Le risque sismique est la combinaison de la menace posée par des failles capables de générer un mouvement du sol important lors de séismes et de la vulnérabilité des populations et infrastructures face à ce mouvement du sol possible.
Illustration du “cocktail du risque” dans la région métropolitaine de Port-au-Prince. Près de 3 millions d’habitants vivent dans des conditions de forte vunérabilité (pas de planification urbaine, constructions inadéquates, pas de préparation) à seulement quelques kilomètres d’une faille sismique bien connue des géologues et capable de séismes de magnitude 7 ou plus. En arrière-plan une image satellitaire RadarSat sur laquelle les zones urbanisées apparaissent en rose.
La géologie des failles sismiques en Haiti est bien connue au premier ordre. L’ile occupe une position particulière à la frontière entre les plaques tectoniques Caraibe et Amérique du Nord. Le mouvement constant entre ces deux plaques exerce des efforts mécaniques sur ces failles qui cèdent de temps en temps, provoquant un séisme. Cette menace est non-négociable: ces failles existent depuis des millions d'années et continueront de fonctionner sismiquement pendant quelques millions d'années encore. S'installer à leur côté implique d'accepter qu'un jour ou l'autre leur activité sismique se manifeste!
A l’inverse, la vulnérabilité est entièrement du ressort des populations et de leurs gouvernants. Elle et se gère par une occupation du sol raisonnée et une qualité de construction adaptée au niveau de menace. Cela demande surtout du bon sens et quelques recettes simples et bien connues des ingénieurs, architectes et urbanistes.
Le "cocktail du risque" était en place dans la région métropolitaine en janvier 2010: comme le montre l’image ci-dessus, une faille active majeure se trouve à seulement quelques kilomètres d'une conurbation exposée et vulnérable. Aujourd'hui le risque est toujours présent car ni la menace — naturelle et inexorable — ni la vulnérabilité — construite — n’ont significativement changé depuis 2010.
Pour en savoir plus, suivez cette explication en 7 points essentiels:
- La menace sismique en Haiti est connue — et décrite! — depuis le 18ème siècle.
- On comprend depuis les années 1960-1970 que les séismes en Haiti sont le résultat du mouvement relatif des plaques tectoniques Caraibe et Amérique du nord.
- On mesure maintenant directement la vitesse à laquelle les failles sismiques en Haiti accumulent l’énergie qu’elle libéreront lors de séismes futurs.
- Le séisme du 12 janvier 2010 a libéré peu d’énergie sismique — ce n’était pas le “big one”, qui est toujours attendu...
- On a calculé le mouvement sismique possible du sol sur l’ensemble du territoire national, avec des détails supplémentaires à Port-au-Prince et dans les capitales du grand nord.
- Sans vulnérabilité, pas de risque! La qualité de la construction et des matériaux utilisés est donc critique pour minimiser les pertes lors des futurs séismes.
- Diminuer le risque: les solutions sont entre vos mains!
La menace sismique en Haiti est connue — et décrite! — depuis le 18ème siècle
Les séismes importants sur l’ile d’Haiti sont connus depuis aussi longtemps que des écrits nous sont parvenus. Le premier événement recensé date de 1562: il avait dévasté la première ville du Nouveau Monde, "Santiago de los Trenta Caballeros", fondée par Christophe Colomb en 1492 dès après son débarquement sur la côte nord de l’ile. La ville fut érigée dans la vallée du Cibao au lieu-dit Jacagua, dans ce qui est maintenant la République Dominicaine. On ignorait à l’époque que la vallée du Cibao coïncidait avec une faille sismique majeure, la faille Septentrionale… Suite au séisme, les habitants décidèrent d'abandonner la ville pour la reconstruire à quelques kilomètres de là — c’est maintenant la grande ville de Santiago, avec près d’un million d’habitants. Mais le Santiago moderne se trouve toujours le long de la faille Septentrionale… Cette dernière n’a pas connu de séisme important depuis près de 500 ans, Santiago est donc particulièrement menacée.
