DECORTIQUAGES

Les séismes du Chili décortiqués

CNRS

Les éléments de base

Jean-Pierre Vilotte (IPGP) et Christophe Vigny (CNRS, Laboratoire de géologie de l’ENS), directeur et co-directeur du Laboratoire international Montessus de Ballore (Undiversité du Chili, CNRS-INSU) font le point sur la récente crise sismique chilienne. Cette crise n’a probablement que très partiellement relâchée la déformation accumulée dans cette région depuis 1877.

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La tectonique des plaques de la région. Le trait épais rouge/jaune montre la subduction de la plaque Nazca sous la plaque Amérique du Sud ; le trait en pointillé montre la zone de déformation Andine à l’intérieur de la plaque. Les flèches montrent la direction et la vitesse de convergence déterminée par GPS. © Vilotte & Vigny

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Les séismes chiliens et les séismes du 27 février 2010 et 1er avril 2014. Les cercles rouges montrent les épicentres des gros séismes passés, les points jaunes leurs répliques enregistrées pendant 1 mois après le choc principal. Elles dessinent la surface de la faille qui a rompu lors du séisme : les ellipses blanches. Les ellipses rouges montrent les zones qui n’ont pas (ou n’avaient pas) rompu depuis longtemps : les « gaps » ou « lacunes ». © Vilotte & Vigny

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Prosition de l’épicentre par rapport au couplage estimé à partir des mesures de déformation crustale (GPS). À 19.6°S l’épicentre est localisé dans une zone de couplage assez fort : une bosse des courbes à gauche de la figure. Si à partir de l’épicentre, la rupture c’est propagée vers le bas et vers le Sud, alors elle rompt la zone de couplage modéré, en profondeur sous Iquique, visible sur la carte de droite [figure extraite de Métois et al., 2013].

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Evolution de l’essaim sismique au cours du temps qui montre la migration vers le nord de la sismicité au cours du mois de mars [communication R. Madariaga].

 

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Sources des séisme du 2 Avril (Mw 8.2) et du séisme du 3 Avril (Mw 7.6), obtenues par la méthode SCARDEC [communication M. Vallée & GEOSCOPE].

 

 

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Les séismes de début avril 2014 au Nord Chili dans leur contexte sismotectonique. L’épicentre du choc principal (M8.2) est en rouge. Les ronds orangés localisent le séisme M7.6 et les répliques au cours des 2 jours après le choc principal. Les tracés en couleur montrent l’extension des ruptures passées (repris de Bejar et al., 2010). La lacune d’Arica est définie par la zone de rupture du séisme de 1877. L’incertitude sur l’étendue exacte des ruptures du 19ème siècle est assez importante : alors que le séisme de 1877 est en général considéré comme ayant rompu sur plus de 400km (tracé bleu en tirets longs, définissant la lacune d’Arica), certains auteurs proposent une rupture moins étendue (tirets courts, Métois et al., 2013). Les dates des séismes (1, 2 Avril) sont en heure locale (2, 3 Avril en UTC). Sources des séisme du 2 Avril (Mw 8.2) et du séisme du 3 Avril (Mw 7.6[communication R. Lacassin & IPGP].

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Réseaux GPS. Stations permanentes = rond de couleur (bleus – ENS/IPGP/DGF, verts – Caltech, orange – IRD, violets – GFZ), points de mesure = triangles /ronds / carrés blancs

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Réseau IPOC (CNRS-INSU, GFZ Potsdam, U. Chile.)

Une importante crise sismique a lieu depuis plusieurs mois dans le segment nord de la zone de subduction chilienne au large d’Iquique (19°S-21°S). Le 1 Avril 2014, un séisme majeur de subduction, de magnitude 8.2, c’est produit à 23h46 UTC au large de la côte entre les villes d’Iquique et Pisagua. Ce séisme a provoqué un tsumami modéré, avec des hauteurs maximales de vagues enregistrées  entre 2m et 2,5m. Il a été suivi le 3 Avril 2014, par un deuxième séisme de subduction, de magnitude 7.6, au voisinage de la terminaison sud-est du premier, à 19km au sud d’Iquique.

