De nouveaux modèles européens pour mieux anticiper le risque sismique

Décryptage Terre Solide

Les séismes sont un des aléas naturels les plus meurtriers au monde. Bien que celle-ci n’égale pas certaines régions du monde, l’Europe n’échappe pas au risque sismique.

Un nouveau modèle d’aléa sismique probabiliste, accompagné pour la première fois d’un modèle de risque sismique, dénommés respectivement ESHM20 et ESRM201 , ont été développés à l’échelle européenne. Les cartes qui découlent de ces modèles vont permettre de mieux anticiper les risques liés aux tremblements de terre. On fait le point avec Céline Beauval (Chercheure, ISTerre), Philippe Guéguen (Chercheur, ISTerre) et Véronique Bertrand (Responsable communication de Résif-Epos2 ).

  • 1ESHM20 : European Seismic Hazard Model 2020; ESRM20: European Seismic Risk model 2020
  • 2Résif : Réseau sismologique et géodésique français – https://www.resif.fr/

Chaque année, des milliers de séismes frappent l’Europe. Même si la plupart sont trop faibles pour causer des dommages voire être ressentis, certains peuvent avoir de lourdes conséquences. Au cours du 20ème siècle, les séismes en Europe ont causé plus de 200 000 décès et plus de 250 milliards d'euros de pertes. Ces événements destructeurs ne peuvent être prédits avec précision. Néanmoins, grâce aux nouvelles connaissances scientifiques dans le domaine, la probabilité de survenue des séismes, des vibrations associées, et de leurs conséquences est de mieux en mieux évaluée.

 

Représentation des séismes enregistrés de l'an 1000 à l’an 2014 en Europe, des failles crustales prises en compte dans le modèle (segment noir), et des interfaces de subduction (en jaune)© L. Danciu (ETH, Zurich)

Toutes les décisions visant à atténuer les effets potentiels des séismes dépendent de modèles d’aléa et de risque sismiques. C’est sur la base des modèles d’aléa probabilistes que sont établis les codes de construction parasismique pour concevoir des bâtiments résistants aux séismes, règles qui varient en fonction de la zone géographique et du niveau d’aléa associé. Chaque pays doit se doter de modèles officiels pour établir des stratégies nationales d’adaptation et de réduction du risque.

Ces nouveaux modèles d’aléa (ESHM20, European Seismic Hazard Model) et de risque sismique (ESRM20, European Seismic Risk Model) sont harmonisés à travers tout le territoire européen, sans contraintes liées aux frontières nationales. Les cartes probabilistes d’aléa et de risque qui en découlent montrent d'une part la distribution spatiale des niveaux attendus des vibrations sismiques, et d'autre part leur impact potentiel sur l'environnement bâti et sur le bien-être des personnes. Les cartes d’aléa ESHM20 peuvent être utilisées pour élaborer des stratégies transnationales de réduction du risque sismique. A cet effet, elles vont être incluses dans l’annexe informative de l'Eurocode 81  (le code des règles de constructions parasismiques européen).

  • 1En Europe, les Eurocodes 8 sont les normes de construction parasismique définies pour la sauvegarde des vies humaines, la limitation des dommages et le maintien du fonctionnement des ouvrages essentiels à la protection civile. Les cartes d'aléa sismique ESHM20 serviront pour la première fois d'annexe informative dans la prochaine version de l'Eurocode 8.

D’où vient l’ESHM20 ?

Le développement d’ESHM20 est le fruit du travail de plusieurs institutions académiques regroupées au sein de l’infrastructure européenne d’observation des sciences de la terre (EPOS) dans lequel la France est représentée par le réseau sismologique et géodésique français Résif-Epos. Les modèles ont été développés dans le cadre d’un projet financé par le programme de recherche et d'innovation Horizon 2020 de l'Union européenne. Les résultats sont diffusés par le service d’EPOS dédié à la caractérisation de l’aléa et du risque sismique (EFEHR : European Facilities for Earthquake Hazard and Risk).

Le modèle d’aléa sismique

Qu’est-ce que c’est ?

