Recrudescence de séismes

Des séismes en série

 

par Boris Bellanger (Sciences & Vie juin 2012)

 

Depuis 1900, la Terre a connu une première série de séismes de magnitude supérieure à 8,5 entre 1950 et 1965, puis une seconde série depuis 2004, et aucune entre ces deux périodes. D'après David Perkins, statisticien de l'USGS (Institut d'Études Géologiques des États-Unis), cette succession de séismes majeurs a peu de chance d'être le fruit du hasard. Une hypothèse contestée…

Au cours de cette seconde vague, quatre mégaséismes ont ravagé la planète en huit ans :

 

Sumatra, décembre 2004

Avec 280 000 morts, le premier mégaséisme de la série en cours entraîne une véritable hécatombe. Troisième séisme le plus puissant jamais enregistré, il touche l'océan Indien le 26 décembre 2004. De l'épicentre, situé à 200 km dans le nord-ouest de Sumatra, partent des vagues dévastatrices pouvant atteindre une quinzaine de mètres. Le tsunami fait également des dégâts en Inde, au Sri Lanka, et dans la corne de l'Afrique.

 

Chili, février 2010

 

Le séisme qui a frappé le Chili dans la nuit du 27 février 2010, a fait deux millions de sinistrés (voir article dans ce même blog). Il se classe sixième au rang des plus violents tremblements de terre des cent dernières années. Son épicentre ne se situe qu'à quelques kilomètres des côtes chiliennes, dans l'océan Pacifique. Les secousses, ressenties jusqu'à Santiago, à plus de 300 km au nord, provoquent un tsunami destructeur, avec des vagues allant jusqu'à 5 mètres qui ont ravagé les côtes. Les derniers bilans font état de 521 morts et 2 millions de sinistrés.

 

Japon, mars 2011

Le cinquième tremblement de terre le plus violent depuis un siècle restera dans les mémoires pour la catastrophe nucléaire qu'il a déclenchée. Mais le séisme qui a touché le Japon ce 11 mars 2011 était en lui-même mémorable. Il provoque un important tsunami, avec des vagues s'enfonçant jusqu'à 5 kilomètres à l'intérieur des terres, à une vitesse de 30 à 40 km/h. Elles détruisent tout sur leur passage. Au final, on dénombre près de 20 000 morts et disparus, 6000 blessés, et 125 000 bâtiments endommagés ou détruits.

 

Sumatra, avril 2012

Avec sa magnitude de 8,6, le tremblement de terre qui survient le 11 avril 2012 au large de l'Indonésie est le neuvième le plus puissant jamais enregistré depuis un siècle. Il frappe une région encore traumatisée par le séisme de décembre 2004. Dernier d'une série en cours, ses secousses, ressenties jusqu'à Singapour, en Thaïlande et en Inde, provoquent des scènes de panique dans la province d'Aceh, dans le nord de Sumatra, encore hantée par le souvenir du tsunami de décembre 2004. Cette fois, cependant, le séisme n'entraîne que des vagues de moins d'un mètre de haut. Les secousses causent la mort d'une dizaine de personnes.

 

Comment peut-on avoir un séisme aussi important à cet endroit ? Au lendemain du 11 avril 2012, Christophe Vigny (géophysicien à l'École normale supérieure de Paris) se perd en conjectures. C'est que, contrairement aux autres mégaséismes, qui se sont produits dans des zones de subduction (là où une plaque tectonique plonge sous une autre), celui de Sumatra résulte d'un mouvement horizontal de décrochement entre deux morceaux d'une même plaque. "La faille est verticale et environ 10 fois plus courte que les failles inclinées des zones de subduction détaille le géophysicien. Elle atteint donc plus rapidement la profondeur à partir de laquelle les roches ne sont plus cassantes." Or la magnitude d'un séisme est le produit de trois paramètres : la longueur de la faille, sa profondeur et l'intensité du glissement.

