ÉROSION ET SÉISMES

Les séismes, ou tremblements de terre, constituent une des manifestations les plus catastrophiques de la dynamique de la Terre. Les séismes et leurs dégâts secondaires, comme les glissements de terrain et les tsunamis, sont responsables d’un coût humain et matériel très important. Ainsi les séismes de Tōhoku (Japon en 2011, magnitude 9) et du Sichuan (Chine en 2008, magnitude 7,9), avec des coûts respectifs d’environ 300 et 150 milliards de dollars, sont classés comme les deux désastres les plus destructeurs recensés dans l’histoire humaine. Cependant, à l’exception des séismes de forte magnitude (supérieure à 5 ou 6 sur l’échelle de Richter), la majorité d’entre eux sont de magnitude faible à modérée et n’engendrent pas ou peu de dégâts. Les séismes, indépendamment de leur magnitude, ont lieu sur des failles pouvant être des limites de plaques tectoniques lorsque la force de résistance due à la friction le long de la faille est dépassée par la force motrice. Cette force, ou contrainte motrice, est généralement provoquée par la déformation lente et élastique des roches de la lithosphère à proximité des failles lors du déplacement relatif séculaire des plaques tectoniques. L’occurrence d’autres séismes à proximité des failles peut aussi contribuer à leur chargement en contraintes, voire déclencher un nouveau séisme.

Les failles et les séismes sont en effet généralement considérés dans le cadre théorique du cycle sismique. Ce cycle correspond à deux phases principales :

– la phase intersismique de chargement des contraintes, qui peut durer entre 50 et 5 000 ans environ, ponctuée d’une multitude de séismes, qui conduit à la seconde phase ;

– la phase cosismique, lors de l’occurrence d’un séisme de forte magnitude rompant la faille sur toute sa longueur.

Un second concept fondamental est que les séismes, indépendamment de leur magnitude, requièrent un incrément de contrainte de l’ordre de 30 bars (soit cinq fois la pression d’un pneu de vélo) pour se déclencher, ce qui est très faible vis-à-vis des forces mises en jeu dans la tectonique des plaques et permet ainsi d’expliquer le grand nombre de séismes, un million, détectés chaque année.

Parmi ces nombreux séismes, on a observé, par exemple au Népal ou au Japon, que la variation du nombre de séismes obéissait à une périodicité annuelle. Au Népal, le nombre de séismes est ainsi environ deux fois plus important en hiver qu’en été. Cela serait dû à une augmentation de la contrainte compressive sous l’Himalaya en hiver par un effet de flexure induit plus au sud par la décharge hydrologique progressive de la plaine du Gange à la fin de la mousson. Au Japon, au contraire, la charge hivernale de neige sur les sommets du pays défavoriserait le déclenchement de séismes sur les failles sous-jacentes, ce qui expliquerait un nombre d’événements plus important en été. Dans les deux cas, l’incrément de contrainte dû à ces processus exogènes serait compris entre 0,01 à 0,1 bar par an et suffirait à moduler l’activité sismique. Ainsi, des facteurs exogènes associés à des redistributions de masse à la surface de la Terre contribuent à augmenter la sismicité des failles lors de la phase intersismique.

L’érosion et le transport sédimentaire par les rivières, les glaciers, le vent et les mouvements gravitaires sont une des premières causes de transfert de masse à la surface de la Terre. Par exemple, dans l’Himalaya, à Taïwan ou en de nombreuses chaînes de montagnes actives, les taux d’érosion séculaires peuvent atteindre quelques millimètres à quelques centimètres par an. Ils peuvent même augmenter bien au-delà sur des durées de quelques années à la suite d'événements extrêmes comme des épisodes de précipitations intenses ou à la suite de séismes de forte magnitude, comme celui du Sichuan de 2008, qui a déclenché plus de 50 000[...]