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Quelques enseignements du séisme de Tohoku oki

Publié en ligne le 1er juillet 2014 -
par Georges Jobert - SPS n° 308, avril 2014

Le séisme de magnitude 9 qui s’est produit au large de Fukushima le 11 mars 2011 est le plus violent dans cette région depuis celui 1 du 9 juillet 869. Il a montré l’insuffisance de la notion de « lacune sismique » pour une plaque insulaire à structure complexe. Un couplage entre la lithosphère et l’ionosphère, via des anomalies thermiques observées dans l’atmosphère au-dessus de la zone épicentrale, a été invoqué pour expliquer divers phénomènes électrodynamiques observés avant le séisme. On a peut-être là une nouvelle approche pour la prévision de ce type de séismes.

Aspérités et lacunes sismiques

Dans une zone de subduction, alors que l’ensemble d’une plaque continue à s’enfoncer sous une autre, les deux peuvent rester soudées dans une région limitée. Il ne s’y produit pas de séisme pendant une certaine période et l’on parle alors de « lacune sismique 2 » (seismic gap). Ce blocage peut être causé par une sorte d’aspérité (en jaune sur la figure) sur la surface de la plaque qui plonge (par exemple un volcan sous-marin). Les contraintes s’y accumulent et finissent par dépasser le seuil de résistance de l’aspérité, produisant un séisme d’autant plus violent que la durée de la lacune a été plus longue.


Il est peu étonnant que les sismologues japonais aient sous-estimé la dangerosité de la zone de Tohoku oki. Cette zone a en effet [1] été frappée par une dizaine de séismes de magnitude supérieure à 7.4 depuis moins de 75 ans. Au sud de cette région, dans la fosse de Nankai, on observe des lacunes sismiques, objets d’une intense surveillance.

Les résultats obtenus lors de nombreuses campagnes 3 sur d’autres zones de subduction (sud-ouest de la Grèce, Antilles) peuvent éclairer ce qui s’est passé au Japon. Ils montrent en particulier que l’histoire géologique de la plaque insulaire peut influer sur le comportement du manteau sous-jacent qui pourrait être moins ductile au-dessus de la plaque plongeante (en orange sur la figure) que ce que l’on suppose généralement, et contribuer à la sismicité régionale. Dans certains cas, la plaque supérieure peut être en fait composée de plusieurs plaques superposées.

Séismes et ionosphère

Ce sujet, brièvement mentionné dans SPS n° 298, a été relancé par des études conduites sur les conditions observées dans la région sur une période englobant le séisme. Au voisinage de la zone épicentrale, grâce à des mesures en satellites effectuées par des radiomètres à très haute résolution de la NOAA (Administration Nationale Océanographique et Atmosphérique des USA), on a observé des anomalies de la radiation thermique diurne (OLR : infra-rouge 10-13 µm). D’autres anomalies apparaissent en dehors de la région épicentrale, mais elles sont notablement plus faibles.

On a également étudié les variations temporelles et spatiales du contenu total en électrons (GPS/TEC), de la structure de l’ionosphère déduite d’orbites basses de satellites, des sondages ionosphériques de stations japonaises. Les auteurs [3] russes et japonais de ces études ont présenté leur théorie du couplage Lithosphère-Atmosphère-Ionosphère (LAIC) : le radon, émis lors de la rupture de nombreuses fissures pendant la préparation du séisme, modifierait la conductivité de l’air ; la vapeur d’eau se condenserait alors sur les ions produits, et la chaleur latente dégagée échaufferait l’air. L’ionosphère réagirait aussitôt à ce phénomène.

Si l’on observe à nouveau de telles anomalies thermiques, il sera indispensable, pour étayer cette théorie, de montrer la présence abondante d’éléments ionisants dans l’air. Deux points semblent en effet poser un problème : (1) le radon, de demi-vie 3,8 j, est soluble dans l’eau de mer. On ne connaît pas le temps nécessaire à sa libération dans l’atmosphère ; (2) Les roches basaltiques de la lithosphère océanique contiennent peu d’éléments radioactifs. Par ailleurs, l’ionosphère est soumise à de nombreuses perturbations qu’il faut distinguer des précurseurs éventuels.

[1] J. Koyama et al., Earth Planets Space, 64,2012. www.terrapub.co.jp/journals/EPS/pdf...
[2] C. Satriano et al., soumis à Earth Planetary Science Let.,2014
[3] D. Ouzounov, S. Pulinets, et al. arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1105/1105.2841.pdf

1 L’étude des dépôts laissés par le tsunami qui l’a accompagné, montre qu’il fut d’une magnitude voisine de celle de 2011.

2 Voir « Où en est la prédiction sismique ? », G. Jobert, SPS n° 298, octobre 2011.

3 Campagnes menées par A. Hirn (Institut de Physique du Globe de Paris, M. Laigle (Geoazur, Nice), M. Sachpazi (Observatoire National d’Athènes).

Publié dans le n° 308 de la revue


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