Les tremblements de terre jumeaux de magnitude 6,4 et 7,1 qui ont frappé la région de Ridgecrest dans le désert de Mojave en Californie, au nord-est de Los Angeles, les 4 et 5 juillet respectivement, ont été ressentis par jusqu’à 30 millions de personnes en Californie, au Nevada, en Arizona et en Basse-Californie, entraînant des pertes en vies humaines, des blessures, des milliards de dommages et beaucoup de nerfs à vif. Bien que l’éloignement ait sans aucun doute minimisé les impacts, les tremblements de terre ont servi à rappeler aux Californiens complaisants qu’ils vivent au pays des tremblements de terre et qu’ils doivent se préparer à l’inévitable « Big One » qui, selon les scientifiques, ne manquera pas de se produire. Ils ont également fait parler les gens de tous les aspects des tremblements de terre.
Il y a beaucoup de mythes sur les tremblements de terre. L’un d’entre eux, très répandu, est qu’il existe une « météo des tremblements de terre » – certains types de conditions météorologiques qui précèdent généralement les tremblements de terre, comme des conditions chaudes et sèches, ou sèches et nuageuses. Ce mythe trouve son origine dans le philosophe grec Aristote, qui a proposé au IVe siècle avant J.-C. que les tremblements de terre soient provoqués par des vents emprisonnés qui s’échappent de grottes souterraines. Il pensait que les grandes quantités d’air piégées sous terre rendaient le temps à la surface de la Terre avant un tremblement de terre chaud et calme.
Avec l’avènement de la sismologie – l’étude des tremblements de terre – nous savons maintenant que la plupart des tremblements de terre sont causés par des processus tectoniques – des forces au sein de la Terre solide qui entraînent des changements dans la structure de la croûte terrestre, principalement la rupture de masses rocheuses souterraines le long de failles (zones linéaires de faiblesse). Nous savons également que la plupart des séismes se produisent loin sous la surface de la Terre, bien au-delà de l’influence des températures et des conditions de surface. Enfin, nous savons que la distribution statistique des tremblements de terre est à peu près égale pour tous les types de conditions météorologiques. Mythe battu en brèche.
En fait, selon l’U.S. Geological Survey, la seule corrélation qui a été notée entre les tremblements de terre et les conditions météorologiques est que les grands changements de pression atmosphérique causés par des tempêtes majeures comme les ouragans ont été montrés pour déclencher occasionnellement ce qu’on appelle des « tremblements de terre lents », qui libèrent de l’énergie sur des périodes de temps relativement longues et n’entraînent pas de secousses du sol comme les tremblements de terre traditionnels. Ils notent que si de tels changements importants de basse pression pourraient potentiellement contribuer au déclenchement d’un séisme destructeur, « les chiffres sont faibles et ne sont pas statistiquement significatifs. »
Mais qu’en est-il du climat ? Existe-t-il des liens entre les phénomènes climatiques et les séismes ? Nous avons demandé au géophysicien Paul Lundgren, du Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, en Californie, de faire un tour d’horizon scientifique sur la question.
Peser les conséquences sismiques de l’eau
Pour établir un lien quelconque entre le climat et les tremblements de terre, dit Lundgren, il faut d’abord déterminer quels types de processus tectoniques pourraient être liés aux phénomènes climatiques. Les scientifiques savent que les tremblements de terre peuvent être déclenchés ou inhibés par des changements dans la quantité de stress sur une faille. La plus grande variable climatique susceptible de modifier les charges de stress des failles est l’eau de surface sous forme de pluie et de neige. Selon Lundgren, plusieurs études ont confirmé de telles corrélations. Mais il y a un hic.
« Typiquement, là où nous avons vu ces types de corrélations, c’est dans la microsismicité — de minuscules tremblements de terre avec des magnitudes inférieures à zéro, bien plus petites que ce que les humains peuvent ressentir », a-t-il dit. « Ceux-ci se produisent assez fréquemment. »
Lundgren a cité les travaux de son collègue Jean-Philippe Avouac à Caltech et d’autres, qui ont trouvé une corrélation entre la quantité de microsismicité dans l’Himalaya et la saison annuelle des moussons. Pendant les mois d’été, de grandes quantités de précipitations tombent sur la plaine indo-gangétique, qui englobe les régions du nord du sous-continent indien. Cela augmente les charges de stress sur la croûte terrestre à cet endroit et diminue les niveaux de microsismicité dans l’Himalaya adjacent. Pendant la saison sèche de l’hiver, quand il y a moins de poids d’eau sur la croûte terrestre dans la plaine, la microsismicité de l’Himalaya atteint un pic.