L'aléa sismique probabiliste décrit en chaque site l’amplitude des vibrations du sol ayant une certaine probabilité d’être dépassée dans le futur. Le modèle ESHM20 remplace le précédent, qui date de 2013. Il se base sur des ensembles de données plus complets et repose sur deux composantes :  des modèles qui prédisent les séismes pouvant se produire dans le futur et des modèles qui prédisent les vibrations du sol que ces futurs séismes peuvent engendrer. Ces modèles s’appuient sur :

  • La connaissance des tremblements de terre passés :

Un catalogue de séismes a été construit pour toute l’Europe. Il recense tous les séismes connus depuis l’an 1000. Sur la période historique (avant ~1900), les magnitudes et localisations de ces séismes sont estimées à partir des données en intensité1 . Les travaux en sismicité historique de tous les pays européens sont exploités. Sur la partie instrumentale (à partir de ~1900), ce catalogue synthétise les données des différents réseaux sismologiques européens. Pour la France, ce sont le catalogue de sismicité historique FCAT (Manchuel et al. 2017) et le catalogue instrumental SiHex (Cara et al. 2015) qui ont été exploités.

  • La géologie, la tectonique et la géodésie:

Les séismes sont dus à la rupture de failles actives suite au mouvement des plaques tectoniques de la croûte terrestre. La géologie et la tectonique permettent d’identifier les failles potentiellement actives, ayant produit des séismes dans les siècles passés et pouvant en générer à nouveau dans le futur. Une base de données d’environ 1000 failles actives a été constituée, à partir des travaux de toute la communauté œuvrant à caractériser ces failles à travers l’Europe. Les études géologiques et géodésiques permettent de quantifier la déformation qui s’accumule sur ces failles, déformation qui pourra être relâchée dans le futur sous forme de séismes. En France, la base de données BDFA a été exploitée (Jomard et al. 2017).

  • Les enregistrements sismiques :

Pour tous les séismes pouvant se produire dans le futur, il est nécessaire de prévoir les vibrations qu’ils sont susceptibles de générer. Un modèle de prédiction des vibrations sismiques a été développé pour l’Europe. Il repose sur une base de données européenne regroupant plus de 25 000 enregistrements sismiques et tient compte des spécificités de chaque région. En France, cette base de données est alimentée par le service national d’observation Résif-RAP.

Finalement, le nouveau modèle ESHM20 interprète les séismes du passé, les informations géologiques, tectoniques et géodésiques, et les enregistrements sismiques de manière homogène sur l’ensemble de l’Europe.

 
  • 1La sévérité de la secousse au sol, estimée à partir des effets produits par le séisme en un lieu donné.
Carte d’aléa sismique probabiliste en Europe © Danciu et al. (2021)

Que montre la carte d'aléa sismique issue du modèle ESHM20 ? 

La carte montre la distribution spatiale de la vibration du sol ayant une probabilité de 10% d’être dépassée dans les 50 prochaines années. Autrement dit, ces vibrations ont une « période de retour » d’environ 475 ans, c'est-à-dire qu'on s’attend à ce qu’elles surviennent en moyenne une fois tous les 475 ans. Des périodes de retour plus longues sont également prises en compte selon les pays.

Cette vibration est donnée en pourcentage de g (l’accélération gravitationnelle de la Terre). Sur la carte ci-dessus, les zones d’aléas faibles sont colorées de blanc à vert, les zones modérées de jaune à orange et les zones élevées de rouge foncé à violet. L’amplitude des vibrations sismiques est faible dans le nord de l’Europe, et forte pour les pays du pourtour Méditerranéen. En France, les niveaux sont faibles à modérés. Les régions de Turquie, Grèce, Albanie, Roumanie, sud de l'Espagne et du Portugal, sont les zones présentant les niveaux d’aléa les plus élevés d’Europe.

Les codes de construction parasismique actuels considèrent en général la même probabilité que la carte ESHM20 : probabilité de dépassement de 10% sur 50 ans, mais des probabilités plus faibles sont aussi considérées. Cinquante ans correspond à la durée de vie moyenne d’un bâtiment résidentiel standard.

Le modèle de risque sismique 

Que nous apprend la carte de risque sismique et à quoi sert-elle ?