Les zones de subduction sont des régions où les risques de grands tremblements de Terre et de tsunamis sont les plus élevés, comme l’ont rappelé douloureusement durant la dernière décennie, les séismes de Sumatra-Adaman (2004, Mw 9.2), Maule (2010, Mw 8.8) et Tohoku-Oki (2011, Mw 9.1). Le Chili est situé au-dessus d’une des zones de subduction les plus actives au monde,  composante de la zone de subduction andine qui s’étend tout le long de la côte ouest de l’Amérique du Sud. Sur les cent-vingt dernières années, quatre des plus grands tremblements de terre ont frappé les côtes chiliennes en 1906, 1922, 1960, et 2010, et en moyenne un séisme de magnitude 8+ a été enregistré tous les dix ans. Le séisme de Valdivia (Mw~9.5, 1960), qui a rompu un segment de plus de 1000 km le long de la côte du Sud Chili, est le plus grand tremblement de terre jamais enregistré jusqu’à aujourd’hui. Il provoqua un gigantesque tsunami ressenti au travers de tout le Pacifique, avec des dégâts catastrophiques le long des côtes de Hawaï et du Japon.

Cette activité sismique est le résultat de la convergence rapide (~7 cm/an) de la plaque Nazca qui plonge sous la plaque Amérique du Sud (Figure 1). Le mouvement est légèrement oblique mais il est entièrement accommodé le long de la zone de contact entre ces deux plaques. Une petite part de cette convergence (environ 1cm/an) est prélevée pour fabriquer le raccourcissement andin et contribuer à l’élévation de la chaîne des Andes, mais la plus grande part est localisée sur la subduction. De ce fait, La sismicité au Chili est caractérisée par de grands tremblements de terre de subduction le long de la zone de contact, des séismes de profondeur intermédiaires, au sein de la plaque Nazca, et des séismes plus superficiels, au sein de la plaque Amérique du Sud, associés aux failles actives des Andes.

La zone de subduction chilienne est segmentée. Une longue collaboration scientifique entre les équipes françaises et chiliennes, structurée aujourd’hui dans le cadre du laboratoire International Associé « Montessus de Ballore » entre le CNRS-INSU et l’Université du Chili (Santiago), avait permis d’identifier trois de ces segments comme des segments à très fort risque sismique (Figure 2, zones entourées en rouge) : deux segments dans la région centrale du Chili, les segments Constitución-Concepción (35°S-37°S), Coquimbo-Illapel (30°S-32°S) et le segment Antofagasta-Arica (18°S-27°S) au Nord Chili. Le premier a rompu en 2010 lors du séisme de Maule (Mw 8.8). La crise sismique d’aujourd’hui se situe dans le segment Nord Chili.
Pour autant cette segmentation le long de la zone de subduction chilienne est compliquée et caractérisée par des variations du couplage le long de la zone de contact entre les plaques de Nazca et d’Amérique du Sud ; variations qui ont pu être précisées grâce à des travaux géodésiques et géologiques récents. Ces résultats, discutés en particulier dans des articles récents à Nature Geoscience [Bejar et al., 2013] et au GJI [Métois et al., 2013], qui concluaient à une très forte probabilité de rupture quelque part dans le segment Nord.

