Histoire des catastrophes naturelles Michel Granet – Physicien du
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Histoire des catastrophes naturelles Michel Granet – Physicien du
Les catastrophes naturelles Le face-à-face Terre - Homme La dialectique Homme - Nature 1 Les catastrophes naturelles : une histoire de la Terre ! • • • • • • 14 By : Big-bang, univers dense et chaud 4,6 By : « naissance » du Soleil par effondrement d’une nébuleuse de gaz 4,6 By : « naissance » du Système solaire, les planètes se forment en moins de 100 My 3,8 – 2,5 By : Archéen ¾ Cyanobactérie : micro algues fixant l’azote (une espèce à l’origine de l’expansion de la vie via la production d’oxygène par photosynthèse) 2,5 By – 530 My : Protérozoïque (eucaryotes : 1,9 By, fossiles à coquilles) 530 My – actuel : Phanérozoïque (explosion de la vie) Ère primaire : 1ers restes de plantes et d’animaux terrestres Ère secondaire : émergence des mammifères Ères tertiaire et quaternaire : premiers Hominidés (date ?) 2 Plan du cours • Qu’est-ce qu’une catastrophe naturelle ? Échelle des temps : géologique, historique, moderne • Cause et origine d’une catastrophe naturelle ? Comment la détecter ? Comment la localiser ? • Les quatre grands types de catastrophes naturelles : – Atmosphériques : ouragans, sécheresse, pluies, etc. – Exogéniques : inondations, glissements de terrain, érosion – Endogéniques : éruptions volcaniques, séismes – Extra-terrestres : impacts de météorites • Le face à face Terre – Homme : l’anthropisation de la planète, les risques « naturels » induits, le développement durable 3 Catastrophes naturelles : mythes, « fausses », vraies, « induites » • Déluge (9000 BP ? 8300 BP ?) : hypothèse déversement des eaux méditerranéennes dans la mer Noire à cause de la fonte des calottes glaciaires ? Catastrophique ? Progressif ? • Explosion du volcan Santorin (-1650, Atlantide ?) / 12 cataclysmes en 400 000 ans - Fin de la civilisation Minoenne - Relié aux « dix plaies d’Égypte » ? « ouverture » de la mer des Roseaux causée par des vents liés à l’explosion ? • Éclipse de 1654 : panique générale en Europe, hystérie collective, irrationalité • Éruption du Vésuve en 79, destruction de Pompéi et de Herculanum • Tsunami : Séismes de Lisbonne (1755), du Chili (1960), de Sumatra (2004) • Ouragan « Katrina » (29/08/2005) Question des événements naturels déclenchés ou accélérés par l’action anthropique de l’Homme… • Changement global • Séismes induits… (barrages, géothermie, …) 4 Catastrophe naturelle ? • Qu’est-ce qu’une catastrophe naturelle ? − Événement indépendant de l’action humaine, qui imprime sa trace dans l’espace-temps terrestre : la catastrophe « brise » le temps humain − Événement qui perturbe l’ordre social et culturel établi, fédérateur, extraordinaire, répétitif Î conséquences sociales et environnementales − Approche géo-environnementale ou historique : Nature et Culture… • Reconnaissance et localisation ? Sources d’informations ? − Histoire « géologique » : elle marque la morphologie du paysage, reconnue par l’observation et l’analyse scientifique, datation − Histoire « récente » : archéologie, mémoire, récit de la catastrophe (écrit, oral) • Perception (et histoire de la perception) de la catastrophe − Inscrite dans la mémoire collective si elle impacte la vie humaine − La notion, la culture et la perception du risque résultent de l’occurrence d’une catastrophe dans un contexte sociétal donné (aléa, vulnérabilité) − Risque encouru, catastrophe subie • Enjeu des catastrophes : politique, idéologique, économique, administratif 5 Des catastrophes marquantes… aux conséquences sociales et climatiques • Incendie de Londres : 2 septembre 1666 - peu de victimes - conséquences: maisons rebâties en briques et tuiles • Tremblement de terre de « Lisbonne » : 1er novembre 1755 (M 8.5), suivi d’un tsunami et d’un incendie - Env. 50 000 morts - Conséquences : organisation d’une cité nouvelle et débat philosophique sur science, progrès et religion (Voltaire - une physique bien cruelle – s’oppose à J.