Les Tremblements de terre/I/04
À LA SURFACE DU SOL
Un tremblement de terre doit être étudié non seulement au point de vue de son intensité, du caractère du mouvement vibratoire et de la direction des secousses qu’il imprime à chaque point du sol, mais encore par rapport à la vitesse avec laquelle il étend son action. À partir du centre d’ébranlement, si l’on considère le terrain comme sensiblement homogène, le choc initial se propage suivant une série d’ondes concentriques et arrive en chaque point après avoir parcouru le trajet le plus direct. Il en résulte que, théoriquement au moins, le lieu situé sur la verticale du centre d’ébranlement est celui où le mouvement se manifeste tout d’abord à la surface du terrain. Mais en réalité, comme nous l’avons déjà dit précédemment, au lieu d’un point unique, c’est toujours une étendue superficielle plus ou moins vaste qui reçoit simultanément et de prime abord la commotion souterraine avant qu’elle aille porter plus loin ses effets. L’aire qui reçoit ainsi la première la poussée primordiale est, par sa position et son extension, peu différente de celle que d’autres considérations nous ont fait distinguer sous le nom d’épicentre. Elle peut donc aussi recevoir ce nom, et, en fait, la surface que l’on délimite sous ce titre est toujours sensiblement la même. Des observations précises, comme celles qui seront certainement faites dans l’avenir, pourraient seules permettre d’opérer des distinctions.
Autour de l’épicentre, à mesure qu’on s’éloigne, la secousse arrive de plus en plus tardivement ; on peut donc encore tracer des courbes qui s’enveloppent les unes les autres, telles que chacune d’elles représente l’ensemble des points où l’ébranlement arrive au même instant. On les appelle homoséistes. Pour les tracer, il suffit de connaître exactement l’heure de l’arrivée de l’ébranlement en chaque lieu. Si le tremblement de terre est intense, un bon observateur muni d’une montre ordinaire peut très aisément obtenir ce résultat avec une précision convenable, à la condition que sa montre ait été réglée récemment sur l’horloge d’un observatoire, ou qu’elle puisse l’être dans un laps de temps peu considérable. Actuellement, sur un grand nombre de lignes de chemins de fer, l’horloge de la voie et celle du cabinet du chef de gare sont réglées à une minute près, d’après les indications d’un observatoire astronomique ; elles donnent l’heure de la capitale du pays.
Il n’y a aucune confiance à avoir dans les indications de l’horloge extérieure qui, suivant les lignes de chemins de fer, est en avance de 3 ou 5 minutes sur l’heure de la voie, et qui généralement est réglée seulement par quelque employé subalterne de la gare. On peut, au contraire, avoir assez de confiance dans les indications des deux autres horloges, surtout dans celle du cabinet du chef de gare, car en France, par exemple, chaque semaine, un horloger vérificateur en contrôle le fonctionnement.
En Italie, le réglage se fait autrement : l’un des employés attachés au service d’un train part le matin d’une station principale et parcourt toute la ligne avec une montre réglée, la présente à chaque chef de gare qui la compare à la sienne et doit régler l’horloge de sa station. Avec ce système, la responsabilité est trop divisée et par suite l’exactitude moindre.
Le cas le plus avantageux est celui dans lequel l’heure est transmise à toutes les stations et à chaque minute par un bureau central, au moyen de communications électriques. À défaut d’un tel système d’horloges électriques, il serait facile d’envoyer tous les matins, à chaque chef de gare, l’heure rigoureusement exacte par voie télégraphique, ce qui, bien entendu, ne dispenserait pas du contrôle.
Dans les bureaux télégraphiques, la connaissance de l’heure exacte, à une seconde près, est encore plus utile et plus facile à établir. Tout fait espérer que, dans un avenir très peu éloigné, les pays civilisés seront couverts d’un réseau de communications électriques qui permettra de connaître l’heure avec une grande précision dans une foule de localités.