Le contexte du segment Nord Chili

La segment Nord-Chili (18°S-27°S), entre Antofagasta et Arica, constitue une région d’environ 500 km x 250 km, et définit la lacune de la region chilienne de Tarapacá (dite lacune « d’Arica » ou « du coude d’Arica » ou encore « du grand nord Chili ») qui n’a pas subi de très grands tremblements de terre depuis les séismes de 1869 et 1877, de magnitude M~8.8. La zone de rupture du séisme de 1877, au large d’Iquique, est aujourd’hui relativement bien connue en particulier grâce aux études sur le tsunami associé à cet événement. Cette lacune du grand nord Chili est aujourd’hui bornée au sud par la zone de rupture du tremblement de terre d’Antofagasta (1995, Mw 8.1) et au nord par la zone de rupture du tremblement de terre d’Arequipa (2001, Mw 8.4). Au cours du siècle dernier, cette lacune est caractérisée par une faible activité de tremblements de terre de subduction, avec seulement un petit nombre de séismes de magnitudes 7 – 7.5, proches de la côte. Contrastant avec cette faible activité sismique le long de la zone de contact, ce segment est caractérisé par une activité soutenue de séismes de profondeurs intermédiaire, au sein de la plaque de Nazca, avec deux grands évènements en 1950 (Mw 8) dans la terminaison sud du segment et en 2005 (Mw 7.7) dans la région de la ville de Tarapacá. Sur plus de 140 ans, avec une vitesse de convergence, de la plaque Nazca en direction de la plaque Amérique du Sud, d’environ 7 cm/an (donnant lieu à 6 cm/an d’accumulation sur la subduction), c’est près de 10 m de déficit de glissement qui s’est accumulé en moyenne dans cette zone.
Un important effort d’instrumentation, combinant réseaux sismologique, géodésique et inclinométrique, a été réalisé dans le cadre des collaborations entre le CNRS-INSU et l’Université du Chili (LIA Montessus de Ballore) et le GFZ Potsdam. Le résultat de ces efforts a permis le déploiement en 2006 du réseau IPOC dans la lacune Nord-Chili, avec plus de 25 sites instrumentés et un système de transmission continue. Par ailleurs, un réseau dense géodésique associant le CNRS-INSU, l’Université du Chili et Caltech a été déployé en coordination avec le réseau IPOC.

En 2007, le séisme de Tocopilla (Mw 7.6) a rompu sur plus de 130 km la partie profonde de la zone couplée le long de la côte. La rupture complexe, caractérisée par deux aspérités, de ce séisme est restée confinée dans la partie profonde et n’a pas rompu toute l’interface de contact, relachant seulement partiellement la déformation accumulée dans cette zone depuis le séisme de 1877. En particulier la zone de contact plus superficielle au large de la côte, vers la fosse est restée probablement chargée. Ce séisme a été particulièrement étudié par les équipes franco-chiliennes, grâce en particulier aux données géodésiques et sismologiques des réseaux d’instrumentation disponibles dans cette zone, et a fourni un éclairage nouveau de la complexité de l’activité sismique dans ce segment de subduction. Une des conclusions importantes de cette étude était une augmentation importante de la probabilité d’évènements de magnitudes 7.5 – 8 le long de ce segment de subduction, qui pourraient préparer cette zone à un futur très grand tremblement de terre.

Depuis le séisme de Tocopilla, l’activité sismique dans ce segment a augmenté, en particulier dans la région d’Iquique qui a été associée à une ou plusieurs aspérités. La géométrie de la zone de contact et les variations spatiales du couplage le long de la zone de contact ont été déterminées grâce à de nombreuses études géodésiques (InSAR/GPS) des équipes franco-chiliennes. En particulier des zones de faibles couplages, où des transitoires de déformations peuvent se produire, et des zones de plus fort couplage le long de la côte et en profondeur ont pu être précisément cartographiées attestant d’une forte hétérogénéité de couplage de l’interface de contact dans ce segment (Figure 3). Enfin des études tectoniques ont permis de mieux préciser les systèmes de failles actives associées à la subduction et à l’orogénèse Andine. La lacune Nord-Chili était donc identifiée comme une région à très haut risque sismique.

La crise sismique de mars-avril 2014 au Nord Chili

Une crise sismique a démarré depuis environ un an dans la lacune Nord-Chili, dans la région d’Iquique. Ces derniers mois ont vu une augmentation importante de cette activité sismique, avec des séismes de magnitudes croissantes. En Mars 2014, plusieurs séismes de magnitudes 6 – 6.7 ont été enregistrés. Cette activité sismique (Figure 4), de type essaim,  était caractérisée par une migration vers le Nord, et des profondeurs de l’ordre de 10 – 20 km. Une composante importante de cette activité était associée à des séismes le long de l’interface de contact, mais également à des ruptures de failles plus superficielles.

