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A la recherche des très vieux gros séismes : la paléosismicité

Dossier - Qu'est-ce qui fait trembler la terre ?
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Dans ce dossier, Olivier Bellier traite des tremblements de terre. Il évoque le « moteur » des tremblements de terre (ou séismes) et leur lien avec la tectonique des plaques, modèle qui aujourd’hui explique l’ensemble de la dynamique et de la vie interne de la Terre. Puis il aborde les différents « outils » qui permettent d’étudier les séismes et les failles qui les génèrent. Après avoir évoqué la prise en compte du risque sismique en traitant rapidement les notions de prévision et de prévention, il évoque la « vie sismique » de la France, pour finalement focaliser la fin de ce dossier sur la sismicité de la Provence, domaine à sismicité relativement élevée eut égard à la sismicité modérée de la France.

  
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Pour améliorer l'analyse de l'aléa sismique d'une zone de déformation crustale, il faudrait connaître son histoire sismique à long et moyen terme, c'est à dire, sur une fenêtre d'observation plus large que la sismicité instrumentale ou historique. C'est ce que permet la paléosismicité.

Une étude de paléosismicité consiste à effectuer des tranchées à travers la trace en surface d'une faille active dans le but d'identifier des séismes ayant affecté la région étudiée. Ce type d'analyse permet d'accéder à l'histoire sismique d'une faille à l'échelle de plusieurs milliers d'années. En effet, l'observation dans des tranchées creusées à travers une faille active vise à mettre en évidence des niveaux de dépôts liés à l'activité sismique, par l'analyse de discordances dans les couches sédimentaires. La stratigraphie, c'est à dire l'âge des couches successives accumulées au fur et à mesure des événements sismiques au contact de la faille permet ainsi de retracer l'histoire sismique. La datation, par la méthode 14C par exemple, de chaque niveau corrélé à un séisme donne l'âge des séismes majeurs successifs. Elle permet donc d'accéder au paramètre crucial qu'est la récurrence sismique de la faille; la récurrence étant le temps moyen de retour des séismes. L'analyse paléosismique permet généralement de préciser plusieurs paramètres caractérisant le comportement d'une faille active, tels que la récurrence  mais aussi, la magnitude maximum des séismes majeurs, la quantité de déplacement et le type de mouvements pour chaque événement.

L'utilisation de tranchées de paléosismicité pour l'étude du comportement d'une faille active est relativement récente. Leurs applications se sont longtemps limitées aux failles actives sismogènes en contexte désertique ou semi-aride. En effet, ce type de climat permet une meilleure préservation des niveaux stratigraphiques liés à l'activité sismique. Plus récemment leur utilisation a été étendue à des climats moins favorables telle que en France, dans le cadre de collaborations entre de nombreux organismes, EDF, CNRS, Universités, BRGM, IRSN... Les résultats de ces études de paléosismicité ont été révolutionnaires ; en deux sites distincts, dans la région de Nîmes-Orange et à proximité de Manosque, le long de la vallée de la Moyenne Durance, des tranchées ont révélé des paléoséismes violents de magnitudes largement supérieures à 6, au cours des derniers 100.000 ans. De tels séismes étaient insoupçonnés par la séismicité historique car aucun document ne faisait état d'événement d'une telle violence en France.

Figure 13 – Vue générale de la tranchée de paléosismologie dans la région du séisme de Lambesc (Provence, 1909, Magnitude 6 et Intensité maximale VIII-IX), au Sud du chaînon de la Trevaresse, au Nord-Est d’Aix en Provence) (© Etude Chardon et al, 2005).

Plus récemment le même type d'étude a permis de montrer que la faille qui produisit le séisme de Lambesc fut le lieu de plusieurs séismes identiques voire légèrement supérieurs  à celui de 1909, au cours des derniers cent milles ans (Figures 13 et 14).

Figure 14 – Détail de la tranchée de paléosismologie dans la région du séisme de Lambesc. Photographie (à gauche) et dessin interprétatif (à droite) de la tranchée. Dans cette tranchée on peut voir des terrains anciens (« Tortonien », de plusieurs millions d’années, bloc de gauche) qui chevauchent des terrains récents, plus jeunes que trois cent milles ans (bloc de droite). Les traits pleins, entre les deux domaines, illustrent les différentes failles permettant ce le déplacement du bloc gauche sur le bloc droit. La flèche (en haut) pointe vers le dernier déplacement qui affecte la base du sol actuel et qui est interprété comme résultant du séisme de 1909. ( © Etude Chardon et al, 2003,2005).

La paléosismicité est donc très fructueuse mais malheureusement elle n'est pas toujours facile à mettre en œuvre. En effet, elle nécessite une étape antérieure à l'excavation de la tranchée: trouver la faille! Or, cette étape est parfois laborieuse et difficile dans des régions comme la France métropolitaine où "l'érosion" est plus active que "la tectonique".