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REGARDS SUR LA SCIENCE

Nouveautés sismologiques

Publié en ligne le 14 février 2019 -
Georges Jobert - Science et pseudo-sciences n°325 - juillet / septembre 2018

Les actualités de l’Insu (Institut national des sciences de l’Univers) en fournissent en abondance.

Sismicité et changements climatiques [1]

Nous avons déjà examiné 1 certains liens éventuels entre ces phénomènes, considérés comme deux conséquences de la radioactivité du noyau terrestre. Il en existe de plus directs. On sait depuis longtemps que la Terre est déformée dans son ensemble par les variations saisonnières du poids de l’atmosphère 2. De nos jours, grâce à la géodésie spatiale, il devient possible de mesurer les déformations qui peuvent accompagner le changement climatique. On a ainsi pu montrer [2] que la microsismicité à l’intérieur du centre-est des États-Unis (New Madrid, vallée supérieure du Mississippi), est influencée par les changements de l’hydrologie régionale. On peut prévoir que les failles actuellement inactives au sein des plaques tectoniques pourront être réactivées par les changements que produirait la fonte des inlandsis 3.

Déformation de la Terre due aux cyclones tropicaux [3]

Un effet analogue accompagne les cyclones. Nous avons signalé 4 qu’un séisme puissant pouvait être détecté à distance par la variation du champ de pesanteur qu’il provoque. Le même phénomène a permis de suivre la propagation d’un cyclone tropical [4]. On a observé que la déformation comportait deux phases : une dilatation 5 due au passage de la dépression météorologique, suivie d’une contraction due à la charge de l’eau de pluie qui finit par être concentrée sur une petite surface et par produire des déformations bien plus grandes. 6

Séismes lents [5]

Une caractéristique importante d’un corps est la façon dont il se déforme quand changent les conditions auxquelles il est soumis. Sa déformation peut finir par une rupture quand ses contraintes 7 intérieures dépassent le seuil de résistance du matériau qui le constitue. Dans le cas des séismes, il est possible de déterminer la vitesse de la propagation de la fracture, qui est de l’ordre de 3 km/s.
À côté de ces mouvements soudains et dépourvus de phénomènes précurseurs reconnaissables, on a observé, lors d’éruptions volcaniques, des vibrations de quelques hertz, appelées trémors, qui peuvent durer plusieurs minutes, voire des heures. Elles sont dues au mouvement des fluides dans la colonne de magma.
À la fin des années 1990, la mise en évidence, au large des Philippines, de vibrations durant des heures, voire des mois, a conduit à modifier la classification des séismes [6]. Les distinguant des trémors volcaniques, on leur a affecté le qualificatif de lents, utilisé en chirurgie gériatrique pour des fractures se produisant après diminution du seuil de résistance des os.
Pour les séismes habituels, la durée du glissement sur la faille est de quelques secondes à quelques minutes ; pour les séismes lents, elle peut être de l’ordre de l’heure, du jour ou même du mois. Mais pour ces derniers, la durée du chargement des contraintes avant qu’elles ne soient libérées peut être réduite à quelques années ou quelques mois. Une autre différence est qu’ils ne débutent pas avec des ondes impulsives nettes. On doit utiliser des techniques complexes pour les distinguer du bruit. Ceci a amené à les appeler plutôt « épisodes de glissement lent » (Slow slip events, SSE). Malgré ces différences, l’énergie libérée peut être équivalente pour des séismes de mêmes dimensions.
Ces phénomènes ont été observés dans les zones de subduction d’Amérique du Nord, du Japon, du Mexique, du Costa Rica et de Nouvelle-Zélande, et dans une zone de décrochement, en Californie. L’utilisation de réseaux de détecteurs GPS a considérablement facilité leur étude.

