Le risque sismique sur la Grande Ile d’Hawaii // The seismic hazard on Hawaii Big Island

Hawaii est bien connu pour ses volcans actifs. Les éruptions du Mauna Loa et du Kilauea sont souvent spectaculaires et peuvent être destructrices. Il ne faudrait pas oublier non plus que l’Etat d’Hawaï est aussi sujet à des tremblements de terre. C’est l’un des endroits les plus sismiques des États-Unis, avec des milliers de secousses chaque année. Pas plus tard que le 28 avril 2019, la Grande Ile a été secouée par un séisme de M 4,2 dont l’épicentre se trouvait sous le flanc sud de Kilauea, à environ 20 km au sud-est du sommet et à une profondeur de 7 km. L’événement a été largement ressenti dans toute la partie orientale de Big Island. Il n’a toutefois causé aucune modification d’activité sur le Kileaua.
Les séismes du passé ont causé des dégâts structurels de plusieurs millions de dollars à la petite ville de Hilo. Le tremblement de terre de M 6,2 en 1973 avait une intensité VIII sur l’échelle de Mercali, avec 11 blessés et 5,6 millions de dollars de dégâts.
Le séisme de M 7,7 à Kalapana, en 1975 a été enregistré avec une intensité VIII à Hilo, et il a causé pour 4,1 millions de dollars de dégâts.
Hilo est la quatrième ville de l’État en termes de population, avec environ 43 000 habitants. On compte au moins 40 bâtiments historiques dans cette ville, y compris des écoles, des hôpitaux, des postes de police, des immeubles de bureaux, des magasins et des églises. L’architecture de Hilo lui donne souvent l’aspect d’une ville d’avant la seconde guerre mondiale. Elle est souvent considérée comme la plus ancienne ville de l’État. En fait, son histoire remonte à  l’année 1100. Les bâtiments historiques sont particulièrement vulnérables aux séismes, en particulier ceux construits avant l’adoption des normes parasismiques.
Selon le HVO, c’est l’intensité des ondes sismiques dans une zone donnée qui détermine le risque de dégâts. Une secousse avec une intensité «très forte» de VII peut causer des dégâts considérables aux structures mal construites, mais endommage généralement peu des structures bien conçues. Une secousse avec une intensité «sévère» de VIII causera des dégâts considérables à la plupart des bâtiments ordinaires. Avec une intensité «violente» de IX, même des structures spécialement conçues pour résister aux tremblements de terre peuvent subir des dégâts considérables. L’intensité «extrême» X détruira la plupart des structures. Il a été admis que des séismes de magnitude M 6,0 à Hawaii peuvent causer des dégâts sur de vastes zones.
L’État d’Hawaï a pris des mesures pour remédier aux problèmes de construction. En outre, un rapport de 2017 indique que 29% des routes hawaiiennes sont en mauvais état. Hawaii se situe au cinquième rang des pires villes du pays pour son réseau routier. Pour ce qui est du financement des routes dans le budget fédéral, Hawaii est le 10ème plus bas des Etats Unis. Près de 6% des routes hawaïennes ont été jugées en mauvais état. Les barrages constituent également le plus grand danger à Hawaii, comparés aux autres États.
Compte tenu de ces informations, certains habitants ne se sentent pas en sécurité sur leur lieu de travail et redoutent les séismes. Ils font remarquer que ce qui s’est passé à Christchurch (Nouvelle-Zélande) en 2011 pourrait aussi se produire à Hilo.
Les autorités expliquent que la Grande Ile doit s’attendre à de nouveaux séismes et s’y préparer. Les habitants doivent être conscients que des événements majeurs se produisent de temps en temps, même s’il n’y en a pas eu de secousse d’une magnitude supérieure à M6.9 depuis assez longtemps. Un sismologue du HVO a déclaré: «Le tout n’est pas de savoir si un puissant séisme se produira, mais de savoir quand il se produira. »
Source: Big Island Now.

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Hawai‘i is well known for its active volcanoes. The eruptions of Mauna Loa and Kilauea are often spectacular and can be setructive. One should not forget either that Hawaii is also an earthquake country. It is one of the most seismically active states in the US, experiencing thousands of earthquakes  each year. As recently as April 28th, 2019, Big Island residents experienced an M 4.2 earthquake beneath Kilauea’s south flank, roughly 20 kilometres SE of the summit at a depth of 7 kilometres. The quake was widely felt across East Hawaii. It did not cause any changes on Kileaua Volcano.

Earthquakes in the past have caused millions of dollars in structural damage to the small town of Hilo. The 1973 M 6.2 earthquake produced shaking of intensity VIII on the Mercali scale, injuring 11 people and causing 5.6 million dollars of damage.

