CHAPITRE VU

SEISMES SOUS-MARINS ET TSUNAMIS

SoMMAiHE : Instabilité séismique des raides talus sous-marins. » Dirfîculté de l'étade

. des séismes sous-marins. -* Travaux et lois de Rudolph. — Intensité, caractère et nature des séismes sous-marins. — Relations et observations directes. — Peu de danger des séismes sous-marins loin des côtes. — Échelle des intensités de Rudolph. — Étendue de l'aire ébranlée ; durée. — Phénomènes accessoires concomitants. — Effets sur les eaux de la mer.

Phénomènes volcaniques sous-marins. — Raz de marée séismiques, tide-rips oa tsimamis. — Effets sur les côtes. — Vitesse de propagation. — Influence de la profondeur des océans et sa détermination au moyen des vagues séismiques. — Marégrammes. — Étude des plus remarquables vagues séismiques observées. — ■ Réfutation de la théorie volcanique de Rudolph et de celles d'autres auteurs. — Inductions de Forster et de Milne tirées de la rupture des câbles sous-marlns.

Expériences d'explosions sous-marines. — Propagation des ébranlements artificiels et séismiques dans la masse liquide. » Les vagues séismiques dans l'histoire.

La terre ferme, îles ou continents, n'a pas le monopole des ébranlements séismiques à Texclusion des surfaces immergées des mers et des océans, dont le fond est aussi le siège de tremblements sousmarins, perceptibles en haute mer quand les navires passent à proximité de leurs points d'origine, lien est de même pour les côtes; mais il n'est pas toujours facile, dans ce cas, de savoir si ces séismes émanent de la surface immergée ou émergée. C'est qu'en effet, la présence de Teau n'arrête pas au fond des espaces océaniques le jeu des efforts tectoniques capables de jouer un rôle séismogénique, sauf lorsqu'il s'agit de ces cuvettes dont l'origine remonte si loin dans le passé géologique que toute mobilité a disparu de leurs fonds, au profil devenu immuable et rigide comme les aires continentales anciennes et séismiquement stables, ce qui paraît être vraisemblablement le cas d'une grande partie du Pacifique, un des plus anciens traits de la Face de la Terre, suivant beaucoup d'émînents géologues.

Une des plus importantes découvertes de la séismologie moderne est précisément d'avoir montré que les reliefs sous-marins les plus accentués, au voisinage des côtes, donnent lieu à des tremblements de

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terre dont le foyer, au lieu de se trouver à terre, est, au contraire^ situé au pied ou le long du raide talus immergé. La démonstration matérielle en a été faite pour le littoral oriental du Japon, que borde la profonde fosse dite du Tuscarora, et si elle reste à faire pour beaucoup d'autres côtes, comme lïmmense littoral de TOuest de ^Amérique et bien d'autres encore, le fait n'en est pas moins très probable, ainsi qu'on a eu maintes fois l'occasion de le montrer dans la Géographie Séismologique .

Certaines côtes sont sujettes à des marées anormales assez fréquentes, par exemple celles de la Gornouailles anglaise ^ On peut su^érer qu'elles sont situées à proximité de régions océaniques dont le fond est plus ou moins souvent ébranlé par des mouvements séismiques, qui se traduiraient par ce phénomène particulier, rattaché intimement aux grandes vagues séismiques si redoutables en quelques pays. C'est de la même façon que les raz de marée du Sud de la m^r du Nord, à l'autre extrémité de la Manche, ont été mis en relations avec un centre séismique de secousses ressenties en Angleterre*.

L'étude des tremblements de terre sous-marins présente de bien plus grandes difficultés que celle des tremblements de terre ordinaires. D'abord, leur observation n'est que très accidentelle, car les mers sont de vrais déserts relativement à la terre ferme, et il faut qu'au • moment précis de leur production, le hasard ait amené un navire dans l'aire, généralement très restreinte, qu'ils ébranlent. Ensuite^ ils ne laissent aucune trace sur l'élément liquide et mobile, et les chances sont grandes de les confondre avec les mouvements imprimés aux navires par le jeu des vagues et des vents. Aussi, les catalogues de tremblements sous-marins sont-ils rares ou peu étendus, et les traités classiques de séismologie, sauf les plus récents, les passent à peu près sous silence, en se contentant de parler des désastreuses vagues qui ravagent certaines côtes à la suite des grands tremblements de terre des régions séismiques les plus instables situées au bord des océans.