-J. Rousseau - la nature est innocente, le « mal » du séisme incombe aux hommes) • Explosion volcanique du Krakatoa : 27 août 1883 (entendue jusqu’à 5000 km) - Env. 40 000 morts à cause du tsunami - poussières satellisées à plus de 70 km dans l’atmosphère, t°C moyenne diminue en 1884 6 Des catastrophes naturelles depuis 1900… • • • • • • • • • • • Éruption de la montage Pelée : 8 mai 1902 (28 000 morts) Messine Météorite (ou explosion ?) en Sibérie : 30 juin 1908 Séisme de Messine : 28 décembre 1908 (env. 105 morts ?, perception animale évoquée… comme pour d’autres « catastrophes », mutation ADN ?) Inondations Pays-Bas : 1er février 1953 (cela peut arriver…) Séisme au Chili et tsunami : 22 mai 1960 (M 9.5, vagues de env. 20m) Avalanche de Val d’Isère : 10 février 1970 (Î 1ère carte des risques naturels dans les Alpes…) Séisme de Tangshan (Chine) : 28 juillet 1976, env. 105 victimes, prévision manquée après celle « réussie » de 1975 Explosion du volcan Mont Saint Helens : 18 mai 1980 (avalanche de débris) Inondations au Bangladesh : 29 septembre 1988 (30x106 de sans- abris, phénomène reproductible…) Séisme à Sumatra et tsunami : 26 décembre 2004 (questions de prévention, de prédiction, d’information…) Ouragan Katrina : 29 août 2005 7 Un regard sur… – L’extinction des espèces – Biodiversité – Une catastrophe extra-terrestre: impact de météorite – Les catastrophes atmosphériques : ouragans, sécheresse, tempêtes, phénomènes « extrêmes » – Les catastrophes endogéniques : volcans, tremblements de terre – Les catastrophes exogéniques : tsunamis, inondations, effondrements gravitaires – Le réchauffement climatique, l’environnement, l’impact anthropique 20ème siècle : ¾ Catastrophes d’origine hydro climatique : 79% ¾ Catastrophes géologiques : 21% Nîmes, 3 octobre 1988 8 Extinctions de masse Rôle des impacts d’astéroïdes et du volcanisme ? • • • • 440 My (fin de l’Ordovicien, vie océanique, hypothèse glaciation / déglaciation ?) 360 My (fin du Dévonien, non expliquée, baisse biomasse et anomalie d’Iridium observées) 250 My (fin du Permien, 95% !, augmentation CO2 : volcanisme - Traps Sibérie et Pangée ?) 205 My (fin du Trias, volcanisme, impact ?) Cratère de Manicouagan au Québec (90 km) 65 My (fin du Crétacé, 75%, impact météoritique : Chicxulub, volcanisme point chaud / Traps du Deccan Inde) Cratère de Manicouagan ¾ Causes physiques (changements climatiques, niveau des mers, organisation des masses continentales) ¾ Causes biologiques (rupture d’un système écologique à l’équilibre fragile) 9 Catastrophe extra-terrestre : les impacts de météorites 10 Trois « impacts » célèbres • Manicouagan, Québec, 214 My, relié à l’extinction de la fin du Trias 205 My BP (T/J) ? • Chicxulub, Yucatan, 65 My (C/T) Observation anomalie géochimique : concentration élevée d’Iridium à la limite Crétacé / Tertiaire Î origine extra-terrestre Î relié à l’extinction en masse Cratère de Manson (Iowa), 65 My, 35 km diamètre Î plusieurs impacts simultanés C/T • Toungouska, Sibérie centrale, 30/06/1908, estimé à « 1000 » bombes d’Hiroshima (M 5, entendu 1000 km) Chicxulub : escarpement 3000m, diamètre 10 km, cratère 260 km 11 Catastrophe atmosphérique dépression, tempête, cyclone d’origine tropicale, ouragan Localisation des ouragans Conditions de formation des ouragans : • température de l'océan doit être supérieure à 26 °C • présence d'une dépression tropicale • présence de cumulus ou cumulonimbus • absence ou peu de variation de la vitesse du vent avec l'altitude • quantité suffisante d’humidité dans la troposphère Équateur Échelle de Saffir-Simpson : ouragans de catégorie 1 à 5 [ fonction (vents, pression) ] Exemple catégorie 5 : > 249 km/h, < 920 millibars Î Marées > 5,5 m / normale La dissipation de l’ouragan commence dès qu’il est coupé de sa source d’humidité et de chaleur (les eaux de la mer). 12 Fréquence des ouragans Running 5-year mean of SST during the respective hurricane seasons for the principal ocean basins in which hurricanes occur Î (35 y) Sea-surface temperature of : • North Atlantic Ocean (NATL) • Western Pacific Ocean (WPAC) • East Pacific Ocean (EPAC) • Southwest Pacific Ocean (SPAC) • North Indian Ocean (NIO) • South Indian Ocean (SIO) Regular increase... Caused by ? 