Programme de seconde La lutte contre les cataclysmes








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date de publication21.10.2016
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L’homme face aux séismes et aux volcans.
Programme de seconde

  • La lutte contre les cataclysmes. Les réussites prévisionnelles sont rares, mais on peut atténuer les effets de ces catastrophes grâce à la prévention : délimitation des zones à risques, plans d’évacuation, conseils d’urgence.

  • Face aux séismes, en particulier, on peut ériger des bâtiments aux normes parasismiques sur terrain rocheux. Tremblements de terre et Volcans sont parmi les phénomènes les plus exaltants de la géographie mondiale.

  • La chaleur de la Terre est le résultat des bombardements de météorites aux époques lointaines de la formation de la Terre.

I. Les tremblements de terre


Ces phénomènes naturels, d'une extrême violence, peuvent secouer la planète avec dix mille fois plus de force que la bombe atomique d'Hiroshima.

Quoi de plus terrifiant qu'un tremblement de terre? Habitués à avoir sous nos pieds un sol ferme et stable, nous sommes pris de panique lorsqu'il se met à trembler et à craquer, ou encore à glisser et à couler comme un corps liquide. Les tremblements de terre donnent parfois l'impression que le sol se transforme en un pont de bateau ballotté par la mer. Selon la violence du séisme, la terre ondule légèrement ou se disloque par fortes saccades dans tous les sens. Parfois, de véritables ondes de tremblement parcourent le sol. Les témoins du célèbre tremblement de terre de San Francisco de 1906 ont raconté que le sol s'était soulevé en formant des vagues de près de un mètre de haut!

A. Les phénomènes sismiques


La plupart des séismes ne durent que quelques secondes, mais certains peuvent atteindre plus d'une minute. La première secousse est souvent suivie de plusieurs autres, d'intensité décroissante. Les conséquences d'un tremblement de terre dépendent bien entendu de sa force, mais principalement de la nature des roches proches de son épicentre (point de la surface terrestre où le séisme a été le plus intense). La terre peut littéralement se soulever, s'effondrer ou encore se liquéfier. Parfois, des zones entières s'affaissent, comme si une cavité souterraine s'était écroulée.

Dans les régions montagneuses, des avalanches et des glissements de terrain peuvent se produire; les sols argileux en pente douce se transforment en rivières de boue. Sur les océans, de gigantesques vagues se forment, appelées "tsunamis"; à peine sensibles en haute mer, elles prennent de l'ampleur et de la vitesse (600 km/h et plus) à l'approche des côtes. Quand un tsunami est pris dans l'entonnoir d'un bras de mer, les vagues peuvent atteindre 20 mètres de haut. Le tsunami qui a touché les côtes du Bengale, en 1876, a fait plus de 200000 morts.

Dans les villes, les grands tremblements de terre sont particulièrement impressionnants : les maisons s'écroulent, les ponts vacillent, les barrages craquent, les routes se fissurent, les voies de chemin de fer se déforment. En 1976, un violent séisme a dévasté Tangshan, une ville très peuplée du nord-est de la Chine : la cité fut entièrement détruite, et plus de 242000 personnes périrent.

Lorsque les immeubles s'effondrent, les fuites de gaz et les courts-circuits favorisent les incendies. Le feu se propage rapidement, car les arrivées d'eau sont coupées et les possibilités d'intervention immédiate assez restreintes.

B. La terre bouge


Bien que les séismes catastrophiques soient espacés de quelques années, la Terre est en fait toujours en mouvement. Les sismologues (scientifiques étudiant les tremblements de terre) enregistrent chaque année près de 500000 séismes, soit un par minute. La plupart des secousses passent inaperçues de tous, mais elles sont enregistrées par des capteurs ultra-sensibles : les sismographes.

