Les tremblements de terre sont le résultat d’un mouvement soudain le long de failles dans la Terre. Ce mouvement libère l’énergie de « déformation élastique » stockée sous forme d’ondes sismiques, qui se propagent dans la Terre et font trembler la surface du sol. Ces mouvements sur les failles sont généralement une réponse à une déformation à long terme et à l’accumulation de contraintes.
La structure de la Terre
Les ondes sismiques provenant de grands tremblements de terre se propagent à travers la Terre. Ces ondes contiennent des informations vitales sur la structure interne de la Terre. Lorsque les ondes sismiques traversent la Terre, elles sont réfractées, ou courbées, comme le sont les rayons lumineux lorsqu’ils traversent un prisme de verre. Comme la vitesse des ondes sismiques dépend de la densité, nous pouvons utiliser le temps de parcours des ondes sismiques pour cartographier les changements de densité en fonction de la profondeur et montrer que la Terre est composée de plusieurs couches.
La tectonique des plaques
La couche la plus externe de la Terre est fragmentée en une quinzaine de plaques principales appelées plaques tectoniques. Ces plaques forment la lithosphère, qui est constituée de la croûte (continentale et océanique) et de la partie supérieure du manteau. Les plaques tectoniques se déplacent très lentement l’une par rapport à l’autre, généralement de quelques centimètres par an, mais cela provoque tout de même une énorme déformation aux limites des plaques, ce qui entraîne des tremblements de terre.
Les observations montrent que la plupart des tremblements de terre sont associés aux frontières des plaques tectoniques et la théorie de la tectonique des plaques peut être utilisée pour fournir une explication simplifiée de la distribution mondiale des tremblements de terre, tandis que certaines des caractéristiques des tremblements de terre peuvent être expliquées en utilisant une simple théorie du rebond élastique. Y a quoi après l’espace ?
Qu’est-ce qui entraîne le mouvement des plaques tectoniques ?
Sous les plaques tectoniques se trouve l’asthénosphère de la Terre. L’asthénosphère se comporte comme un fluide sur des échelles de temps très longues. Il existe un certain nombre de théories concurrentes qui tentent d’expliquer ce qui motive le mouvement des plaques tectoniques. Trois des forces qui ont été proposées comme les principaux moteurs du mouvement des plaques tectoniques sont :
- Les courants de convection du manteau : les courants chauds du manteau entraînent et transportent les plaques de lithosphère à la manière d’un tapis roulant
- Poussée des dorsales (remontée flottante du manteau au niveau des dorsales médio-océaniques) : les plaques nouvellement formées au niveau des dorsales océaniques sont chaudes, elles sont donc plus élevées au niveau de la dorsale océanique que les plaques plus froides et plus denses situées plus loin ; la gravité fait que la plaque plus élevée au niveau de la dorsale repousse la lithosphère qui se trouve plus loin de la dorsale.
- la traction des dalles : les plaques plus anciennes et plus froides s’enfoncent dans les zones de subduction car, en se refroidissant, elles deviennent plus denses que le manteau sous-jacent et la plaque plus froide qui s’enfonce entraîne le reste de la plaque plus chaude derrière elle.
- Les recherches ont montré que la principale force motrice de la plupart des mouvements de plaques est la traction des dalles, car les plaques dont une plus grande partie des bords est subduite sont celles qui se déplacent le plus rapidement. Cependant, des recherches récentes ont également montré que la poussée des dorsales est une force.
Pourquoi les tremblements de terre se produisent-ils ?
Les roches qui constituent la croûte terrestre sont pleines de fractures. Sur certaines de ces fractures – appelées failles – les roches glissent les unes sur les autres au fur et à mesure que la croûte se réorganise dans le processus connu sous le nom de tectonique des plaques. Mais ce glissement ne se fait pas facilement : les roches sont rigides, rugueuses et subissent une forte pression de la part des roches qui les entourent et les recouvrent. C’est pourquoi les roches peuvent se tirer ou se pousser les unes les autres de part et d’autre d’une faille pendant de longues périodes sans bouger beaucoup, ce qui crée une forte tension dans les roches. Lorsque les roches finissent par glisser l’une sur l’autre, elles se déplacent brusquement, libérant d’un seul coup la contrainte accumulée et envoyant des ondes de choc dans les roches environnantes. La secousse qui en résulte est ce que nous appelons un tremblement de terre.
Où se produisent les tremblements de terre ?
Plus de 90 % des tremblements de terre – y compris la quasi-totalité des séismes les plus importants et les plus destructeurs – se produisent à la limite ou à proximité de ce que l’on appelle les frontières de plaques, où la quinzaine de grandes subdivisions (« plaques ») de la croûte terrestre et du manteau supérieur se rapprochent, se côtoient ou s’éloignent les unes des autres. La plupart des mouvements des plaques sont concentrés à ces frontières, de sorte que les grands tremblements de terre loin de ces frontières sont beaucoup moins fréquents. L’image ci-dessus provient du catalogue des séismes de l’U.S. Geological Survey. Les limites des plaques sont indiquées en rouge ; les cercles gris, jaunes et blancs montrent les 485 séismes d’une magnitude supérieure à 5,5 qui ont été enregistrés en 2018. À l’écart des limites de plaques, presque tous les séismes sont moins puissants que la magnitude 5,5, mais des séismes puissants occasionnels peuvent tout de même se produire, comme les séismes de New Madrid de 1811-1812. Au cours de cet événement, un grand nombre de tremblements de terre, dont quatre de magnitude estimée supérieure à 7, ont frappé la région près des frontières du Missouri, du Kentucky, du Tennessee et de l’Arkansas.
Certains séismes, dits « induits », peuvent être provoqués par des activités humaines. Ces activités comprennent le remplissage de réservoirs derrière des barrages pour l’approvisionnement en eau et la production d’énergie hydroélectrique ; l’extraction d’eau souterraine, de pétrole ou de gaz ; l’injection souterraine d’eau pour la production d’énergie géothermique ; et l’injection souterraine d’eaux usées provenant de l’industrie pétrolière et gazière. Depuis 2009, les tremblements de terre induits par l’élimination des eaux usées sont devenus beaucoup plus fréquents dans certaines régions des États-Unis. Bien que la plupart de ces tremblements de terre soient trop petits pour être ressentis, certains ont été suffisamment importants pour causer des dommages structurels modérés et des blessures corporelles, comme le tremblement de terre de magnitude 5,6 qui a frappé près de Prague, en Oklahoma, en 2011, et probablement le tremblement de terre de magnitude 5,8 qui a frappé près de Pawnee, en Oklahoma, en 2016. Depuis 2016, l’U.S. Geological Survey publie chaque année des prévisions de risques sismiques sur un an pour le centre et l’est des États-Unis, qui intègrent le risque de dommages causés par les séismes induits.
Le catalogue des tremblements de terre de l’USGS peut être utilisé pour trouver des informations et des cartes pour les tremblements de terre enregistrés dans le monde entier depuis le début du 20e siècle.