L’érosion serait à l’origine de la sismicité des Pyrénées et des Alpes occidentales.

Vendredi, 8 février 2013

Alors qu’il était couramment admis que la sismicité des Pyrénées et des Alpes occidentales devait être due à l’étalement de ces chaînes sous leur propre poids (effondrement gravitaire), des chercheurs français des laboratoires Géosciences Montpellier (CNRS-INSU / Université de Montpellier 2), Géosciences Rennes (CNRS-INSU / Université de Rennes 1) et IRAP (CNRS-INSU, Université de Toulouse III - Paul Sabatier) montrent que l’érosion pourrait être le véritable moteur de cette sismicité. Cette étude est publiée dans la revue Geology.

 

La déformation intraplaque et la sismicité sous les Pyrénées et les Alpes

Des séismes ont lieu dans des zones où aucune déformation n’est attendue puisque ces régions se trouvent à l’intérieur de plaques tectoniques très stables. Ainsi en Europe, les taux de déformation sont si faibles qu’ils ne sont pour l’instant pas quantifiables. En effet, les vitesses de déformation entre des sites GPS distants de plusieurs centaines de kilomètres de part et d’autre des Pyrénées et des Alpes occidentales indiquent des déformations inférieures aux incertitudes sur les mesures (<0.3 mm/an). Pourtant les Alpes et les Pyrénées sont le siège d'une sismicité fréquente, mais modérée.

Les mécanismes au foyer sous les zones axiales de ces chaînes montrent de l’extension orientée perpendiculairement à leur axe topographique principal, alors que ceux des zones externes des Alpes indiquent de la compression. Toutes ces observations ont généralement été utilisées comme une preuve de l’étalement de ces chaînes (effondrement gravitaire). Cependant des études de géomorphologie suggèrent une surrection des Alpes et les méthodes de géodésie (GPS et nivellement) le confirment en indiquant des vitesses de remontée verticale des roches (et non de la topographie) pouvant aller jusqu’à 2 mm/an.

Dans le cas d’un effondrement gravitaire, on s’attend à des vitesses horizontales au moins équivalentes aux vitesses verticales, ces dernières devant montrer préférentiellement de la subsidence au cœur de la chaîne, ce qui n’est pas le cas. Il est donc nécessaire d’envisager d’autres processus pouvant être à l’origine de cette déformation.

Haut : champ de vitesses et de contraintes déviatoriques induite par un taux d’érosion de 0.75 mm/an sur les reliefs et 0.5 mm/an de raccourcissement au travers de la chaîne. Bas : déformation et axes principaux du tenseur des déformations obtenus pour les paramètres indiqués plus haut. Les effets de l’érosion sur les chaînes de montagnes

L’ablation de la topographie par érosion est un processus qui permet de faire remonter les roches par isostasie. Ces deux processus, érosion et isostasie, ont été incorporés dans une modélisation numérique (par éléments finis) afin de tester les effets de l’érosion sur une chaîne de montagnes. Le géotherme de la lithosphère a été défini en fonction des mesures de flux de chaleur dans la lithosphère et de la profondeur de la sismicité dans les chaînes de montagnes. Les propriétés rhéologiques de la croûte sont définies d’après des études expérimentales.

Dans un premier temps, la stabilité du modèle a été testée sans érosion. Les résultats ne montrent pas de déformation et ne confirment donc pas l’hypothèse d’effondrement gravitaire. Dès lors que l’érosion est prise en compte, des mouvements verticaux sont générés au cœur de la chaîne et ces mouvements verticaux sont accompagnés par de faibles mouvements horizontaux, qui se traduisent par de l’extension horizontale sous la zone axiale de la chaîne et de la compression dans les zones périphériques du piémont. De manière surprenante, cette extension est observée pour des taux de raccourcissement de la chaîne allant jusqu’à 3 mm/an à condition que l’érosion soit suffisamment forte (~1mm/an).


Extension induite par érosion des reliefs à gauche, par effondrement gravitaire (à droite). La différence principale repose sur le champ de vitesse (composante horizontale plus rapide et subsidence au centre de la chaîne pour l’effondrement gravitaire). Il est a noter que dans le cas de l’extension induite par érosion, la croûte inférieure est en compression.

La remise en question de l’effondrement gravitaire et la révision de l’aléa sismique en France


Ces résultats montrent que l’effondrement gravitaire n’est pas le processus responsable de la déformation des Alpes Occidentales, et révèlent le rôle de l’érosion à la fois pour l’activation des mouvements verticaux mais aussi horizontaux. Les modèles d’aléa sismique en vigueur France ne prennent en compte que les déformations horizontales associées à la tectonique des plaques, à l’exclusion de tout autre processus. Pour les auteurs, il est urgent de repenser les causes responsables de la déformation et de la sismicité en France métropolitaine. Cela vaut en particulier pour les zones de montagnes, pour lesquelles, contre toute attente, l’érosion pourrait être un facteur majeur d’activation de sismicité.

Cette découverte montre qu’il est important d’étudier plus avant les effets de l´érosion sur les reliefs en développant des modèles 3D prenant en compte la topographie, les failles potentiellement actives et la distribution de l’érosion. Parallèlement, les taux d’érosion et leur évolution dans le temps doivent être quantifiés pour déterminer plus précisément la part de l’érosion par rapport au rebond postglaciaire et aux phénomènes plus profonds.

 

Source(s): 

Erosion-induced isostatic rebound triggers extension in low convergent mountain ranges, P. Vernant1, F. Hivert1, J. Chéry1, P. Steer2, R. Cattin1, A. Rigo3, Geology, Volume : 41, Février (2013)

1-Géosciences Montpellier, CNRS / Université Montpellier 2
2-Géosciences Rennes, CNRS / Université de Rennes 1
3-Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie, CNRS / Université Toulouse III-Paul Sabayier, Observatoire Midi-Pyrénées

Contact(s):
  • Philippe Vernant
    pvernant [at] univ-montp2 [dot] fr

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