On mesure l'énergie produite par un séisme (la magnitude) sur une échelle appelée "échelle de Richter", du nom du chercheur américain qui l'a définie en 1935. L'échelle de Richter, graduée de 1 à 9, est basée sur la puissance des ondes de choc qui peuvent être perçues à 100 kilomètres de l'épicentre du séisme. Les ondes P (ou premières) sont les plus rapides; on les appelle aussi ondes de compression parce qu'elles compriment la matière d'avant en arrière à partir de l'épicentre du séisme.Les ondes S (ou secondes) sont un peu moins rapides; elles se déplacent en faisant osciller le sol de haut en bas comme des rides à la surface d'un lac. Les ondes de Love et de Raleigh sont aussi appelées ondes longues ou L; elles sont provoquées par la rencontre des ondes P et S à la surface du globe terrestre et sont très destructrices; elles ne se déplacent qu'en surface, beaucoup plus lentement que les ondes P et S.Lors d'un séisme, on enregistre dans l'ordre les ondes P, S puis L sur un sismographe. Les tremblements de magnitude 3 à 3,4 sur l'échelle de Richter sont nombreux et sans conséquences.Quatre fois par jour en moyenne survient un séisme de magnitude 4,9 à 5,4 : il peut être nettement ressenti dans le voisinage. Tous les trois mois, un tremblement atteint la magnitude 7,4 et cause des dommages importants. Les grands tremblements de terre - de magnitude 8 et plus sur l'échelle de Richter - ont lieu tous les cinq à dix ans environ.

Les échelles de Mercalli évaluent l'intensité d'un séisme en fonction des observations effectuées durant celui-ci.

C. Pourquoi des séismes?


Avant même de pouvoir expliquer le phénomène, les scientifiques avaient relevé les lieux de prédilection des séismes. Et, bien entendu, les questions "où" et "pourquoi" se sont révélées étroitement liées. Les séismes peuvent survenir partout où les roches se déplacent le long de failles, mais la majorité d'entre eux ont lieu dans des zones bien définies. On sait depuis longtemps que les tremblements de terre se déclenchent souvent dans ce que l'on appelle la "ceinture de feu" - une bande bordant l'océan Pacifique où l'activité volcanique est également élevée. Le développement des méthodes de détection et de localisation des séismes a permis de mettre au point une cartographie précise de ces phénomènes.

La sismologie a vraiment débuté dans les années 1960, bénéficiant alors de recherches menées sur les expériences nucléaires. Il s'agissait de savoir si l'on pouvait détecter des essais nucléaires souterrains de faible importance; pour cela, les scientifiques installèrent des stations sismiques et commencèrent à enregistrer la moindre vibration détectable par leurs appareils. Les cartes de l'activité sismique ainsi obtenues ont montré que les tremblements de terre ont lieu notamment le long des dorsales et des fosses océaniques, et des failles qui délimitent les montagnes et les volcans.

D. Prévoir les séismes?


Ces données venaient confirmer la théorie selon laquelle les 75 kilomètres d'épaisseur de la croûte terrestre et du manteau supérieur de la Terre sont divisés en une douzaine de plaques tectoniques, qui "flottent" sur une couche en partie fluide, appelée "asthénosphère". Le brossage de la chaude asthénosphère engendre des courants de convection qui font bouger les plaques. Selon leurs mouvements les unes par rapport aux autres, les plaques peuvent s'écarter, se heurter, ou encore frotter les unes contre les autres.

Malgré le processus lent et graduel, le mouvement des plaques reste aléatoire. La friction des roches les unes contre les autres bloque le mouvement des plaques. Mais quand la force de déplacement dépasse la résistance des roches, une brusque rupture apparaît - un séisme - et les plaques se mettent en mouvement.

Il est encore impossible de prévoir avec certitude les tremblements de terre. Cependant, le repérage et la connaissance minutieuse de l'activité sismique ont permis d'identifier des "zones à risque" et de déterminer la fréquence des séismes de grande magnitude.

Certains grands tremblements de terre s'annoncent par des séries distinctes de secousses mineures; les scientifiques russes ont montré que des aberrations dans la vitesse des ondes P des secousses mineures survenaient régulièrement avant chaque séisme majeur. De légères modifications dans l'aspect du relief et des variations du champ magnétique terrestre peuvent constituer également des signes précurseurs.

