De tous les aléas naturels, les tremblements de terre et leur degré d'intensité restent les plus imprévisibles. C'est d'ailleurs cette caractéristique qui les rend aussi dangereux : ils peuvent frapper des zones très habitées, prémunies (Japon) ou non (Algérie), ou provoquer indirectement d'autres cataclysmes, comme les tsunamis. Qu'est-ce qu'un séisme, au juste ? Pour le comprendre, il faut se rappeler que la Terre n'est pas une boule uniforme. Sa surface est composée de plaques – les plaques tectoniques – qui bougent les unes par rapport aux autres de l'ordre du centimètre par an, quoi qu'il advienne. Or, les bords de ces plaques – les failles – apparaissent particulièrement rugueux et ne coulissent pas franchement bien. En résistant au mouvement des plaques, ils accumulent des tensions qui finissent par être relâchées quasiment en un instant (de l'ordre de la minute) : c'est le séisme, qui casse la roche et la déplace à plusieurs mètres par seconde. Après avoir été libérées, les contraintes recommencent à se former peu à peu et le cycle sismique reprend. « Nous savons relativement bien ce qui se passe lors du séisme proprement dit, indique Michel Campillo, du Laboratoire de géophysique interne et tectonophysique (LGIT)¹, à Grenoble. Il existe pourtant des lacunes sur la géométrie des failles en profondeur, sur la présence ou non de fluides, comme l'eau, et leur rôle exact, ainsi que sur les fissurations profondes. »

 

 

Pour mieux comprendre la physique d'un tremblement de terre, les mesures sur le terrain sont accompagnées d'expériences en laboratoire. Le Laboratoire de géologie de l'École normale supérieure², à Paris, dispose ainsi d'une presse qui comprime des échantillons de roche jusqu'à 300 millions de pascals, une pression équivalente à celle qui règne sous terre à environ 10 kilomètres de profondeur, là où naissent la plupart des séismes. « Le dispositif expérimental original de notre laboratoire peut même reproduire la pression de l'eau que contient la croûte terrestre grâce à un circuit hydraulique », précise Yves Guéguen. Il est alors possible de suivre les fractures qui se propagent à l'intérieur du matériau grâce à des capteurs et à un enregistreur d'émissions acoustiques, qui localise l'énergie libérée par les microfissures avant même que la roche ne se brise.

La physique des séismes ne cesse donc de s'améliorer. Des mécanismes jusqu'alors peu pris en compte révèlent leur importance. C'est notamment le cas de la fusion des matériaux, qui pourrait influencer la résistance au frottement pendant le séisme. D'autres phénomènes, inédits, sont mis au jour. « Nous avons découvert l'existence de séismes silencieux, explique Michel Campillo. Lors d'un séisme normal, la vitesse passe du centimètre par an au mètre par seconde. Or nous savons maintenant qu'il existe des échelles de vitesse de déplacement intermédiaires, de l'ordre du mètre par an. Ces séismes lents peuvent être très intenses mais ne sont pas ressentis. » Quel rôle jouent-ils dans la survenue de leurs congénères rapides et dangereux ? Permettent-ils de « relâcher la pression » ou au contraire créent-ils d'autres contraintes ailleurs sur la faille ? Autant de questions que les géophysiciens espèrent bien élucider.

 

 

L'instrumentation des failles

 

Pendant ce temps, les paléosismologues étudient la topographie du terrain près des failles, grâce notamment aux images satellitaires, repèrent les dénivelés, creusent des tranchées, analysent les couches successives de roches et de sédiments, les datent, afin de reconstituer l'histoire sismique de la planète. Car là où la terre a déjà tremblé, elle tremblera de nouveau. Reste à savoir quand. Et « nous ne sommes toujours pas capables d'établir un modèle quantitatif précis », regrette Michel Campillo. En d'autres termes, si les zones à risques sont maintenant bien connues, il est toujours impossible de prédire quand et avec quelle force le séisme va frapper. Reconstruire les cycles sismiques permet néanmoins de se faire une idée. Savoir que les séismes dans une région donnée surviennent en gros tous les 500 à 1 000 ans et que le dernier a eu lieu il y a 800 ans peut faire craindre un désastre. « Le problème, c'est que les populations se désintéressent du risque sismique si on leur dit qu'il peut se déclarer dans 100 ou 200 ans », analyse Christophe Vigny, du Laboratoire de géologie de l'ENS.

Y aurait-il un moyen de détecter l'imminence d'un tremblement de terre ? Pour le moment, il n'existe pas, mais les méthodes de positionnement par GPS pourraient bien se révéler de précieuses alliées. En fixant solidement un récepteur au sol, il est possible de mesurer en continu sa position au millimètre près, grâce à la constellation de satellites GPS en orbite autour de la Terre, et ainsi de suivre les mouvements de la roche. En instrumentant ainsi les failles, les chercheurs espèrent y déceler les prémices des séismes. « Nous avons tous un jour posé un parapluie contre le mur, qui finissait par tomber au bout de deux minutes, explique Christophe Vigny. Il est possible qu'un phénomène analogue ait lieu lors des séismes. Ça casse à un moment précis mais la rupture se prépare peut-être à l'avance sans que nous en soyons conscients. » Mesurer en continu les déplacements de terrain près des failles pourrait permettre de détecter cette préparation, à condition qu'elle existe. « Nous n'en sommes pas encore sûrs, c'est un pari que nous faisons », reconnaît Christophe Vigny. Reste à instrumenter suffisamment de failles. « Cela coûte cher et les plus gros séismes ont lieu sur les failles de subduction, là où une plaque tectonique passe sous une autre, explique le géophysicien. Or, ces zones sont en général en mer, ce qui rend difficile leur instrumentation avec des systèmes GPS classiques. »

 

 

 

Donner l'alerte

Le raz-de-marée qui a ravagé les côtes de l'Océan indien le 26 décembre 2004 a funestement rappelé à notre souvenir la présence de ces grandes failles de subduction sous-marines. Ce jour-là, la jonction entre la plaque indienne et la microplaque d'Adaman s'est cassée sur près de 1 300 kilomètres, provoquant un mouvement d'eau qui s'est alors propagé dans tout l'océan. Les vagues, hautes de 30 mètres dans certaines régions, ont déferlé sur près de 2,5 kilomètres à l'intérieur des terres. Lancé quelques mois avant la catastrophe, le projet Tsunarisque³ a permis de reconstituer le tsunami à partir des signes qu'il a laissés sur place (analyse de l'orientation des arbres couchés, des dépôts…), de cartographier les zones à risques et de mettre en place des actions de sensibilisation des populations. « Il faut aussi que des systèmes d'alerte efficaces soient mis en place », insiste Raphaël Paris, du laboratoire « Géodynamique des milieux naturels et anthropisés » (Geolab)⁴, à Clermont-Ferrand, et codirecteur du projet Tsunarisque. Et de rappeler qu'au Japon (d'où vient d'ailleurs le mot tsunami, qui signifie « vague portuaire »), « l'épicentre du séisme est localisé en moins d'une minute puis comparé à une base de données contenant les simulations de près de 100 000 séismes et tsunamis. En trois minutes, si le tremblement de terre est susceptible de former une vague pouvant frapper les côtes japonaises, l'alerte est donnée ».

 

Fabrice Demarthon