Actualités, Lettre du Plan Séisme

Dossier : Séismes lents3 questions à Jean-Mathieu Nocquet et Frédérique Rolandone

Vendredi 20 mai 2016

Jean-Mathieu Nocquet et Frédérique Rolandone

Chercheurs au CNRS? et auteurs d’une récente étude au Pérou sur de nouvelles relations entre séismes et glissements [1]

"Les séismes lents sont utiles pour comprendre les tremblements de terre.”

Que nous apprennent les séismes lents sur les tremblements de terre ?

S’intéresser aux séismes lents, que nous préférons dénommer « Slow Slip Event » (SSE) pour « épisode de glissement lent », c’est s’intéresser au cycle sismique et à l’évaluation du potentiel sismique. De manière simplifiée, pour caractériser le fonctionnement du cycle sismique, il faut connaître la vitesse d’accumulation des contraintes, les lois de friction qui gouvernent la faille   et la part des contraintes accumulées qui se dissipe sous forme de glissement asismique.

Les SSE nous renseignent sur les deux derniers points. Ils témoignent de lois de friction sur la faille   où, sous certaines conditions, les forces accumulées sont relâchées lentement. L’énergie qui a alors été relâchée assismiquement n’est plus disponible pour la rupture sismique. Etant donné leur magnitude   et leur fréquence, il est probable que leur rôle dans le « budget » du cycle sismique n’est pas négligeable.

Par ailleurs, il est proposé que les zones où les SSE ont lieu délimitent, dans certains cas, la zone de rupture des futurs séismes. Cela a été observé au Costa Rica, mais la généralité de cette observation n’est pas démontrée. Un débat important est de savoir s’ils sont déclencheurs des grands séismes.

Justement, s’ils sont imperceptibles pour l’Homme, les séismes lents ne sont-ils pas pour autant dangereux ?

Puisque les SSE relâchent une partie de l’énergie, ils peuvent ainsi diminuer l’aléa sismique   tout comme impliquer une augmentation de contraintes sur une autre partie de la faille   et, en ce sens, augmenter le risque sismique   et avancer l’occurrence d’un prochain séisme  .

En revanche, il est peu probable qu’un séisme   lent accélère et évolue en rupture sismique. Certains modèles proposent qu’une phase de nucléation (le début d’une rupture) puisse évoluer, soit en SSE, soit en séisme  , mais il n’y a pas d’observation de ce processus, à notre connaissance.

Cela étant dit, les SSE, s’ils relâchent des contraintes à l’endroit où ils ont lieu, augmentent aussi la contrainte dans les zones adjacentes. Si celles-ci ont accumulé beaucoup de contraintes, l’incrément de contrainte du SSE peut être le déclencheur d’une grande rupture. Cette idée simple semble se confirmer dans plusieurs observations :

Dans le cas du séisme   de Tohoku au Japon, le 11 mars 2011, il est proposé qu’un SSE se soit développé dans le mois précédent la rupture. Le glissement n’est pas observé directement - il est en mer -, mais il est caractérisé par une anomalie de la sismicité   semblable à celle que l’on observe pour les SSE superficiels. L’analyse des capteurs de pression présents dans la zone comme preuve directe est débattue.

Le séisme   d’Iquique au Chili, en 2014, lui a clairement vu cette anomalie de la sismicité   avec des mouvements détectés par les GPS à terre. Cependant, une analyse de la sismicité   semble indiquer que le mouvement GPS est égal à la sismicité  . Autrement dit, il n’y aurait pas de mouvement asismique, mais cela reste discuté. Le groupe de l’Ecole normale supérieure de Christophe Vigny est impliqué dans ce débat.

Une analyse de 2013 de Michel Bouchon (ISTerre?) et de son équipe, sur la base de la sismicité  , suggère qu’environ 70% des séismes aux frontières de plaques sont précédés par un glissement lent avant de rompre lors d’un grand séisme  . M. Bouchon avait par ailleurs mis en évidence un autre indice sismologique de SSE précédent le séisme   d’Izmit en Turquie, en 1999.

Enfin, un article récent (janvier 2016) d’Uchida et al. semble apporter l’observation la plus convaincante : ces auteurs démontrent une occurrence régulière (tous les 1 à 6 ans) de SSE au nord-est du Japon et montre qu’une grande partie de ces SSE sont concomitants ou suivis de séismes de magnitude   supérieure à 5.

Pouvez-vous nous expliciter votre cas d’étude au nord du Pérou où séismes et glissements asismiques ont interagi de manière complexe durant plusieurs mois ?

La séquence observée le long de la subduction   andine au nord du Pérou diffère des observations de SSE. Le contexte est celui d’une zone de subduction   principalement asismique. Entre février et août 2009, une activité anormale de plusieurs centaines de séismes a été enregistrée. Les données GPS indiquent un glissement total équivalent à un séisme   de magnitude   6.7, tandis que la somme des séismes équivaut à un séisme   de magnitude   6.2. La séquence montre donc une répartition d’environ 75% de glissement asismique pour 25% de glissement dû aux séismes, contrairement aux 0.1-3% observés pour les SSE. Cette séquence montre que le glissement s’initie et se développe immédiatement après deux séismes de taille modérée de magnitude   6.0 et 5.8 respectivement. Un troisième séisme   (de magnitude   5.8), a déclenché la plus grande accélération de glissement asismique. C’est ainsi la première fois que l’on observe un processus mixte sismique et asismique, où les deux modes de glissement semblent interagir au cours de la séquence.

Pour se donner une image de ce processus, on peut penser qu’un SSE classique démarre spontanément, puis va faire craquer des toutes petites aspérités à sa périphérie. Ici, le SSE démarre, fait d’abord craquer quelques petites aspérités, puis une plus grande, qui va à son tour accélérer le glissement. L’évolution d’un SSE va donc dépendre de la distribution spatiale de la friction sur le plan de faille  . Nous pensons que le processus observé pour la première fois au nord Pérou est assez commun dans les zones de subduction   ou des crises sismiques sont régulièrement détectées.

Les séismes lents servent-ils dans l’anticipation des séismes classiques ?

Oui, sans aucun doute. D’un point de vue général, les SSE sont importants pour quantifier le bilan des forces qui sont accumulées, qui se dissipent en glissement asismique et ce qui reste disponible pour les séismes classiques. Les prendre en compte changera en particulier nos évaluations probabilistes de l’aléa.

Ensuite, ils nous indiquent les zones des failles qui relâchent les contraintes de manière asismique. En conséquence, ils nous indiquent indirectement les parties potentiellement sismiques.

Enfin, les observations semblent s’accumuler prouvant que de nombreux grands séismes sont précédés par un séisme   lent. Si nous augmentons notre capacité à les détecter et à les quantifier, nous pourrons aller vers une estimation probabiliste dépendante du temps. Plusieurs groupes travaillent actuellement en ce sens.

[1« A mixed seismic–aseismic stress release episode in the Andean subduction zone. » J. C. Villegas-Lanza et al. (2015)