Le 12 avril 2014, un séisme de magnitude 8.2 (Figure 5a) a rompu l’interface de contact, au large de la côte entre Iquique et Pisagua, sur plus de 130 km. L’épicentre est localisé en bordure sud du segment dit de « Camarones », identifié comme une zone de plus fort couplage. La surface de rupture semble avoir été limitée par les variations de couplage le long de la surface de contact dans cette zone, avec un glissement important vers le sud-est. Le plus gros de cette zone de rupture semble confiné dans une zone relativement profonde, seule une petite partie du glissement semble avoir repris une partie de la surface de contact plus superficielle associée à l’essaim de séisme.

Le 3 Avril 2014, un deuxième événement de magnitude 7.6 (Figure 5b), plus profond a rompu l’interface de contact, près de la côte au sud d’Iquique. Ce deuxième événement semble s’être initié dans une zone proche de la terminaison sud-est de la zone de rupture du séisme de magnitude 8.2. Ces deux évènements attestent de l’hétérogénéité de couplage de la surface de contact de la zone de subduction dans le segment Nord-Chili (Figure 3). L’origine de la migration de l’essaim de séisme qui s’est développé dans une zone de relativement plus faible couplage, et son rôle dans la préparation de ces deux évènements reste encore aujourd’hui à analyser grâce aux nombreuses observations disponibles dans cette zone du fait des efforts d’instrumentation.

Cette crise sismique soulève de nombreuses questions, dans la prolongation de celles qu’avait soulevées le séisme de Tocopilla. Entre autres, quel a été le contrôle de l’activité sismique par le couplage entre déformation transitoire asismique et déformation sismique, et sur l’augmentation du risque sismique dans ce segment ? La quantification et la localisation des transitoires de déformation asismique, de l’activité sismique associée à cet essaim, et de la source des deux grands évènements (Mw 8.2 et 7.6), grâce aux observations locales disponibles, est essentielle et permettra une évaluation exacte de la déformation relâchée au cours de cette crise, et de sa possible évolution.

La remarquable corrélation entre l’essaim sismique, les zones de ruptures associées aux deux grands évènements sismiques et la variation du couplage sur la surface de contact doit être plus précisément quantifiée et souligne la complexité de l’activité sismique dans ce segment de la zone de subduction chilienne.

Enfin, cette crise sismique n’a probablement que très partiellement relâchée la déformation accumulée dans ce segment depuis 1877, et elle doit être analysée à la lumière du séisme de Tocopilla (2007) plus au sud. Les séismes du 1 & 3 Avril 2014 ont chargé les zones au Nord et au Sud : doit-on voir cette crise comme la préparation d’un plus grand tremblement de terre dans le segment nord, ou doit-on anticiper d’autres évènements de ce type le long du segment Nord-Chili ?  Il est malheureusement très difficile de répondre de manière scientifique à cette question aujourd’hui.

Un important travail commence aujourd’hui qui devra extraire le maximum d’information à partir de la masse de données sismologiques et géodésiques disponibles grâce aux réseaux d’instrumentation déployés depuis presque dix ans dans cette zone, ainsi que des données fournies par les réseaux télésismiques et l’imagerie spatiale.

 

Un tsunami s’est formé mardi 1er avril au large des côtes nord-ouest du Chili après un séisme puissant d’une magnitude 8,2, annonce le Centre américain d’alerte des tsunamis dans le Pacifique. Selon la marine chilienne, le tsunami a déjà atteint certaines zones côtières du nord du pays.