Si les tremblements de terre sont le plus souvent imprévisibles, il est quand même possible de limiter leur effet destructeur. Certains scientifiques pensent que l'on peut réduire les contraintes ou tensions qui conduisent aux grands séismes en utilisant des explosifs pour "forcer" de petits séismes. Par endroits, il serait possible de "lubrifier" les failles pour que les immenses blocs de pierre glissent en douceur les uns contre les autres. On éviterait ainsi l'accumulation d'énergie qui, libérée par à-coups, peut provoquer des désastres. En 1967, dans le cadre d'une expérience militaire, des déchets liquides furent déversés dans une fissure granitique au fond d'un puits de 3600 mètres de profondeur à Denver. Cette zone, pourtant réputée stable, connut 610 séismes de faible intensité pendant les six années d'utilisation du site. On en conclut que le liquide aidait les roches de la faille à se déplacer.

E. Limiter les dommages


Le moyen le plus efficace de limiter les conséquences des catastrophes sismiques est d'empêcher l'installation de populations dans des zones à risque. Dans les régions où cette solution est inapplicable, il faut veiller à ce que les immeubles et les différentes constructions respectent certaines normes de protection. Dans les pays occidentaux susceptibles d'être touchés par des séismes, les architectes doivent respecter des règles dites "parasismiques". Les constructions sont conçues pour résister à de fortes oscillations du sol. Deux directions ont été suivies : construire plus solide et construire plus "souple".

En France, où les risques de tremblements de terre majeurs sont très faibles, c'est la première voie qui est suivie et les architectes renforcent les structures (planchers, murs, plafonds...) des constructions. La seconde voie, construire plus "souple", est mise en œuvre aux États-Unis et au Japon. Il s'agit d'amortir les mouvements liés aux séismes. Deux types de solutions ont été adoptés : la méthode la plus utilisée aux États-Unis consiste à construire une armature métallique complète dans laquelle murs, plafonds, planchers ne sont que des "remplissages"; les Japonais ont développé une technique plus originale : ils édifient des gratte-ciel classiques sur des amortisseurs qui peuvent être des semelles en caoutchouc ou d'énormes ressorts à boudins.

Les plus forts séismes

Année 856 - Corinthe, Grèce : 45000 morts

Année 1201 - Côte méditerranéenne : 100000 morts

Année 1290 - Jehol, Chine : 100000 morts

Année 1556 - Shensi, Chine : 830000 morts

Année 1703 - Edo (Tokyo), Japon : 5200 morts

Année 1755 - Lisbonne, Portugal : 60000 morts

Année 1876 - Côtes du Bengale : 200000 morts

Année 1923 - Tokyo, Japon : 140000 morts

Année 1932 - Gansu, Chine : 70000 morts

Année 1950 - Assam, Inde : 1500 morts

Année 1970 - Ancash, Pérou : 67000 morts

Année 1976 - Tangshan, Chine : 242000 morts

Année 1985 - Mexico, Mexique : 30000 morts

Année 1988 - Spitak, Arménie : 25000 morts

Année 1995 - Kobe, Japon : 5100 morts

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  • Grâce aux signes précurseurs d’une éruption, on peut se préparer à détourner les torrents de laves grâce à des explosifs (méthode italienne).

  • Volcans et économie. Malgré les catastrophes, l’homme repart inlassablement à la conquête des terres recouvertes par l’éruption volcanique. A cause des bienfaits qui en découlent (terrains fertiles)

  • La géothermie fournit de l’énergie en Italie et en islande.

  • Le thermalisme se met au service de la santé (Massif central).

  • Le tourisme est animé par le spectacle d’éruptions (en Italie l’Etna, le Vésuve et le Stromboli).

  • L’agriculture est favorisée sous le tropiques par une terre d’une extrême fertilité (terres violettes à Café du Brésil, terrasses rizicoles des volcans à Java)



II. Les volcans


Comme les tremblements de terre, les éruptions volcaniques montrent que l'écorce terrestre n'est pas stable et qu'une "activité" intense règne dans les profondeurs de notre planète.

