Le mystère des tremblements de terre dans des zones dites « calmes »

La sur­face de la Terre est décou­pée en dif­fé­rentes plaques tec­to­niques, sur les­quelles reposent océans et conti­nents. Mou­vantes, elles cou­lissent, s’entrechoquent ou se che­vauchent. Les fron­tières de plaques se déforment, la pres­sion s’accumule jusqu’à un « trop-plein » : elle est brus­que­ment relâ­chée grâce à un glis­se­ment bru­tal le long des failles. Voi­là l’origine bien com­prise des trem­ble­ments de terre¹. À l’intérieur des plaques tec­to­niques, on est loin de l’agitation des fron­tières de plaques, dans des zones sup­po­sées « calmes » et sans défor­ma­tion… et pour­tant des séismes ont lieu. Ils ques­tionnent la com­mu­nau­té scien­ti­fique, qui pro­pose de nou­velles théo­ries pour expli­quer l’origine de ces séismes. Exit la tec­to­nique des plaques ? Éro­sion, cir­cu­la­tion de fluides ou encore fonte des gla­ciers pour­raient déclen­cher ces trem­ble­ments de terre.

De quels trem­ble­ments de terre parle-t-on exac­te­ment ? Ces séismes – enre­gis­trés loin des fron­tières de plaques tec­to­niques – sont qua­li­fiés d’intraplaques. « Bien qu’on en connaisse sur tous les conti­nents, ils sont assez dis­pa­rates et nous les enre­gis­trons seule­ment dans quelques zones du globe », décrit Éric Calais. En 2017, un séisme de magni­tude 6,5 sur­vient au Bots­wa­na, dans une zone sans mou­ve­ment tec­to­nique a prio­ri. En 1811–1812, quatre séismes intra­plaques impor­tants (magni­tude 7 ou plus) secouent la région de New-Madrid le long du Mis­sis­sip­pi aux États-Unis. Des séismes intra­plaques ont éga­le­ment lieu au centre de l’Australie, au nord de la Suède ou encore en Guyane … mais aus­si en France métro­po­li­taine, une zone consi­dé­rée comme intra­plaque². En 2019, un séisme de magni­tude 4,9 dans la val­lée du Rhône sur­prend la com­mu­nau­té scien­ti­fique. « Avant ce séisme, la sis­mi­ci­té enre­gis­trée était rela­ti­ve­ment faible : 39 séismes ont été mesu­rés entre 1962 et 2018 dans cette zone, tous de magni­tude faible (infé­rieure à 3), détaille Jean-Fran­çois Ritz. La faille à l’origine de ce séisme n’était pas non plus iden­ti­fiée comme une faille active, c’est-à-dire ayant le poten­tiel de géné­rer des séismes. Elle sem­blait calme depuis 20 mil­lions d’années ! »

« Les séismes intra­plaques peuvent atteindre des magni­tudes impor­tantes, mais ils sont beau­coup plus rares que ceux situés aux fron­tières des plaques », pré­cise Éric Calais. Depuis les pre­miers enre­gis­tre­ments sis­miques en 1974, seule une ving­taine de séismes intra­plaques impor­tants (de magni­tude au moins 6) sont dénom­brés à tra­vers le monde³. De plus anciens sont connus grâce aux archives his­to­riques ou aux traces lais­sées dans les pay­sages géo­lo­giques. Autre par­ti­cu­la­ri­té : leur fré­quence. « En fron­tière de plaque, un même séisme tend à se répé­ter à une fré­quence variable, par exemple quelques cen­taines d’années en Cali­for­nie, pour­suit Éric Calais. Ce com­por­te­ment répé­ti­tif n’est pas obser­vé pour les séismes intra­plaques : cer­tains semblent être des séismes “orphe­lins” sur des failles inac­tives depuis des mil­lions d’années. »

Mieux com­prendre ces séismes est fon­da­men­tal : leur magni­tude modé­rée à éle­vée les rend poten­tiel­le­ment très des­truc­teurs. Ils affectent en effet des régions sou­vent mal pré­pa­rées, et peuvent se déclen­cher à très faible pro­fon­deur. Le séisme du Teil – qui s’est pro­duit à moins de 20 kilo­mètres de deux cen­trales nucléaires – s’est déclen­ché seule­ment 1 km sous terre⁴. Il a endom­ma­gé sérieu­se­ment 900 bâti­ments, fait 3 bles­sés et pro­vo­qué une perte éco­no­mique de plu­sieurs mil­lions d’euros. En France, un zonage régle­men­taire impose des normes de construc­tion para­sis­mique pour le bâti. Il s’appuie sur la carte natio­nale d’aléa sis­mique, dans laquelle des séismes inat­ten­dus comme le séisme du Teil ne sont pas reflé­tés. « Depuis quelques années, la com­mu­nau­té scien­ti­fique a pris conscience que des séismes intra­plaques peuvent sur­ve­nir dans des lieux inat­ten­dus et que les modèles tec­to­niques sur les­quels se basent les cal­culs d’aléa sis­mique clas­siques ne per­mettent pas de reflé­ter ce risque », raconte Éric Calais.

