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Lorsque la Terre tremble au rythme des saisons

Au Népal, une équipe du CEA vient de confirmer un phénomène tout à fait étonnant : les pluies de la mousson agissent sur la sismicité de la région !

Existe-t-il une relation entre les tremblements de terre et le climat ? La question se pose depuis qu’une équipe franco-américano-népalaise a découvert que les séismes de faibles amplitudes peuvent parfois survenir de manière saisonnière.

Après avoir procédé à l’analyse d’un catalogue de 10 569 de ces événements survenus au Népal entre 1995 et 2001, Laurent Bollinger, ingénieur de recherche au Service de détection et de géophysique du CEA-DAM à Bruyères-le-Châtel (Essonne), et ses collaborateurs franco-népalais ont établi que, dans cette région de l’Himalaya, les secousses étaient 40 % plus nombreuses pendant les mois de décembre et janvier qu’en juillet et août.

Un étrange phénomène auquel ces chercheurs attribuent une cause climatique des plus inattendues : la mousson. En faisant monter de plus de 4 m, les eaux du bassin du Gange entre mi-mai et septembre, ces épisodes pluvieux feraient ployer la plaque indienne. Or, ce fléchissement estival favoriserait les séismes d’hiver ! À quand, l’invention du parapluie anti-tremblements de terre ?

01.L’Himalaya, une zone de forte activité sismique

Séisme de 1934 - Muzaffarpur (Bihar, Inde)En 1934, la ville de Muzaffarpur (Bihar indien) a subit des dommages majeurs, bien que située à 100 km au sud de la faille qui a produit le séisme.  
© Photo extraite de The Bihar Nepal earthquake of 1934
   C’est le toit du monde. Un alignement de géants sur 2 400 km, né voici 30 millions d’années, de la rencontre des plaques indienne et eurasienne. Avec ses quatorze sommets de plus de 8 000 m - dont l’Everest -, l’Himalaya est un espace où tout est démesuré. Ses gigantesques fleuves népalais charrient, à eux seuls, plus de la moitié des sédiments de la planète…

Entre les hivers qui sont rudes et la mousson estivale qui s’accompagne de fortes crues, de glissements de terrains et d’une érosion régionale intense, le massif n’est pas épargné. Et tout au long de l’année, il lui faut aussi composer avec une activité tectonique exceptionnelle à l’origine de très violents séismes. Le responsable de ces colères souterraines ? "La plaque Inde, répond Laurent Bollinger, ingénieur de recherche au Laboratoire de risque sismique et géologique du CEA-DAM à Bruyères-le-Châtel. En plongeant sous le plateau du Tibet à une vitesse de 2 cm par an, elle comprime l’Himalaya sur plus de 100 km, à la manière d’un ressort. Or, il arrive que celui-ci se détende brutalement lorsque les roches de la croûte terrestre cèdent sous la pression. La rupture de la faille provoque alors un glissement des deux plaques l’une sur l’autre sur une distance de 2 à 20 m. Cela génère d’importants tremblements de terre dont environ trois par siècle dépassent la magnitude 7,5. Certains, comme en 1505 et en 1934, dans l’ouest et l’est de l’Himalaya, ont même atteint des valeurs supérieures à 8 !"

Entre chaque grande catastrophe, la chaîne de montagnes est secouée en permanence par de petits séismes, souvent imperceptibles pour l’homme. Conséquences des mouvements tectoniques à des profondeurs de plus de 15 km, ces événements surviennent chaque année par milliers. C’est le cas au Népal où plus de dix "microséismes" de magnitude 2 sont détectés chaque jour par le réseau népalais NSC (National Seismological Center).

Subduction de la plaque indienne sous la plaque asiatiqueReprésentation de la subduction de la plaque indienne sous la plaque asiatique au cours du temps.
© Jean-Philippe Avouac

Ses 21 stations sismiques ont été installées avec le concours du CEA (Commissariat à l’énergie atomique) en 1978. Depuis, elles mesurent l’activité qui rend compte des efforts des roches dans le sous-sol.

02.Des séismes saisonniers

Carte de la sismicité du bassin du Gange (Inde)Cette carte présente la sismicité saisonnière de la région Himalayenne.
© Laurent Bollinger

C’était une rumeur. Un bruit qui courrait dans la communauté scientifique bien plus qu’une assertion : longtemps, les chercheurs népalais ont affirmé que les "microséismes" qu’ils enregistraient semblaient présenter des variations d’occurrence saisonnières. Mais, en raison de la faible amplitude de ces événements, parfois proche de la limite de détection des appareils, ils n’avaient jamais réussi à le prouver. Jusqu’aux travaux de Laurent Bollinger et ses collègues. Spécialiste des aléas sismiques, il essaie d’évaluer la probabilité quStation GPS de campagneStation GPS de campagne qui permet de mesurer la déformation du sol, utilisée au Népal.
© Laurent Bollinger
e des tremblements de terre surviennent dans une région donnée à telle ou telle échéance. Pour cela, il commence par cartographier des failles actives, analyser des catalogues de séismes et finit par étudier la manière dont les sols se déforment sous l’action de la tectonique des plaques.

