La sismologie ou séismologie (ce dernier est un anglicisme de seismologyCharles Davison, dans un article de 1924 (« Notes on some seismological terms », Bull. Seism. Soc. Am., 14, 26-37), attribue la création ou du moins la première citation écrite de ce terme à Robert Mallet, dans la troisième édition de Admiralty Manual (1859). Dès la fin du , Émile Littré ne reconnaît en français que la graphie « sismologie », la diphtongue de la racine se rendant selon lui en français par un simple i.) est une discipline scientifique qui étudie les séismes (tremblements de terre) et la propagation des ondes élastiques (dites ondes sismiques) à l'intérieur de la TerreUne définition unique de la sismologie en tant que discipline n'existe pas. À titre d'exemple, voici deux visions de la sismologie en anglais, l'une publiée dans Nature à l'occasion d'une critique de la revue Journal of Seismology, et l'autre sur le site de l'une des plus importantes associations dans ce domaine : la Seismological Society of America..
La sismologie moderne utilise les concepts de la mécanique newtonienne appliqués à la connaissance de la Terre. Les principales disciplines sont la sismogenèse, la sismotectonique, la sismologie de l'ingénieurÀ ne pas confondre avec le génie parasismique. En anglais, ces deux termes correspondent respectivement à engineering seismology et à earthquake engineering., la sismologie globale, l'imagerie sismique et la sismologie spatiale. Cette liste n'est pas exhaustive. Il existe aussi des disciplines associées où la sismologie est importante comme la paléosismologie, la mécanique des roches ou l'héliosismologie. thumb|left|Station sismologique Basse-Terre au sommet du morne Mazeau en Guadeloupe.
Histoire
Pré-scientifique Les tremblements de terre ont longtemps été considérés comme des messages divins. Pour les Chinois, c'était un signe que le Ciel (les dieux) désavouait la légitimité de l'empereur. En raison de la signification politique qu'accordaient les Chinois aux séismes et à leur fréquence importante dans la région, très tôt, ils notèrent consciencieusement les différents tremblements de terre. L'un des premiers à être noté est celui de 780 av. J.-C. et le pire en perte de vies humaines est celui de 1556 dans la province de Shaanxi qui fit plus de ..
Les Chinois n'établirent aucune théorie scientifique sur l'origine naturelle des séismes, mais c'est l'un d'entre eux, l'inventeur Zhang Heng, qui créa le premier pseudo-sismographe en 132. Né dans une région de forte sismicité, Zhang Heng mit au point un sismoscope utilisant le principe du pendule.
Pour les anciens Grecs, Poséidon était le responsable de tels événements. Pourtant, cela n'empêcha pas des Grecs comme Thalès () et surtout Aristote () de penser que les séismes ont une origine naturelle. Selon Thalès, ce sont des éruptions d'eau chaude qui sont la cause des tremblements de terre : les surfaces émergés flottent sur l'eau, et des éruptions d'eau chaude assez violentes peuvent faire bouger la terre. Pour sa part, Aristote établit sa théorie pneumatique dans laquelle le pneuma (souffle) serait la cause des séismes. Le pneuma est produit par la chaleur de la terre (dont l'origine est le feu intérieur) ou par les rayons du Soleil. Lorsque le pneuma est dirigé vers l'extérieur, il forme les vents. Mais lorsqu'il s'enfonce dans la terre et s'accumule, il produit des tremblements de terre. Grâce au rayonnement des œuvres d'Aristote dans les sciences du Moyen Âge, cette théorie resta une des principales pendant plusieurs siècles. vignette|L'ouvrage Mundus subterraneus d'Athanasius Kircher publié en 1664 relaye la théorie de Gassendi. En Europe, à la Renaissance, l'origine naturelle est de plus en plus envisagée, et plusieurs théories apparaissent. Par exemple, Pierre Gassendi, vers 1650, pensait que c'étaient des poches de gaz qui explosaientCette théorie expliquait également le principe des volcans, d'après F. Bernier, Abrégé de philosophie de Gassendi, tome V, chap. VII « Du tremblement de Terre » (1674-1675), Corpus de Philosophie en langue française, Fayard, 1992.. L'abbé Pierre Bertholon de Saint-Lazare, en 1779, y voyait un effet de l'électricité, qui, lorsqu'elle s'accumulait dans le sol, provoquait un tonnerre souterrain. Ami de Benjamin Franklin et ayant travaillé sur l'électricité, il présenta un système utilisant des paratonnerres enfoncés dans la terre afin de prévenir les séismes en empêchant les coups de tonnerre.
Scientifique vignette|Carte de sismicité mondiale, Robert Mallet, 1858. On y remarque principalement la ceinture alpine (des Açores à l'Indonésie en passant par l'Himalaya) et la ceinture de feu du Pacifique (qui entoure en grande partie cet océan par l'ouest, le nord et l'est). L'ampleur du tremblement de terre de Lisbonne de 1755 (magnitude estimée entre 8,6 et 9) suscite l'une des premières études scientifiques sur le sujet. La séismologie expérimentale est inventée par un ingénieur irlandais, Robert Mallet, qui, entre 1830 et 1850, étudie, grâce à des cuves à mercure, la propagation des ondes provoquées par des explosions artificielles. Il évalue l'intensité des séismes et dresse, en 1857, la première carte (encore valable aujourd'hui) de la sismicité des régions méditerranéennes et en 1858 la première carte de sismicité mondiale.. Cela n'empêche pas les Japonais de donner encore à cette époque une étiologie mythique aux séismes : le séisme de 1855 au Japon inspire le mythe de l’ōnamazu, silure géant vivant dans la vase des profondeurs de la terre et responsable de ce séisme.