On doit à l'historien Moreau de Saint-Mèry (1750—1819) le premier recensement des catastrophes naturelles dans ce qui était alors appelé l’ile de Saint Domingue, pendant les occupations française et espagnole. Il rapporte 18 séismes ressentis, dont celui de 1564 mentionné plus haut, et ceux du 18 octobre 1751, du 21 novembre 1751 et du 3 juin 1770 dont les dégâts furent majeurs à Port-au-Prince.
Mais les premiers travaux scientifiques sur les séismes en Haiti furent ceux du Père Scherer (1858-1926), qui fut directeur de l'Observatoire du Petit Séminaire du Collège Saint Martial de Port-au-Prince. Il avait équipé cet observatoire d'un sismomètre qui fonctionna de 1908 à 1966. Dans une publication majeure au Bulletin de la Société Sismologique Américaine, il réanalysa les événements recensés par Moreau de Saint-Méry et quelques séismes subséquents, dont celui du 7 mai 1842 qui fut catastrophique pour le grand nord d'Haiti, celui du 6 octobre 1911 — de moindre intensité mais qui affecta le centre de l’ile, et celui du 8 avril 1860, fortement ressenti dans la région d’Anse à Veau dans la Presqu'ile du Sud.
Deux documents d’archives relatant le séisme de 1771 qui fit des dégâts importants notamment à Port-au-Prince, et le séisme dévastateur du 7 mai 1842 qui affecta fortement le nord d’Haiti, en particulier la ville du Cap Haitien.
Une décennie plus tard, dans le cadre de la première cartographie géologique complète d’Haiti, le géologue américain Woodring et ses collaborateurs complétèrent les résultats de Scherer en y ajoutant notamment, au chapitre “séismes”, deux notions cruciales. Ils notèrent d'abord que, toutes choses égales par ailleurs, le mouvement du sol est plus fort sur des terrains meubles (sables, alluvions) que sur la roche nue: c’est la notion d’effet de site, très importante à prendre en compte pour quantifier le degré de menace sismique dans les villes, par exemple. Ensuite ils associèrent les séismes aux failles géologiques de la région: cette notion, évidente aujourd’hui, ne l’était pas à l’époque. Cela ouvrit la voie à l’utilisation de la cartographie géologique pour déterminer la menace sismique sur un territoire.
On retient donc que le séisme dévastateur du 12 janvier 2010 n’aurait dû surprendre personne: l’ile d’Haiti est le lieu de séismes équivalents, voire plus importants, depuis au moins aussi longtemps que des archives historiques existent!
On comprend depuis les années 1960-1970 que les séismes en Haiti sont le résultat du mouvement relatif des plaques tectoniques Caraibe et Amérique du nord.
Les séismes furent un élément fondamental de la démonstration de la théorie de la tectonique des plaques car leurs épicentres suivent des bandes relativement étroites qui justement jalonnent les limites entre les plaques. De plus les mouvements sur les failles lors des séismes sont des idicateurs du sens de déplacement entre les plaques tectoniques. Dans la région Caraibe, Lynn Sykes en 1965 recensent 500 séismes qui suivent les principales failles tectoniques connues dans la région. Ces failles définissent les contours de ce que l'on appelle aujourd'hui la "plaque tectonique caraibe”.
Il devient donc clair, à cette époque, que les séismes sont le résultat des efforts mécaniques qui s’exercent dans les roches aux frontières entre les plaques tectoniques. Les roches peuvent soutenir ces efforts jusqu’à un certain seuil, au-delà duquel elles cassent: une fracture se met en place, deux compartiments de roches glissent subitement l’un par rapport à l’autre le long de cette cassure: c’est un séisme.