Des séismes intra­plaques peuvent sur­ve­nir dans des lieux inat­ten­dus et les modèles clas­siques ne per­mettent pas de reflé­ter ce risque.

La recherche est active sur ce domaine car les impli­ca­tions sont impor­tantes, comme l’écrivent des scien­ti­fiques fran­çais⁵ : « Ce manque de consen­sus […] conduit à des incer­ti­tudes impor­tantes dans la carac­té­ri­sa­tion de la sis­mi­ci­té et de l’aléa sis­mique asso­cié. » Pen­dant long­temps, la com­mu­nau­té scien­ti­fique a pen­sé que seule la tec­to­nique des plaques expli­quait ces séismes. L’intérieur des plaques se défor­me­rait très légè­re­ment, à des taux tel­le­ment faibles qu’il serait impos­sible de réel­le­ment les mesurer.

Mais aujourd’hui une toute nou­velle expli­ca­tion est avan­cée. De petits phé­no­mènes, très rapides à l’échelle des temps géo­lo­giques (quelques mil­liers d’années voire dizaines d’années), seraient à l’o­ri­gine de ces séismes⁶. Il peut s’agir de la cir­cu­la­tion de fluides : la pluie qui s’infiltre en sur­face ; ou encore des gaz ou liquides qui pro­viennent du man­teau, à plu­sieurs dizaines de kilo­mètres de pro­fon­deur, et remontent à tra­vers la plaque tec­to­nique. Ils aug­mentent ain­si la pres­sion à tra­vers les roches jusqu’à déclen­cher des séismes intra­plaques, comme cela est sug­gé­ré pour le séisme du Bots­wa­na en 2017⁷.

Autres élé­ments déclen­cheurs : la fonte des gla­ciers ou encore l’érosion. En allé­geant la sur­face de la Terre, ces phé­no­mènes entraînent un léger mou­ve­ment de la plaque tec­to­nique, simi­laire à un rebond. Pour le séisme du Teil, la fonte des gla­ciers à la fin de la der­nière gla­cia­tion impor­tante (il y a 12 000 ans) est pro­po­sée comme l’une des hypo­thèses⁸. « Le rap­port d’expertise sur le séisme du Teil⁹ conclut qu’il est pos­sible que l’extraction de roches – allé­geant elle aus­si la croûte ter­restre – au niveau d’une car­rière proche ait contri­bué au déclen­che­ment du séisme, ajoute Jean-Fran­çois Ritz. Il est cepen­dant clair que ce sont les forces tec­to­niques qui expliquent sa magni­tude. »

Si ces petits phé­no­mènes sont la clé de la nou­velle théo­rie, ils ne sont en effet pas seuls en jeu. « Ils sont les élé­ments déclen­cheurs du séisme, mais il faut bien com­prendre que ce sont les faibles contraintes accu­mu­lées – par­fois depuis plu­sieurs mil­lions d’années – qui sont le moteur du séisme, ajoute Éric Calais. Sans élé­ment déclen­cheur, ces contraintes res­tent en réserve et aucun séisme n’aurait lieu. » À une échelle de mil­lions voire dizaines de mil­lions d’années, les mou­ve­ments des plaques tec­to­niques fluc­tuent : cer­taines plaques changent de direc­tion, d’autres se mor­cellent, ou se sta­bi­lisent … Ces anciennes défor­ma­tions qu’elles subissent consti­tuent ce « réser­voir de contraintes » répar­ti à tra­vers la plaque tec­to­nique. « Nos obser­va­tions sur la faille ayant géné­ré le séisme du Teil sug­gèrent que la fonte des glaces ou l’érosion peuvent aus­si géné­rer des séismes régu­liers, mais à des fré­quences très longues de l’ordre de 10 000 ans¹⁰ », pointe éga­le­ment Jean-Fran­çois Ritz.

Reste que les séismes intra­plaques sont peu nom­breux, il est donc dif­fi­cile de quan­ti­fier leur com­por­te­ment. Les cher­cheurs les repro­duisent dans des simu­la­tions numé­riques, mais il est com­pli­qué d’identifier de façon claire le rôle de chaque phé­no­mène (tec­to­nique des plaques, éro­sion, cir­cu­la­tion de fluides, etc.). Les retom­bées sont impor­tantes, comme le décrit Éric Calais : « Avec ces séismes spé­ciaux, il est très com­pli­qué de cal­cu­ler des risques futurs, d’autant plus qu’ils peuvent par­fois n’avoir lieu qu’une seule fois à un endroit don­né. Nous man­quons d’indicateurs objec­tifs pour éva­luer la sis­mi­ci­té intra­plaque future. » En France, les tra­vaux se pour­suivent autour du séisme du Teil à la recherche de traces de séismes pas­sés. « Nous pou­vons rai­son­na­ble­ment pen­ser que la faille où s’est déclen­ché ce séisme va res­ter calme un bout de temps, mais d’autres failles existent dans la zone, conclut Jean-Fran­çois Ritz. Je ne doute pas qu’une rééva­lua­tion de l’aléa sis­mique régio­nal sera réa­li­sée d’ici quelques années, il faut lan­cer beau­coup plus de recherches et d’observations dans ce domaine, et revoir notre copie ! »

Anaïs Marechal