 

"Pour obtenir une telle magnitude avec une faille décrochante, il faudrait que la longueur de la faille ou le glissement soient beaucoup plus importants que ceux observés, remarque Christophe Vigny. À moins que la rupture n'ait été plus profonde qu'on ne le pense, ce qui soulève d'autres questions…"

 

Survenus en moins d'une décennie, ces quatre derniers séismes figurent dans le top 10 des plus violents séismes ayant secoué la planète au cours de ces 112 dernières années. Est-ce une simple coïncidence ? Ou bien une vulgaire épidémie ? Faut-il en particulier s'attendre à la survenue prochaine du fameux "big One", ce mégaséisme qui plane sur la côte ouest des États-Unis ? À la vue de ces spasmes à répétition, la question, en tout cas se pose : la Terre serait-elle entrée dans une période d'intense crise sismique ? Pour David Perkins, cela ne fait aucun doute. "Le nombre de séismes de magnitude supérieure à 8 survenus au cours de la décennie passée est quasiment le triple de celui mesuré sur les décennies du siècle précédent", constate ce statisticien de l'USGS, l'organisme américain qui surveille le pouls sismique de la planète. Et de rappeler que ce n'est d'ailleurs pas la première fois qu'une telle agitation est observée à la surface de notre planète.

 

 

Entre 1950 et 1965, une autre série de mégaséismes

 

Outre la recrudescence des années 2000, une série de grands séismes apparaît nettement entre 1950 et 1965. Cette courte période concentre à elle seule sept des neuf plus puissants tremblements de terre du XX^e siècle ! Parmi eux, trois dépassent la magnitude 9, dont le monstrueux séisme de magnitude 9,5 qui secoua le Chili en 1960. Étonnamment, à cette quinzaine infernale succédèrent près de quarante années au cours desquelles peu de secousses ont atteint la magnitude 8, et aucune la magnitude 8,5. La fin du XX^e siècle a donc été exceptionnellement calme comparée à la première décennie du XXI^e siècle, qui compte déjà deux monstres de magnitude 9 et 9,1...

 

Avant même le tout récent séisme de Sumatra, David Perkins en était persuadé : "Cette succession de séismes majeurs entrecoupée d'une période d'accalmie relative a peu de chances d'être le fruit du hasard."

 

Pour étayer cette assertion, le chercheur s'appuie sur des calculs de probabilité d'occurrence. En pratique, il produit aléatoirement des centaines de milliers de catalogues de sismicité et mesure la fréquence avec laquelle il obtient, par hasard, certaines caractéristiques du catalogue historique. Et d'après ses calculs, la probabilité que les cinq séismes de magnitude supérieure à 9 enregistrés depuis 1900 se répartissent par hasard dans le temps tel qu'ils l'ont été est inférieure à 2 %. Plutôt improbable, donc.

 

Et plus qu'un lancé de dés très malchanceux, David Perkins voit dans ces regroupements de mégaséismes l'expression d'un phénomène planétaire non identifié jusqu'alors. Avec son collègue Charles Bufe, il propose l'existence, à l'échelle du globe, d'un cycle sismique comparable au cycle décrit à l'échelle d'une faille géologique. C'est-à-dire que la Terre suivrait une séquence temporelle comprenant une longue phase d'accumulation de contraintes tectoniques, et une phase de libération de l'énergie accumulée, sous forme de séismes particulièrement puissants. Les deux chercheurs voient donc dans l'évolution de l'énergie libérée par l'activité sismique un motif régulier appelé à se répéter, selon un cycle global d'environ 70 ans, dont quinze au cours desquels les mégaséismes se manifesteraient à la chaîne (voir courbe ci-dessous). D'après leurs calculs, la terre oscillerait donc entre un état relativement calme et un état de crise sismique. Et la série noire actuelle ne serait pas l'effet du hasard.

 

 

Des cycles sismiques contestés

Dans l'article qui détaillait pour la première fois leur théorie, ils constataient justement un regain d'activité sismique, et suggéraient qu'une nouvelle salve de tremblements de terre géants pourrait bien débuter. Or, cet article a été soumis pour publication sept mois avant que ne se produise le terrible séisme de Sumatra de 2004 et son tsunami dévastateur, et quelques années avant les mégaséismes suivants, au Chili et au lapon... "Il s'est passé ce que nous suggérions qu'il se passerait si ces essaims de gros séismes n'étaient pas dus simplement au hasard", remarque aujourd'hui David Perkins, qui ne croit pas avoir eu simplement de la chance en pariant sur un regain de colère de la Terre.

