Des séismes au ralenti sous les Cascades

Crédit : Eric Vantroeyen, Sylvain Michel, Adriano Gualandi et Jean-Philippe Avouac
Légende : Au niveau de la chaîne des Cascades, le plancher océanique du Pacifique se glisse sous l’Amérique du Nord. Proche de la surface la zone de glissement est actuellement bloquée (zone triangulaire ombrée). Elle pourrait rompre lors d’un séisme et créer un tsunami à tout moment. Cette région est pourtant très calme sismiquement. Ce calme n’est qu’apparent. L’analyse de mesures GPS montre en effet, au-delà de la zone bloquée et sous la bordure continentale, des épisodes de glissement lents (zone bleue) accompagnés de tremors, c’est-à-dire de faibles vibrations sismiques (points noirs). Les graphes montrent les épisodes de glissement en deux points de la zone. Ces glissements épisodiques ont les mêmes propriétés que les séismes mais se produisent beaucoup plus lentement.

On pourrait dire des événements de glissement lent que ce sont des tremblements de terre sans tremblement. Le paradoxe n’est qu’apparent puisque le sol se déplace bel et bien comme dans le cas d’un séisme classique, mais très lentement, si progressivement que l’événement n’occasionne aucun dégât. Et là où une importante quantité d’énergie est libérée typiquement en une minute lors des grands tremblements, il faut plusieurs semaines de glissement lent pour produire la même énergie.

Les événements de glissement lent, découverts il y a une trentaine d’années seulement, semblent se produire essentiellement dans les zones de subduction, régions où s’affrontent les grandes plaques tectoniques. Ils sont pratiquement indétectables par les sismomètres classiques, et ne se révèlent que sur des mesures très fines des déplacements de stations GPS.

Ces événements sismiques sont intéressants pour trois raisons : leur lenteur permet de suivre à la trace la façon dont ils apparaissent et se propagent, ils se répètent beaucoup plus fréquemment que les grands séismes, se prêtant ainsi à des études statistiques valides, et ce sont surtout de parfaits homologues des grands séismes les plus dévastateurs.

Cette découverte cruciale est annoncée dans cet article de Nature que cosignent Sylvain Michel (École normale supérieure - PSL, Département de Géoscience (ENS/CNRS), France), Adriano Gualandi, (Caltech, Pasadena, USA, actuellement chercheur invité Gaspard Monge  au Laboratoire de mécanique des solides (LMS – École polytechnique/CNRS)) et Jean-Philippe Avouac (Caltech, Pasadena, USA, actuellement professeur invité Gaspard Monge au Laboratoire de mécanique des solides (LMS – École polytechnique/CNRS) :

Dans cet article, nous démontrons que la méthode que nous avons développée permet de détecter et d’imager ces événements de glissement lent même de très faible amplitude. Nous avons ainsi pu mettre en évidence que, contrairement à une conjecture antérieure, ils suivent bien les mêmes lois d’échelle que les séismes classiques et en sont donc de bons homologues précise Jean-Philippe Avouac.

C’est par exemple le cas de la loi empirique de Gutenberg-Richter, laquelle énonce que plus les événements sont de forte magnitude, moins ils sont nombreux. Les événements de glissement lent suivent aussi une autre loi classique de la sismologie, qui stipule que l’énergie élastique libérée par un séisme est proportionnelle au cube de sa durée.

Cette découverte s’appuie sur les données en accès libre de 352 stations GPS installées le long de la zone de subduction de Cascadia, dans les États de Washington et de l’Oregon, au nord-ouest des États-Unis. À partir du lent déplacement enregistré depuis ces stations, il a été possible de suivre les événements de glissement lent sur une dizaine d’années. Plus de 40 événements ont ainsi été documentés en détail, permettant de vérifier qu’ils suivaient bien toutes les lois d’échelle typiques des tremblements de terre.

Cette similitude ouvre d’intéressantes perspectives d’étude des séismes car les événements de glissement lent se produisent bien plus souvent que les grands tremblements de terre. Cela permettra de tester différentes hypothèses sur les mécanismes d’apparition des séismes ainsi que de tester des stratégies d’alerte d’imminence d’un événement sismique majeur.

Références :
« Similar scaling laws for earthquakes and Cascadia slow-slip events » . Sylvain Michel, Adriano Gualandi, Jean-Philippe Avouac. Nature (2019)