Lettre du Plan Séisme - 4e trimestre 2015, Dossier : Séismes, météo et climat

Dossier : Séismes, météo et climatDossier : Séismes, météo et climat

A la veille de la tenue à Paris de la conférence internationale sur le changement climatique « COP21 », tous les projecteurs sont aujourd’hui tournés vers la problématique du changement climatique et de ses conséquences. Une occasion de se poser la question du lien entre le climat et les séismes, et des conséquences potentielles du changement climatique sur le risque sismique  .

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Penser qu’il puisse y avoir un lien entre le climat et la survenue de séismes a spontanément de quoi laisser sceptique, car comment imaginer que des variations de températures et de régime de précipitations, ou même la survenue de tempêtes et autres cyclones puissent avoir un quelconque effet sur des failles souvent situées à plusieurs kilomètres sous nos pieds ? « On dit tout et n’importe quoi à ce sujet » confiait ainsi Bill Mc Guire, professeur de géophysique à l’University College de Londres et auteur du livre « Réveiller le géant : comment un changement du climat déclenche des séismes, des tsunamis et des volcans » [1], au site internet ClimateState. « C’est un non-sens de dire que ces événements (des séismes ; ndlr) sont dus au réchauffement climatique car l’élévation des températures ne va pas provoquer plus de tremblements de terre » ajoute-il, et de conclure « mais il y a quand même un brin de vérité là-dedans »

Séisme   et climat : un lien historique fort

Depuis Aristote au IVe siècle avant JC et jusqu’au XIXe siècle, cette hypothèse n’aurait pourtant choqué personne, et aurait même été en phase avec les thèses de nombreux hommes de sciences qui pensaient que de fortes chaleurs - ou de fortes précipitations - pouvaient provoquer des secousses sismiques. Aussi, de nombreux écrits relatifs aux séismes survenus par le passé incluent-ils une description détaillée des conditions météorologiques précédant leur occurrence. C’est ainsi qu’un certain Antoine Delphin de Lamothe, témoin du séisme   de l’Entre-Deux-Mers de 1759, rapporte que « après 2 ou 3 jours d’une très grande chaleur, par un temps orageux et chargé de nuages, on entendit un bruit semblable à celui d’un carrosse et l’on ressentit pendant 3 ou 4 secondes quelques secousses de tremblement de terre   », comme si ces observations météorologiques étaient de nature à expliquer la survenue du séisme  … Et monsieur Bartry – un autre témoin du séisme   - de rajouter : « vraisemblablement on doit attribuer ce tremblement de terre   à la grande chaleur qui se fit cette année où trois mois au moins s’écoulèrent, sans presque avoir de pluie icy au environs, quoi quaillieurs il y eut des pluies des gresles considérables. »

C’est l’apparition des moyens d’observation sismologique et la compréhension du phénomène de la tectonique des plaques   au XXe siècle, qui ont permis de comprendre que les séismes résultent de la libération soudaine d’énergie accumulée le long de failles pendant des dizaines, des centaines voire des milliers d’années. Le divorce semblait donc consommé entre climatologie et sismologie  , cette dernière accédant dans le même temps au rang de discipline scientifique à part entière : laquelle demeure aujourd’hui encore étudiée dans de nombreux pays au sein des départements de… météorologie …

De rares voix ont cependant continué à affirmer le rôle déterminant de grands événements météorologiques dans le déclenchement de séismes. Faute de preuves scientifiques tangibles, ces thèses ont longtemps été considérées comme infondées. La multiplication, depuis une vingtaine d’années, d’études scientifiques approfondies pour essayer d’identifier les effets sur les séismes des processus liés à la météo ou aux changements climatiques, amène à reconsidérer la question sous un angle nouveau.

Du temps long du climat…

A l’échelle de centaines de milliers d’années, les changements climatiques observés à l’échelle mondiale peuvent schématiquement conduire à deux situations extrêmes :

  1. Les périodes froides marquées par de grandes glaciations, où une grande partie de l’eau est stockée sous forme de glace sur les continents, et où le niveau des océans est très bas ;
  2. Les périodes chaudes, où ne subsistent que de rares glaciers aux pôles et où l’eau est principalement stockée sous forme liquide dans les océans dont le niveau est au plus haut.

Ainsi la Terre navigue sans cesse entre ces deux extrêmes, et de par leur poids, la répartition des eaux à sa surface joue un rôle non-négligeable dans la sismicité   de nombreuses régions. Avec une épaisseur des calottes glaciaires pouvant atteindre environ 4 kilomètres, et une profondeur moyenne des océans du même ordre de grandeur, la pression exercée par ces masses d’eau (solide ou liquide) sur la croûte   terrestre est telle qu’elle la déforme, et modifie donc l’état des contraintes accumulées le long des failles. Lors des périodes de déglaciation, la croûte   continentale libérée de la glace qui la recouvrait peut alors « rebondir » pour retrouver sa forme initiale : on parle alors de « rebond isostatique ». S’accompagnant d’une sismicité   accrue, ces réajustements sont cependant très lents et se poursuivent bien après que la glace s’est retirée.