Cependant, dès 1838, l'ingénieur hydrographe Daussy * s'était aperçu du nombre inusité de relations de séismes sous-marins et de phénomènes manifestement volcaniques dans l'Atlantique équatorial,. à l'Est du Rocher Saint-Paul. Il en conclut à l'existence d'un volcan

* Edmonds. An account of an extraordinary movement of the sea in Comwall, in Jnly 1843, with notices of similar movements in previous years, and also of earthquake» vhich hâve occurred in Comwall (Trans. roy, soc. of. Coimwallf 1846, VI, p. 111).

« Bull. Soc. belge de Géol., Paléont. et Hydrol., 1906, XX, procès-Yerb.,p. 105 . ' Sur Texistence probable d'un volcan sous-marin situé par environ 0«'20' de latitude sud et 22» de longitude ouest (C. R. Ac. Se, 1838, V, p. 512; 1842, XV, p. 446).

sous-marin dans ces parages, où de plus nombreuses observations postérieures ont permis de localiser en même temps une région sous-marine de haute séismicité, dont la description a été donnée à la Géographie séismologique. C'est, du reste, la seule région très instable connue en haute mer, du moins qui soit bien définie, et elle réalise la rare association on un même lieu des phénomènes séismiques et volcaniques.

Plus tard, Perrey * s'est occupé des tremblements de terre obser-

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Fig. 53. — Région séismique de TAtlantique équatoriali ou de Daussy.

vés dans TAtlantique subtropical, mais surtout en ce qui concerne les archipels des Açores, Canaries, îles du Cap- Vert et Madère, plutôt que de ceux d'origine vraiment sous-marine, c'est-à-dire de haute mer. A ces deux études, limitées à des parties de TAtlantique, se restreignaient les recherches sur les tremblements sous-marins quand, beaucoup plus tard, Rudolph^ a établi son catalogue, classique désormais, étendu à tous les océans, et posé les bases de leur théorie aussi loin que le permettent les connaissances séismologiques modernes. Aussi, son nom est-il étroitement lié à ces phénomènes, dont l'étude ne peut guère être qu'un résumé critique de son magistral ouvrage.

1 Documents sur les tremblements de terre et les éruptions volcaniques dans l'Océan Atlantique [Mém. Ac. Dijon, Partie des Se, 1847-48).

> Ueber submarine Erdbeben und Eruptionen {Beilr. zur Geophysîk.. 1887, ï, p. 133, 1895, II, p. 537; 1898, III, p. 273).

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Rudolph limite strictement les tremblements sous-marins aux ébranlements séismiques, dont l'origine est au fond des océans; mais c'est là un point de vue d'école, devant la difficulté qui se présente souvent de savoir si un séisme côtier est né sous mer ou non. De la même façon, les vagues séismiques n'accompagnent pas toujours de grands séismes d'origine indiscutablement terrestre. 11 vaut donc mieux, à l'exemple de Roth *, et contrairement à Rudolph qui restreint inutilement le problème, réunir tous ces phénomènes sans trop se préoccuper de savoir si l'origine est sous-marine ou non, puisque dans tous les cas l'ébranlement séismique se transmet au fond de la mer et à la masse liquide, dont l'existence n'est qu'une circonstance accessoire, différenciant vraiment bien peu ces phénomènes, suivant qu'ils sont observés à terre ou en mer.

Les séismes sous-marins présentent un très grand intérêt pour la géophysique du fond des mers, et, à ce titre, leur répartition à la surface des océans a une importance tout aussi grande que celle des tremblements de terre pour les surfaces continentales. Ce point de vue ressortit à la géographie séismologique, et ici on se contentera de rappeler les résultats généraux obtenus par Rudolph :

1) Les tremblements sous-marins se produisent à toutes les profondeurs océaniques^ sur les reliefs comme sur les dépressions.

2) Leur fréquence et leur intensité en une région particulière sont indépendantes du voisinage ou de réloignetnent des volcans actifs ou éteints y terrestres ou sous-marins.