The 1975 M 7.7 Kalapana earthquake caused a shaking with an intensity VIII in Hilo, causing 4.1 million dollars in damage.

Hilo is the state’s fourth largest city by population with approximately 43,000 residents. There are at least 40 historic buildings in this town, including schools, hospitals, police stations, office buildings, storefronts and churches. Hilo’s architecture gives it a pre-World War II persona. The city is often considered to be the state’s oldest one. In fact, oral history can be traced back to 1,100 AD. Historic buildings are especially vulnerable to seismic events, particularly those built before seismic codes were adopted.

According to the Hawaiian Volcano Observatory, what determines the potential for damage is how intense the seismic waves generated by the earthquake are in any given area. Shaking with ‘very strong’ intensities of VII can cause considerable damage to poorly-built structures but generally little damage to well-designed structures. It takes shaking at ‘severe’ intensity VIII to cause considerable damage to most ordinary buildings. At ‘violent’ intensity IX, even specially designed earthquake-tolerant structures can have considerable damage. ‘Extreme’ intensity X can destroy most structures. It has been admitted that earthquakes above magnitude M 6.0 in Hawai‘i generally can produce damages over large areas.

The state of Hawaii has taken some action to address building concerns. Besides, a 2017 report indicates that 29% of the state’s roads are in poor condition, ranking Hawaii the fifth worst in the nation. For highway funding as a percentage of the total government spending, Hawaii is the 10th lowest in the nation. Nearly 6% of Hawai‘i roads were deemed deficient. Dams posed the most hazard in Hawaii than any other state.

Given these reports, some residents feel unsafe in their workplace during earthquakes. They say that what happened in Christchurch (New Zealand) in 2011 that could so easily happen in Hilo.

Authorities explain that the Big Island needs to be prepared for earthquakes. Residents need to be aware there are big ones now and then, even though it has been there has not been an event above M6.9 for quite a long time. Said one HVO seismologist “It’s not a matter of if, but when a strong earthquake will occur.”

Source: Big Island Now.

Des séismes sont souvent enregistrés sur le flanc sud du Kilauea (Source: USGS)

Le HVO et les séismes // The Hawaiian Volcano Observatory and the earthquakes

drapeau-francaisComme il le fait de temps à autre, l’Observatoire des Volcans d’Hawaii (HVO) vient de publier un article très intéressant sur les séismes, les techniques de mesure et leur interprétation.
L’Observatoire explique aux lecteurs de l’article que, lorsque la terre tremble, les ondes sismiques sont captées par des sismomètres installés un peu partout à Hawaii. Ces données sont envoyées quasiment en temps réel vers le HVO où des ordinateurs avec des logiciels adaptés contrôlent l’activité sismique 24 heures sur 24. Lorsque quatre stations sismiques ou plus détectent un séisme, l’ordinateur détermine automatiquement la localisation et la magnitude de l’événement. Si cette dernière est supérieure à M 3,0, l’ordinateur envoie l’information vers le site du HVO sans aucune intervention humaine. L’Earthquake Notification Service (service se signalement des séismes) alerte alors ses abonnés. Le processus intervient généralement dans les cinq minutes qui suivent le séisme.
Les sismologues du HVO passent ensuite ces données au crible. Ils recalculent les paramètres du séisme et, si nécessaire, modifient les données qui ont été communiquées précédemment de manière automatique. Pour les séismes d’une magnitude supérieure à M 4,0, les scientifiques effectuent leur propre vérification dans les deux heures et émettent un nouveau bulletin d’information. Les événements inférieurs à  M 4,0 sont examinés régulièrement en quelques jours.
Après examen par un sismologue, la magnitude du séisme peut être augmentée ou diminuée de quelques dixièmes. D’autres organismes que le HVO, tels que le Pacific Tsunami Warning Center et le National Earthquake Information Center peuvent, eux aussi, apporter de légères modifications.
La notion de magnitude sismique remonte à 1935, lorsque Charles Richter a mis au point une méthode de comparaison des tailles relatives des séismes dans le sud de la Californie. Il a mesuré la façon dont l’amplitude des secousses diminue avec la distance par rapport au lieu où s’est produit le séisme. En utilisant le logarithme de l’amplitude maximale, Richter a pu établir une échelle montrant le vaste éventail de magnitude des séismes. Par exemple, sur cette échelle, la magnitude d’un séisme de M 4,0 est dix fois plus élevée que celle d’un événement de M 3,0.
Aujourd’hui, il existe de nombreux types de magnitude sismique qui tirent parti des progrès de l’instrumentation et ils couvrent une vaste gamme de situations. Pour les séismes supérieurs à environ M 5,5, la mesure de grandeur la plus utilisée est la magnitude de moment (Mw) qui rend compte du processus physique à l’origine de l’émission de l’énergie sismique à la source. Elle dépend de la taille de la rupture et du glissement opérée sur la faille. Pour chaque augmentation de 0,2 de la magnitude de moment, l’énergie double. Par exemple, un séisme de M 6,2 libère environ deux fois plus d’énergie qu’un événement M 6,0.
Pour les séismes mineurs, comme ceux qui se produisent quotidiennement à Hawaii, le HVO calcule deux types de grandeur basés soit sur la durée, soit sur l’amplitude de la secousse enregistrée par les sismomètres. La magnitude de durée a tendance à être mieux adaptée aux petits séismes (inférieurs M 2,0) qui se situent à une profondeur inférieure à 20 km. La prise en compte de l’amplitude, qui est une formulation moderne de la magnitude selon Richter, convient davantage aux séismes locaux qui ont des magnitudes comprises entre M 2,0 et M 5,5.
La magnitude obtenue est en fait une moyenne des valeurs calculées par chaque sismomètre. Ces valeurs varient en fonction de la distance, de la direction, de l’instrument et du type de matériau traversé par l’onde sismique. Les sismologues du HVO déterminent quelles sont les stations sismiques qui fournissent les estimations de magnitude les plus fiables et les plus objectives ; ils déterminent ensuite une moyenne et choisissent la durée ou l’amplitude la plus adaptée pour déterminer la magnitude de chaque événement.
Source: USGS / HVO.

