L'érosion pourrait provoquer des séismes

L'érosion et la sédimentation pourraient déclencher des séismes superficiels (inférieurs à cinq kilomètres de profondeur) et favoriser la propagation de grands séismes profonds jusqu’à la surface. C’est ce que vient de démontrer Philippe Steer, maître de conférences à Rennes 1, membre du laboratoire Géosciences Rennes, en collaboration avec deux équipes françaises et un scientifique taïwanais. Publication dans Nature Communications.

Le village de Hsiao-lin à Taïwan, détruit par un glissement de terrain dû au typhon Marikot
  1. Interactions entre tectonique et érosion en temps réel
  2. Événements extrêmes d'érosion, et sismicité des failles
  3. Collaboration internationale
  4. Référence

Photos : le village de Hsiao-lin à Taïwan, avant et après un glissement de terrain dû au typhon Marikot - Images originellement postées par les utilisateurs a097225049 et stonecold907 sur le site wretch.cc. Collecte : Tsou Ching-Ying

Évaluer l’aléa sismique demeure l’un des défis majeurs des sciences de la Terre. La tectonique des plaques est généralement considérée comme le seul mécanisme continu de chargement des contraintes des failles sismogéniques (qui sont à l'origine des tremblements de terre), pouvant aboutir à des séismes destructeurs. Une collaboration scientifique franco-taiwanaise, à laquelle a participé Philippe Steer, de l'UMR Géosciences Rennes, a réussi à démontrer, dans une étude parue en novembre 2014 dans Nature Communications, que les processus de surface (l’érosion et la sédimentation) contribuent aussi à ce chargement.

 

Interactions entre tectonique et érosion en temps réel

Au cours des dernières décennies, de nombreux travaux se sont intéressés à l’évolution des paysages des chaînes de montagne aux échelles de temps géologiques (1 à 100 millions d’années) afin notamment de mieux comprendre la dynamique des processus d’érosion, de sédimentation, de déformation tectonique, et des interactions entre ces processus. En contradiction avec cette approche, des résultats très récents ont démontré en fait que la surface de la Terre pouvait changer très fortement en seulement quelques jours, mois ou années (un battement d’aile à l’échelle géologique). Par exemple lors d’évènements extrêmes, comme les typhons ou les séismes de fortes magnitudes qui génèrent de nombreux glissements de terrain et un transport sédimentaire accrue dans les rivières. Ce fut le cas en 2009 lors du passage à Taiwan du typhon Morakot qui a dévasté l’île et entrainé une érosion brutale des paysages.

Ainsi, comprendre la dynamique des processus d’érosion, de sédimentation et de déformation tectonique en étudiant uniquement l’évolution très long-terme des reliefs semble être une tâche tout aussi ardue que de vouloir comprendre la mécanique du battement d’ail d’un oiseau en étudiant sa trajectoire lors d’une grande migration. Or, ces changements quasi-instantanés de la forme de la surface de la Terre modifient l’équilibre des forces en profondeur, équilibre qui devient critique à l’endroit des failles actives. En effet les failles fonctionnent un peu à l’image d’un ressort que l’on étire ou contraint progressivement jusqu’à qu’il casse subitement après avoir dépassé un seuil d’élongation. Cette cassure pour une faille se traduit par l’occurrence d’un séisme alors que le chargement progressif en contrainte est lui assuré par la déformation tectonique et aussi donc, comme le démontre cette nouvelle étude, par l’érosion de la surface de la Terre.

Schéma forage

Événements extrêmes d'érosion, et sismicité des failles

Les travaux menés par Philippe Steer et ses collaborateurs démontrent que les processus de surface peuvent ainsi favoriser le chargement des contraintes des failles actives au cours du cycle sismique. Des taux d'érosion de l'ordre de 0.1 à 20 millimètres annuels, comme documentés à Taiwan ou dans d'autres chaînes de montagnes actives, peuvent induire un chargement en contraintes des failles situées à proximité de l'ordre de 0.1 à 10 bar. Cette augmentation de la contrainte peut être encore plus rapide, notamment lors d’évènements extrêmes d’érosion, comme après le passage d’un typhon ou l’occurrence d’un séisme de forte magnitude.
Par ailleurs, les chercheurs ont aussi démontré que ces contraintes liées à l’érosion pouvaient être plus importantes que celle liées à la tectonique dans la partie superficielle des failles, à savoir entre la surface de la Terre et 5 kilomètres de profondeur. Ces contraintes supplémentaires sont ainsi suffisantes pour déclencher des séismes peu profonds ou pour favoriser la propagation en surface de séisme plus profond.

Cette étude incite ainsi à une analyse plus systématique des relations entre processus de surface et déformation active de la Terre à l'échelle temporelle des événements extrêmes comme les typhons, glissements de terrains et séismes. En outre, ces résultats ouvrent la voie à une meilleure compréhension de l’aléa sismique en offrant une nouvelle perspective sur les mécanismes déclencheurs des séismes.

Collaboration internationale

Les auteurs de ces travaux sont membres des unités de recherche suivantes :

  • Géosciences Rennes (CNRS/Université de Rennes 1, unité constitutive de l'Observatoire des sciences de l'Univers de Rennes) ;
  • Géosciences Montpellier (CNRS/Université de Montpellier 2) ;
  • Institut de physique du globe de Paris (CNRS/IPGP/Université Paris Diderot) ;
  • Department of Geosciences, National Taiwan University, Taipei, Taiwan.

Référence

Erosion influences the seismicity of active thrust faults
Steer, P., Simoes, M., Cattin, R. et Shyu, J. B. H.
Nature Communications, 21 novembre 2014. DOI: 10.1038/ncomms6564.