Carte de risque sismique en Europe © Crowley et al. (2021)

La carte de risque représente une estimation des conséquences économiques et humaines probables auxquelles on peut s’attendre du fait des séismes, dans les différentes régions européennes.

Les zones à faible risque sont colorées du blanc au bleu clair, les zones à risque modéré du bleu au rouge et les zones à risque élevé apparaissent en rouge foncé. Les zones à indice de risque "très élevé" pourraient subir des pertes économiques annuelles moyennes allant jusqu'à 65 millions d'euros et pourraient connaitre plus de 30 décès par an, tandis que les pertes dans une zone à indice de risque "modéré" pourraient au contraire atteindre 25 millions d'euros, avec jusqu'à 2 décès par an.  

La perte économique annuelle moyenne due aux séismes est estimée actuellement à 7 milliards d'euros en Europe. Les cartes d'aléa et de risque sont des outils d'aide à la mise en place de mesures permettant de diminuer les facteurs de risque et d'anticiper les séismes potentiellement destructeurs et les pertes humaines et économiques qu'ils provoquent.

Pourquoi les deux cartes sont-elles différentes ?

Le risque sismique estime les conséquences économiques et humaines produites par les potentiels séismes. Il est déterminé par : 

  • Le modèle d’aléa qui informe sur l’amplitude des vibrations attendues et leurs fréquences ;
  • Les conditions locales des sols, qui ont une influence sur l’amplitude des vibrations ;
  • L’exposition, c’est-à-dire la densité, la typologie des bâtiments (industriels, résidentiels, etc.) et la répartition spatiale des bâtiments et des habitants ;
  • La vulnérabilité de l'environnement bâti et les dommages associés, qui sont à l’origine des pertes économiques et humaines.

Le risque est, par exemple, élevé pour les bâtiments construits avant les années 1980 ou les zones urbanisées. Un travail d'harmonisation de ces facteurs de risque a été réalisé pour toute l'Europe dans le cadre de la construction du modèle ESRM20.
 

Le cas de la France

En France métropolitaine, bien que l’aléa sismique soit faible à modéré, des séismes destructeurs peuvent également se produire, comme celui de 1909 à Lambesc en Provence (46 morts, magnitude ~5.8), ou celui de Bigorre en 1660 dans les Pyrénées (magnitude ~6.5).  

La mise à jour de ces modèles européens est prévue en 2027. En France, une étude d’aléa sismique probabiliste pour la France Métropolitaine va être menée d’ici à 2026 à la demande du Ministère de la transition écologique. Dans le cadre du projet Alceste conduit par l'Action transverse sismicité de Résif-Epos (2), les différentes étapes menant à l’estimation de l’aléa sismique probabiliste vont être revisitées (catalogues de sismicité, base de données failles, carte de déformation, zonages sismotectoniques, modèle de prédiction du mouvement du sol) afin de proposer de nouveaux modèles pour le calcul de l’aléa sismique probabiliste, issus de la communauté académique. Les données et modèles seront mis à disposition de la communauté scientifique et serviront à la mise à jour des futures cartes d’aléa et de risque sismiques.

Pour en savoir plus

Références des modèles ESHM20 et ESRM20 :

Danciu L., Nandan S., Reyes C., Basili R., Weatherill G., Beauval C., Rovida A., Vilanova S., Sesetyan K., Bard P-Y., Cotton F., Wiemer S., Giardini D. (2021) - The 2020 update of the European Seismic Hazard Model: Model Overview. EFEHR Technical Report 001, v1.0.0.

Crowley H., Dabbeek J., Despotaki V., Rodrigues D., Martins L., Silva V., Romão, X., Pereira N., Weatherill G. and Danciu L. (2021) - European Seismic Risk Model (ESRM20), EFEHR Technical Report 002, V1.0.1, 84 pp.

Articles complémentaires : 

Résif-epos : le réseau français qui observe l'intérieur de la Terre

 

Contact

Véronique Bertrand
Responsable de l'action transverse communication et valorisation de Résif, CNRS
Philippe Gueguen
Institut des Sciences de la Terre ( ISTerre/CNRS/Univ Gustave Eiffel )
Céline Beauval
Institut des Sciences de la Terre (ISTerre/ CNRS /IRD)