DIRECTIONS

Diroctions comprises entre :

Nombres

d'Ishidoros

renversés

11 en résulte bien une direction principale ou moyenne de renversement S.W.-N.E., mais elle n'a qu'une signification d'importance secondaire, puisque Nagoya est à l'intérieur de la zone pléistoséiste, qui selon toute apparence a été tout entière ébranlée en bloc par l'action tectonique, cause du tremblement de terre.

Oldham a cherché si l'inextricable diversité, suivant laquelle des éléments des constructions ruinées sont projetés, obéit à quelque loi et il a trouvé que cette diversité est, grosso modo, d'autant plus

» Dutton. The Charieston earthquake of August 31'* 1886 {U, S, Geol, Survey, Ninth Ann. Rep,, Washington, 1889).

« Note on the great Mino-Owari earthquake of october 28**» 1891 {Publ, of the earthquake invest, Comm, in for, lang., 1900, n* 4, p. 13. Tokyo).

grande dans une même ville qu'elle est plus rapprochée de Vépicentre. Ainsi le 12 juin 1897, ft Cherrapunji, non loin de la région épicentrale, on a pu trouver toutes les directions possibles, tandis qu'à Calcutta, à 450 kilomètres environ, elles restaient comprises dans un angle de 60 degrés. Ainsi, à mesure que le mouvement séismique parcourt de plus grandes distances, les perturbations locales subies à son passage dans les couches superficielles s'atténuent progressivement, sans cependant se régulariser suHîsamnient pour que, par exemple, on ait pu aflirmer à Calcutta que le tremblement de terre venait des collines de l-'Assam.

Ainsi se sont évanouis, devant l'exacte observation des faits, les nombreux moyens que Mallet, donnant une forme plus pratique aux

Fig. 10, — Modèle d'une partie de la trajectoire d'un point de la surface terrestre lorsdu (remblemeot de terre de Tokyo du 13 janvier 1887 [d'apris Seikei Sekiya).

idées énoncées dès 1760 par Michell *, avait étudiés pour définir la direction.

Cet échec, aussi complet qu'irrémédiable, de l'application pratique de procédés théoriquement inattaquables au point de vue mécanique doit tenir à des causes profondes et inhérentes au mouvement séismique lui-même. Elles ne sont pas difficiles à reconnaître; il n'y a pour cela qu'à se reporter au très suggestif modèle au moyen duquel Seikei Sekiya* a reconstitué dans l'espace la trajectoire d'une particule terrestre, pendant le tremblement de terre du 15 janvier 1887 à Tokyo. Ce séisme ne peut f-tre rangé parmi les désastres; il n'a été

' Conjectures concemiog the cause, and observations upon the phenomena of earthcpiakes : paHicularly of that greal earthquake of the firsl november 1155, ivhich proved so fatal to tbe city ol Ltsbon, and whose effects were felt aa far as Africa, and more or less Ihroughout almosl ail Europa [Phil. Trani., 1160, V, p. 566. London).

) A Aiodel showing Uie motion of an earlh particle during an earthquake ITratu. ëeUm toc. of Japan, 1887. XI, p. 115).

que sévère S et Ton ne doit pas en faire un cas particulier. Prenant à chaque instant les valeurs des trois composantes du mouvement, suivant trois axes rectangulaires, dont un vertical, que donnaient trois pendules séismographiques d'Ewing, le savant séismologue japonais a pu reconstituer dans l'espace et matérialiser au moyen d'un fil de cuivre la trajectoire réellement parcourue par un point de la surface terrestre à Tokyo. La complication en dépasse tout ce qu'on aurait pu imaginer a priorij à tel point qu'il a fallu scinder en trois parties le modèle que l'on a pu admirer & l'Exposition Universelle de Paris en 1889. A la vérité, Ff .-E. Suess * a élevé des doutes sur Texactitude avec laquelle le modèle de Seîkei Sekiya représente le vjéritable mouvement de la particule terrestre au lieu d'observation ; il s*appuie pour cela sur une observation de Milne qui a vu, lors du tremblement de terre du Japon central, le 28 octobre 1891, les pendules horizontaux obéir à un certain mouvement angulaire propre, ce qui ne leur permettait pas d'enregistrer sans perturbation le mouvement terrestre. Cette objection tombe du fait que le résultat de Seikei Sekiya n'est point isolé, et concorde parfaitement avec un très grand nombre de tracés séismographiques obtenus pour des tremblements de terre, même modérés, au moyen des appareils des systèmes les plus divers, par exemple celui du 1*^*^ mars 1882 à Tokyo. D'ailleurs, le modèle établi par Sekiya n'est qu'un schéma spéculatif, montrant seulement l'extrême complication du mouvement d'une particule terrestre. 11 s'y introduit aussi, par surcroît, les mouvements propres du pendule séismographique, et cela, dans une mesure à peu près inconnue. Enfin, bien des séismologues font à l'existence de la composante verticale des objections graves, que l'on ne saurait passer sous silence ; il nous semble cependant, comme on le verra dans la deuxième partie de col ouvrage, qu'elles ne portent guère que sur la difficulté d'observer et do mesurer l'élément vertical bien réel du mouvement séismique.