Première carte tectonique de la région Caraïbe – Amérique Centrale [Molnar and Sykes, 1969], dressée sur la base des mécanismes au foyers des séismes régionaux, indiquant le déplacement vers l’est de la plaque Caraïbes par rapport aux deux Amériques. L’ile d’Haiti se situe exactement le long de la frontière entre ces deux plaques en mouvement l’une par rapport à l’autre.
Peter Molnar et Lynn Sykes, en 1969, analyseront les séismes caribéens plus précisément pour montrer que, dans le nord caraïbe, ils sont le résultat d’un mouvement de coulissage est-ouest entre la plaque Caraibe et la plaque Amérique du Nord. Ils seront les premiers à montrer que l’ile d’Haiti se trouve justement au contact entre ces deux plaques. L’ile doit doit en fait son existence à cet affrontement géologique — des séismes y ont lieu depuis des millions d’années, et cela continuera inexorablement pour des millions d’années encore.
On mesure maintenant directement la vitesse à laquelle les failles sismiques en Haiti accumulent l’énergie qu’elle libéreront lors de séismes futurs.
Au cours des années 1990, la technologie de positionnement satellitaire GPS (“Global Positioning System”) s’est développée pour permettre à tous de se localiser à quelques mètres près. Le GPS s’est rapidement démocratisé: de nos jours tous les téléphones portables ont un GPS qui permet de localiser sa position et son cheminement sur une carte, que l’on soit à pied, en bateau ou dans les airs.
Cette même technologie permet aussi de déterminer une position avec une précision de quelques millimètres seulement si l’on dispose d’équipement GPS plus sophistiqué (et plus cher!) ainsi que des capacités de corriger les données des erreurs liées à la qualité des orbites des satellites GPS, de la réfraction du signal GPS dans l’atmosphère, etc. par des calculs informatiques.
Les géophysiciens installent donc des stations GPS qui enregistrent des données en continu et en déduisent, chaque jour, une position dont la précision est de l’ordre de 2-3 mm. La figure ci-dessous montre la position d'une station GPS située sur l’île de St Croix dans les Iles Vierges. On observe que la position de la station change de manière continue et linéaire en fonction du temps: ce déplacement est celui de la plaque tectonique Caraïbe, qui “porte” cette station.
La position de la station GPS de St Croix est calculée chaque jour avec une précision de quelques millimètres. L’évolution très continue et linéaire de cette position en fonction du temps donne la vitesse de ce site, qui matérialise ici le déplacement actuel de la plaque tectonique Caraibe.
On peut alors représenter, pour chaque site de mesure GPS, sa vitesse horizontale sous la forme d’une flêche (un vecteur) dont les composantes est-ouest et nord-sud sont directement déduites des mesures décrites ci-dessus. Si l’on fait cet exercice en Haiti, on observe (1) une vitesse de l’ordre de 15 mm/an entre les côtes nord et sud du pays, qui indique que l’ile, coincée entre les plaques tectoniques Caraibe et Amérique du Nord, est soumisse à un gigantesque cisaillement de direction est-ouest, et (2) deux zones au travers desquelles les vitesses observées changent rapidement: la plaine du Cul-de-Sac et la côte nord d’Haiti.
Haut: vitesses horizontales mesurées par GPS en Hispaniola, exprimées par rapport a la plaque Caraibe prise ici comme référence. Bas: coupe nord-sud au travers d’hispaniola montrant la topographie (trait gris) et les vitesses mesurées par GPS (points bleus avec leurs barres d’erreurs) dans la direction est-ouest. On observe deux “sauts” dans les vitesses mesurées, qui correspondent à la “Faille d’Enriquillo” (FE) et à la “Faille Septentrionale” (FS).
Les “sauts” de vitesse observés ci-dessus au niveau des failles d’Enriquillo et Septentrionale montrent qu’il s’y accumule actuellement de l’énergie élastique susceptible d'être libérée lors de séismes à venir. Le potentiel sismique de ces deux grandes failles peut même être quantifié de manière simple. Au sud, on sait que la faille d’Enriquillo n’a pas connu de séisme majeur depuis 1701-1751, soit environ 250 ans. Les mesures GPS indiquent cependant que cette zone de faille se déforme à une vitesse de 6 mm/an. Cette zone de faille a donc accumulé 250 x 6 = 1.5 mètre de déplacement depuis 250 ans — en termes plus simples, l’élastique a été tendu de 1.5 mètre.