Le lien entre séismes et climat vu par Eric Appéré
Le lien entre séismes et climat vu par Eric Appéré
Source : E. Appéré pour planseisme.fr

De même que la glace pèse sur la croûte   terrestre et interfère donc avec la tectonique, les montagnes constituent également des masses rocheuses énormes qui – à l’image des icebergs dont la partie immergée permet la flottaison – ont des « racines » cachées sous terre. Lorsque les forces tectoniques qui forment ces montagnes diminuent, il arrive un moment où l’élévation est compensée – puis dominée - par l’érosion progressive des roches par la pluie, le vent, l’alternance de période de gel et de dégel… Ainsi, à mesure que cette érosion « grignote » la montagne et que la croûte   terrestre est progressivement libérée d’une charge importante, un réajustement dynamique s’opère par le soulèvement de la « racine » montagneuse. A l’image des rebonds postglaciaires, ces réajustements peuvent modifier de manière importante l’état d’accumulation des contraintes le long des failles, et donc impacter durablement la sismicité   locale. C’est notamment ce que montrent les mesures GPS réalisées en France par une équipe de chercheurs français, dont les résultats ont été publiés en 2013 dans la revue scientifique Geology. « Il y a encore une quinzaine d’années de cela, on pensait encore que la convergence   Afrique/Eurasie était responsable de la sismicité   observée en France » indique Philippe Vernant, chercheur en géosciences à l’université de Montpellier et l’un des auteurs de cette étude. « On s’aperçoit au contraire avec les mesures GPS que cette convergence   est accommodée plus au Sud, alors que des mouvements verticaux assez forts demeurent, notamment dans les Alpes » précise-t-il, et d’invoquer l’érosion des massifs comme l’une des causes de ces mouvements verticaux et de la sismicité   qui en résulte. Dans les Pyrénées, où les déplacements verticaux demeurent trop faibles pour être mis en évidence par les mesures GPS, la vitesse d’érosion est estimée de l’ordre de 0.1 mm/an : soit 100 mètres par million d’années. « Sur la base de nos modèles numériques, ces valeurs d’érosion observées semblent pouvoir expliquer en grande partie la sismicité   des Pyrénées » indique Philippe Vernant. Or, l’érosion dépend en grande partie du climat.

S’agissant de l’impact de la variation du niveau des océans sur la sismicité  , celui-ci ne fait aujourd’hui pas consensus parmi les scientifiques faute d’observations suffisantes. Sur la base de modélisations numériques, de nombreux auteurs pensent cependant qu’une augmentation du niveau des océans se traduit par une augmentation de la sismicité   de long des « marges continentales », et donc potentiellement le long des zones côtières océaniques. La récente étude réalisée par Pier Luigi Bragato, chercheur au centre de recherche sismologique d’Udine en Italie, et publiée au mois de mai 2015, accrédite cette idée d’une influence du niveau des mers et des océans sur l’activité sismique. « La sismicité   (italienne ; ndlr) alterne des périodes de forte et de plus faible activité selon des cycles de 60 ans environ » indique Pier Luigi Bragato. « Une piste quant à l’origine possible (de ce phénomène ; ndlr) vient de la climatologie » ajoute-t-il, « où l’on retrouve un cycle de presque 60 ans pour divers paramètres et processus ». Et de conclure que cette cyclicité de la sismicité   italienne pourrait être contrôlée par les cycles d’élévation du niveau de la mer Méditerranée.

Pression exercée par les montagnes et les glaciers sur l'écorce terrestre
Pression exercée par les montagnes et les glaciers sur l’écorce terrestre
Source : Université d’Ottawa

… au temps court des phénomènes météorologiques

Si les conséquences sur la sismicité   des variations dans le long terme des variables météorologiques – soit l’évolution du climat – commencent dans l’ensemble à être relativement bien connues, leur impact à court terme demeure au contraire largement méconnu et doit encore faire l’objet de recherches afin de mieux en comprendre les mécanismes. Les efforts de recherche menés depuis des années sur le sujet commencent cependant à porter leurs fruits, du fait notamment de l’acquisition de données toujours plus précises permettant de caractériser de très faibles variations de certains paramètres qui étaient jusqu’alors indétectables. Ainsi, même si les théories présentant un lien de cause à effet entre ces variations météorologiques et l’occurrence de séismes sont pour certaines encore largement débattues, au moins s’appuient-elles désormais sur des observations indiscutables.