Il importe maintenant de rechercher ce que devient, dans de semblables circonstances, la notion de direction, tant au point de vue de la vraie nature de l'ébranlement séismique qu'à celui de la valeur intrinsèque des renseignements qu'on a si souvent voulu imprudemment en tirer pour la détermination, sur la carte, de l'origine d'un tremblement de terre donné. Or, si l'on fait exploser une charge do poudre ou do dynamite à quelques mètres d'un index mobile au-dessus

^ Seikei Sekiya. The severe carthquake of Ihe \'y^ janiiary, 1887 Trans. seUm. Soc. of Japan, 1881, XI, p. 19,.

* Das Erdbeben von Laibarh am 14. April isî).*) [Jahrbuch d. k. k. geol. Reichsanstallf 1H97, LXVÏ, p. 593).

d'une plaque enfumée, ou recouverte de sable très fin, on le voit se mouvoir tout d'abord dans le vertical du point d'explosion, s'éloigner de ce plan, puis s'en rapprocher un certain nombre de fois, pour bientôt prendre un mouvement oblique ou transversal, qui finit par devenir tout à fait désordonné. Le mouvement initial est donc, au début, très peu influencé ou perturbé par les ondes transverses, et cette première direction est assez bien définie pour qu'a ces très faibles distances elle puisse servir à la détermination du vertical de l'origine. Mais dès que la distance augmente, si peu que ce soit, la direction initiale devient immédiatement indistincte, et les perturbations dues aux ondes trans verses la font disparaître sans retour. Le 23 avril 1891, une poudrière faisait explosion aux environs de Rome et un séismométrographc Brassart, installé sur la tour du Collège Romain, enregistra sur des plaques enfumées les deux composantes horizontales du mouvement transmis par le sol avant l'arrivée des ondes atmosphériques qui brisèrent tant de vitres dans la ville ef y causèrent bien d'autres dégâts. On put*, à l'exemple de Seikei Sekiya, reconstituer, la projection horizontale d'un point de la surface supérieure de la tour en question. Seule la direction initiale, presque E.-W., est bien distincte, puis, dans le diagramme obtenu, Ion reconnaît la prédominance fortement accusée de deux directions orthogonales entre elles, se rapprochant de N.E.-S.W. et de X.W.- S.E., sans compter d'autres secondaires bien moins nettement dessinées. La direction initiale de cet ébranlement arlificiel n'a pas complètement disparu ; mais peu importe celte circonstance très secondaire,, elle s'est par contre compliquée d'un phénomène nouveau, la présence de deux séries de mouvements perpendiculaires entre eux et comprenant l'origine dans leur angle. Comme cet effet se retrouve généralement, plus ou moins distinct, il est vrai, dans de nombreux séismogrammes correspondant à des tremblements de terre naturels, il faut en étudier la production.

Cecchi * a montré par des expériences directes que cette remarquable disposition résulte de l'existence d'impulsions subsidiaires, successives et différentes, venant perturber le mouvement initial. Si, en effet, un pendule, oscillant dans le plan méridien, reçoit une impulsion W.-E. au moment précis où il commence une oscillation S.-N., il se mettra à décrire une série de courbes elliptiques, d'axe N.E.-S.W., s'enveloppant les unes les autres en formant une sorte

' Agamennone. Lo rer/istrazione dei terremoti (Roma, 1006).

* Sismografl a carte affuminate fisse [L'eletlric'uttay I, N"* 3, 4, îi, Marzo, Aprile, )^Ingtfio, 1871).