 

Cette proposition d'un supercycle sismique est toutefois loin de convaincre tout le monde. "L'approche statistique de Bufe et Perkins est biaisée, juge Peter Shearer, géophysicien de l'université de Californie à San Diego. Ils identifient dans le catalogue sismique des caractéristiques qui leur apparaissent anormales, et ensuite ils font des tests pour savoir quelle est la probabilité d'obtenir ces caractéristiques. En d'autres termes, ils formulent leur hypothèse après avoir sélectionné les données." Or, remarque le chercheur, n'importe quelle distribution obtenue de façon aléatoire peut donner une séquence d'événements qui semble, à vue d'œil, anormale. Par exemple, si l'on jette cent fois une pièce en l'air, elle peut retomber les dix premières fois du même côté. Ce qui peut paraître anormal. Une fois définie cette "anomalie", si on calcule après coup la probabilité pour qu'elle se produise, on la trouvera faible. Mais il ne faut pas pour autant y voir autre chose que le hasard... "Il faut faire des tests statistiques plus généraux sur la distribution passée des séismes, sans identifier au préalable des caractéristiques spécifiques, insiste Peter Shearer. Et on arrive à la conclusion que la séquence de séismes depuis 1900 ne peut être distinguée du résultat d'un processus aléatoire."

 

Un avis que partage Andrew Michael. Ce sismologue de l'USGS a lui aussi appliqué une batterie de tests statistiques aux archives sismiques de la Terre. "Les données du catalogue historique ne permettent pas de rejeter l'hypothèse selon laquelle les mégaséismes surviennent au hasard, conclut-il. La récente succession de grands tremblements de terre peut donc très bien être attribuée à une fluctuation dans un processus aléatoire." En clair : il n'y a pas de raison de soupçonner que les mégaséismes se manifestent à des moments en particulier ou qu'ils soient liés les uns aux autres. Reste que la prédiction de Perkins d'une entrée dans une nouvelle phase d'épidémie de mégaséismes a été faite avant le déclenchement de la série noire actuelle. Donc pas a posteriori, comme le reprochent ses détracteurs...

 

Mais comme le reconnaît Peter Shearer, le problème pour trancher la question est le manque de données - seulement cinq séismes de magnitude 9 depuis 1900. "On ne peut pas, sur la seule base des analyses statistiques, affirmer ni exclure qu'il y a une connexion entre les mégaséismes. Il se pourrait bien que ceux-ci surviennent par cycle, mais il n'y a pas assez d'événements pour l'affirmer avec certitude." Ce que confirme Christophe Vigny (ENS Paris) : "On ne saura s'il existe une cyclicité des séismes de magnitude 9 que lorsqu'on aura 500 ans de mesures de l'activité sismique du globe. Et encore ! Il faut plutôt se poser la question sur les mécanismes physiques sous-jacents qui expliqueraient pourquoi, certaines années, on aurait plus de grands séismes. Et là, je n'en vois aucun pour lier des séismes de cette taille à 20 000 kilomètres de distance."

 

Que des tremblements de terre en déclenchent d'autres n'est pourtant en soi pas une idée farfelue. Les sismologues savent depuis longtemps que lorsqu'un séisme majeur se produit à un endroit, il sera suivi localement par de très nombreuses répliques, de plus faible magnitude pour la majorité d'entre elles, et ce parfois pendant des années. On considère ainsi qu'un séisme de magnitude 9 déclenchera dans la région dix séismes de magnitude 8, cent de magnitude 7, mille de magnitude 6, etc. Le passage de l'onde sismique d'un séisme d'envergure peut aussi faire basculer des failles beaucoup plus éloignées et qui étaient sur le point de rompre. L'équivalent géologique de la goutte d'eau qui fait déborder le vase... Des études ont ainsi démontré que des séismes qui se sont produits aux États-Unis en 201l étaient associés aux mégaséismes du Chili en 2010 et du Japon en 2011, ou que des secousses en Chine en 2004 étaient le fruit du tremblement de terre de Sumatra. "Le déclenchement de séismes à distance n'est plus un sujet controversé, constate Nicholas Van der Eist, de l'université de Californie à Santa Cruz. Cependant, au-delà de quelques centaines de kilomètres de distance, aucun séisme de magnitude supérieure à 5 n'a pu être relié au passage de l'onde d'un séisme majeur".

