Le séisme de magnitude 9,0 de Tohoku-Oki qui a frappé le Japon le 11 mars 2011, tuant plus de 15 000 personnes et déclenchant un tsunami dévastateur dont la nation s’efforce toujours de se remettre, a soulevé de nombreuses questions troublantes. Par exemple, qu’est-ce qui a rendu possible un tremblement de terre aussi puissant, et pourrait-il se reproduire au Japon ou ailleurs ?
Un groupe international de scientifiques qui a foré des kilomètres sous l’océan Pacifique et dans la faille sismique a maintenant des réponses à ces questions, et ils rapportent leurs conclusions dans un trio d’articles publiés aujourd’hui dans Science.
L’épicentre du tremblement de terre de 2011 se trouvait dans un endroit inhabituel, à environ 130 kilomètres à l’est de Sendai, au Japon, juste au large de la côte nord de cette nation. Dans cette zone, une zone de subduction, la plaque pacifique plonge sous la plaque eurasienne. De forts tremblements de terre sont possibles ici, mais les scientifiques ne pensaient pas qu’il y avait assez d’énergie pour produire un séisme de plus de 7,5. Ils avaient tort, et ils ont voulu en savoir plus sur ce qui a rendu la faille capable de produire un séisme aussi important.
L’épicentre du séisme Tohoku-Oki de 2011 se trouvait au large de la côte est du nord du Japon. Image via USGS
Un peu plus d’un an après le séisme, le navire de forage en eaux profondes Chikyu a eu pour mission de forer la faille au large des côtes japonaises et d’y installer un observatoire de température. En prenant la température d’une faille après un tremblement de terre, les scientifiques peuvent mesurer la quantité d’énergie libérée par le séisme et calculer la friction d’une faille – comment les roches frottent facilement les unes contre les autres.
« Une façon de regarder la friction de ces gros blocs est de les comparer à des skis de fond sur la neige », a déclaré dans un communiqué Robert Harris, coauteur de l’étude et géophysicien à l’Oregon State University. « Au repos, les skis adhèrent à la neige et il faut une certaine force pour les faire glisser. Une fois que c’est fait, le mouvement du ski génère de la chaleur et il faut beaucoup moins de force pour poursuivre le mouvement….. La même chose se produit avec un tremblement de terre. »
Pour obtenir cette mesure de température, il a été délicat. L’équipe de Chikyu a dû forer 850 mètres dans le plancher océanique, lui-même situé à 6 900 mètres sous la surface de l’océan. Ils ont dû faire face au mauvais temps, et la faille elle-même était toujours en mouvement, mettant les instruments en danger.
Ce travail difficile a cependant porté ses fruits, et il a révélé la chaleur résiduelle du séisme, à partir de laquelle les scientifiques ont pu calculer la friction de la faille, qui était très faible. Conclusion : « La faille de Tohoku est plus glissante que ce à quoi on s’attendait », a déclaré dans un autre communiqué Emily Brodsky, coauteur de l’étude et géophysicienne à l’Université de Californie à Santa Cruz.
La nature glissante de la faille permet d’expliquer certaines caractéristiques du séisme de 2011. La faille a glissé sur une distance sans précédent de 50 mètres et la rupture, qui a commencé en profondeur, a atteint la surface où elle a provoqué une perturbation soudaine dans l’océan et déclenché le tsunami.
Le forage et les tests en laboratoire ont également révélé une autre caractéristique de la faille qui l’a rendue si dangereuse. La faible friction peut être attribuée à des sédiments argileux incroyablement fins au sein de la faille. « C’est l’argile la plus glissante que l’on puisse imaginer », a déclaré dans un communiqué Christie Rowe, coauteur de l’étude et géologue à l’Université McGill. « Si vous la frottez entre vos doigts, vous avez l’impression d’avoir un lubrifiant ». Incidemment, la zone entre les plaques pacifique et eurasienne qui connaît un glissement est également très mince, moins de cinq mètres de large, ce qui en ferait la zone de faille connue la plus mince de la planète.