Un volcan se forme à la suite d'une fracture dans l'écorce terrestre, par laquelle s'échappent de la roche fondue et des gaz, une émulsion appelée "magma".Les éruptions répétées créent des reliefs en forme de bouclier, de cône ou de dôme autour des cheminées d'accès.

Un volcan est en activité si ses éruptions sont régulières, comme le Piton de la Fournaise sur l'île de la Réunion, il est en sommeil s'il n'y a pas eu d'éruptions depuis longtemps, comme dans la chaîne des Puys en Auvergne, et il est "éteint", comme le Fuji-Yama, si l'histoire ne relate aucune trace d'éruption.

La plupart des volcans actifs se situent en bordure des plaques de l'écorce terrestre. La zone de plus grande concentration, comme le montre la carte reproduite sur la page suivante, est la "ceinture de feu" autour de l'océan Pacifique, avec une densité maximale en Indonésie. On recense environ 500 volcans actifs à l'heure actuelle, dont les trois quarts se trouvent dans la région du Pacifique.

I. La formation des volcans


La Terre est formée de plusieurs couches concentriques, un peu comme un oignon. La couche extérieure, la lithosphère, mesure entre 70 et 150 kilomètres d'épaisseur. Elle comprend la croûte continentale, la croûte océanique, plus mince, et le manteau supérieur. Sous la lithosphère se trouve l'asthénosphère, dont l'épaisseur avoisine les 100 kilomètres et qui est constituée de roches à demi fondues.

La lithosphère est découpée en grandes plaques de plusieurs millions ou dizaines de millions de kilomètres carrés. Ces plaques se déplacent les unes par rapport aux autres sur l'asthénosphère plus fluide, entraînant la dérive des continents. Les soubresauts qui affectent la planète ont principalement lieu en bordure et sur les zones de contact des plaques.

Le long des limites des plaques dites divergentes, la croûte se fracture et laisse passer le magma qui débouche à la surface. De la matière basaltique se soude aux jointures des plaques, entraînant l'expansion des fonds océaniques. Ce mécanisme, qui a abouti à la formation des dorsales, représente le système volcanique le plus important de la Terre : les monticules éruptifs se succèdent sur plus de 60 000 kilomètres à travers les plaines abyssales.

Inversement, le long des frontières convergentes, les plaques sont en état de compression et donnent naissance à des plissements montagneux quand elles s'écrasent l'une contre l'autre, ou à des chaînes de volcans lorsque l'une des plaques glisse sous l'autre (phénomène de subduction). Ce volcanisme de subduction est dû au fait que la plaque descendante entraîne de l'eau sous le manteau. L'injection d'eau à grande profondeur (100 kilomètres) favorise la formation du magma, car elle abaisse la température de fusion des roches du manteau. Le magma qui s'élève alors est particulièrement riche en gaz et produit des éruptions explosives.

On trouve ces volcans de subduction le long des marges continentales (cordillère des Andes, Kamtchatka) ou en pleine mer (arcs insulaires du Japon, des îles de la Sonde).C'est un volcan de ce type, le Santorin, situé en Méditerranée au large de la Crète, qui détruisit la civilisation minoenne lors d'une éruption cataclysmale vers 1500 ans av.J.-C.

II Les points chauds


Avec le volcanisme des dorsales océaniques et le volcanisme de subduction, les points chauds constituent le troisième environnement générateur de volcans.

Il existe des points de rupture isolés dans la croûte terrestre où des volcans peuvent se former à la suite d'anomalies thermiques du manteau. Ces points chauds (une trentaine dans le monde) sont quasiment fixes et les plaques se déplacent au-dessus d'eux : on peut suivre le déplacement d'une plaque en étudiant le mouvement géographique des volcans issus d'un même point chaud.

L'exemple le plus impressionnant de ces chaînes de volcans est l'archipel des îles Hawaii situé au milieu de l'océan Pacifique. Ces chaînes sont en fait les sommets de volcans qui ont jailli des profondeurs de l'océan. Deux d'entre eux sont toujours en activité : le Mauna Loa et le Kilauea qui est situé juste à l'aplomb du point chaud.

