La géométrie des zones de subduction, un indicateur des mégaséismes

Les mégaséismes touchent principalement les zones de subduction, mais certaines sont épargnées. La géométrie des failles expliquerait ce phénomène.

Sean Bailly

Les zones de subduction bordant l'océan Pacifique ne présentent pas toutes le même de mégaséisme. La courbure de la plaque qui s'enfonce est un paramètre majeur pour expliquer ce phénomène.

 La croûte terrestre est un vaste puzzle de plaques tectoniques qui bougent les unes par rapport aux autres. Dans les zones de subduction, les plaques océaniques, plus denses, s’enfoncent sous les plaques continentales. Les contraintes mécaniques en jeu conduisent à l'accumulation d’énergie, qui est brutalement libérée quand elle dépasse un certain seuil, provoquant un séisme. On a longtemps pensé que la vitesse de collision des plaques et leur âge étaient des facteurs déterminants dans la magnitude maximale des tremblements de terre qui pouvaient se produire. Mais ces dernières années, ces conclusions ont été remises en question. Quentin Bletery, de l’université de l’Oregon, aux États-Unis, et ses collègues, dont Anthony Sladen et Louis de Barros, du CNRS et de l’université Côte d’Azur, ont montré que la géométrie, en particulier la courbure de la faille de subduction, joue un rôle primordial dans le déclenchement de mégaséismes (de magnitude supérieure à 8,5).

On parle de mégaséisme pour les tremblement de terre de magnitude  supérieure à 8,5. Les plus puissants enregistrés depuis le début du XX^e siècle sont celui du Chili, en 1960 (9,5) de Sumatra, en 2004 (9,4) et d'Alaska en 1964 (9,2). En étudiant les spécificités des zones de subduction du Chili et d'Alaska, les géologues avaient conclu que la conjonction de plaques convergeant rapidement l’une vers l’autre et d'une plaque plongeante relativement jeune favorisait la survenue d’un mégaséisme. En effet, en vieillissant, une plaque tectonique devient plus dense. Une plaque jeune qui plonge sous une autre tend ainsi plus à flotter et exerce donc une plus forte pression sur la plaque située au-dessus.

Cependant, des mégaséismes se produisent aussi dans des zones où les plaques convergent lentement (à raison de 3 à 4 centimètres par an pour le séisme de Sumatra en 2004) ou quand les plaques sont anciennes (la plaque plongeant sous le Japon ayant causé le séisme de magnitude 9 de 2011 a plus de 120 millions d’années). Ces contre-exemples ont mis à mal la pertinence de de l'âge et de la vitesse des plaques comme facteurs de risque.

Dès lors, est-ce que toutes les zones de subduction peuvent potentiellement engendrer des mégaséismes ? Et si ce n'est pas le cas, quels critères expliquent que certaines régions sont frappées par des mégaséismes et pas d’autres ? Parmi les nombreuses hypothèses proposées, la géométrie de la faille semble jouer un rôle décisif.

Quentin Bletery et ses collègues ont analysé l’angle et la courbure de la plaque plongeante dans les zones de subduction bordant l’océan Pacifique. Ils ont ainsi mis en évidence que plus la courbure est faible, c’est-à-dire plus la zone de contact entre les deux plaques superposées est plane, plus des séismes de forte magnitude sont survenus. Ainsi, au vu de la géométrie des failles, les régions de l’Amérique du Sud, du Japon et de l’Indonésie sont particulièrement propices à des mégaséismes de magnitude supérieure à 8,5. À l’inverse, le risque serait faible dans les Philippines ou les îles Salomon. Mais comment la forme de la faille est-elle reliée à la violence d’un séisme ?

Dans les zones de subduction, de fortes contraintes mécaniques s’exercent sur les plaques qui ne glissent pas parfaitement l’une sur l’autre. L’énergie qui s'accumule est libérée lorsqu’elle devient trop importante. Or dans une région où des séismes se produisent fréquemment, l'énergie est dissipée plus régulièrement par petites quantités, ce qui limite le risque de séismes de très forte magnitude.

Quentin Bletery et ses collègues ont montré que la courbure joue un rôle clé dans le déclenchement des séismes. Si une faille a une courbure importante, les contraintes de cisaillement entre les plaques sont très hétérogènes sur toute l’interface. La moindre rupture provoque un séisme dans une zone limitée de la faille. Cela conduit à une dissipation plus régulière et progressive de l’énergie mécanique accumulée. Si la courbure est nulle, les contraintes se répartissent de façon plus homogène. Un décrochage se fera alors brutalement sur une grande zone. L’événement sera plus ponctuel dans le temps et donc plus violent. Ainsi des régions telles que la côte mexicaine, la côte péruvienne ou Java, où les failles ont une courbure quasi nulle, sont propices à un mégaséisme, même si un tel événement n’a encore jamais été observé ou documenté dans ces endroits.