 

Peut-on lier des mégaséismes éloignés ?

Autrement dit, il semble bien que les gros séismes n'en enfantent, à grande distance, que des petits. Reste que ces petits séismes vont à leur tour déclencher localement des répliques qui, en de très rares occasions, peuvent être plus puissantes que la secousse qui leur a donné naissance. De quoi faire le lien entre les mégaséismes éloignés ? Cette possibilité de cascade de séismes vient d'être analysée de près par Nicholas Van der Eist. "Si l'on considère une séquence de répliques liées à un petit séisme déclenché à distance par un tremblement de terre majeur, il est très peu probable qu'elle contienne un événement plus important que le petit séisme initial, détaille le géophysicien. Mais si un grand nombre de ces séquences de répliques sont initiées à l'échelle du globe, la probabilité cumulée que quelques-unes finissent par produire un gros séisme peut devenir plus importante."

Nicholas Van der Eist a donc regardé si, lorsqu'un puissant séisme se produit quelque part dans le monde, on observait un accroissement de la fréquence des petits séismes dans les régions où un tremblement de terre majeur allait ultérieurement se manifester. Par exemple, si le séisme de Sumatra en 2004 avait déclenché à distance une séquence de faibles secousses au Chili ou au Japon dans les zones où sont nés les monstres de 2010 et 2011. "Nous n'avons trouvé aucun signe d'une cascade d'événements qui pourrait expliquer l'augmentation actuelle du nombre de grands séismes", reconnaît le sismologue.

 

David Perkins ne désarme pas et prépare un nouvel article pour répondre aux critiques : "Il doit y avoir un mécanisme qui n'a pas encore été pris en considération, un moyen par lequel les gros séismes communiquent." Mais la distance n'est pas le seul obstacle à surmonter pour ce mécanisme encore inconnu. "Si un tri mécanisme de déclenchement existait, il faudrait encore expliquer pourquoi lors des périodes où le nombre de grands séismes est au-dessus de la moyenne historique, il n'y a pas plus de séismes de moindre magnitude, réplique Peter Shearer. Je ne vois pas comment ce mécanisme favoriserait la survenue des uns et pas celle des autres." Pour l'heure, en l'absence de signes statistiques décisifs et de mécanismes sismiques précis, la prudence convient plutôt de tenir la multiplication de puissants séismes pour de la pure coïncidence. "Mais la question est importante", remarque Peter Shearer.

 

 Dans l'attente du prochain…

Au-delà du débat scientifique, l'enjeu est vital : il s'agit de savoir si le risque pour les populations est aujourd'hui plus élevé qu'auparavant. "D'après nos calculs, si les grands séismes sont bien regroupés dans le temps, la probabilité d'avoir un séisme de magnitude supérieure à 8,6 dans les cinq années à venir est de 95 %, persiste David Perkins. Il faut s'y préparer." En particulier sur la côte ouest des États-Unis.

 

Là encore, peu de spécialistes sont d'accord avec ce pronostic alarmant. "La récente recrudescence de séismes majeurs n'a aucun pouvoir prédictif pour l'avenir", s'insurge ainsi Andrew Michael. Reste que les mégaséismes ne sont pas des événements parfaitement isolés les uns des autres. "Si dans les endroits où il n'y a pas eu d'activité sismique récente, comme la Californie et l'Alaska, le risque est à mon sens le même aujourd'hui qu'avant, la menace est certainement plus importante dans les régions comme Sumatra, le Chili, et le Japon qui ont récemment connu des mégaséismes", relève Peter Shearer.

 

Le séisme du 11 avril 2012 en est l'illustration parfaite, puisqu'il est lié à celui de Sumatra en 2004. Face à la complexité conjuguée des lois du hasard et de la sismologie, la science reste incapable de trancher. Et nous n'avons pas d'autre choix que d'attendre d'autres éventuels cataclysmes pour savoir si notre planète est en pleine épidémie. Condamnés à subir les caprices de la Terre, nous ne pouvons finalement être sûrs que d'une chose : hasard ou pas, la Terre nous fait vivre ces dernières années une terrible série noire.