Vj II y a des régions océaniques où ils sont plus ou moins habituels et d'autres où ils sont inconnus.

Ces lois sont ainsi parfaitement d'accord pour le domaine maritime avec celles qui régissent la répartition des régions stables et instables terrestres. En particulier, on ne manquera pas de noter une fois de plus l'affirmation de l'indépendance des phénomènes séismiques et volcaniques, si lente à s'imposer malgré l'évidence des faits, aussi bien à terre qu'en mer.

Les séismes sous-marins ne sont pas moins utiles à étudier pour la séismologie pure, car, se propageant au sein de l'eau, milieu sensiblement isotrope, ils n'y engendrent directement que des ondes de compression ou de dilatation, ou normales ; le problème du mouvement séismique, simplifié de la sorte, devient ainsi plus abordable par suite de la disparition des ondes transverses ou de distortion.

* Ueber die Erdbeben (Sammlung wissensch. VortrâgCy herausgg. von Wirchow u. HoKzendorff, Ser. XVII, Heft 390 Berlin).

Les relations des tremblements sous -marins présentent, à Tinversé de celle des séismes ordinaires, un très remarquable caractère d'uniformité, qui tient évidemment en grande partie à celle du milieu à la surface duquel on les perçoit et à la similitude des conditions dans lesquelles se trouve Tobservateur : à bord d'un navire. L'impression physiologique n'est plus modifiée ou influencée par la nature du sol, ni par les circonstances contingentes relatives à Tédifice qui abrite ou non le narrateur. C'est presque toujours une sorte de frémissement du navire, de grincement dans ses membrures, qui fait tout de suite penser à l'équipage que l'on a touché sur quelque récif ou haut fond. On se précipite sur le pont; sonder, et même pomper, est très généralement la première préoccupation de tous. La conviction que le navire a touché est si forte que, parfois, on est allé jusqu'à le faire ensuite passer en cale sèche : c'est ce qui est arrivé pour le navire Orient qui, le 17 novembre 1865, avait éprouvé un séisme sous-marin par 51" 44'S. et d70«> 49' E.,à 210 milles au S. W. de l'île Auckland; naturellement on ne trouva rien *. Mais le plus souvent, avant même de connaître le résultat négatif des sondages, le tremblement sous-marin se présente à l'esprit, immédiatement après ce phénomène si fugitif, car on voit le navire continuer sa course sans que sa vitesse soit le moins du monde altérée et Ton s'aperçoit que la mer ne déferle ni n'écume nulle part au voisinage, ce qu'elle fait toujours sur les écueils.

C'est de cette façon que l'on reconnaît les séismes sous-marins, et ces circonstances si constantes des observations, telles qu'on peut les lire dans les nombreuses relations extraites par Rudolph des journaux de bord anglais et allemands, deviennent pour ainsi dire leur définition pratique ; car c'est bien rarement qu'on observe un balancement ou un frémissement du navire de l'avant à l'arrière, ou vice versa des mouvements latéraux analogues, du moins avec assez de netteté pour que l'impression produite fasse immédiatement songer à un tremblement; il y faut ainsi une expérience préalablement acquise.

Comme pour les tremblements de terre, il faut maintenant examiner le phénomène sous ses principaux aspects : nature apparente et intensité ; durée et nombre des chocs; bruit concomitant, étendue et forme de l'aire ébranlée ; effets produits sur le navire et la surface liquide, etc. Le sujet a été rarement traité d'ensemble, de sorte que le meilleur et plus instructif mode d'exposition consistera à reproduire

1 Barry. On submarine earthcfuakes and volcanoes {Quart Journ. of. Se, 1866, VI, p. 199. DubUn).

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les observations en les extrayant, suivant les besoins, du catalogue de Rudolph. Ainsi s'éclaircira dans la mesure du possible, un phénomène relativement assez peu connu.

En ce qui concerne Tintensité et le caractère spécial si facilement reconnaissable du mouvement séismique correspondant à un tremblement sous-marin, ce sera un étrange et léger frémissement rappelant celui qui se produit, quand la chaîne d'ancre, relevée ou jetée, file dans Técubier.

i893. Novembre, 1. « Kepler », 17°, 5 N. 26°, 6 W. Fort tremblement sousmarin d'environ 30m. de durée. L'ébranlement produit était semblable à celai qui se fait sentir quand on laisse tomber Fancre en eau profonde.