 

AVRIL 2014

Le séisme de magnitude 8.0 (Geoscope-Scardec) à 8.2 (USGS) qui a frappé le nord du Chili le 1/04/2014 (date locale, le 2/04 en UTC) a été suivi 24h après par un autre évènement de magnitude 7.6. Ces séismes ont rompu l’interface de subduction entre les plaques Nazca et Amérique du sud sur une longueur de 150 à 200km, à une profondeur encore incertaine. Les premières localisation semblent indiquer un épicentre relativement proche de la surface (20km de profondeur d’après l’USGS), les inversions de sources sismiques semblent placer la rupture plus bas, au delà de 30km de profondeur, de manière cohérente avec une relocalisation par le service sismologique de l’université du Chili (39 km de profondeur). Cet interface est une faille de type « méga-chevauchement » (ou megathrust) plongeant avec un angle de 10 à 20° sous la marge du continent sud américain. Une forte activité sismique était enregistré dans la région depuis plusieurs mois, avec plusieurs crises formant des « essaims sismiques » (ou « swarms »), la dernière de ces crises s’étant produite mi-mars.

Le nord Chili est une région désertique (désert de l’Atacama) où la population est essentiellement concentrée dans les villes d’Iquique, Antofagasta et Arica. Iquique, la plus proche des séismes, a été assez sévèrement affectée. Un tsunami d’ampleur environ 2m, généré par le séisme de magnitude 8, a touché les côtes nord-chiliennes et provoqué des dégâts importants dans le port d’Iquique.

La localisation des séismes et de l’ensemble des répliques, leur profondeur (épicentre entre ~10 et 40 km) et leurs mécanismes chevauchants indiquent que la rupture s’est produite sur le plan de subduction entre les plaques Nazca et Amérique du Sud. La plaque Nazca converge à près de 7 cm/an vers la plaque Amérique du Sud avec une direction légèrement oblique à la frontière de plaque. L’essentiel de ce mouvement est absorbé sur une seule faille arrivant en surface en mer au niveau de la fosse Pérou-Chili. Le long de cette faille, la plaque Nazca passe sous la plaque Amérique du Sud puis s’enfonce dans le manteau terrestre dans ce que l’on appelle un mouvement de subduction. Une proportion mineure de la convergence entre les plaques (1 cm/an au maximum) est absorbé par le raccourcissement de la plaque sud-américaine produisant les reliefs des Andes et de l’Altiplano.


Les séismes de début avril 2014 au Nord Chili dans leur contexte sismotectonique. L’épicentre du choc principal (M8.2) est en rouge. Les ronds orangés localisent le séisme M7.6 et les répliques au cours des 2 jours après le choc principal. Les tracés en couleur montrent l’extension des ruptures passées (repris de Bejar et al., 2010). La lacune d’Arica est définie par la zone de rupture du séisme de 1877. L’incertitude sur l’étendue exacte des ruptures du 19ème siècle est assez importante: alors que le séisme de 1877 est en général considéré comme ayant rompu sur plus de 400km (tracé bleu en tirets longs, définissant la lacune d’Arica), certains auteurs proposent une rupture moins étendue (tirets courts, Métois et al., 2013). Les dates des séismes (1, 2 Avril) sont en heure locale (2, 3 Avril en UTC).©IPGP