Fig. 11. — Diagramme de l'explosion de la poudrière de Rome le i3 av^ii 1891 {d'après Agamennone,'.

de spirale par suite de l'amortissement graduel du mouvement. La

direction initiale et celle de

l'impulsion perturbatrice sont facilement reconnaissables au début de chacune d'elles, mais ne se reproduisent plus. On obtient une figure analogue, orientée N.W.-S.E-, si l'impulsion perturbatrice, toujours W.-E., est donnée au moment où le pendule repasse par sa position d'équilibre. Que maintenant on revienne au premier cas par le moyen d'une impulsion W.-E., puis qu'à un moment donné on imprime une nouvelle impulsion dans le plan méridien de l'oscillation primitive, on obtient successivement les deux spirales elliptiques orientées N.E.-S.W. et N.W.-S.E. L'existence de deux systèmes ortli(^naux de mouvements se manifeste ici de la manière la plus nette et la plus instructive, puisqu'on a ainsi la représentation, simplifiée sans doute mais tout à fait suggestive, du diagramme du phénomène naturel avec ses deux directions de mouvements prédominants et perpendiculaires entre eux.

Dans ces expériences , le résultat obtenu doit sa simplicité à ce que Tinipulsion perturbatrice a une direction en relation simple avec celle du plan d'oscillation initiale, auquel elle est perpendiculaire, ou parallèle, et aussi & ce qu'elle est produite & un instant bien défini de cette même oscillation, lorsqu'elle change de sens ou qu'elle arrive à son milieu. Dans toutes autres circonstances, tes figures décrites seraient infiniment plus complexes, et ne seraient pas sans rappeler celles de

'jg. 12. — Mouvement d'un pendule oscillant dans le méridien, perturbé par une impulsion perpendiculure au moment où il commence jon oscillation (d'après Cecchi).

t'ig. 13. — Mouvement d'un pendule oscillant dans le méri dien, perturbé au moment oi Il passe 1 sa position d'équi libre (d'aprta Cecchi).

TS LA SCIENCE SËISMOLOfllQliE

Lissajous représentant la composition des mouvements optiques. Dès lors, l'assimilation de ces expériences pendulaires avec les diagrammes des ébranlements séismiques devient complète et frappante. On est ainsi amené h penser, comme on l'a simplement suggéré antérieurement, que ces deux directions prédominantes ne sont autres que les impulsions perturbatrices dont il a été question, et qu'elles correspondent respectivement aux ondes séismiques longitudinales et transversales, se propageant avec des vitesses différentes qui sont entre elles dans te rapport théorique de 2 à 1 , ainsi que l'ont démontré Wertheim ' et tous les physiciens qui, après lui, se sont occupés de la question; ces ondes perturbent le mouvement initial avec d'autant plus de complexité qu'elles attaquent le point vibrant considéré suivant des angles sans relation défînie avec la direction de son mouvement et à des moments quelconques de SOS phases.

La trajectoire réelle se compliquera encore beaucoup du fait que^ le plus souvent, l'origine d'un séisme n'est pas un point, mais bien une ligne, une surface, un volume de dimensions plus ou moins considérables, dont les dilTérents points envoient à la particule terrestre, envisagée dans sonmouveuicnt, des ondes longitudinales et transversiiles qui, perturbées elles-mêmes dans leur trajet par des réflexions et des réfractions au sein d'un milieu essentiellement hétérogène, lui arrivent dans les direclious les plus diverses et à tous les moments tie ses phases. Toutes les coni binaisons imaginables sont possibles, et ce ne sera que dans les cas les l)Ius simples, et pour ainsi dire exceptionnels, que resteront discernables les deux directions prédominantes el orthogonales. Ainsi des expériences de pure physique, celles deCecchi, montrent qu'un Ireniblement de terre ne saurait avoir de véritable direction, cela sans

t'ili. 11. — Moiivemenl d'un penilule oscillant dans le mënilien sous l'impulsion d'un choc perpendiculaire, puis pnrralli'le ù ce dernier [d'après Gecchi .

■ lu prop&fialion du mouvement duns les c Itimie el Phy>., 1831. XXXI, p, lU. Paris).

hypothèse aucune. Il y a ici parfait accord entre l'observation et In théorie.

La tectonique générale de la région ébranlée n'est pas sans influence sur la direction apparente observée. D'après FrQh', les directions prédominantes se divisent en deux groupes d'égale importance, parallèlement et perpendiculairement aux traits géologiques et topographîques. Ainsi le long du Jura et de la Forêt-Noire, ce

Fig. 15. — Uia^raniRie du (reniblcment de terre du 15 décembre 1901 dans les Philippines ^d'apréa le l'Ait, weather Buitau).

sont les directions N.-E.-S.W. et N.-S., respectivement, ou leurs perpendiculaires.