Lundgren dit qu’il devient beaucoup plus difficile, cependant, de faire de telles déductions sur des tremblements de terre plus importants.
« Nous avons vu que des changements de contraintes relativement faibles dus à des forçages de type climatique peuvent avoir un effet sur la microsismicité », a-t-il dit. « Beaucoup de petites fractures dans la croûte terrestre sont instables. Nous constatons également que les marées peuvent provoquer de faibles secousses terrestres appelées microséismes. Mais le vrai problème est de prendre nos connaissances sur la microséismicité et de les mettre à l’échelle pour les appliquer à un gros tremblement de terre, ou à un tremblement de n’importe quelle taille que les gens pourraient ressentir, vraiment. » Les changements de contraintes liés au climat pourraient ou non favoriser la survenue d’un tremblement de terre, mais nous n’avons aucun moyen de savoir de combien.
« Nous ne savons pas quand une faille peut se trouver au point critique où un forçage non tectonique lié à un processus climatique pourrait être la goutte d’eau qui fait déborder le vase, entraînant un séisme de taille, et pourquoi à ce moment-là et pas plus tôt ? » a-t-il déclaré. « Nous ne sommes tout simplement pas en mesure, à ce stade, de dire que les processus climatiques pourraient déclencher un grand tremblement de terre. »
Que dire des sécheresses?
Nous savons que les effets saisonniers peuvent provoquer des changements sur les failles, mais qu’en est-il des phénomènes climatiques moins périodiques, comme une sécheresse à long terme ? Peuvent-ils également provoquer des changements ?
Il s’avère que les changements dans les charges de stress sur la croûte terrestre résultant de périodes de sécheresse peuvent, en fait, être significatifs. Des recherches menées par Donald Argus, scientifique au JPL, et d’autres chercheurs en 2017, à partir de données provenant d’un réseau de stations GPS de haute précision en Californie, en Oregon et dans l’État de Washington, ont révélé que l’alternance de périodes de sécheresse et de fortes précipitations dans la Sierra Nevada entre 2011 et 2017 a en fait provoqué une élévation de la chaîne de montagnes de près d’un pouce, puis une diminution de moitié, car les roches de la montagne ont perdu de l’eau pendant la sécheresse, puis l’ont regagnée. L’étude n’a pas spécifiquement examiné les impacts potentiels sur les failles, mais de tels changements de stress pourraient potentiellement être ressentis sur les failles dans ou près de la chaîne.
De même, il a été démontré que le pompage des eaux souterraines par l’homme, qui est exacerbé en période de sécheresse, a également un impact sur les modèles de charges de stress en « déséquilibrant » la croûte terrestre. Lundgren a cité une étude publiée en 2014 dans la revue Nature par Amos et al. qui a examiné les effets de l’extraction des eaux souterraines dans la vallée centrale de la Californie sur la sismicité de la faille de San Andreas adjacente. Les chercheurs ont constaté que de telles extractions peuvent favoriser des changements latéraux de contraintes sur les deux côtés de San Andreas, qui se déplacent horizontalement l’un contre l’autre le long de la limite de deux plaques tectoniques majeures. Cela pourrait potentiellement les amener à se décoincer et à glisser, entraînant un tremblement de terre.
« De telles contraintes sont faibles, mais si vous avez un pompage des eaux souterraines sur une longue période, alors elles pourraient devenir plus importantes », a-t-il déclaré. « Même si ces changements peuvent être faibles par rapport aux changements de stress causés par l’accumulation normale de stress sur une faille à partir de processus tectoniques, cela pourrait potentiellement accélérer l’apparition du prochain grand tremblement de terre sur le San Andreas ». En outre, comme la quantité de glissement sur une faille augmente avec le temps entre les tremblements de terre, cela pourrait entraîner des tremblements de terre plus fréquents mais plus petits. »
Cependant, dit Lundgren, le segment Fort Tejon de la faille de San Andreas qui est le plus proche de la vallée centrale s’est rompu pour la dernière fois en 1857, donc étant donné la nature erratique des tremblements de terre le long de la faille et la grande variabilité du temps entre les événements, avec notre niveau actuel de connaissances, les scientifiques sont loin de comprendre quand et où le prochain grand tremblement de terre se produira sur celle-ci.
