrain dans cette zone montagneuse et couverte de bois. Elle a effectivement pu mettre en évidence les indices d’une rupture de surface produite par ce séisme (Figure 3). C’est une première en France et la faible profondeur du foyer en est à l’origine. Cette rupture de surface se superpose à une faille bien connue dans la géologie de la Région : la faille de La Rouvière, attestant le fait que c’est bien cette faille qui a été réactivée (Figure 3).

Sismicité France contemporaine : Carte géologique de la zone épicentrale du séisme du Teil

Carte géologique de la zone épicentrale montre l’épicentre (étoile rouge), l’indice de rupture de surface en photo ci-contre (carré jaune), l’étendue de la rupture de surface liée au séisme du Teil (trait rouge), la zone soulevée mise en évidence par l’analyse des images satellites (en grisée), les failles (F, FLR est la faille de La Rouvière) et l’âge des terrains à l’affleurement (Q : Quaternaire, O : Oligocène, Cs-Cm et Ci : Crétacé)  © Larroque et al., 2020

Sismicité France contemporaine : rupture de surface provoquée par le séisme du Teil du 11 novembre 2019

Exemple de trace de la rupture de surface produite par le séisme du Teil à un endroit où cette rupture traverse une route goudronnée. Le compartiment situé à droite (au sud-est) a glissé vers le haut d’environ 5 cm par rapport au compartiment de gauche (au nors-ouest) sur le plan de faille incliné vers la droite en profondeur © C. Larroque

Sismicité France contemporaine : Enregistrement des vibrations à différents niveaux de la tour Porte de Viviers et du château de Saint Thomé lors de la réplique principale du séisme du Teil le 23 novembre 2019

Les bâtiments anciens ont enregistré l’histoire sismique de la région

Lorsque les séismes se produisent dans des zones d’occupation humaine, les édifices construits (habitations, ouvrages d’art…) peuvent être partiellement ou largement endommagés. Dans les zones sismiques, les scientifiques s’intéressent donc de près aux constructions anciennes pour détecter d’éventuelles déstructurations liées à des séismes anciens. L’archéosismologie permet ainsi d’étendre la connaissance des séismes dans le temps, bien avant le milieu du XXe siècle, période à partir de laquelle on commence à les enregistrer avec des sismomètres (on parle alors de « sismicité instrumentale »).

Cependant, pour déterminer les caractéristiques des séismes qui ont affectés des bâtiments anciens, il faut connaître le comportement de ces bâtiments lorsqu’ils sont sollicités par les vibrations sismiques. Après le séisme du Teil, une équipe de scientifiques a installé des capteurs à différents niveaux dans la tour-porte du village de Viviers et dans le château de Saint Thomé afin d’enregistrer la façon dont les vibrations sont transmises aux bâtiments lors des répliques du séisme. Il s’agit d’une des premières instrumentations post-sismique de bâtiments historiques en France.

Ci-contre : enregistrement des vibrations à différents niveaux de la tour Porte de Viviers et du château de Saint Thomé lors de la réplique principale du séisme du Teil le 23 novembre 2019. Sur les sismogrammes on observe que l’amplitude et la durée des vibrations varient en fonction de l’étage où ont été placés les sismomètres. Ces vibrations différentielles enregistrées lors d’un même séisme sont significatives pour caractériser le comportement des bâtiments © Combey et al., 2021

La paléosismologie de la faille de La Rouvière

Lorsque des séismes importants se produisent sur une faille, on cherche à évaluer le niveau de risque induit par la faille en question. Un des paramètres à déterminer est le temps de retour de ces séismes importants : c’est-à-dire la durée qui sépare deux séismes produit par une même faille. En domaine intraplaque, comme c’est le cas en France métropolitaine, ce temps peut être de plusieurs milliers d’années ou plus. Pour conduire ces études paléosismologiques, il est nécessaire de creuser des tranchées au travers de la faille, dans des zones où elle traverse des dépôts sédimentaires d’âge quaternaires qui pourront être datés précisément. Cela permettra de déterminer l’âge des séismes précédents et le temps écoulé entre les séismes ayant affecté cette faille.

Les travaux de paléosismologie sur la faille de La Rouvière ont commencé en 2020. Plus d’une dizaine de tranchées ont été creusées en différents endroits le long de la faille. L’analyse des données est complexe car les séismes importants sont rares et les décalages le long de la faille sont faibles (une dizaine de centimètres pour un séisme du type de celui du Teil). Néanmoins il a été mis en évidence au moins un séisme équivalent avant celui de 2019, dont l’âge est compris entre -13 500 et -3 300 ans. Les travaux de paléosismologie vont encore continuer pendant plusieurs années afin de caractériser d’éventuels séismes anciens sur les failles voisines de la faille de La Rouvière.