Actuellement en France et en Italie, par exemple, on ne connaît en général l’heure qu’à quelques minutes près, ce qui est insuffisant pour les recherches relatives aux tremblements de terre. Aussi les observateurs qui s’occupent dans ce cas de l’établissement des données horaires se heurtent-ils à de nombreuses difficultés. Ce n’est qu’après une discussion attentive qu’ils arrivent à démêler les renseignements exacts de ceux qui sont médiocres ou mêmes fautifs. L’enquête faite par M. Offret, lors du tremblement de terre du 23 février 1887, est à ce point de vue des plus instructives. Le long de la voie de Menton à Marseille, sur une ligne où les horloges venaient, pour ainsi dire, d’être réglées à une minute près, il a recueilli sur l’heure de la secousse principale des chiffres qui entre deux localités voisines diffèrent entre eux de trois à quatre minutes. Sur la ligne italienne, entre Vintimille et Gênes, les anomalies constatées sont encore bien plus fortes, et cela, que la donnée soit le résultat de l’observation directe ou qu’elle provienne de l’examen d’une horloge arrêtée par la secousse. Cependant il ressort du travail de M. Offret que les erreurs doivent être attribuées, dans la plupart des cas, beaucoup plus à la manière dont l’observation a été faite qu’à l’imperfection du réglage des horloges. Ainsi, par exemple, les horloges françaises se sont arrêtées à 5h 42min du matin, dans tous les points que l’on peut considérer comme appartenant à l’épicentre, tandis que les horloges italiennes, dans le même district, se sont arrêtées à 5h 44min 30s, alors qu’il est évident que dans les unes et les autres la commotion souterraine s’est fait sentir au même instant. L’heure de 5h 44min 30s des horloges italiennes est d’ailleurs démontrée inexacte par ce fait qu’en Suisse et en Italie les séismographes des nombreux observatoires de physique terrestre établis dans des localités plus ou moins éloignées de l’épicentre ont indiqué pour la plupart une heure moins avancée. Pour expliquer cette différence constante de 2min 30s entre les heures italienne et française des horloges arrêtées, M. Offret pense qu’il y a eu une distribution erronée de l’heure en Italie, ou bien encore que la différence de construction des horloges françaises et italiennes a permis à ces dernières de marcher plus longtemps que les autres après l’arrivée de la secousse qui a provoqué l’arrêt.
Quant aux divergences des observations directes, elles tiennent, dit-il, surtout à la manière dont celles-ci ont été faites.
« Ignorant l’intérêt que la détermination exacte de l’heure pouvait présenter, nos observateurs improvisés ont bien regardé l’horloge, mais ils l’ont regardée négligemment, comme on le fait ordinairement dans la vie courante. La plupart ont regardé l’horloge de la voie et non celle qui était dans leur cabinet ; l’horloge de la voie était haut placée et l’aiguille se projetait plus ou moins bien sur le cadran, suivant la position de l’observateur. De plus, il était un peu plus de 6 heures du matin (heure locale), et il faisait à peine clair. Pour toutes ces raisons, il est certain que l’on doit regarder comme fautives, d’abord, toutes les observations qui indiquent une heure postérieure à celle des horloges françaises, c’est-à-dire postérieure à 5h 42min. Il ne nous reste plus alors parmi les heures observées directement par les chefs de gare que des nombres compris entre 5h 42min et 5h 38min.
« Parmi ces heures il en est une seule dont je crois pouvoir garantir l’authenticité, à la suite d’une enquête minutieuse : c’est celle de 5h 38min, à la gare de Menton. Elle a été observée par le chef de gare et par plusieurs de ses employés, dans des conditions telles que l’erreur possible n’a pas pu atteindre une minute de plus ; elle a été également constatée par M. Hugon, vétérinaire à Menton, avec sa montre réglée sur l’heure de la voie. Elle est d’ailleurs d’accord avec les heures observées dans les observatoires astronomiques de Marseille, de Nice, d’Alassio et de Gênes.
« En somme, l’heure de 5h 38min est l’heure la plus matinale qui ait été constatée, et en la comparant aux heures fournies par les observatoires on comprend la propagation du phénomène. Quant à l’heure de 5h 42min donnée par l’arrêt des horloges, ce n’est qu’un maximum. »
Les conséquences pratiques à tirer de ces considérations sont les suivantes : Lorsqu’un tremblement de terre survient dans une localité, toute personne qui a gardé son sang-froid et qui s’intéresse aux questions séismiques doit aussi promptement que possible jeter les yeux sur sa montre ou son horloge et constater avec soin l’heure qu’elle indique. Si la montre est à secondes, et si l’on peut aller peu après la comparer à l’horloge d’un observatoire on connaîtra l’heure du commencement et de la fin de la secousse à quelques secondes près. En tous cas, on peut aller contrôler l’heure de sa montre à la gare ou au bureau télégraphique le plus rapproché et déterminer ainsi celle du phénomène séismique à une minute près.
