Des séismes silencieux annonciateurs de méga-séismes dans les zones de subduction ?

- communiqué de presse

Vendredi, 24 septembre 2004

Deux sismologues du département de sismologie de l'IPG de Paris (Unité mixte du CNRS) mettent en relation cette semaine dans la revue Science les découvertes récentes obtenues par différentes équipes dans deux segments de zones de subduction, l'un au Japon, l'autre dans la région des Cascades (Pacifique Nord-Est). Il s'agit de nouveaux signes d'activité, des « trémors » et des « séismes silencieux », jamais observés auparavant dans les zones de subduction où les séismes de magnitudes supérieures à 7 dissipent 90 % de l'énergie des tremblements de terre planétaires. Pour Alfred Hirn et Mireille Laigle, ces signaux nouveaux pourraient, dans certains cas, constituer des signaux précurseurs de méga-séismes. Il ne s'agit pas encore de prévoir la date de celui qui est attendu au Japon ou ailleurs, mais d'ouvrir un nouveau domaine d'observation quantitative sur lequel il convient de focaliser les recherches pour comprendre comment un méga-séisme se prépare et peut-être un jour aboutir à des prévisions.

La prévision des séismes est un domaine de recherche qui vient de faire des avancées importantes ces derniers mois, avancées qui permettent d'espérer d'autres progrès, au moins dans certains contextes géologiques particuliers. La majeure partie des grands séismes de magnitude supérieure à 7 se produit dans les zones de subduction les plus actives : par exemple autour du Pacifique, au Japon, le long de la bordure ouest de l'Amérique du Sud. Ce sont des régions où une plaque océanique plonge sous une autre plaque, dans le manteau terrestre. Cette subduction s'accompagne de séismes dans la plaque plongeante et dans celle qui la surplombe, mais les plus grands sont ceux qui se produisent au contact entre les deux plaques, là où elles glissent l'une contre l'autre. Le long de ces méga-failles chevauchantes, la partie dite sismogénique où se propage la rupture sismique peut atteindre une grande profondeur et avoir une surface plus grandes qu'ailleurs, engendrant ainsi des séismes majeurs, avec des magnitudes 8 et plus.

Dans les zones de subduction très actives, où les séismes sont nombreux et fréquents, la connaissance historique de l'occurrence des séismes passés permet une approche probabiliste pour identifier les segments qui devraient se rompre prochainement. Ainsi, par exemple, un séisme de magnitude de l'ordre de 8 est attendu sur le segment de Tokai de la fosse de Nankaï, là où la plaque de la Mer des Philippines s'enfonce sous le Japon central, car il n'y aurait pas eu de rupture au siècle passé comme ailleurs dans la région. Dans les zones de subduction moins sismiquement actives, comme la région des Cascades, l'Arc Hellénique, l'arc des Antilles, où la mémoire d'événements passés est moins fiable, voire inexistante, on ne peut exclure a priori que de tels grands séismes soient aussi en préparation.

Depuis une vingtaine d'années, les recherches de la communauté internationale se sont intensifiées dans les zones à haut risque. Des équipes françaises y participent, par exemple au, au Chili, en Equateur-Colombie, au Japon, dans le Sud-ouest Pacifique. Elles ont entamé un effort sur des zones plus proches mais dont l'étude est plus difficile car elles sont moins actives, tels les arcs Héllénique et Antillais.

Des développements nouveaux menés par trois approches différentes dans les cas des subductions de Nankai au Japon et des Cascades au Nord-Ouest de l'Amérique du Nord sont en train d'apporter des résultats insoupçonnés. Pour Alfred Hirn et Mireille Laigle, il s'agit probablement de signes annonciateurs de grands séismes qui mérite l'ouverture d'un domaine nouveau d'observation.

Des signaux sismiques faibles et particuliers, « trémors », ont été découverts dans la zone de Nankai grâce à un grand développement du réseau de sismomètres au Japon depuis le séisme de Kobé en 1995, puis aussi dans la région des Cascades. Les trémors sont attribués à la participation de fluides à la source sismique (par exemple du magma dans le cas des trémors observés jusqu'ici sur certains volcans) et indiqueraient dans ce contexte particulier la présence d'eau au voisinage de l'interface entre les plaques à plusieurs dizaines de kilomètres de profondeur. Cette eau proviendrait de la déshydratation des roches de la plaque plongeante. Selon la profondeur où l'eau se dégage, et en fonction de la structure et des propriétés thermiques des plaques en présences, l'eau serait soit absorbée par les roches du manteau qu'elle altère (serpentinisation), soit piégée sous la croûte de la plaque supérieure (les gabbros qui la constituent n'absorbent pas l'eau) participant alors à la source des trémors.

Par ailleurs, des ruptures trop lentes pour engendrer des ondes sismiques, et qu'on appelle « séismes silencieux », ont été découvertes peu avant dans la subduction des Cascades par un réseau dense de mesures GPS qui enregistrent en continu les déformations du sol. On a ensuite trouvé que ces séismes silencieux étaient accompagnés de trémors. De même, un séisme silencieux a été observé au Japon précisément sur une partie de la zone où un séisme majeur est attendu. Il s'agit du segment de Tokai, qui fait partie de la zone de subduction de Nankai, à l'Ouest du Mt Fuji, le long de laquelle les trémors ont été découverts.

Enfin un troisième type d'approche a été employé pour examiner les détails de la structure profonde des zones de subduction, plus particulièrement la partie sismogénique de cette méga-faille de chevauchement, au contact des deux plaques, et les domaines d'hydratation. Il s'agit d'imagerie par l'exploration sismique (réflexion-réfraction-tomographie) réalisée au Japon, ou (par les auteurs de l'article) au large de la Grèce ou aux Antilles (article sous presse dans Tectonophysics).

Pour Alfred Hirn et Mireille Laigle, dans le cas du Japon, l'association trémors et séismes lents peut être interprétée, compte tenu de la structure profonde qui vient d'être révélée par imagerie, comme un signal annonciateur du grand séisme attendu, avec comme modèle une modification du couplage d'une partie de la zone sismogénique du fait de la pression de fluide qui influerait sur le comportement pré-sismique.

Dans le cas des Cascades, les observations de trémors et de séismes lents sont aussi cohérentes avec les processus de libération de fluides de la plaque plongeante sous la croûte. Mais là, leur occurrence apparaît périodique et diverses données, dont l'imagerie sismique, indiquent que leur zone source se situe en aval de la partie sismogénique, donc avec une relation différente au méga-séisme éventuel.

La découverte de ces signaux nouveaux de l'activité dans certaines zones de subduction ne signifie pas pour autant qu'une prévision est déjà possible. Mais la compréhension de ces nouveaux phénomènes peut être apportée par l'imagerie des structures profondes et par la mise en place de réseaux dense, à terre et en mer, d'instruments pour une observation fine de ces signaux sur de longues période de temps. Une telle démarche pourrait conduire à ne plus exclure la possibilité d'une prévision.

Dans les autres zones de subduction où il n'y a pas de mémoire fiable de l'occurrence passée de méga-séismes, on ne sait pas encore si de tels signaux de l'activité pourront être détéctés, mais l'exploration structurale par imagerie sismique peut contribuer à cerner la localisation d'une partie sismogénique. Un effort dans ce sens est entamé dans le cas des subductions Héllénique et Antillaise.

Le chemin de la prévision passe par un effort d'observation, d'exploration et le développement d'une modélisation pour comprendre la manière dont un grand séisme se prépare dans de tels contextes géodynamiques.

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