Afin de résoudre le curieux problème posé par leurs confrères népalais, lui et son équipe ont commencé par procéder à un tri dans l’immense masse de données recueillies par le NSC. Après avoir éliminé les moments où des stations avaient été en réparation et où, par conséquent, les capacités de détection du réseau étaient altérées ; après avoir écarté les enregistrements pollués par le bruit de fond ou par des répliques de tremblements de terre importants et lointains, ces scientifiques ont finalement identifié un catalogue de 10 569 petits séismes népalais survenus entre 1995 et 2001 qu’ils ont ensuite analysés.

Leurs conclusions sont des plus surprenantes. Selon ces chercheurs, les tremblements de terre survenus au cours de ces six années dans la région ont été globalement 40 % plus nombreux pendant les mois de décembre et janvier qu’en juillet et août. Ainsi, pour la magnitude 4, 16 séismes sont survenus en hiver contre 8 en été. Et pour la magnitude 3, ils étaient respectivement 150 et 75. Les scientifiques népalais ne s’étaient donc pas trompés !

03.Une origine possible : la mousson

Himalaya - Vue satellitaireVue satellitaire de la chaîne himalayenne. Mars 2001.
© Marit Jentoft-Nilsen / Nasa
Les scientifiques ont ensuite recherché les raisons de cette activité micro-sismique saisonnière.
Bien que rare, celle-ci a déjà été observée et même élucidée dans d’autres régions du monde. En 2003 par exemple, des universitaires japonais ont prouvé que la neige accumulée sur les sommets des montagnes modifiait les forces qui s’appliquaient sur les failles du centre des îles japonaises. Avec pour résultat une inhibition de la sismicité en hiver. Autrement dit, ils venaient de montrer que le nombre de tremblements de terre variait selon les saisons.

D’autres études ont prouvé qu’après de fortes précipitations, la circulation souterraine des eaux engendre parfois des "essaims" de petites secousses. Ce fut le cas sur un volcan de la chaîne des Cascades aux États-Unis et sur le mont Hochtaufen, près de Munich (Allemagne). Encore plus original : la relation entre les cycles de la Lune et les tremblements de terre ! En effet, on a constaté une corrélation entre les marées terrestres ou océaniques et l’apparition des tremblements de terre.
Qu’en est-il en Himalaya ?
Pour répondre à cette question, les chercheurs français, américains et népalais se sont focalisés sur les précipitations et un phénomène régional : la mousson. Chaque année, de mi-mai à septembre, ces pluies grossissent les rivières et les fleuves du bassin du Gange. En particulier dans la partie sud de l’Himalaya où les pluies sont extrêmement abondantes.

Or, certaines théories prévoyaient que la plaque indienne qui supporte l’Himalaya devait alors ployer sous le poids des eaux, déformant ainsi la chaîne de montagnes. Cet effet était-il bien réel et pouvait-il expliquer le cycle saisonnier des tremblements de terre du Népal ? C’est ce qu’ont vérifié Laurent Bollinger et ses collègues. Ils ont d’abord combiné les informations du satellite altimétrique Topex-Poséidon (NASA-CNES) et du satellite radar GRACE (ESA) afin d’établir que la mousson provoque une montée des eaux de plus de 4 m dans le bassin du Gange. Et ont ainsi remarqué que ces eaux s’accumulent sur le front de l’Himalaya, aux alentours des fleuves, dans les nappes phréatiques et les sols.

            Grande faille himalayenneChevauchement frontal himalayen qui met en place des roches anciennes (très claires à gauche) sur des alluvions et terrasses quaternaires (dépôts plus ocre à droite) dont certaines n'ont que quelques centaines à quelques milliers d'année.
© Laurent Bollinger

Les géophysiciens ont ensuite analysé les données des stations GPS installées au Népal par le CEA en 1997 afin de mesurer la vitesse et la direction de déplacement des sols dans la région. L’équipe a ainsi pu démontrer que le chargement des eaux de surface, suivi d’un déchargement, était synchronisé avec une déformation de la plaque. Et que, selon toute vraisemblance, ce ploiement périodique de la plaque Inde était, au moins en partie, responsable de la micro-sismicité saisonnière du Népal.

Cette étude est une brique de plus à l’édifice qui permet aujourd’hui de comprendre en partie les séismes. Et qui, un jour, permettra peut-être de découvrir le paramètre déterminant pour le déclenchement des cataclysmes les plus dévastateurs. Car, après tout, "la source des petits séismes népalais se situe très exactement à l’endroit où, en profondeur, commence à se rompre la faille responsable des gros tremblements de terre," rappelle Laurent Bollinger.


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