Le même contrôle doit être effectué dans le plus bref délai possible, lorsque le mouvement d’une horloge se trouve arrêté par l’effet de la secousse, ce qui a lieu fréquemment. Dans ce cas il est intéressant de déterminer approximativement avec une montre le temps que l’horloge met à s’arrêter. En effet, à moins de dispositions spéciales, comme celles qui ont été adaptées à certains appareils séismiques, l’arrêt n’est pas instantané ; l’heure marquée par l’aiguille devenue immobile est ordinairement postérieure de plusieurs minutes à l’heure réelle de l’arrivée du mouvement. Cela tient surtout à ce que les premières vibrations sont souvent trop faibles pour suspendre la marche de l’horloge et à ce qu’alors l’arrêt ne se produit guère qu’au moment du maximum de l’ébranlement. De plus, même avec un choc brusque et violent, le balancier de l’horloge met toujours un temps appréciable pour rester au repos ; la façon dont s’opère l’échappement exerce la plus grande influence sur la rapidité plus ou moins grande avec laquelle l’horloge cesse de fonctionner.
La constatation de l’heure d’arrêt des horloges ne doit jamais être négligée malgré l’imperfection de la donnée qu’elle fournit, car si cette donnée est inférieure sous le rapport de la précision à celle que peut donner un bon observateur notant immédiatement l’indication d’une montre ou d’une horloge en marche, en revanche, elle est beaucoup plus sûre que celle qu’on obtient trop souvent de personnes inexpérimentées en matière scientifique.
Quand un tremblement de terre est très peu intense, ou bien quand on se trouve à une grande distance de l’épicentre, la commotion passerait inaperçue si l’on n’avait à sa disposition des instruments d’une grande sensibilité, dont quelques-uns révèlent avec une rare perfection les plus petits mouvements du sol. Les plus simples ont été désignés sous le nom d’avertisseurs ; leur rôle consiste simplement dans l’annonce de ce fait que le sol a tremblé. L’un des plus communément employés est l’avertisseur à sphère de Cecchi. C’est un pendule renversé, surmonté d’un clou qui tombe au moindre mouvement. Mais généralement les avertisseurs remplissent en outre une fonction plus importante ; ils donnent l’heure du commencement du séisme. À cet effet, ils sont disposés de manière à fermer au moindre mouvement le circuit d’une pile. Aussitôt un électro-aimant interposé dans le courant fait agir une sonnerie et avertit l’observateur ; en même temps il amène la chute d’un taquet qui arrête le mouvement d’une horloge, ou au contraire déclanche une horloge arrêtée et la fait fonctionner.
Parmi les appareils de ce genre nous citerons comme communément employés l’avertisseur électrique de Cecchi, composé d’un pendule qui vient choquer des tiges métalliques horizontales et détermine ainsi la formation d’un courant qui déclanche un réveil-matin, et l’avertisseur à disque des frères Brassard, qui diffère de l’avertisseur à sphère de Cecchi en ce que le clou mobile est remplacé par un petit disque métallique. En outre, ce dernier instrument est disposé de façon que le disque, en tombant, vient fermer un circuit électrique. Il fait fonctionner un réveil-matin qui appelle l’attention de l’observateur et en même temps donne l’heure de la secousse.
Enfin un avertisseur plus sensible que les deux précédents est l’avertisseur de Bertelli. Il se compose d’un pendule dont la pointe pénètre dans une petite cavité produite au milieu d’une surface de mercure par la saillie du fond d’une cupule. L’appareil est rendu très délicat grâce à deux spirales métalliques dont l’une sert de fil au pendule pendant que l’autre porte la cupule. Au moment du contact un courant électrique s’établit et arrête une horloge (fig. 17).
Des appareils analogues existent en Suisse, tel est celui qui se trouve à l’observatoire de Berne et qui est connu sous le nom de microséismographe de Forster : il se compose d’un pendule renversé mis en mouvement par les secousses horizontales, et d’un fléau de balance dont l’un des bras peut osciller entre deux pointes métalliques sous l’effet des secousses verticales. À la moindre oscillation il se produit un contact d’où résulte la fermeture d’un circuit électrique, et l’arrêt d’une horloge à secondes.