Mesurer le signal thermique du tremblement de terre était une première pour la science. C’était « un accomplissement majeur », a déclaré Harris, « mais il y a encore beaucoup de choses que nous ne savons pas encore. » Par exemple, les chercheurs ne savent pas encore dans quelle mesure ces résultats peuvent être généralisés à d’autres zones de subduction dans le monde ou quel est l’effet de la finesse des zones de faille sur les risques sismiques. Néanmoins, les résultats du forage « suggèrent que le mégathrust peu profond de la fosse du Japon présente des caractéristiques particulières qui ne sont pas observées dans de nombreuses autres zones de subduction », ont écrit Kelin Wang, de Ressources naturelles Canada, et Masataka Kinoshita, de l’Agence japonaise des sciences et technologies marines et terrestres – l’agence qui gère le Chikyu – dans un article d’accompagnement de Perspectives.
Des conditions similaires peuvent être rares, mais elles existent dans certains endroits du Pacifique Nord, comme la péninsule de Kamchatka en Russie et les îles Aléoutiennes en Alaska, note Rowe.Les forages en eaux profondes montrent que ces régions ont cette même argile habituellement glissante qui a abaissé la friction dans la faille japonaise.
Mais le fait que les circonstances inhabituelles de la faille japonaise puissent être rares ne devrait pas mettre les scientifiques, ou le public, à l’aise, disent Wang et Kinoshita. Un glissement aussi important et peu profond n’est pas nécessaire pour qu’un tsunami dévastateur se forme, et ce n’est pas ce qui a provoqué le tsunami du Chili de 2010 qui a détruit 370 000 maisons ou le tsunami de l’océan Indien de 2004 qui a tué près de 230 000 personnes. « Il est difficile de dire dans quelle mesure ces résultats sont généralisables tant que nous n’aurons pas examiné d’autres failles », a ajouté M. Brodsky. « Mais cela jette les bases d’une meilleure compréhension des tremblements de terre et, en fin de compte, d’une meilleure capacité à identifier les risques sismiques. »
Le séisme de Tohoku-Oki de magnitude 9,0 qui a frappé le Japon le 11 mars 2011, tuant plus de 15 000 personnes et déclenchant un tsunami dévastateur dont la nation s’efforce toujours de se remettre, a soulevé de nombreuses questions troublantes. Par exemple, qu’est-ce qui a rendu possible un séisme aussi puissant et pourrait-il se reproduire au Japon ou ailleurs ? Un groupe international de scientifiques qui a foré des kilomètres sous l’océan Pacifique et dans la faille sismique a maintenant des réponses à ces questions, et ils rapportent leurs résultats dans un trio d’articles publiés aujourd’hui dans Science. L’épicentre du séisme de 2011 se trouvait à un endroit inhabituel, à environ 130 kilomètres à l’est de Sendai, au Japon, juste au large de la côte nord de ce pays. Dans cette zone, une zone de subduction, la plaque Pacifique plonge sous la plaque Eurasienne. De forts tremblements de terre sont possibles ici, mais les scientifiques ne pensaient pas qu’il y avait assez d’énergie pour produire un séisme de plus de 7,5. Ils avaient tort, et ils ont cherché à en savoir plus sur ce qui rendait la faille capable de produire un séisme d’une telle ampleur. L’épicentre du séisme de 2011 à Tohoku-Oki se trouvait au large de la côte est du nord du Japon. Image via USGS Un peu plus d’un an après le séisme, le navire de forage en eaux profondes Chikyu a eu pour mission de forer la faille au large de la côte japonaise et d’y installer un observatoire de température. En prenant la température d’une faille après un tremblement de terre, les scientifiques peuvent mesurer la quantité d’énergie libérée par le séisme et calculer la friction de la faille – c’est-à-dire la facilité avec laquelle les roches frottent les unes contre les autres. « Une façon de considérer la friction de ces gros blocs est de les comparer à des skis de fond sur la neige », a déclaré dans un communiqué Robert Harris, coauteur de l’étude et géophysicien à l’Oregon State University. « Au repos, les skis adhèrent à la neige et il faut une