Mission scientifique post-sismique à Tocopilla, Chili

La zone de subduction du Chili est l'une des plus sismiques du globe. Elle a été le siège du plus grand séisme jamais enregistré, le séisme de Valdivia de 1960 (Mw=9.5) qui provoqua un gigantesque tsunami affectant tout le Pacifique. La région d'Antofagasta, qui n'avait pas connu de séisme depuis 1877, était considérée de longue date par les sismologues comme une zone à haut risque où un séisme de forte magnitude était à redouter. Considérée comme un laboratoire naturel, elle est étudiée de longue date par les équipes françaises, chiliennes, et internationales. Elle était donc partiellement instrumentée par des stations sismologiques et GPS notamment. Une mission post-sismique coordonnée entre l'Université du Chili, l'INSU et le GFZ Potsdam a été rapidement mis en place et est actuellement sur le terrain afin de densifier le réseau d'observation pour l'étude des répliques et le suivi des déformations. C'est l'étude de tels événements et régions qui permettra de comprendre avec plus de précision l'occurrence des séismes et de progresser dans le domaine de la prévision des risques.

Carte de la région Nord Chili, localisations et mécanismes du séisme principal (14 novembre 2007) fournis par l'USGS, Geoscope et Harvard. Sont également reportées les principales répliques du séisme au 20 novembre 2007. Le fond grisé représente la topographie de la région. Les zones de rupture du séisme d'Iquique (1877, Mw~9.0), d'Antofagasta (1995, Mw=8.1) et de Tarapaca (2005, Mw=7.7) sont indiquées sur cette figure. Le 14 novembre, à 14:40:50 UTC, un tremblement de terre de magnitude 7.8 a frappé la région de Tocopilla au nord du Chili, provoquant dans cette région d'importants dégâts au niveau des bâtiments et des infrastructures. Ce séisme est lié à la subduction (l'enfoncement) de la plaque océanique de Nazca sous la plaque Sud-américaine, il a rompu une partie de la zone de contact entre les deux plaques. Dans cette région, la vitesse de subduction est de l'ordre de 7.8 cm/an et oblique dans une direction est-nord-est. Les déformations associées à cette subduction, qui produisent de nombreux séismes, et un volcanisme actif sont responsables, au fil de dizaines de millions d'années, de la formation de la chaîne des Andes.

L'épicentre du séisme est localisé (-22.19°S latitude, -69.84°E longitude) par l'USGS (US Geological Survey), à partir des ondes enregistrées sur les réseaux sismologiques globaux américains IRIS, et français Geoscope, au nord de la ville minière d'Antofagasta. L'analyse des enregistrements (solutions de Harvard et de Geoscope) montrent qu'il s'agit bien d'un séisme de subduction. La magnitude du séisme et la distribution des répliques (source USGS) permettent d'estimer la longueur de la zone rompue, entre 100 et 150 Km.

Principales lacunes sismiques le long de la zone de subduction chilienne Le séisme s'est produit dans la partie sud d'un segment de la zone de subduction, entre Antofagasta et le sud Pérou, qui n'avait pas enregistré de grand tremblement de Terre depuis le séisme historique d'Iquique en 1877 (Mw~9.0, 10 May 1877) qui avait alors rompu, sur près de 800 km, l'ensemble du segment et généré un important tsunami. Cette zone était identifiée comme une lacune sismique où risquait de se produire un séisme de forte magnitude. C'est la raison pour laquelle les scientifiques français, soutenus par l'INSU et l'IRD, ont instrumenté la région depuis le début des années 1990, en collaboration avec des équipes Chiliennes afin d'en observer et mesurer la déformation, et d'en suivre la sismicité.

Un séisme correspond à une libération des contraintes, mais il correspond aussi à une mise sous contraintes des zones qui sont en périphéries. Ainsi, depuis le séisme de 1877, ce segment qui correspond à la lacune sismique, avait été mis sous tension à ses deux extrémités par les séismes d'Antofagasta (Mw=8.1, 30 Juillet 1995) au Sud et d'Arequipa (Mw=8.3, 23 juin 2001) au Nord. Le risque sismique avait également été renforcé récemment par le séisme intraplaque de Tarapaca (Mw=7.7, 13 Juin 2005) de profondeur intermédiaire.

Schéma de la subduction andine montrant les différents types de séismes survenant dans ce contexte géodynamique. Le séisme de Tocopilla est du type interplaque. Depuis plusieurs années, avec le soutien de l'INSU, et dans le cadre de l'ANR « Catastrophes Telluriques », les équipes françaises de l'Institut de Physique du Globe de Paris et de l'Ecole Normale Supérieure ont fortement investi dans cette région du Chili, en étroite coordination avec l'Université du Chili, au travers de nombreuses campagnes de terrain et l'installation de réseaux permanents de stations sismologiques et GPS. Parallèlement, la coordination de ces efforts a été récemment structurée avec la création en novembre 2006 du Laboratoire International Associé « Montessus de Ballore » entre le CNRS et l'Université du Chili, et des accords de coopération entre le CNRS et le Géo-Forschung-Zentrum (GFZ) Potsdam et l'université du Caltech (Etats-Unis).

Grâce à ces efforts, le séisme et ses répliques ont été très bien enregistrés par un grand nombre de stations sismologiques et géodésiques récemment installées de manière coordonnée par les équipes chiliennes (DGF, Université du Chili), françaises (INSU, IRD), allemandes (GFZ, Potsdam) et américaines (Caltech). En particulier, les stations du réseau d'observation continue « IPOC » (INSU/GFZ/DGF) ont parfaitement fonctionné. Ces données sismologiques, accélérométriques, géodésiques et inclinométriques d'excellente qualité, c'est-à-dire les mesures de vitesse, d'accélération, de déformation du sol, d'inclinaison, complétées par les observations d'interférométrie spatiale particulièrement adaptées à cette région au climat semi-désertique, qui elles mettent en évidence la déformation régionale autour du séisme, vont permettre de déterminer le détail de la rupture sismique.

Une des questions essentielles aujourd'hui est de comprendre les causes de l'arrêt de la rupture au nord, au niveau de Tocopilla, qui a limité la taille et la magnitude de ce séisme, ainsi que la terminaison sud de la rupture dans la région de la péninsule de Mejillones qui joue un rôle particulier dans la segmentation de la zone de subduction chilienne et est le siège de mouvements verticaux.

La lacune de 1877, n'ayant rompu que très partiellement, dans sa partie sud, lors du séisme du 14 novembre 2007, un ou plusieurs grands séismes de magnitude supérieure ou égale à 8 sont malheureusement à prévoir dans la région épargnée, au nord de Tocopilla, à proximité des stations du réseau « IPOC ».

Contact(s):

• Jean-Pierre Vilotte, Institut de physique du globe de Paris (IPGP)
  vilotte [at] ipgp [dot] jussieu [dot] fr, 01 44 27 38 88
• Christophe Vigny, Laboratoire de Géologie de l'ENS (UMR 8538 du CNRS)
  vigny [at] geologie [dot] ens [dot] fr, 01 44 32 22 14

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