Cet appareil peut être considéré comme un type spécial du genre d’instruments connus sous le nom de séismographes à roulement. Les plus simples sont constitués par un plateau porté sur des sphères mobiles, ou par des cylindres pouvant rouler sur un plan fixé au sol ou encore par un cône dont la base appliquée sur le sol offre une surface sphérique.
Un avertisseur combiné avec un système de pendules enregistreurs constitue le type le plus complet des appareils connus sous le nom de séismographes. Ces instruments enregistrent à la fois et à chaque instant les données relatives à la direction et à l’intensité des secousses ; ils font connaître le moment précis de chacune des phases du phénomène pendant toute sa durée ; ils en présentent donc pour ainsi dire l’image exacte. C’est pourquoi ceux qui remplissent toutes ces conditions ont été désignés sous le nom de séismographes analyseurs.
Le plus usité d’entre eux a été jusqu’à présent celui de Cecchi[1]. On le trouve dans plusieurs des observatoires d’Italie ; il ne fonctionne qu’au moment où un tremblement de terre vient mettre en jeu les pièces dont il se compose. Des pendules entrent alors en mouvement ; deux d’entre eux oscillent dans des plans verticaux en face d’une caisse en bois à section carrée dont les parois sont revêtues de papier enduit de noir de fumée. Un déclanchement opéré par un avertisseur analogue à celui de Bertelli met une horloge en marche au moment de la secousse et en même temps détermine la descente de la caisse en bois au contact des styles enregistreurs fixés aux deux pendules signalés ci-dessus. L’amplitude des oscillations de ces pendules se trouve de la sorte enregistrée en même temps que l’heure à laquelle chacune d’elles s’est produite.
Diagramme du tremblement de terre du 23 février 1887. (Denza.)
L’un des instruments de ce modèle, établi à l’Observatoire de Moncalieri, près de Turin, dirigé par M. Denza, a parfaitement fonctionné lors du tremblement de terre du 23 février 1887. Il a fourni une courbe dont les sinuosités représentent les diverses phases d’intensité de la secousse (fig. 18), en même temps qu’il donnait avec une grande précision l’heure de chacune des périodes du phénomène.
Des séismographes fondés sur le même principe, mais différant de celui-ci par des perfectionnements divers apportés dans la construction, ont été construits et soumis à des essais divers en attendant qu’ils servent à l’étude de quelque séisme.
Parmi les plus intéressants, nous citerons celui d’Ewing utilisé à l’Observatoire de Tokio au Japon ; il est composé de deux pendules associés entre eux et de sens inverse, l’un stable et l’autre instable ; le centre d’oscillation du pendule instable peut être écarté ou rapproché du point fixe autour duquel l’oscillation s’effectue. De la sorte on peut rendre ce système aussi sensible qu’on veut.
Un séismographe à deux pendules oscillant dans des plans perpendiculaires a été construit par M. Angot, et déposé provisoirement au Collège de France ; il mérite d’être signalé à cause de la simplicité de son mécanisme et de la continuité de son fonctionnement.
Enfin le séismographe à charnière de M. Thury, récemment installé à Genève, et fondé sur le même principe que le brackett séismographe de Gray, semble, par les études minutieuses qui ont présidé à sa construction et par les expériences auxquelles il a été soumis, représenter un excellent type des instruments de ce genre[2].
Après avoir présenté au lecteur l’exposé des moyens divers employés pour arriver à la connaissance de l’heure d’arrivée de la secousse dans les différents points d’une région ébranlée par un tremblement de terre, jetons un coup d’œil sur les résultats numériques qui ont été recueillis dans les principaux séismes étudiés jusqu’à ce jour.
Quand on considère ces nombres on est frappé de l’inégalité extrême des résultats obtenus. La liste qui suit, dressée d’après les données provenant des auteurs les plus recommandables, va mettre le fait en évidence.
Volger a trouvé pour la vitesse de propagation superficielle dans le tremblement de terre de Amt-Gehren 742 mètres ; pour celui de Saint-Goar 567m,6 ; pour celui de la Basilicate 259m,7.