A cause de la convergence rapide Nazca-Amérique du Sud , la zone de subduction du Chili a une forte activité sismique avec, en moyenne, un séisme de magnitude 8 tous les dix ans et un tremblement de terre de M>8.7 au moins une fois par siècle. Le plus grand séisme jamais enregistré (depuis que nous disposons de sismographes) de magnitude environ 9.5, s’est produit au sud du Chili en 1960. Depuis plusieurs décennies, deux lacunes sismiques majeures avaient été identifiées par les scientifiques, au Nord et au Centre/sud du Chili où des tremblements de terre étaient à redouter : la lacune d’Arica au Nord, siège des séismes de magnitude ~8.8 de 1869 et 1877, et la lacune de Concepción, siège du séisme de 1835 vécu par Darwin et qui a rompu à nouveau en 2010. La lacune d’Arica a commencé à rompre en petite partie à son sud, et en profondeur, lors du séisme de Tocopilla en 2007 (M 7.7). Les séismes d’Avril 2014 ont eux aussi rompu une partie de cette lacune d’Arica, cette fois sur environ 150-200km et plus au Nord. Ces séismes ont contribué à accroitre la charge en périférie de la zone qui vient de glisser. La probabilité de séismes du même type, et de magnitude 8 ou plus, dans les jours, mois ou années à venir, y est donc forte. On ne peut aussi exclure la possibilité d’un séisme « géant » de magnitude 8.5 à 9, rompant tout le segment de subduction entre Arica au nord et la péninsule de Mejillones (située juste au nord de la ville d’Antofagasta) au Sud. Dans tous ces scénarios, le risque de très forts tsunamis est important.


carte des ruptures sismiques des 1 et 2 avril 2014 (source Chengji, 2014) superposées au « couplage » inter-sismique déterminé par GPS (modifié d’après Métois et al., GJI 2013). les courbes de niveaux (noirs et vertes) indiquent l’intensité du glissement des ruptures. la couleur indique l’intensité du couplage entre les plaques: noir=100%, rouge = 60%, jaune = 20%. Les séismes semblent avoir rompu des zones modérément couplées en profondeur, sans pour autant avoir rompu toute cette surface, et ne semblent pas avoir déjà rompu les grosses aspérités plus superficielles. ©Mariane Métois INGV/IPGP

Les équipes françaises sont très impliquées de longue date dans l’étude des séismes de subduction au Chili et plus particulièrement depuis la création du Laboratoire Associé Montessus de Ballore (ENS, IPGP, Université du Chili) *. Une équipe mixte IPGP-ENS est actuellement sur le terrain participant à la re-mesure des points GPS dans une action coordonnée par le département de géophysique de l’Université du Chili.

 

 

FEVRIER 2010

Retour sur le séisme géant du Chili (Maule, le 27 février 2010)

Jeudi, 12 Mai 2011

Le séisme de Maule survenu au Chili le 27 février 2010 (Mw 8.8) se range, tout comme le séisme du Japon de mars 2011, dans la catégorie des séismes géants. Le glissement sur les failles dépasse la dizaine (voire plusieurs dizaines) de mètres tout au long de ruptures de plusieurs centaines de km d’extension. Ces ruptures géantes peuvent atteindre la fosse de subduction et ainsi engendrer des Tsunamis qui ravagent les côtes.
Grâce à des mesures GPS réalisées avant, pendant et après le séisme, l’équipe Franco-Chilienne du laboratoire international « Montessus de Ballore » (CNRS-INSU, Université du Chili) auquel participent du côté français le Laboratoire de géologie (ENS, CNRS-INSU) et l’IPGP (CNRS-INSU, Paris Diderot), a pu quantifier et mettre en évidence certaines caractéristiques du séisme de Maule dont l’extension de la zone de glissement et le moment précis où la rupture est sortie de sa zone naturelle (la lacune sismique de 1835) pour aller rompre une deuxième lacune, devenant à cet instant une rupture géante. Une étude publiée en ligne dans la revue Sciencexpress, le 28 avril 2011.

Une dizaine d’années d’observation

La région de Concepción-Constitución (Chili) où s’est produit le séisme de Maule, avait été identifiée de longue date, notamment par le groupe de chercheurs franco-chiliens, comme une zone à très haut risque sismique car aucun tremblement de terre ne s’y était produit depuis le séisme de 1835 (Mw 8.5) décrit par Darwin & Fitzroy, on parle de lacune sismique.
Cette lacune, véritable laboratoire naturel, fut instrumentée dès le début des années quatre-vingt dix par les géophysiciens afin d’enregistrer les éventuelles prémices d’un séisme majeur. Au cours des dix dernières années, alors que les plaques Pacifiques et Amériques du Sud convergent à la vitesse de 7 cm/an, aucun mouvement de surface n’avait été observé dans cette zone du Chili, indiquant un couplage des deux plaques au niveau de l’interface de subduction et un déficit de glissement de 12 mètres en prenant en compte la période de 175 ans nous séparant du dernier séisme. Pour les spécialistes un séisme majeur était inéluctable.