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drapeau-anglaisAs it does from time to time, the Hawaiian Volcano Observatory has just posted a very interesting article about earthquakes, the way they are measured and interpreted by the Observatory.

The readers of the article are explained that when the earth shakes, seismic waves are picked up seismometers which are located across Hawaii. This seismic data is relayed in near real-time to HVO, where computers trained to look for earthquake patterns keep watch around the clock. When four or more stations detect an earthquake, the computer automatically estimates the location and magnitude of the event. If the earthquake magnitude is above M 3.0, the computer posts the information to HVO’s website without any human intervention. The USGS Earthquake Notification Service then alerts subscribers. This generally happens within five minutes of the earthquake.

HVO’s seismologists then spring to action to review the data. They recalculate the earthquake parameters and, if needed, overwrite the previously posted automatic ones. For M 4.0 and higher earthquakes, the scientists complete their manual review within two hours and issue a news release. Events smaller than  M4.0 events are reviewed routinely within a few days.

Upon review by a seismologist, the earthquake’s magnitude can go up or down by a few tenths. Different groups, such as the Pacific Tsunami Warning Center and the USGS National Earthquake Information Center, might also report slightly different magnitudes.

The concept of earthquake magnitude dates back to 1935, when Charles Richter created a way to compare the relative sizes of earthquakes in southern California. He measured how the amplitude of shaking recorded by seismometers decreased with distance from an earthquake. Using the logarithm of the maximum amplitude, Richter was able to derive a scale that conveyed the wide range of earthquake sizes, which can vary by several orders of magnitude. For example, on this scale, the amplitude of an M 4.0 earthquake is ten times higher than that of an M 3.0 event.

Today, there are numerous types of earthquake magnitudes that take advantage of advances in seismic instrumentation and cover a wide range of situations. For earthquakes higher than about M 5.5, the most common measure of magnitude is called moment magnitude (Mw), which relates fundamentally to the energy released by an earthquake’s fault motion. For every 0.2 increase in moment magnitude, the energy doubles. For example, an M 6.2 earthquake releases roughly twice as much energy as an M 6.0 event.

For smaller earthquakes, like those that happen daily in Hawaii, HVO computes two types of magnitude based on either the duration or amplitude of the shaking recorded by seismometers. Duration magnitude tends to work better for smaller earthquakes (less than about M 2.0) that are located shallower than 20 km beneath the surface. Amplitude magnitude, which is a modern-day formulation of Richter’s magnitude, works better for local earthquakes with magnitudes between about M 2.0 and M 5.5.

Any reported magnitude is actually an average of values computed for each seismometer that recorded the earthquake. These values vary depending on distance, direction, instrument, and the type of material along the seismic wave’s path. HVO seismologists evaluate which stations provide the most reliable and objective magnitude estimates, average them together, and select either duration or amplitude as the preferred magnitude type for each event.

Source : USGS / HVO.

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Sismographes à Hawaii (Photo: C. Grandpey)