Injections de fluide et sismicité [7]

Ce sujet a fait l’objet de plusieurs de nos notes dans ces colonnes. C’est un nouvel aspect qui a été abordé [8] : déterminer le rapport entre taille des séismes induits et paramètres de l’injection de fluide. Pour y parvenir, les auteurs ont combiné théorie et modélisation numérique. Ils estiment ainsi la taille des ruptures induites par les perturbations dans la pression localisée dans les pores rocheux, et qui se propagent sur des failles déjà soumises à contrainte. Le modèle fait la distinction entre ruptures croissant au-delà de la zone perturbée et celles qui sont contenues dans celle-ci. La théorie fournit une relation entre la magnitude de ces dernières et le volume injecté, en bon accord avec les résultats observés dans un large domaine de volumes. Ceci suggère que, bien que des ruptures étendues soient possibles, la plupart des événements observés dus à des injections correspondent à des ruptures contenues.

Répliques et grands séismes [9]

Schéma d’une zone de subduction
© KDS4444

Les grands séismes se produisent en majorité dans les zones de subduction et peuvent provoquer des tsunamis dévastateurs. Il est donc très important d’évaluer comment ils font évoluer le risque de déclenchement d’un tsunami. Pour ce faire, on a proposé très récemment [10] d’utiliser les répliques qui suivent les grands séismes. Par l’étude minutieuse d’une douzaine de ceux-ci, avec rupture jusqu’en surface ou non, les auteurs ont montré que, en général, quand la faille s’arrête en profondeur, aucune réplique n’est détectée au-delà de la fosse de subduction. La partie supérieure de la plaque plongeante est alors soumise à de plus fortes contraintes et donc plus grand sera le risque d’un séisme suivi d’un tsunami. Alors que si l’on détecte immédiatement des répliques vers le large, la faille s’est propagée jusqu’en surface et les contraintes se libéreront dans les répliques.

Références


[1] « L’activité sismique modulée par le climat », 20 décembre 2017. Sur insu.cnrs.fr
[2] Craig TJ, Chanard K, Calais E, “Hydrologically-driven crustal stresses and seismicity in the New Madrid Seismic Zone”,
Nature Communications, 2017, 8 :2143.
[3] « Comment les cyclones tropicaux déforment la croûte terrestre », 24 novembre 2017. Sur insu.cnrs.fr
[4] Mouyen M, Canitano A, Chao BF, Hsu YJ, Steer P, Longuevergne L, Boy JP, “Typhoon-induced ground deformation”,
Geophysical Research Letters, 2017, 44 :11004-11011.
[5] « Grands séismes : première modélisation 3D de la zone de subduction des Petites Antilles », 10 juillet 2017. Sur insu.cnrs.fr
[6] Voir « slow earthquake » sur Wikipedia (en anglais seulement) ou bien « Dossier : Séismes lents » en ligne sur planseisme.fr
[7] « La sismicité induite par les injections de fluide permet de mieux comprendre pourquoi les ruptures sismiques s’arrêtent », 21 décembre 2017. Sur insu.cnrs.fr
[8] Galis M, Ampuero JP, Mai PM, Cappa F, “Induced seismicity provides insight into why earthquake ruptures stop”, Science Advances, 2017, 3 :eaap7528.
[9] « Les répliques au-delà de la fosse de subduction, un marqueur de la rupture superficielle des grands séismes », 7 février 2018. Sur insu.cnrs.fr
[10] Sladen A, Trevisan J, “Shallow megathrust earthquake ruptures betrayed by their outer-trench aftershocks signature”, Earth and Planetary Science Letters, 2018, 483 :105-113.

1 Jobert G, « Séismes, éruptions volcaniques... arguments de certains anthropo-climato-sceptiques », SPS n° 323, janvier 2018, sur afis.org

2 H. Jeffreys a étudié leur effet sur la rotation de la Terre dès 1940.

3 Ou calottes polaires continentales.

4 Jobert G, « Progrès dans les mesures de gravité », SPS n° 320, avril 2017, sur afis.org

5 Pouvant atteindre 150 nanostrains (1 nanostrain est une déformation de 10–9), pour le typhon Morakot lors de son passage à Taiwan en août 2009.

6 Pouvant atteindre 800 nanostrains, pour le même cyclone.

7 On appelle ainsi la force qu’exerce une partie du corps sur une partie contiguë, à travers l’unité de la surface qui les sépare.

Publié dans le n° 325 de la revue


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