Si l’espoir des scientifiques de détecter les signes avant coureurs d’un séisme majeur a été vain, ils disposent maintenant de l’enregistrement des mouvements du sol avant, pendant et après le séisme pour en décrire et analyser dans le détail les caractéristiques. Ce type d’étude, encore rare, est primordial pour faire progresser la compréhension des mécanismes qui se produisent lors d’un séisme majeur et d’une manière générale mieux évaluer les aléas.

 

Une rupture qui se propage dans deux directions

 

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Les zones colorées montrent la zone de glissement co-sismique avec le maximum de déplacement dans les zones rouges. Les flèches rouges indiquent l’intensité et la direction du déplacement sur le plan de faille. Les contours bleus délimitent le déplacement post-sismique (durant 12 jours après le séisme). Les points indiquent l’emplacement des mesures GPS. © Vigny et al. Sciencexpress, 2010Les mesures réalisées autour du séisme de Maule sont de différents types. En premier lieu, il y a les mesures dites statiques, apportées par le réseau permanent qui est constitué d’une vingtaine de stations cGPS installées préalablement dans la région du séisme. L’enregistrement de leur déplacement pendant le séisme et la simple comparaison de leur position avant et après l’événement permet de déterminer la zone de rupture et de quantifier le glissement.

Ainsi, on découvre que des stations côtières comme Constitucion (CONS) se sont déplacées de près de 5 mètres vers l’Ouest, alors que des stations dans la cordillère, à plus de 200km à l’intérieur des terres (MAUL), se sont déplacées de plus d’un mètre.

Une analyse plus fine montre que les vecteurs déplacements pointent vers deux directions distinctes, ce qui indique une rupture complexe avec deux zones de glissement distinctes de part et d’autre de l’épicentre. La rupture s’est propagée simultanément dans deux directions, vers le Nord et vers le Sud.

La rupture a atteint la surface

Ces données sont complétées par les observations sur des points de campagne au maillage beaucoup plus fin (une trentaine, notamment le long de la côte), installés en 1996 à l’initiative de J. Ruegg (IPGP) et mesurés à plusieurs reprises depuis. Leur position et leur vitesse étaient donc connues avant le séisme, et leur localisation au cours de la campagne de mesures, organisée dans les jours qui ont suivit le séisme, permet de déterminer leur déplacement co-sismique. L’ensemble des données confirme que toute la zone a glissé de manière très importante : dans la zone affectée par le séisme, l’ensemble du plan de subduction a rompu, depuis les plus grandes profondeurs (~40-50km) jusqu’à la surface, c’est-à-dire jusque dans la fosse.

Le fait que la rupture atteigne la surface est une observation importante qui remet en question un point de vue consensuel dans la communauté scientifique. Pour beaucoup, la partie la plus superficielle, frontale, du contact entre les deux plaques ne pouvait glisser rapidement pendant un grand séisme du fait des propriétés mécaniques des matériaux en présence (sédiments pour l’essentiel). Le même phénomène s’est produit au Japon, lors du récent séisme de Tohoku. C’est peut-être, là, une particularité des séismes géants : leur rupture parvient jusqu’à la surface et rompt toute la largeur de l’interface de subduction, ce qui expliquerait également la forte amplitude des Tsunamis qu’ils déclenchent (au-delà de la simple quantité de glissement sur la faille).