Comme nous le confie Jean-Philippe Avouac, professeur de sciences de la Terre à Caltech, tout phénomène qui modifie la répartition des masses sur la Terre a potentiellement un impact sur la sismicité   (lire son interview pour plus de détails). Ainsi a-t-il contribué à mettre en évidence le rôle joué par les moussons sur la cyclicité des séismes en Himalaya. D’autres chercheurs suggèrent pour leur part que les passages successifs des ouragans Fay et Gustav au niveau d’Haïti pourraient avoir précipité la survenue du séisme   qui a ravagé le pays en 2010 … Outre les grandes quantités d’eau qu’ils ont apportées, ces ouragans ont en effet provoqué une érosion accélérée des terrains meubles, ainsi que la survenue de nombreux mouvements de terrain : ajoutées les unes aux autres, ces petites modifications du poids exercé sur la faille   de Léogâne pourraient ainsi avoir accéléré sa rupture … qui serait de toute façon survenue un jour ou l’autre.

Ourangan Gustav
Ourangan Gustav
Source : NASA

Un seul cas d’étude ne saurait cependant pas prouver à lui seul une telle dépendance, ce qui a amené ces scientifiques à se tourner vers l’île de Taïwan où les ouragans comme les séismes sont très fréquents, et qui constitue par conséquent un parfait terrain d’expérimentation. Et leur hypothèse semble se confirmer, puisque l’essentiel des séismes de magnitude   supérieure ou égale à 5 survenus dans le pays depuis 50 ans ont été précédés par le passage d’ouragans. « En déchargeant le système, il devient plus facile pour les forces tectoniques de rompre les failles et de causer des séismes » indiquait ainsi Wdowinski, l’un des auteurs de l’étude, au magazine scientifique Earth pour résumer sa théorie.

Une autre influence de ces phénomènes météorologiques pourrait être d’apporter de l’eau dans le sous-sol jusqu’au niveau des failles, et jouer ainsi le rôle de lubrifiant facilitant la rupture et donc la survenue de séismes.

Quelle implication du changement climatique sur l’activité sismique ?

La survenue ces dernières années de nombreux séismes ayant fait la une des journaux peut donner à croire à une augmentation de la sismicité   mondiale, que certaines personnes s’empressent de mettre en lien avec les phénomènes de changement climatique. Cela est bien évidemment faux, et la sismicité   mondiale demeure globalement stable : tout juste peut-on noter que les capacités de détection des séismes n’ont eu de cesse de progresser depuis près d’un siècle…

Mais qu’en sera-t-il demain, si comme l’annoncent les experts du GIEC, le climat évolue avec des variations de températures importantes et l’élévation du niveau des mers ? Selon Jean-Philippe Avouac, les effets seront négligeables sur la sismicité   à l’échelle mondiale. Néanmoins, comme le montrent les modélisations numériques, « il est attendu que la fonte des calottes glaciaires du Groenland et d’Antarctique se traduisent in-fine par une augmentation de la sismicité   de ces régions » affirment Andrea Hampel, chercheur à l’institut de géologie de Hanovre, et ses collègues dans une étude consacrée à l’impact du changement climatique sur les failles. Si cet effet devrait selon les auteurs pouvoir être observable à très court terme (une dizaine d’années), cela ne devrait cependant pas avoir de conséquences notables sur l’aléa sismique   de ces régions avant un siècle…

Philippe Vernant indique pour sa part que même si « lorsque le climat change, les taux d’érosion changent également, les effets sur la sismicité   peuvent aller dans un sens ou dans l’autre ». Ainsi, un climat plus aride pourrait par exemple se traduire in fine par une plus faible érosion, cependant que « la perte du couvert végétal pourra entre-temps se traduire par un pic d’érosion ». A l’inverse, un climat marqué par une augmentation des précipitations pourrait avoir pour effet d’accélérer l’érosion. Et Philippe Vernant de conclure : « Est-ce que ces modifications seront suffisantes pour déclencher un peu plus de sismicité   ? C’est difficile à dire… ».

Pour aller plus loin

planseisme picto 17 pointi - Livre de W.J. McGuire sur l’impact du changement climatique sur les risques telluriques (en anglais) : “Waking the giant : how a changing climate triggers earthquakes, tsunamis, and volcanoes”
- Impact de l’érosion sur la sismicité
- Variabilité saisonnière des séismes en Himalaya
- Lien entre épisodes pluvieux et sismicité

[1Titre original : « Waking the Giant : How a changing climate triggers earthquakes, tsunamis, and volcanoes »