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Comprendre la mécanique du séisme de Sumatra avec la sismique réfraction

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Une équipe internationale impliquant le CNRS vient de réaliser des études sismiques dans le but de déterminer la structure de l'arc de subduction responsable du grand séisme de Sumatra-Andaman (décembre 2004), de 40 à 50 km de profondeur jusqu'au fond marin, en passant par la zone source du séisme. Ces mesures devraient permettre de mieux comprendre les causes du séisme de très forte magnitude, et la manière dont les mouvements de matière en profondeur se sont propagés jusqu'au plancher marin, puis aux masses d'eau, créant ainsi le tsunami dévastateur.

Indonésie janvier 2005 : après le tsunami du 26 décembre 2004, la mission "Tsunarisque" cherche à comprendre les raisons du désastre pour permettre une meilleure prévention. Route endommagée au sud de Lhok Nga. Grâce aux mesures effectuées sur le terrain - taille des crevasses et éboulements, hauteur juqu'à laquelle les branches des arbres sont cassées, sens dans lequel ces derniers sont couchés - il est possible d'évaluer la hauteur, la force et la direction des vagues du tsunami. © CNRS Photothèque / LAVIGNE Franck .

Du 7 juillet au 7 août, au nord-ouest de l'île de Sumatra, s'est déroulé la campagne Sumatra-OBS, grâce à des fonds de l'Agence nationale de la recherche gérés par l'INSU-CNRS. La campagne est menée par l'IPGP-CNRS (1) en collaboration avec l'IFREMER, le laboratoire Domaines Océaniques (2), l'Institut des sciences indonésien (LIPI) et l'Institut Paul Emile Victor (IPEV). Ce dernier a mis à la disposition de 39 scientifiques français, britanniques, indiens et indonésiens son navire polyvalent, le Marion Dufresne.

La sismique réfraction

La méthode utilisée, la sismique réfraction, consiste à envoyer, avec un système de canons à air, une onde sismique (c'est-à-dire une onde sonore de basse fréquence) vers le fond de l'océan. Aux interfaces géologiques, une partie des ondes est réfléchie et l'autre est réfractée. Celles qui sont réfractées sont déviées vers le haut et mesurées par des sismomètres préalablement déposés sur le fond marin. Un ensemble de 56 sismomètres de fond de mer, appartenant à l'INSU, l'université de Durham, l'IFREMER et le laboratoire Domaines Océaniques, ont été successivement déployés sur deux lignes longues de 250 et de 445 km. Les enregistrements permettront de déterminer la vitesse de propagation des ondes sismiques dans les différentes couches géologiques. Ces résultats seront combinés à ceux d'une seconde étude (3) menée par WesternGeco/Schlumberger, spécialiste industriel de la sismique, pour obtenir la structure en profondeur de l'arc de subduction.

Avec une magnitude de 9,3 le séisme de Sumatra-Andaman du 26 décembre 2004 est l'un des trois plus importants jamais enregistrés (4). La plaque tectonique indienne plonge sous la micro-plaque birmane à plus de 5 cm par an en moyenne mais, localement, les forces de friction empêchent temporairement les plaques de glisser entre elles. La sismicité régionale et les mouvements tectoniques actuels suggèrent que des contraintes mécaniques se sont ainsi accumulées pendant un à trois siècles. La rupture de cet équilibre, qui provoque le séisme, s'est initiée sur une faille inverse (c'est à dire faisant monter un compartiment sur un autre) faiblement inclinée par rapport à l'horizontale (8 à 12°). Le plancher marin s'est soulevé sur 5 m de hauteur en moyenne, sur environ 1300 km de long, de Sumatra au nord des îles Andaman. Ce mouvement a alors été transféré aux masses d'eau, créant ainsi le tsunami dévastateur.

Plage de Lhok Nga lors de la deuxième mission "Tsunarisque" en Août 2005. 300 mètres de plage avaient été dévastés lors du tsunami du 26 décembre 2004, on voit la barge de la cimenterie et au fond la cimenterie Lafarge. La végétation a recouvert assez vite le sable répandu par le tsunami dans les terres. "Tsunarisque" est un projet scientifique sur deux ans. Ce programme a effectué depuis Janvier 2005 trois missions sur le terrain, l'une d'urgence en Janvier/Février, la deuxième en août puis la dernière, en décembre 2005, mobilisant à chaque fois une petite trentaine de chercheurs français et indonésiens. Une dernière suivra, pour sonder et explorer les fonds marins proches des côtes au premier semestre 2006. © CNRS Photothèque / PARIS Raphaël.

La campagne Sumatra-OBS et celle menée par WesternGeco/Schlumberger vont permettre de comprendre comment la rupture s'est propagée depuis la zone source jusqu'au fond marin, et en particulier de connaître la distribution et de la géométrie des failles qui ont joué pendant le séisme. Grâce à ces travaux, il sera possible de mettre en relation les informations acquises sur le fond marin par de futures missions scientifiques avec la structure profonde de cette zone. D'ailleurs, un site de forage profond devrait être proposé dans le cadre du programme IODP (5), ce qui donnera un éclairage géologique complémentaire sur le fonctionnement de la zone de subduction de Sumatra. Ainsi, une meilleure connaissance du processus générant les séismes de magnitude extrême et les tsunamis associés permettra peut-être aux scientifiques d'aider à définir les mesures à prendre afin d'atténuer les conséquences dramatiques des futurs grands séismes.

Notes :
(1) IPGP-CNRS : Institut de physique du globe de Paris.
(2) Laboratoire Domaines Océaniques : CNRS, Université de Bretagne Occidentale.
(3) Menée du 13 au 27 juillet à bord du Geco Searcher de WesternGeco/Schlumberger, spécialiste industriel de la sismique, en collaboration avec l'Institut de physique du globe de Paris, l'Université de Cambridge et le gouvernement indonésien.
(4) Les séismes d'une magnitude extrême ne sont correctement mesurés que depuis un siècle, grâce aux réseaux de sismomètres modernes comme Géoscope. (Consulter le site web)
(5) IODP : Integrated ocean drilling program.

Contacts :

Chercheur
Satish Singh
T 01 44 27 99 67
singh@ipgp.jussieu.fr

INSU
Guillaume Duveau
T 01 44 96 43 13
guillaume.duveau@cnrs-dir.fr

Christiane Grappin
T 01 44 96 43 37
christiane.grappin@cnrs-dir.fr

Presse
Isabelle Bauthian
T 01 44 96 46 06
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