1839. Décembre, 29, XI b. P. M. Corvette « Passadnick ». Il semblait que la chaîne d'ancre frottait sur un rocber.

On le compare aussi à la chute ou au traînage d'un objet lourd sur le pont,

1846. Août, 14. Au port de Livourne, le capitaine d'un navire chargé de blocs de marbre se trouvait dans la cuisine et il eut la sensation que les cordes de l'un d'eux s'étant rompues, il était tombé dans la cale.

1883. Mai, 10. VI h. A. M. « Arethusa ». Par 25o 52' N. 41° 43' W. A en juger par l'effet sur le navire, le mouvement parut aller du Nord au Sud. Il était vertical comme si le navire touchait le fond et un sourd grondement l'accompagnait comme si quelque objet pesant était traîné sur le pont.... Je sentis un choc delà barre du gouvernail....

D'autres fois, le frémissement est assimilé à celui qui se produit à bord d'un vapeur lorsque Thélice tourne à vide par suite d'un fort coup de tangage.

1891. Janvier, 11. IV h. 1' A. M. Le « Porro » en vue du cap Cherchell (Algérie) et à 6 milles' de terre environ, ressentit un ébranlement comme lorsque Thélice frappe à vide en haute mer. (En coïncidence avec la ruine de Gouraya.)

Avec une intensité plus grande, le choc est perceptible sur le pont, le navire oscille sous sa poussée, les mâts et les vergues frémissent, la barre du gouvernail résiste au timonier, lui échappe môme et le navire ne lui obéit plus.

1884. Décembre, 22. II h. A. M. a Emma Romer ». Par 39*' 52' N. 28o 34' W. L'ébranlement du navire fut semblable à celui que l'on ressent quand la chaîne d'ancre est retirée hors d'une eau profonde. Le timonier déclara que la roue du gouvernail le frappa dans les deux sens.

1886. Juillet, 1. XI h. 35' P. M. « Thessaly ». Par O^SS' N. 29'> 34' W... Le mécanicien stoppa immédiatement, croyant à une avarie.

Les objets peuvent être jetés sur le pont et les gens renversés.

1862. Mars, 25. X h. A. M. « Eucharis et Paul ». Par 1» N. 96^25' E. (Paris). Le

navire fut ébranlé de tous côtés; beaucoup d'objets furent jetés bas dans la cabine.

1874. Août, 8. Le « James G. Stevenson » se trouvait à trois milles de Kaltura (Ceylan). Le choc fut si fort que pendant une ou deux minutes les offlciers s'attendaient à voir les mAts se rompre.

1883. Décembre, 2. A l'entrée méridionale du détroit d'Ombay, la roue du gouvernail échappa des mains du timonier et le capitaine fut renversé sur le pont.

1867. Novembre, 18. II h. 45" P. M... On ne pouvait se tenir debout et, si Ton voulait avancer, ou était repoussé en arrière.

On songe parfois ali choc d'un autre bateau contre les flancs du navire.

1834. Août, 72, X h. P. M. Corvette «Griper «.Port de Ghichester... L'équipage fut rempli d'effroi, car on crut qu'un chaland avait couru contre le navire.

Quant à de véritables dommages, il n'en est pour ainsi dire jamais question, sauf quand il s*agit des grandes vagues séismiques lorsque dans les ports les navires sont coulés, choqués les uns contre les autres, entraînés dans Tintérieur des terres et échoués, phénomènes différents et indirectement séismiques. Le premier exemple à citer est celui des environs de Manille, en 1797, dont le narrateur, de Guignes *, ne fut pas témoin lui-même.

...Les vaisseaux ancrés dans le port (de Manille) ne ressentirent point le tremblement de terre, tandis qu'un navire anglais, qui se trouvait en mer à onze lieues de Manille, l'éprouva ; toutes les parties du vaisseau craquèrent, le grand mât s'enleva et retomba sur la membrure, et Ton fut obligé de le soutenir avec des mdtereaux pour pouvoir ramener le bâtiment dans la baie.