13 Tempêtes des 26 et 27 décembre 1999 Ouragan « Lothaire » : conjugaison d’un vent de haute altitude (jet-stream) tourbillonnant et s’étendant jusqu’en Allemagne et d’une dépression de basse altitude localisée au milieu de l’atlantique. 14 Déserts et sécheresse A : Répartition mondiale des zones désertiques à sèches Un cinquième des terres émergées est désertique. Les déserts sont des régions où les précipitations sont < à 25 mm/an (classification Köppen). Causes : absences de pluies, déboisement, pratique du brûlis, surpâturage Î exposition des sols au vent et à la lumière solaire directe Î érosion. B : Répartition mondiale des régions menacées de désertification à la fin du 20ème siècle. 15 Catastrophes endogéniques • Tectonique des plaques • Convection dans la Terre • Des modèles de Terre • Volcans • Séismes 16 Carte du fonds des océans. Expansion des fonds océaniques : carte des âges des fonds des océans déduites des anomalies magnétiques causées par inversion des 17 polarités. La tectonique des plaques La Pangée : il y a env. 200 My… • • La tectonique des plaques est la théorie expliquant les mouvements des couches « superficielles » de la Terre. Le « moteur » de la tectonique des plaques est la radioactivité naturelle des roches dans le manteau. Les mouvements de convection dans le manteau sont le moteur du déplacement des plaques. 18 Répartition des Différentes plaques Zones de subduction Frontières en divergence Direction de déplacement Modèle de Terre - Croûte - Manteau - Noyau liquide - Graine solide 19 Distribution géographique des volcans • 720 volcans en activité ; de 50-70 éruptions / an 20 Volcanisme Type de volcanisme Mécanismes éruptifs Associé à une cause locale de fusion du manteau. Risque = f (teneur en silice) • env. 50% : type effusif à risque limité • zones de subduction : fluides emprisonnés par les sédiments et entraînés en profondeur par la plaque plongeante • env. 70% : type explosif (ou pyroclastique) à risque important • zones de distension : baisse de pression due à l’écartement des plaques • env. 60% : type explosif à risque variable fonction de la teneur en eau, en gaz, de la viscosité et de l’hétérogénéité du magma, etc. • volcanisme intra plaque (point chaud) : existence d’une température anormalement élevée (cause inconnue) Si magma très visqueux Î explosion brutale, nuées ardentes (gaz 800), risque majeur régional - Vésuve : 79, 1631 - Montagne Pelée : 8 mai 1902 (28 000 morts) Une éruption volcanique a un effet local (coulées de laves, chutes pyroclastiques, avalanches de débris, …), régional (chute de cendres) et global (tsunami, 21 modification climatique). Quelques éruptions majeures • • • • Toba (env. 73500 BP) : - 3 à – 5 °C Santorin ( env. 3500 BP) Explosion pyroclastique majeure, effondrement caldera, tsunami, perturbations climatiques Tanbora (Indonésie), 1815, env. 92 000 morts, 3 jours de « nuit » Krakatoa (Indonésie), 27/8/1883, env. 40 000 morts Tanbora – Tsunami – Nuage == > t°C -1°C 1884 • Vésuve (Italie) 24-25/08/79, 20 000 morts ?, 2m de cendres à 20km (observatoire) (Pline’s) • Effets induits: climat et t°C (rayonnement solaire), pluies acides), revitalisation sols, géothermie, matériaux Vésuve (1631, naissance volcanologie) 22 Eifel Massif central - Coupe W-E localisée sous le Massif de l’Eifel (Ritter et al., 2001) montrant les perturbations de vitesses sismiques en pourcents : des vitesses lentes sont imagées jusqu’à plus de 400 km de profondeur avec une forme de panache ; - Image 3D montrant la structure anormalement lente interprétée comme la trace d’un panache sous le Massif Central avec les contraintes de la géochimie et de la 23 pétrologie (Granet et al., 1995a,b). Tremblement de Terre … 24 Des séismes dans l’histoire Séisme (tremblement de Terre) = rupture sismique d’une faille et vibrations du sol causées par son glissement. • Jéricho • Lisbonne • San Francisco (8,5) • Messine • Chili (9.5) • Tangshan (7.8) • Sumatra (9.3) • Pakistan (7.5) 3250 BP 1755 1906 1908 1960 1976 2004 2005 • Lambesc (IX) 1909 Prévention : Oui Prédiction : Non Bâle (Suisse) octobre 1356 – Intensité: IX