On sait par ailleurs que la magnitude de séismes dépend du déplacement qui a lieu le long d’une faille lorsque celle-ci rompt. Une rupture avec un déplacement de 1.5 mètre correspondrait à un séisme de magnitude 7.1. Le même raisonnement pour la faille Septentrionale en Haiti, où le dernier séisme majeur date de 1842, indique que cette faille a actuellement le potentiel de générer un séisme de magnitude 7.0 au nord d’Haiti. En République Dominicaine la faille Septentrionale n’a pas subi de séisme significatif depuis 800 à 1000 ans. Elle a actuellement la capacité de générer un séisme de magnitude 7.5 à 7.7 si la totalité de l’énergie qui s’y accumule se libérait en un seul événement.
Le séisme du 12 janvier 2010 a libéré peu d’énergie sismique — ce n’était pas le “big one”, qui est toujours attendu en Haiti…
Un des questions que l’on pose souvent — avec raison — concernant le séisme du 12 janvier 2010 est si son occurrence nous permet maintenant de “dormir sur nos deux oreilles” pendant un certain temps. En effet, si un séisme libère l’énergie élastique qui s’accumule au voisinage d’une faille, on pourrait alors penser qu'il faut des dizaines d’années pour accumuler à nouveau cette énergie “perdue”. Pendant ce temps, sommes-nous à l’abri?
Ce raisonnement simple n'est cependant pas tout à fait exact. En effet, les failles de la Presqu’Ile du Sud d’Haiti — celles qui la traversent et celles qui la jalonnent en mer au sud et surtout au nord — représentent plusieurs centaines de kilomètres de rupture potentielle. Or seulement 20 kilomètres ont rompu le 12 janvier 2010 — il reste donc des longueurs de faille importantes qui ont toujours, aujourd’hui, la capacité de générer des séismes de magnitude 7 ou plus. En d’autres termes, le séisme du 12 janvier 2010 avait une magnitude relativement modérée, insuffisante pour libérer l’énergie élastique accumulée depuis le 18ème siècle sur l'ensemble des failles de la Presqu’Ile du Sud.
Par ailleurs, la faille responsable du séisme du 12 janvier 2010 n’était pas celle bien connue de la Presqu'Ile du Sud (dite aussi d'Enriquillo), mais une faille jusqu’alors inconnue, la faille de Léogâne. Il est fréquent qu’un séisme ait lieu sur une faille “secondaire” comme celle de Léogâne. Un bon exemple en est le séisme de Loma Prieta qui frappa le sud de San Francisco en 1989 et dont la source était une faille proche — mais différente — de la grande faille de San Andréas qui marque pourtant la frontière entre les grandes plaques tectoniques Pacifique et Amérique du Nord.
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Enfin, même si l’on parle beaucoup de la faille de la Presqu'Ile du Sud (ou d’Enriquillo) car elle apparait clairement dans la topographie depuis Tiburon à l’ouest jusqu’à Pétionville à l’est, de nombreuses autres failles ont été identifiées dont le potentiel sismique est avéré. C’est par exemple le cas de la faille des Trois Baies, qui se trouve en mer au large de Petit Goave. D'autres failles sous-marines sont connues qui longent la côte nord de la presqu’Ile du Sud. Des recherches en cours visent à déterminer leur capacité à générer des séismes futurs
On retient donc que de nombreuses failles capables de générer des séismes équivalents à celui du 12 janvier 2010 existent dans le sud du pays. La faille de la Presqu’Ile du sud (ou d’Enriquillo) est un candidat sérieux à des séismes futurs — peut-être à un "big one” — mais d’autres plus petites existent qui sont elles aussi capables de séismes importants.