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Page Traquer les paléoséismes en Ardèche

Sismicite France contemporaine : dépôts sédimentaires quaternaires dans une tranchée sur la faille de la Rouvière

A droite : une tranchée creusée le long de la faille de La Rouvière montrant les dépôts sédimentaires quaternaires accumulés contre l’escarpement de faille. A gauche : zoom sur un filon clair de matériaux très fins interprétés comme une structure co-sismique localisée dans les dépôts quaternaires © J.-F. Ritz

Sismicité France contemporaine : premier forage superficiel de reconnaissance sur la faille de La Rouvière

Premier forage superficiel de reconnaissance sur la faille de La Rouvière © C. Larroque

Sismicite France contemporaine : échantillon de roche prélevé dans un forage vers 25 m de profondeur au Teil

Echantillon de roche prélevé lors de ce forage vers 25 m de profondeur © C. Larroque

Un projet de forage jusqu’au foyer du séisme

Le foyer du séisme du Teil a été exceptionnellement peu profond (~1 km). Une des questions majeures pour la compréhension des séismes est de déterminer où et comment la rupture des roches s’initie et se propage le long d’une faille. Mais la zone hypocentrale, le foyer du séisme, n’est jamais accessible à l’observation directe car elle se trouve le plus souvent à plusieurs kilomètres ou dizaines de kilomètres sous le sol.

Le contexte exceptionnel du séisme du Teil permet d’envisager la mise en place d’un forage traversant la faille à la profondeur hypocentrale, soit environ 1 km : forer la zone d’initiation d’un séisme sera une première mondiale ! Cela permettra de remonter des échantillons de roches de la zone hypocentrale. Ils seront analysés en laboratoire afin de déterminer les micro-mécanismes de déformation ayant abouti au déclenchement du séisme et à la propagation de la rupture le long de la faille de La Rouvière. Un deuxième objectif sera de réaliser des expériences de micro-stimulation par injections de fluide sous pression strictement contrôlée dans la zone hypocentrale afin suivre la réaction des roches, et en particulier de déterminer l’amplitude des forces nécessaires pour initier la rupture ainsi que la quantité de glissement résultant sur le plan de faille.

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Page Découvrir la structure des failles cévenoles

Le déclenchement du séisme est-il naturel ?

La plupart des séismes sont d’origine naturelle, c’est-à-dire que leur déclenchement est le résultat de l’accumulation de forces dans la croûte terrestre. Avec le temps, ces forces dépassent le seuil de résistance des roches, entraînant ainsi leur rupture et l’initiation du glissement sur la faille, lui-même à l’origine des vibrations (ondes) sismiques qui vont se propager dans le globe. On sait aussi que des actions en surface de la Terre peuvent modifier l’état des forces dans la croûte terrestre, et dans certains cas, favoriser le déclenchement de séismes. C’est le cas du remplissage ou de la vidange de barrages, de l’extraction de masses rocheuses dans les carrières, de l’injection d’eau sous pression dans les forages pour les exploitations de gaz de schistes et la géothermie, et même des fortes pluies, qui peuvent renforcer les circulations d’eaux souterraines en profondeur.

Dans le cas du séisme du Teil, la question de l’influence de l’extraction des roches dans la carrière située quelques kilomètres à l’Est de la faille de La Rouvière a été rapidement soulevée (voir carte géologique en haut de page). C’est une question difficile à résoudre et qui fait l’objet d’un travail toujours en cours (en juillet 2022), mais les premières modélisations mécaniques ont montré que la masse de roche enlevée en surface depuis le XIXe siècle dans cette carrière est suffisante pour avoir facilité le déclenchement du séisme. Une autre étude a montré que les fortes pluies qui se sont produites dans les mois précédents pourraient aussi avoir eu un rôle facilitant le déclenchement du tremblement de terre. Quoi qu’il en soit, la faille de La Rouvière était naturellement sous tension et un séisme sans doute équivalent se serait produit sur cette faille dans un futur proche ou lointain.

Il faut réviser le risque sismique en France métropolitaine

Le séisme du Teil est associé à la réactivation d’une faille ancienne comme il en existe plusieurs centaines en France. Le niveau de destruction et la vulnérabilité de la zone dans laquelle il s’est produit (zone densément peuplée, infrastructures industrielles, barrages, voies de communication, centrales nucléaires…) conduisent à reconsidérer le niveau du risque sismique, qui reste mal connu et certainement sous-estimé.

Parmi les nombreuses questions qui se posent : toutes les failles semblables à la faille de la Rouvière sont-elles capables de produire un séisme aussi fort, voire plus fort ? Quelles seraient les conséquences de l’activation de telles failles dans notre pays où les concentrations de population et d’infrastructures sensibles sont de plus en plus importantes ? Comment prendre en compte le risque de rupture de surface, largement ignoré en France puisque c’est la première fois qu’on l’observe, sous des infrastructures sensibles ? Comment renforcer les bâtiments existants pour éviter leur écroulement lors d’un séisme équivalent à celui du Teil ?

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Page Aléa et risque sismiques

Quelques ressources sur le séisme du Teil

Une version plus complète de cet article est parue dans la Lettre d’information Résif de janvier 2020.

De nombreux articles, actualités, images, rapports ont été publiés au sujet de cet évènement. Voici quelques références.

Vidéos

Photos

Les photos de terrain, rapports de missions et autres documents sont disponibles en format HD sur l’archive ouverte Hal EPOS-France

Articles de presse

Plus d’une centaine d’articles et reportages sont consacrés à cet évènement dans la presse régionale et nationale. Quelques exemples :