Naples (Italie) 28 juillet 1805 25 Sismicité mondiale 1928 - 2003 TABLE DE RECURRENCE DES SEISMES DEPUIS 1900 Classification Grand Majeur Fort Modéré Faible Mineur Très mineur Magnitude 8 et plus 7 à 7.9 6 à 6.9 5 à 5.9 4 à 4.9 3 à 3.9 en dessous de 3 Moyenne annuelle 1 18 120 800 6200 estimés 49000 estimés de 2 à 3 : 1000/jour de 1 à 2 : 8000/jour 26 Les failles, sources des séismes • Les failles sont des discontinuités de la lithosphère • Une faille est une zone de rupture dans la roche, le long de laquelle les deux bords se déplacent l’un par rapport à l’autre. San Andreas Nord Anatolinenne 27 Loi de Gutenberg-Richter (1954) log(N) = a – bM / magnitude +1 Î N : 10 Loi indépendante de la région : b ~ 1 Une longue faille peut se diviser en plusieurs segments, eux-mêmes « segmentés », et ainsi de suite jusqu’à la fracture, fissure ou micro-fissure à l’échelle de l’échantillon. Aspect et forme sont similaires à toutes les 28 Échelles Î autosimilarité. Magnitude, Intensité, Moment Sismique, Énergie • Magnitude (mesure quantitative) (notée M) Valeur indépendante du lieu d'observation. Échelle ouverte. • Intensité (évaluation subjective quantifiée) (notée I) Définie en un lieu par rapport aux effets produits par le séisme. Degrés variant de I = I (non perceptible) à I = XII (changement des paysages). • Moment sismique (noté M0) Caractérisation de l’énergie sismique à partir de la géométrie de la faille. M0 = µ a S (µ = module de rigidité, a = glissement, S = surface de la faille) [N.m] Loi d’échelle (Aki, 1967) : M0 = α x L3 (L est la longueur caractéristique) • Energie : log E = 1.5 MW + 4.8 (E en Joules) MW= 8 Î E = 6.3 1016 Joules (Alsace : consommation annuelle = 5 1016 Joules) 29 Energie (ergs) – Echelle Log. Impact d’une météorite Energie solaire reçue sur terre quotidiennement Consommation annuelle d’électricité aux USA Séisme du Chili 1960 (M=9.5) Ouragan Séisme d’Alaska 1964 (M=9.2) Mont St Helens Explosion nucléaire Bombe atomique d’Hiroshima ampoule 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12 Magnitude de Moment équivalente (M) 30 Une catastrophe exogénique: Tsunami 31 Le séisme de Sumatra (26/12/2004 – M 9,3) 32 Modélisation du tsunami 33 Création et propagation d’un tsunami V= gxh g = 9,81 m / s2 h = 4000 m Î V = 200 m / s λ = 100 km T=1h Propagation à flux d’énergie constant Système d’alerte opérationnel (Pacifique) 34 Face à face Terre - Homme Des faits… • Démographie : de 250 106 en l’an 0 à 6 109 en 2000 (10 109 en 2050), urbanisation et mégalopoles • Décalage entre pays fortement industrialisés et en voie de développement : crises de l’eau et de l’énergie Eau : enjeu de vie (ressources :1,4 109 km3, dont 2,5% d’eau douce : 35 106 km3) - Besoin moyen de 1000 m3 / habitant (6 000 km3) - Monde : Agriculture 75%, Industrie 20%, Domestique 5% - Disponibilité fonction (climat, géologie, morphologie) Énergie : un enjeu de développement - Renouvelables, fossiles, nucléaire (France : 78%, Europe : 33%) - Disponibilités fossiles : Charbon (200 a), Gaz (60), Pétrole (40 ??) - 12% de la population consomme 50% des ressources • L’Homme modifie profondément le fonctionnement des géo- et éco-systèmes : - Agriculture, industries chimiques, nucléaires (déchets!) - Exploitation des ressources minérales, solides et liquides de la planète L’Homme perturbe durablement l’environnement global. Il aura épuisé les ressources naturelles entre 1500 et 2500. 35 Développement durable? • Environnement et catastrophes naturelles – Il n’y a pas que le réchauffement climatique… – Interactions de plus en plus nombreuses et fortes entre aléas naturels et société technologique – C’est un problème de société avec différents acteurs : scientifique, enseignant, politique, citoyen et chacun a un rôle à assumer Scientifique : il doit comprendre, expliquer, alerter L’environnement doit mobiliser toutes les compétences scientifiques • Actions – Éduquer le citoyen, prévenir la catastrophe, gérer l’environnement – Conserver, évaluer, valoriser le patrimoine environnemental aux bonnes échelles spatiale et temporelle • Vulnérabilité de nos sociétés : sans Homme, pas de risque 36