On a calculé le mouvement sismique possible du sol sur l’ensemble du territoire national, avec des détails supplémentaires à Port-au-Prince et dans les capitales du grand nord.
Si l’on connait les failles susceptibles de rompre lors de séismes futurs et si l’on dispose d’un catalogue des séismes passés, il existe alors des méthodes pour quantifier le mouvement du sol possible lors de séismes à venir dans n’importe quel point du territoure national. La représentation géographique de cette information s’appelle “carte d’aléa sismique”.
La carte ci-dessous a été réalisée dans les mois qui ont suivi le séisme du 12 janvier 2010. Elle utilise des informations alors assez limitées sur les failles sismiques connues et sur le rythme de la sismicité en Haiti. On y observe que le niveau d’aléa (ou de menace) est important sur tout le pays — et sur l’ensemble de l’ile!
Carte de l’aléa sismique régional de Frankel et al. [2011], décrit ici en terme de “Peak Ground Acceleration” (PGA). Les couleurs représentent l’accélération du sol qu’il est probable d’excéder sur une période de 50 ans, avec une probabilité de 10%. L’accélération du sol lors du séisme de janvier 2010 à Port-au-Prince est estimée avoir atteint 0.1 à 0.3 g
Cette carte a été officiellement intégré dans le Code National du Bâtiment d’Haiti pour donner aux ingénieurs et architectes les infornations quantitatives dont ils ont besoin pour cencevoir des bâtiments et infrastructures qui résisteront aux séismes possibles en Haiti. Des travaux supplémentaires à l’échelle des principales villes dupays ont permis
Sans vulnérabilité, pas de risque… la qualité de la construction et des matériaux utilisés est critique pour minimiser les pertes lors des futurs séismes.
L’élément critique du “cocktail du risque sismique” en Haiti — comme ailleurs — est bien sûr la vulnérabilité des populations, des biens et des infrastructures. En effet, si la menace sismique est inexorable et non-négotiable — mais calculable (voir ci-dessus) — les décisions des individus et de leurs gouvernants déterminent entièrement la capacités des constructions, des infrastructures et de l'économie à faire face à cette menace.
Une illustration de la vulnérabilité sismique en Haiti. Le premier plan montre l’hôpital de Turgeau, construit sans préconosation parasismique. Il s’est effondré dans les premières secondes du séismes du 12 janvier 2010. L’arrière-plan montre la “tour DIGICEL”, qui s’est bien comportée car sa conception et construction respectaient les normes parasismiques ASCE-07 et ACI. Photographie tirée de Paultre et al., Can. J. Civ. Eng., 2013.
En Haiti, le manque de planification urbaine, les occupations de terrain non contrôlées, les bâtiments de plusieurs étages — certains de l’administration publique — non conformes aux normes parasismiques pourtant établies pour le pays, les constructions individuelles qui ne respectent pas le B.A.BA de la maçonnerie chaîné sont autant de facteurs aggravants qui, chacun, contribuent à la vulnérabilité face au mouvement sismique du sol.
Les solutions à ce problème sont pourtant bien connues — elles sont toutes explicités dans d’excellents documents publiés par le Ministère des Travaux Publics et Télécommunication (MTPTC):
- Pour les bâtiments et infrastructures qui requièrent l’intervention d’architectes ou d'ingénieurs, la conception et la construction doivent se faire en conformité avec le Code National du Bâtiment d'Haiti. Ce code prend en compte le niveau de menace sismique en Haiti et aplique les règles de conception et construction de l’International Building Code (IBC).
- Pour les bâtiments individuels, construits par exemple par des “boss maçons”, l’utilisation de la technique de connstruction en maçonnerie chaînée permet d’éviter l’effondrement du bâtiment, donc de sauver des vies.
Diminuer le risque: les solutions sont entre vos mains!