 Peut-on prévoir les séismes ?

 Observer le ciel pour anticiper les tremblements de terre. Ce qui pourrait ressembler à une ancestrale pratique divinatoire est en réalité la très sérieuse proposition formulée par Kosuke Heki, géophysicien de l'université d'Hokkaido, au Japon. Celui-ci affirme avoir détecté un signe avant-coureur du mégaséisme qui a frappé l'archipel nippon en mars 2011. Une perturbation dans l'ionosphère, à 300 kilomètres d'altitude, repérée grâce au réseau de 1200 stations GPS qui quadrillent le pays (figure ci-dessous). "On savait déjà que les séismes génèrent des ondes acoustiques qui perturbent l'ionosphère après la secousse, explique Kosuke Heki. Ce que j'ai mis en évidence, c'est l'augmentation du contenu en électrons dans l'ionosphère qui débute 40 minutes avant le séisme !" Autrement dit : un potentiel signe précurseur des mégaséismes susceptible, s'il est confirmé, de sauver des centaines de milliers de vies... Point remarquable, le phénomène s'amplifie au fur et à mesure qu'on se rapproche de l'heure du tremblement de terre, et est plus marqué au-dessu de l'épicentre.

 

Fort de cette découverte, Kosuke Heki s'est penché sur deux autres séismes majeurs, celui du Chili en 2010 et celui de Sumatra en 2004. Dans les deux cas, il observe une anomalie similaire avant la secousse. "L'affirmation selon laquelle les séismes sont intrinsèquement imprévisibles n'est peut-être pas exacte, du moins pour les séismes de magnitude 9", lance le chercheur.

 

Mais cette annonce reçoit un accueil prudent. "L'ionosphère est un milieu excessivement variable, prévient ainsi Michel Parrot (CNRS), responsable du programme Demeter, satellite dédié à la recherche de signaux précurseurs. La météo ou les humeurs du Soleil perturbent régulièrement l'ionosphère. Il est donc difficile d'affirmer que l'anomalie observée est strictement liée à l'imminence d'un séisme." Une réserve partagée par Christophe Vigny (ENS, Paris) : "Je pense qu'il ne s'agit que d'une coïncidence fortuite. Mais il faudrait faire un vrai travail statistique : regarder combien de fois on détecte cette perturbation ionosphérique sans qu'il n'y ait de séisme par la suite. Sans cela, on ne pourra pas utiliser comme base d'un système d'alerte."

Sources :

• Boris Bellanger, Mégaséismes, l'épidémie ? Sciences & Vie n°1137 juin 2012, pp. 70-80.

• Charles G. Bufe and David M. Perkins. The 2011 Tohoku earthquake: resumption of temporal clustering of Earth’s megaquakes. Seismological Society of America meeting, Memphis, April 14, 2011.
• Charles G. Bufe and David M. Perkins. Evidence for a Global Seismic-Moment Release Sequence, Bull. Seismol. Soc. Am., June 2005. DOI: 10.1785/0120040110
• Andrew J. Michael. The recent rate of great earthquakes: global clustering or random variability ? Seismological Society of America meeting, Memphis, April 14, 2011.
• Earle, P. S., S. Rost, P. M. Shearer, and C. Thomas, Scattered P'P' waves observed at short distances, Bull. Seismol. Soc. Am., 101, 2843-2854, doi: 10.1785/0120110157, 2011.
• Shearer, P. M., and P. B. Stark, Global risk of big earthquakes has not recently increased, Proc. Nat. Acad. Sci., 109, 717-721, www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1118525109, 2012.
• Sumiejski, P. E., and P. M. Shearer, Temporal stability of coda Q^-1 in southern California, Bull. Seismol. Soc. Am., 102, 873-877, doi: 10.1785/0120110181, 2012.
• Chen, X., P. M. Shearer, and R. E. Abercrombie, Spatial migration of earthquakes within seismic clusters in Southern California : Evidence for fluid diffusion, J. Geophys. Res., 117, B04301, doi:10.1029/2011JB008973, 2012.