A cette époque, les navires arrivafent généralement dans ces pays lointains dans un grand état de fatigue, après de longues et pénibles navigations pendant lesquelles les membrures de bois souffraient beaucoup des alternatives de température sous des climats variés, heureux encore si, enTabsence de compagnies d'assurances, ils ne partaient pas d'Europe déjà dans un état lamentable, comme l'histoire des expéditions coloniales de tous les pays en relate tant de cas. 11 n'y a donc pas ici corrélation certaine entre l'avarie et le tremblement de terre senti en mer par un navire. Le rapprochement est encore plus sujet à suspicion dans le cas suivant :

1861. Mars 20. Vllh. A. M. « Dallas ». Par 0« 27' N. 2° 30' W... Tremblement sous-marin... Une inspection ultérieure montra que la fausse quille avait sauté.

La relation suivante serait peut-être de nature à faire plus d'impression.

* Voyage à Pékin, Manille et Vile de France, 1184-4801, HT, p. 403 (Paris 1809^.

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1894. Juillet, 23. Y h. A. M. Le schooner « IlenrieUe », sur lest. A 20 milles au N. W. des îles LofToten. . . Le navire fut frappé par un objet inconnu. (C'était le moment même d'un tremblement de terre dans la Norvège septentrionale.) Pendant deux minutes on observa an fort ébranlement de tout le navire, qui fit une voie d'eau et qu'il fallut abandonner à 2 heures de l'après-midi avec 7 pieds d'eau dans la cale. L'équipage se sauva dans les deux chaloupes et le navire coula vers 7 heures du soir.

Ainsi, du catalogue si étendu de Rudolph, resterait une seule observation d'un dommage réel et sérieux subi par un navire à la suite d'un tremblement sous-marin. Orilsemblea/^riori bien difficile d admettre que le mouvement séismique transmis à la masse liquide, puis à la coque du navire, puisse atteindre contre celle-ci une énergie suffisante pour Tendommager en quelque partie, aurait-il même été capable, à terre, d'en causer aux constructions. Que si Ton objecte contre cet effet d'amortissement dû à Teau interposée les puissants effets des « coups de bélier » dans les conduites hydrauliques, il suffit de remarquer qu'il n'y a pas ici de parois latérales. On est donc en droit de rejeter, au moins provisoirement, la dernière observation relatée, au sujet de laquelle on peut d'ailleurs suggérer que la voie d'eau était toute prête à s'ouvrir lorsque s'est produit l'ébranlement séismique. Si, en effet, les séismes sous-marins pouvaient à eux seuls donner lieu à de sérieuses avaries, il serait bien étonnant qu'elles aient été si rarement rapportées. Ce dernier cas est d'autant plus invraisemblable, d'ailleurs, que le séisme a été loin d'être destructeur à terre ni dans le Nordland norvégien, ni dans l'archipel des Loffoten, de sorte qu'il faudrait lui supposer une origine sous-marine à proximité du schooner « Henriette » ; mais justement cette côte ne parait pas se trouver dans les conditions tectoniques de relief favorables pour la production des violents tremblements de terre, comme dans l'Est du Japon par exemple, et elle appartient aux régions tout juste pénéscismiques, si même elle n'est pas aséismique.

Pour ne rien omettre au sujet d'une opinion négative, relativement à la possibilité que les séismes sous-marins causent des avaries, et qui ne sera peut-être pas facilement acceptée tout d'abord, on citera encore le cas du « Surinam », dont, le 13 décembre 1858, au voisinage de Ternate, les plaques du sol de la chambre aux machines auraient sauté. Or il arrive souvent qu'elles sont mobiles, simplement juxtaposées au-dessus d'un espace vide, et on ne dit pas si cette disposition était réalisée. On peut donc douter qu'il se soit agi d'un véritable dommage.

Ainsi donc, il est loin d'être démontré par l'observation que les séisnaes sous-marins puissent, à la surface de la mer, atteindre les

intensités des degrés supérieurs qu'ils manifestent à terre, du moins en dehors des vagues séismiques dont il sera parlé plus loin et qui constituent un phénomène consécutif et d'une autre nature.