Le , l'astronome allemand observe une déviation sur les pendules horizontaux des deux stations allemandes de l'Observatoire de Potsdam et de Wilhelmshaven. Apprenant le , dans la revue Nature, qu'un séisme est survenu à Tokyo, il fait le rapprochement entre le signal des pendules et l'arrivée des ondes sismiques de ce tremblement de terre, et en déduit une vitesse des ondes sismiques supérieure à 7 km/s.. C'est le premier enregistrement d'un téléséisme (onde sismique à grande distance)Un téléséisme est un séisme dont la distance épicentrale est supérieure à , ce qui le distingue du séisme local (distance épicentrale inférieure à ) et du séisme régional (distance intermédiaire). Cf et le début de la sismologie moderne.
Ce n'est qu'au début du que l'étude approfondie des séismes commence véritablement, avec le recensement à l'échelle de la planète des tremblements de terre par Alexis Perrey et Fernand de Montessus de Ballore entre autres ou encore l'identification des différentes ondes sismiques par Richard Dixon Oldham.
La sismologie est une science ancienne du point de vue de l'observation, mais les bases scientifiques de l'étude des séismes ne furent posées que de façon très récente.
Disciplines Sismogenèse
La sismogenèse étudie les mécanismes provoquant les tremblements de terre. Cette discipline essaie non seulement de comprendre ce qui se passe lors d'un tremblement de terre sur la ou les failles impliquées, mais aussi d'appréhender (si elles sont appréhendables) les conditions associées au déclenchement (le terme technique est « nucléation ») d'un tremblement de terre dans le temps et dans l'espace.
Dans sa simplification la plus extrême, la source d'un séisme peut être considérée comme un point représentant la position de la nucléation (appelée aussi « foyer » ou « hypocentre »). Le travail consistant à trouver la position de ce point est appelé « localisation ». Le diagramme du rayonnement d'énergie à basse fréquence d'un séisme correspond à celui d'un double couple de force dont un des deux plans nodaux correspond au plan de faille. L'orientation spatiale de ce double couple est appelée « mécanisme au foyer ». Celui-ci permet de savoir s'il s'agit d'une faille inverse, normale ou d'un décrochement. La première étape de l'étude d'un séisme est donc de trouver la localisation et le mécanisme au foyer. La disponibilité des données sismologiques en temps réel à l'échelle planétaire permet d'obtenir ces informations très rapidement après un événement (moins d'une heure pour les séismes majeurs).
Mais la source d'un tremblement de terre n'est pas un point. Les plus grands séismes sont provoqués par des ruptures de failles de plusieurs centaines de kilomètres. Le sismologue parle de source étendue quand il décrit le séisme non plus comme un simple point mais comme une surface bi-dimensionnelle plus ou moins complexe.
La sismogenèse utilise deux types de représentation de la source sismique qui tendent petit à petit à se rejoindre. L'approche cinématique représente le séisme à partir de la différence de l'état de la faille avant et après la rupture. La source sismique est alors décrite principalement par la vitesse (et ses variations) du glissement d'un point sur la faille (de l'ordre du ) lors du séisme et par la vitesse à laquelle se propage la rupture sur cette même faille (de l'ordre de quelques ). La seconde représentation est dynamique. Cette représentation part d'un état initial de la faille qui est portée à un état critique où la rupture commence (nucléation). La rupture se développe suivant des lois constitutives (par exemple la loi reliant la vitesse de glissement au frottement). La représentation dynamique a sûrement plus de sens physique que la représentation cinématique mais est beaucoup plus complexe à manipuler. On peut dans la plupart des cas déduire une représentation cinématique d'une représentation dynamique (le contraire n'est pas possible).
Comprendre la source sismique est fondamental pour pouvoir un jour espérer prévoir les séismes. Certains groupes de chercheurs estiment qu'il est possible de prédire certains événements sismiques mais ces recherches n'ont pas le consensus de toute la communauté sismologique et sont souvent l'origine de débats très enflammés.
Sismotectonique La sismotectonique est la branche de la géologie et de la géophysique qui étudie les structures et les mouvements tectoniques grâce aux séismes, ainsi que les rapports entre les séismes et la tectonique. En effet, la distribution spatiale des tremblements de terre (sismicité) n'est pas aléatoire. En regardant la sismicité à l'échelle planétaire, la majeure partie des séismes se situe aux frontières des plaques tectoniques. La variation de la profondeur des hypocentres souligne la présence des zones de subduction.
Cette simple analyse à l'échelle du globe peut être effectuée à toutes les échelles. À l'aide de différentes stations sismiques réparties autour d'un séisme, il est possible de retrouver les paramètres physiques d'un séisme, comme les coordonnées du séisme, sa profondeur (souvent difficile à déterminer), et le mécanisme au foyer du séisme ; ainsi, on détermine le type de faille mise en jeu. À partir de la simple analyse de sismogrammes ayant enregistré une secousse, il subsiste toujours un doute sur l'orientation de la faille principale, la distinction entre le plan de faille et le plan nodal (plan théorique orienté perpendiculairement au plan de faille) ne pouvant être obtenue que par la connaissance géologique et/ou l'étude des répliques du séisme principal. Les mécanismes au foyer (paramètres géométriques de la rupture) sont liés à l'orientation et aux variations du champ de contrainte dans la croûte.