 

Séismes en Italie (Complément)

En cette fin de mai 2012, l'Italie est durement touchée par une série de séismes, qui, s'ils n'atteignent pas la magnitude des séismes géants décrits plus haut, n'en sont pas moins destructeurs.

 

19-20 mai 2012 : un fort séisme frappe le nord-est de l'Italie

 

Le nord-est de l'Italie, industriel et très peuplé, a été réveillé dans la nuit de samedi à dimanche 20 mai 2012 par un fort séisme qui a fait au moins six morts, des dizaines de blessés, et détruit des hangars d'usines, des habitations et clochers autour de la ville de Ferrare, au patrimoine historique classé. Le séisme, de magnitude 5,9 et survenu à 10 km de profondeur, avait son épicentre à Finale Emilia, à 36 km au nord de Bologne, dans la zone de Modène.

Un nouveau séisme de magnitude 5,1 a frappé dimanche après-midi la zone entourant Ferrare, dans le nord-est de l'Italie, a annoncé l'institut de géophysique.

 

Parmi les victimes figurent quatre ouvriers qui travaillaient de nuit dans des usines. Deux femmes sont décédées après avoir été prises de malaise à la suite du déclenchement du séisme.

Sous l'impact, plusieurs maisons et clochers d'églises de la région se sont écroulés, et des hôpitaux ont été évacués par mesure de sécurité. À Bologne et dans d'autres villes, des milliers d'habitants réveillés au milieu de la nuit sont descendus paniqués dans les rues.

 

Les premières images diffusées par les télévisions montraient des maisons à demi écroulées, des amoncellements de gravats sur les routes, des corniches d'églises ou de tours détachées.. Dimanche après-midi, environ 3 000 personnes ont dû être évacuées de leurs habitations en Émilie-Romagne, entre Modène et Ferrare.

 

Sous l'impact de ce séisme, qui est équivalent dans son intensité à celui de L'Aquila en 2009, plusieurs joyaux architecturaux de villages proches de Ferrare ont été endommagés. Des dégâts importants sont ainsi survenus dans la petite ville de San Felice, où une église s'est écroulée. De nombreux monuments historiques, dont l'hôtel de ville, y ont été endommagés, leurs murs lézardés. Dans la région de Bologne, la partie supérieure d'une tour du château de Galeazza s'est détachée. "Selon les premières consultations, les dégâts au patrimoine culturel sont importants", indique le ministère des biens et activités culturels italiens. Plusieurs hôpitaux ont été évacués par mesure de sécurité, dans la crainte de nouvelles secousses.

 

Le 29 mai 2012 : nouveau séisme qui a frappé le nord de l'Italie, à San Felice sul Pannaro

 

Une nouvelle secousse a été ressentie après le puissant séisme de magnitude 5,8 qui a touché mardi 29 mai 2012, vers 9 heures, le nord de l'Italie, non loin de Modène. Au moins seize personnes ont perdu la vie dans cette première secousse, selon la chaîne de télévision italienne Sky Tg24. La deuxième secousse est également d'une magnitude supérieure à 5.

 

Parmi elles, trois personnes sont mortes à San Felice del Panaro dans l'effondrement d'une usine, deux dans la localité proche de Mirandola, une à Concordia et une autre à Finale, a indiqué le commandant des carabiniers de Modène, Salvatore Iannizzotto.

L'épicentre se trouvait en Émilie-Romagne, une région déjà frappée il y a neuf jours par le précédent tremblement de terre. Les médias italiens ont rapporté que la nouvelle secousse avait provoqué l'effondrement de bâtiments déjà endommagés lors de ce précédent séisme. Depuis, plusieurs milliers d'habitants dormaient sous la tente par crainte de répliques.

 

La secousse a été ressentie dans tout le centre-nord de l'Italie. Depuis une dizaine de jours, la péninsule a enregistré de nombreux tremblements de terre, dans le Nord comme dans le Sud, touché lundi 28 mai 2012 par un séisme de magnitude 4,3.

 

Le président de l'Institut national de géophysique et de vulcanologie (INGV), Stefano Gresta, s'est montré préoccupé pour la suite : "La séquence [des secousses] sera longue et on ne peut exclure que d'autres séismes forts puissent se produire".