Fire and Ice : Glaciers et processus tectoniques
Un autre phénomène lié au climat qui aurait des liens avec les processus tectoniques est la glaciation. Le retrait d’un glacier peut réduire les charges de stress sur la croûte terrestre en dessous, ce qui a un impact sur le mouvement du magma de subsurface. Une étude récente publiée dans la revue Geology sur l’activité volcanique en Islande entre 4 500 et 5 500 ans, lorsque la Terre était beaucoup plus froide qu’aujourd’hui, a établi un lien entre la déglaciation et l’augmentation de l’activité volcanique. Inversement, lorsque la couverture glaciaire augmentait, les éruptions diminuaient.
Il a également été démontré que le mouvement rapide des glaciers provoque ce que l’on appelle des séismes glaciaires. Les tremblements de terre glaciaires au Groenland atteignent leur fréquence maximale pendant les mois d’été et ont augmenté régulièrement au fil du temps, peut-être en réponse au réchauffement climatique.
Utilisations humaines de l’eau et sismicité induite
En plus des impacts de l’eau sur la sismicité liés au climat, la gestion et les applications humaines de l’eau peuvent également affecter les tremblements de terre par un phénomène connu sous le nom de sismicité induite.
Par exemple, l’eau stockée dans de grands barrages a été liée à l’activité sismique dans divers endroits du monde, bien que l’impact soit de nature localisée. En 1975, environ huit ans après la création du lac Oroville en Californie du Nord, le deuxième plus grand réservoir construit par l’homme de l’État, derrière le barrage d’Oroville, une série de séismes s’est produite à proximité, le plus important enregistrant une magnitude de 5,7. Peu après que l’eau du réservoir ait été tirée jusqu’à son niveau le plus bas depuis son remplissage initial afin de réparer les prises d’eau de la centrale électrique du barrage, puis remplie à nouveau, les tremblements de terre se sont produits.
Plusieurs études portant sur les tremblements de terre ont conclu que les fluctuations du niveau du réservoir, et les changements correspondants du poids du réservoir, ont modifié les charges de stress sur une faille locale, déclenchant les tremblements de terre. La surveillance de l’activité sismique du réservoir dans les années qui ont suivi les tremblements de terre a permis d’établir une corrélation saisonnière entre le niveau du réservoir et la sismicité. La sismicité diminue lorsque le réservoir se remplit en hiver et au printemps, et les séismes les plus importants ont tendance à se produire lorsque le niveau du réservoir baisse en été et en automne.
La sismicité induite peut également se produire lorsque les applications d’eau humaine lubrifient une faille. Des études menées par l’USGS et d’autres institutions ont établi un lien entre la forte augmentation de l’activité sismique en Oklahoma et dans d’autres États du Midwest et de l’Est des États-Unis ces dernières années et l’augmentation de la pratique de l’injection d’eaux usées dans le sol lors des opérations pétrolières. Les puits d’injection placent des fluides sous terre dans des formations géologiques poreuses, où les scientifiques pensent qu’ils peuvent parfois pénétrer dans des failles enfouies prêtes à glisser, en modifiant la pression interstitielle sur celles-ci et en les faisant glisser.
Avoir la vue d’ensemble de l’interconnectivité du système terrestre
Lundgren dit que lorsqu’il a commencé à étudier les tremblements de terre, tout était axé sur leur compréhension dans le contexte de la tectonique des plaques et des processus qui se produisent dans la croûte terrestre. Mais cela est en train de changer.
« Au cours de la dernière décennie environ, avec l’adoption généralisée de nouvelles technologies telles que le GPS qui ont une plus grande distribution spatiale et une plus grande sensibilité, les gens ont également commencé à examiner d’autres effets de second ordre – d’autres facteurs qui pourraient avoir une influence sur les tremblements de terre », a-t-il déclaré. « Il est très intriguant de pouvoir trouver des liens potentiels entre les tremblements de terre et le climat, comme les différences saisonnières. Le défi, cependant, est de concilier ces liens avec la physique fondamentale.
« Nous ne sommes pas près de pouvoir prédire quand un tremblement de terre peut se produire en raison des processus climatiques », a-t-il conclu. « Même si nous savons qu’un processus climatique extérieur affecte potentiellement un système de failles, puisque nous ne connaissons pas l’état potentiel de préparation à la rupture de la faille, nous ne pouvons pas encore faire cette déduction supplémentaire pour dire, ah ha, je pourrais avoir un tremblement de terre une semaine ou un mois plus tard. »
Ce que ces études soulignent, c’est l’incroyable complexité de notre système terrestre. La poursuite des recherches nous aidera à mieux comprendre comment ses différents composants sont interconnectés, parfois de manière surprenante.