Au fur et à mesure que l'on s'éloigne du centre d'activité vers le nord-ouest, les îles volcaniques sont de plus en plus anciennes : formées au-dessus du point chaud dans des temps reculés, elles ont en effet été portées vers le nord-ouest par le mouvement de la plaque Pacifique, se coupant de leur source magmatique et entrant dans un sommeil éternel.

D'autres chaînes se trouvent sur d'anciennes zones de subduction où le mouvement et l'activité volcaniques ont cessé, et où deux ou plusieurs plaques se sont soudées.

III. Les réservoirs de magma


Dans son ascension vers la surface, le magma peut observer des pauses à des niveaux d'équilibre où il peut séjourner pendant des années, voire des siècles. On parle alors de chambres magmatiques dont certaines se trouvent à plusieurs kilomètres de profondeur.

Ces chambres magmatiques abritent alors des processus de mélange et de dépôts de cristaux qui peuvent faire varier substantiellement la composition du bain magmatique : c'est pour cette raison que l'on recense sur Terre une si grande diversité de roches dans la composition géologique des laves.

Lorsque le magma décanté se remet en route vers la surface, c'est souvent sous l'action de gaz qui le rendent moins dense et augmentent sa pression. En s'approchant de la surface, les gaz rentrent en expansion sous l'effet de la pression décroissante, à la manière des bulles de champagne lorsque l'on débouche une bouteille. De telles éruptions gazeuses sont souvent violentes, faisant jaillir des fontaines de lave ou des colonnes de cendres.

On classe d'ailleurs les volcans selon les caractéristiques de leurs éruptions : les critères principaux sont la viscosité des laves et l'importance des phénomènes explosifs. On parle de volcan-bouclier si le magma fluide, à une température comprise entre 800°C et 1200°C, monte régulièrement par la cheminée et se libère de ses gaz. La lave coule alors sur les flancs du cône, se refroidit et forme une croûte au contact de l'air. Le Mauna Loa, dans les îles Hawaii, est caractéristique de ces éruptions tranquilles des volcans-boucliers. Sa base atteint aujourd'hui 100 kilomètres de diamètre, et sa hauteur est de 10000 mètres au-dessus du fond de l'océan Pacifique.

Quand le magma est plus épais et plus visqueux, les gaz ne peuvent pas s'échapper aussi facilement. L'éruption est accompagnée d'explosions, projetant des blocs de lave que l'on appelle des roches pyroclastiques. Il y a plusieurs types de volcans dans cette catégorie.

Lors des explosions importantes, d'immenses nuages de fine poussière et de cendres volcaniques sont projetés dans l'atmosphère. Les éléments les plus imposants sont appelés des bombes; ils peuvent peser plusieurs tonnes. Alors que les scories retombent autour de la cheminée, la poussière volcanique beaucoup plus fine s'envole dans l'atmosphère, où elle peut rester en suspension pendant plusieurs années.

Quelque temps après l'éruption, la lave se met à sortir plus lentement, elle durcit dans le conduit et finit par former un bouchon. La pression recommence alors à s'accumuler sous ce bouchon jusqu'à ce qu'une nouvelle explosion le fasse sauter.

IV La naissance d'un volcan


Un volcan très récent, le Paricutín, est entré en éruption dans un champ de maïs au Mexique (à l'ouest de Mexico), au mois de février 1943. En un an, il avait formé un magnifique cône de 335 mètres de haut!

Le Paricutín n'est pas un cas isolé : d'autres volcans sont apparus au cours du XX e siècle, notamment au Japon et en Islande.

Conclusion

  • Séismes et volcans sont les preuves de la chaleur de la Terre résultant des impacts d’astéroïdes au début de sa vie.

  • Devant ces manifestations spectaculaires l’action humaine remise à sa vraie place apparaît modeste. Par contre la connaissance des phénomènes s’enrichit chaque jour. (Congrès de San Francisco en 1998, Congrès de Naples en 1999).

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