Il importe d'examiner de près maintenant un autre effet quelquefois relaté, à savoir un arrêt dans la marche du navire. 11 est d'autant plus rare que les phénomènes séismiques sous-marins se reconnaissent le plus souvent par cette circonstance, que la vitesse du navire n'a pas été modifiée après la première impression qui l'a touché. En dehors des vagues séismiques, le catalogue de Rudolph n'en fournit qu'une seule observation :

1854. Juin, 15. « Comte Roger ». Par 18» 18' N. 20« 30' W... A l'instant du choc, qui ne dura qu'une à deux secondes, le navire parut s'arrêter on instant et s'enfoncer dans la mer, mais il reprit immédiatement sa marche.

On remarquera la forme dubitative du récit : « le navire parut... » C'est que la vitesse d'un navire ne peut être brusquement modifiée que par son entrée dans un fort courant contraire, effet que ne comporte pas la propagation du mouvement séismique au sein de la masse liquide, de sorte qu'il faut rejeter cette observation, d'ailleurs unique. Cet effet de courant s'est justement produit le 9 mai 1877 sur le navire « John Elder », alors par 23^ 43'S. et 70« 47'W. à 23 milles à l'Ouest d'Antofagasta, au moment du grand tremblement de terre d'Arica, bien connu, précisément, par les vagues séismiques dont il fut suivi. La secousse ressentie à bord n'y fut pas tout d'abord reconnue comme telle.

... Tandis que la mer était tranquille comme un étang, tout d'un coup et sans le moindre avertissement, chacun fut très alarmé à bord par un ébranlement très fort et soudain, ainsi que par une vibration que Ton ressentit depuis l'avant jusqu'à l'arrière et dont la cause était un tremblement de terre, ainsi que nous l'apprîmes plus tard. Les sondages ne donnèrent pas de fond par 20 brasses. Quoique le navire fût en pleine vitesse, il fut arrêté par le choc pendant 4 i 5 minutes ; tous les passagers croyaient que le navire était passé sur un écueil inconnu... Mais alors le navire se souleva sur une vague abrupte, un abîme écamant aspira l'eau le long de ses flancs, tandis que l'hélice sifflait avec on bruit terrible en tournant dans l'air; puis le navire piqua de Tavant et se précipita avec fracas dans la profondeur; cependant il tint bon et fut sauvé...

Ici les vagues séismiques seules causèrent l'arrêt du navire par le courant contraire qu'elles opposèrent à sa marche.

D'une étude approfondie des séismes sous-marins de son catalogue, Rudolph a tiré une échelle de leurs intensités, divisée en 10 degrés comme celle deDeRossi-Forel*.

^ Propositions concernant robservation systématique des tremblements de terre sous-marins (C. jR. des séances de la deturième conféi'ence séismologigue internationale de Strasbourg, Annexe A, 8, p. 274, Leipzig, 190 i).

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T. Tremblement très faible, plutôt un bruit, qui ne se perçoit généralement qu a Tiatérieur du navire.

II. Tremblement faible susceptible de réveiller Téquipage endormi.

m. Tremblement dans le navire entier, donnant l'illusion de grands tonneaux roulés sur le pont.

IV. Tremblement léger analogue à celui qu'on éprouve quand le càble-cbaine se déroule rapidement.

V. Tremblement assez fort, comme si le bâtiment passait sur un fond raboteux.

VI. Ébranlement intense, susceptible de faire danser des objets légers, la barre heorte dans la main du timonier.

VII. Ébranlement violent par des secousses qui font craquer la charpente ; il est impossible de se tenir debout.

VIII. Ébranlement très violent par des secousses. Les mâts et le gréement, les objets lourds placés sur le pont sont ébranlés.

IX. Ébranlement excessivement violent par des secousses. Le navire est jeté de côté, perd de sa vitesse, ou se trouve arrêté dans sa course.

X. Effets destructeurs. Les hommes sur le pont sont renversés par terre, les joints du pont sautent, une voie d'eau se dédare.

D'après ce qui précède, les degrés supérieurs, IX et X, seraient à supprimer provisoirement en attendant que des observations plus précises aient démontré la possibilité d'avaries infligées aux navires par les tremblements sous-marins.