Dans la réalité, des séismogrammes effectivement enregistrés présentent souvent une grande analogie avec ceux des mouvements pendulaires artificiels des expériences de Cecchi. Parmi de nombreux exemples de ce genre, on citera celui du 15 décembre 1901,

1 Die Brdbtben der Schweii in Jahre 1S9i, nacb den vod der schveiierischen Erdbebeo-conunisiiOD gesanuuelleD Berichtcn (Zurich, 1894).

obtenu à Manille pour un tremblement de terre qui ébranla presque tout l'archipel des Philippines et avait son centre dans le détroit

entre Luçon et. Mindoro. On y voit nettement la prédominance de deux directions N.E.-S.W. et N.W.-S.E., ce qui laisse supposer, en

se reportant â ces expériences, qu'il y a eu des impulsions séismiques perturbatrices du mouvement initial dans une direction différente. Cela résulte d'un diagramme du séismographe Vicentini. Le séismogramme du tremblement de terre du 16 mars 1892, dont le centre se trouvait dans ta province de Pangasinan, reproduisit aussi deux directions divergentes, faisant entre elles un angle très obtus, mais avec cette particularité que l'ellipse dont le grand axe était d'abord voisin de la direction N.W.-S.E. se défoi'ma graduellement de telle sorte que ce même axe finît par se coucher sur l'autre direction voisine de N.E.-S.W., en prenant en môme temps

Fig. 17. — Diagramme du [reniblement de terre du 20 juillet 1 (III h, W p. m.)! Manille (d'apr£s The American Journal of Science].

une longueur beaucoup plus considérable. Ce très curieux tracé a été obtenu avec un séismographe Cecchi. Il est clair que cette étrange apparence d'un écheveau de fil en relief dans l'espace résulte uniquement du mouvement de translationde la plaque de l'appareil enregistreur; sans cela, toutes les ellipses se recouvriraient.

Dans tous les cas, l'influence du mouvement propre des pendules séismographiques ressort avec toute son importance sur tes tracés que l'on croyait susceptibles de donner la direction du mouvement séismique. Les appareils sont aussi incapables que nos sens, ou toute autre méthode d'observation, à nous la fournir, parce qu'en réalité elle ne saurait avoir de signification réelle dans le phénomène naturel.

En ce qui concerne l'impression que les mouvements séismiques infligent aux sens de l'observateur et que celui-ci traduit par la di-

rection perçue en apparence, les tremblements de terre se divisent en trois catégories bien distinctes : horizontaux, ondulatoires ou oscillatoires ; verticaux, sussultoires ou trépidatoires ; enfin rotatoires. Les deux premières se définissent d'elles-mêmes, mais il n'en va pas de même pour les secousses rotatoires, car si Ton a, lors des grands désastres, la perception d'une sorte de mouvement tourbillonnaire, on se rend difficilement compte de ce que pourrait être un tel mouvement d'une portion de l'écorce terrestre sans une complète dislocation de sa surface extérieure, allant même jusqu'à son entière désagrégation. En fait, on n'a jamais observé de semblables mouvements; ils résultent de ce que les sens s'affolent pour ainsi dire sous l'effort d'impulsions se succédant très rapidement dans toutes les directions, conformément à ce qu'ont montré les diagrammes des séismes. D'ailleurs, cette notion n'a d'autre origine que le désir d'expliquer des effets de rotation imprimés à certains édicules, comme des piliers ou des colonnes, des obélisques, des monuments funéraires, etc., par les grands tremblements de terre, et Ton doit son introduction en séismologie à Sarconi*. Cet observateur crut ainsi expliquer la rotation de piliers, en forme d'obélisques, à la Chartreuse de San Bruno, par le tremblement de terre si désastreux des Calabres des 17 et 20 février 1783. L'élude de ces effets curieux et fréquents ressortit mieux à la troisième partie du présent ouvrage, et, comme on le verra, ils ne nécessitent point du tout un mouvement rotatoire ; c'est donc une expression à bannir définitivement de la séismologie, car elle résulte d'une simple illusion des sens, incapables de se retrouver dans l'extrême complication des ébranlements qui viennent presque simultanément de tous les points de l'horizon. Les explications mécaniques qu'on en a données * n'ont donc plus qu'un intérêt purement historique.