J. Schmidt a obtenu pour le tremblement de terre du Rhin du 29 juillet 1846 une vitesse de 459 mètres. Il a calculé, d’après les renseignements recueillis dans les documents de l’époque, que le tremblement de terre de Lisbonne du 1er novembre 1755 avait dû se propager avec une vitesse de 2488 mètres. Pour ce même séisme Mitchel avait trouvé une vitesse de 1390 mètres et Mallet des vitesses variant de 500 à 1500 mètres suivant les directions.
Von Lasaulx a trouvé pour le tremblement de terre de Herzogenrath en 1877 une vitesse moyenne de 475 mètres.
Pour les tremblements de terre du Népaul et du bassin du Gange les vitesses observées ont varié de 300 à 1100 mètres.
Soret a établi, lors du tremblement de terre du 21-22 juillet 1881, en Suisse, que la vitesse avait varié suivant les directions de propagation. Entre Modane et Chalon, elle a été de 747 mètres ; entre Allevard et Moncalieri, de 695 mètres ; entre le Locle et Chalon, de 379 mètres ; entre Genève et Allevard, de 300 mètres seulement.
M. Offret a constaté que, lors du récent tremblement de terre de Ligurie, la vitesse moyenne avait varié avec la distance à l’épicentre.
| À des | distances de | 75 à 250km | la vitesse | a été de | 500 à 800m |
| — | — | 250 à 300 | — | — | 700 à 1000 |
| — | — | 300 à 400 | — | — | 800 à 1200 |
| — | — | 500 à 1000 | — | — | 1100 à 1700 |
| — | — | 1500 | — | — | 2100 |
Lors du tremblement de terre d’Agram de 1881, Toula rapporte que la secousse a mis 49ʺ pour se transporter d’Agram à Vienne, ce qui donne une vitesse de 5500 mètres.
Les observations suivantes, que nous empruntons à un mémoire de Dutton et Hayden[3], démontrent que lors du tremblement de terre de Charleston du 31 août 1886 les vitesses de propagation des secousses ont été également très considérables :
| noms des localités | distances à l’épicentre |
heure de l’arrivée de la secousse |
vitesse | |||||
| Wytheville (Va.) | 286 milles | 9h52min37s | 5300m | |||||
| Chattanoga | 332 | 9530 | 4860 | |||||
| Washington | 450 | 93320 | 5570 | |||||
| Baltimore | 486 | 95320 | 6000 | |||||
| Atlantic City (N. J.) | 552 | 9540 | 5250 | |||||
| Belvidere (N.-J.) | 622 | 9540 | 5900 | |||||
| New-York | 645 | 95425 | 5380 | |||||
| Stockbridge (Mass.) | 772 | 9560 | 4283 | |||||
| Albany (N. Y.) | 772 | 95545 | 4516 | |||||
| Toronto | 753 | 95618 | 4250 | |||||
| Dyersburg (Tenn.) | 569 | 9540 | 5230[4] | |||||
Comme contraste à ces chiffres si élevés, il nous reste à citer ceux qui ont été déterminés par le professeur Heim pour le tremblement de terre senti à Genève le 28 juin 1880, à 3h 7min du matin. La propagation du mouvement entre Genève et Nyon s’est faite avec une vitesse de 114 mètres par seconde, et entre Genève et Coppet elle n’a même été que de 54 mètres.
- ↑ Cecchi, directeur de l’Observatoire ximénial de Florence, est l’un des hommes qui se sont occupés avec le plus de succès de la question des tremblements de terre. La science regrette sa perte récente.
- ↑ Un mémoire de MM. Chesneau et Lallemand, inséré dans les Annales des mines (t. XI, 1886, p. 207), donne la description détaillée des principaux instruments séismiques employés dans les observatoires italiens. La note de M. Offret publiée dans les Comptes rendus (t. CIV, p. 1150) fournit des renseignements intéressants sur la manière dont ils ont fonctionné, lors du tremblement de terre du 29 février 1887.
- ↑ Science, t. IX, p. 489.
- ↑ Sur ce tableau les distances sont comptées à partir de l’épicentre en milles de 1609m,3. Toutes les localités inscrites dans la première colonne sont situées au nord de l’épicentre. La plupart des heures citées sont exactes seulement à une demi-minute près. Dans certaines localités, comme New-York et Albany, on a recueilli des heures qui différent entre elles d’une minute. Dans d’autres, il y a incertitude sur la phase du mouvement dont l’heure a été observée.