Au plus profond de la croûte terrestre, les fractures causées par des tremblements de terre lents peuvent se réparer en quelques heures, selon une nouvelle étude publiée dans Science Advances le 19 novembre. Ce remarquable mécanisme d’auto-réparation se produit dans des conditions extrêmes de chaleur et de pression en profondeur sous les plaques tectoniques. L’étude fournit des informations essentielles sur le comportement des failles et a des implications pour la compréhension des événements de glissement lent et du potentiel de séismes plus importants et plus destructeurs.
Tremblements de terre silencieux et réparation rapide des fractures
Les géologues connaissent depuis longtemps les tremblements de terre « silencieux », c’est-à-dire des phénomènes de glissement lent au cours desquels le sol se déforme en quelques semaines ou mois au lieu de se rompre violemment en quelques secondes. Contrairement aux séismes classiques, ceux-ci ne génèrent pas de fortes ondes sismiques, ce qui les rend moins immédiatement dangereux. Cependant, ils se produisent sur les mêmes systèmes de failles majeurs que les grands tremblements de terre, ce qui amène les chercheurs à se demander pourquoi certaines zones glissent lentement tandis que d’autres se brisent soudainement.
La clé, selon l’auteur principal Amanda Thomas de l’UC Davis, réside dans les conditions physiques : comportement de friction défectueux et stress efficace. “Ce qui détermine si la faille glisse lentement ou soudainement, c’est le comportement de friction de la faille et la contrainte effective exercée sur la faille.” Des glissements lents se produisent plus profondément, là où les températures sont élevées et les liquides abondants.
La zone de subduction de Cascadia : un laboratoire naturel
La recherche s’est concentrée sur la zone de subduction de Cascadia, une région où la plaque Juan de Fuca glisse sous l’Amérique du Nord. Cette « mégafaute » est capable de produire des séismes de magnitude 8 à 9, mais connaît également de fréquents glissements lents. Cascadia est unique car son vaste réseau de surveillance permet aux scientifiques d’étudier ces phénomènes en détail.
L’étude a observé que certaines zones de la faille Cascadia se rompaient à plusieurs reprises puis se refermaient au cours du même cycle de glissement lent. Cette réactivation rapide suggère que le stress s’accumule rapidement, mais également que le matériau défectueux peut d’une manière ou d’une autre « guérir » entre les cassures. L’équipe de recherche a cherché à expliquer ce comportement déroutant.
Les simulations en laboratoire recréent les conditions terrestres profondes
Pour enquêter, les chercheurs ont recréé l’environnement extrême de la zone de subduction en laboratoire. Une capsule d’argent a été chargée de poudre de quartz et d’eau, puis soumise à des températures de 500°C et à des pressions 10 000 fois supérieures à la pression atmosphérique. La microscopie électronique a révélé que même après quelques heures seulement, les grains de quartz avaient fusionné.
“La guérison des défauts dépend fortement de la température, de la pression et de la présence de fluides”, a expliqué Thomas. Les expériences ont prouvé un renforcement mesurable en quelques heures dans ces conditions. Cela contraste fortement avec les fractures crustales moins profondes, qui mettent des années, voire des décennies, à guérir.
Influence des marées et rechargement rapide des contraintes
L’étude a également révélé un lien entre le processus de guérison rapide et les marées océaniques. La faille Cascadia subit des rafales de tremblements de terre à basse fréquence qui s’alignent sur les cycles de marée. Cela suggère que les changements de pression dus aux marées peuvent déclencher des ré-ruptures quelques heures seulement après que la faille se soit réparée.
Les résultats indiquent que les failles profondes de Cascadia peuvent se renforcer assez rapidement pour être soumises à des contraintes répétées et réactivées au cours d’un seul cycle de glissement lent. Cette compréhension est cruciale pour modéliser avec précision le comportement des failles et interpréter les données sismiques.
Implications pour le risque sismique
La guérison des failles ne se limite pas aux zones de subduction profondes ; il se produit également, bien que plus lentement, dans les régions moins profondes d’où proviennent les tremblements de terre majeurs. Les chercheurs affirment que l’inclusion des processus de réparation dans les futurs modèles de tremblements de terre améliorera l’évaluation des risques. Comprendre à quelle vitesse les failles peuvent se renforcer pourrait affiner les prévisions sur l’endroit et le moment où le prochain grand séisme se produira.
“Nos résultats suggèrent que le même processus de base peut s’opérer sur toute la croûte, mais que les délais changent en fonction de l’environnement.” —Amanda Thomas, UC Davis