Dans leurs folles divagations autour de leur position de repos, les particules terrestres s'en éloignent le plus autour d'une certaine direction, qui devient assez communément l'axe de l'ovale plus ou moins régulier enveloppant la projection horizontale de leurs trajectoires si compliquées. C'est l'élongation maximum, élément d'autant plus important à considérer dans les villes exposées aux tremblements de terre désastreux qu'il montre souvent une tendance à se répéter plusieurs fois dans le diagramme d'un même séisme. Elle

1 Istôria dei fenâmeni del Iremuolo avvenuto nelle Calabrie e nel Valdemone nell anno 17/iS, posta in luce délia R. Accademia dl scienze e belle lettere di Napoli (Napoli, 1784).

* Mallet. Explication of the vorticose movement assumed to accompany eartliquakes {Journ. Geol. soc, of Dublin, 1845, IIÎ, Part II, p. 138).

DIRECTION Di' MOUVEMENT SÉISMIQUE

joue d'ailleurs un rôle considéirable dans la production des dégâts, car, plus que toute autre, elle a une action destructive sur les murs qui, lui étant perpendiculaires, auront le plus de chance d'être renversés. Si donc il existe une direction de plus grande élongation qui se manifeste le plus fréquemment dans une localité déterminée, il y aura grand intérêt à la signaler aux architectes et aux édiles pour qu'ils orientent les longs murs des édifices publics ou privés parallèlement à elle. De cette façon, l'effort de renversement se restreindra aux murs de refend, ondes pignons, qui, mieux soutenus, pourront plus facilement résister. On se donnera ainsi une certaine espérance d'atténuer quelque peu les dommages dans l'avenir. Nous avons exécuté cette recherche pour la ville d'Orizaba*, d'après les observations de Carlos MotlP, où les directions signalées paraissent avoir été définies instrumentalement au moyen du mouvement initial ; ce serait donc la rose séismique des directions initiales. On remarquera que la direction de fréquence maximum {pointe vers le Pic volcanique d'Orizaba; c'est une indication que, sans doute, le plus grand nombre de secousses observées dans cette ville au moyen d'un séismoscope, et généralement faibles^ sont d'origine volcanique.

Omori' a représenté la vraie rose de Télongation maximum pour 208 secousses ressenties à Tokyo en 1888 et en 1889. Pour 101 d'entre elles, presque la moitié, la direction cherchée était incertaine,

Fig. 18. — Rose séismique d'Orizaba (d'après le relevé des observations de C. MotU

de 1889 à 1895).

. ^ Sur la rose séismique d'un lieu (C. A. Ac. Se:, 1894, CXVIII, p. 724).

^ Observaciones seismicas bêchas en Orizaba [Mem, Soc, cienl. Antonio Alzate Mexico, 1881-1895).

' On earthquake motion {Public, of tke Earthquake invesU Comm,, N« 41., May 1901. En japonais).

Db MoifTBMOs. ~ Ia Science téismolojique. e

et pour les 107 autres il a trouvé un maximum de 42 pour cent dans l'azimuth E.-W. 11 a, plus tard, complété ce résultat pour 431 séismes étudiés à l'observatoire météorologique central de Tokyo, ce qui lui a donné la rose séismique de cette ville.

Milne* pense que la direction du plus grand mouvement d'élongationest parallèle aux horizontales des strates sous-jacentes, parce que, dans ce sens, elles cèdent plus facilement à Timpulçion séismique. Ainsi donc, c'est seulement à Télongation maximum que se réduit, en fin de compte, la notion de direction d'un tremblement de terre, élément qui, simple illusion des sens, devrait définitivement

disparaître des observations de macroséismes. La simplicité de nos conceptions à l'égard des phénomènes naturels disparait bien vite devant leur réelle complication, et, dès que nous^ les étudions d'un peu plus près, nos commodes, mais grossières approximations s'évanouissent à la lumière des observations; c'en est là un des nombreux exemples que nous fournit la séismologie moderne. En raison de la nature intime du phénomène, il faut renoncer aux espérances fondées sur les séismographes pour déterminer la direction des tremblements de terre; et l'échec irrémédiable de leur emploi a été la conclusion de A. Belar* au sujet des tremblements de terre locaux observés à Laibach, alors que l'on pouvait se croire [autorisé à penser que la proximité très grande de leur origine n'aurait pas dû laisser la direction se perdre par les perturbations infligées à distance au mouvement.

Les renseignements sur la direction sont donc à exclure des catalogues séismiques. Il est cependant à croire qu'ils continueront longtemps encore à y figurer.

i Seismology (London, 1898. p. 93).

» Laibacher Beben {Jahresberichte d, k. StaatS'OberreaUchule in Laibach /". rf. Schuljahr i899-i900).

Kig. 19. — Rose séismique de Tokyo (d'après Omori).