certaine force pour les faire glisser. Une fois que c’est fait, le mouvement du ski génère de la chaleur et il faut beaucoup moins de force pour poursuivre le mouvement….. La même chose se produit lors d’un tremblement de terre ». Obtenir cette mesure de température a été délicat. L’équipe de Chikyu a dû forer 850 mètres dans le plancher océanique, lui-même situé à 6 900 mètres sous la surface de l’océan. Elle a dû faire face à des conditions météorologiques défavorables et la faille elle-même était toujours en mouvement, ce qui mettait les instruments en danger. Ce travail difficile a toutefois porté ses fruits : il a permis de mettre en évidence la chaleur résiduelle du tremblement de terre, à partir de laquelle les scientifiques ont pu calculer la friction de la faille, qui était très faible. Conclusion : « La faille de Tohoku est plus glissante que ce à quoi on s’attendait », a déclaré dans un autre communiqué Emily Brodsky, co-auteur de l’étude et géophysicienne à l’université de Californie à Santa Cruz. La nature glissante de la faille permet d’expliquer certaines caractéristiques du séisme de 2011. La faille a glissé sur une distance sans précédent de 50 mètres et la rupture, qui a commencé en profondeur, a atteint la surface où elle a provoqué une perturbation soudaine dans l’océan et déclenché le tsunami. Les forages et les tests en laboratoire ont également révélé une autre caractéristique de la faille qui la rendait si dangereuse. La faible friction peut être attribuée à des sédiments argileux incroyablement fins à l’intérieur de la faille. « C’est l’argile la plus glissante que l’on puisse imaginer », a déclaré dans un communiqué Christie Rowe, coauteur de l’étude et géologue à l’Université McGill. « Si vous la frottez entre vos doigts, vous avez l’impression d’avoir un lubrifiant ». Soit dit en passant, la zone entre les plaques pacifique et eurasienne qui connaît un glissement est également très mince, moins de cinq mètres de large, ce qui en ferait la zone de faille connue la plus mince de la planète. La mesure du signal thermique du tremblement de terre était une première pour la science. C’est « un accomplissement majeur », a déclaré M. Harris, « mais il y a encore beaucoup de choses que nous ne savons pas encore ». Par exemple, les chercheurs ne savent pas encore dans quelle mesure ces résultats peuvent être généralisés à d’autres zones de subduction dans le monde ou quel est l’effet de la finesse des zones de faille sur les risques sismiques. Néanmoins, les résultats du forage « suggèrent que le mégathrust peu profond de la fosse du Japon présente des caractéristiques particulières que l’on ne retrouve pas dans de nombreuses autres zones de subduction », ont écrit Kelin Wang, de Ressources naturelles Canada, et Masataka Kinoshita, de l’Agence japonaise des sciences et technologies marines et terrestres – l’agence qui gère le Chikyu – dans un article de Perspectives. Des conditions similaires sont peut-être rares, mais elles existent dans certains endroits du Pacifique Nord, comme la péninsule du Kamtchatka en Russie et les îles Aléoutiennes en Alaska, note M. Rowe. Les forages en eaux profondes montrent que ces régions possèdent la même argile habituellement glissante qui a réduit la friction dans la faille japonaise. Mais le fait que les circonstances inhabituelles de la faille japonaise puissent être rares ne devrait pas rassurer les scientifiques, ni le public, affirment Wang et Kinoshita. Un glissement aussi important et peu profond n’est pas nécessaire pour qu’un tsunami dévastateur se forme, et ce n’est pas ce qui a provoqué le tsunami du Chili de 2010 qui a détruit 370 000 maisons ou le tsunami de l’océan Indien de 2004 qui a tué près de 230 000 personnes. « Il est difficile de dire dans quelle mesure ces résultats sont généralisables tant que nous n’aurons pas examiné d’autres failles », a ajouté M. Brodsky. « Mais cela jette les bases d’une meilleure compréhension des tremblements de terre et, en fin de compte, d’une meilleure capacité à identifier les risques sismiques ».