Les flèches rouges indiquent la direction et l’amplitude du déplacement cosismique au point de mesure. L’étoile bleue situe l’épicentre du séisme principal, les points jaunes celui des répliques. La ligne noire bordée de triangle situe la fosse de subduction et la limite entre les deux plaques. L’étendue des ruptures des séismes antérieurs est indiquée par les traits de couleur avec la date et la magnitude du séisme correspondant. Les points de mesure GPS sont les cercles blancs et bleus. © Vigny et al. Sciencexpress2010

500 km de côte affectés

Pour finir, les déplacements verticaux enregistrés tout au long de la côte (jusqu’à près de 2 mètres de surrection au niveau de la péninsule d’Arauco), indiquent clairement la longueur de la zone de rupture : près de 500 km. Celle-ci est nettement plus grande que la rupture de 1835 qui correspondait à un séisme sensiblement plus faible (Mw 8.4 à 8.5). La rupture de 2010 reprend deux zones de ruptures anciennes : celle de 1835 de Concepcion à Constitucion, et celle de 1928 (séisme de Talca, Mw ~8) au Nord de Constitucion. Même si le nord de la rupture de 2010 recouvre partiellement le sud de la grande rupture de Valparaiso de 1906 (Mw 8.5), elle ne semble pas affecter la zone des ruptures des séismes plus récents de Valparaiso (1971 et 1985, Mw ~8).

Cela pose le problème de l’aléa sismique dans cette région de manière aigüe : Est-ce que cette zone n’a pas rompu en 2010 parce-que les conditions pour cela n’étaient pas réunies (pas assez de déformation accumulée par exemple) ou bien est-ce au contraire parce que la rupture a été stoppée, ne parvenant pas à traverser une zone de faible couplage par exemple, alors que la zone elle-même est prête à lâcher ? Les mesures post-sismiques en cours devraient éclairer ce point.

Profil des déplacements verticaux perpendiculairement à la fosse. Les points rouges représentent le mouvement vertical près de Constitucion, les verts près de Arauco-Concepcion. La ligne noire représente la tendance générale, toutes latitudes confondues. © Vigny et al. Sciencexpress, 2010Un réseau de station cGPS a été installé dans les jours qui ont suivi le séisme de manière à suivre cette déformation post-sismique et à déterminer si certaines zones relâchent de la déformation de manière asismique, en glissant lentement. Les premiers résultats soutiennent cette hypothèse : La déformation post-sismique semble se développe dans des zones qui avaient peu glissé lors du séisme.

Mesure de la déformation cosismique sur le quai de Lavapié (Pénisule d’Arauco) où le séisme a produit un soulèvement de deux mètres. La marée haute qui arrivait à mi-hauteur du mur avant le séisme, n’atteint désormais que sa base. Toutes les organismes de la frange intertidale (moules, algues) sont mort et constituent un marqueur géobiologique spectaculaire du tremblement de terre. © Armijo, IPGP

L’apport des mesures à haute fréquence

Un autre aspect du travail publié concerne les données GPS à haute fréquence acquises pendant la rupture. La plupart des stations GPS permanentes enregistrent avec une fréquence de 1 mesure par seconde, ce qui permet de calculer leur position avec cette même fréquence (et une précision un peu réduite par rapport au positionnement statique).

Ces enregistrements, désignés sous le nom de « motogrammes », complètent idéalement les enregistrements sismologiques réalisés par les sismographes et les accéléromètres parce qu’ils ne sont jamais saturés et qu’ils mesurent directement le déplacement du sol sans qu’il soit nécessaire d’intégrer mathématiquement son accélération ou sa vitesse. Du coup, ces données permettent des observations inhabituelles qui éclairent la rupture sous un jour nouveau. En particulier, il est maintenant possible de dessiner le chemin suivi par chaque station au cours du temps avec une grande précision.

Dans le cas du séisme de Maule, ces motogrammes révèlent un événement important environ 60 secondes après le début de la rupture, le moment où la rupture est sortie de sa zone naturelle (la lacune sismique de 1835) pour aller rompre une deuxième lacune (celle de 1928), devenant à cet instant une rupture géante. L’étude détaillée de la rupture grâce à ces enregistrements nous en apprendra sans doute plus sur ce séisme en particulier et les séismes géants en général.

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