Relations entre séismes et glissements asismiques

S'il est bien connu que l'accumulation des contraintes induites par le mouvement des plaques tectoniques peut générer de grands séismes, depuis une quinzaine d'années, les chercheurs ont aussi mis en évidence sur les grandes failles actives de subduction l'existence de glissements asismiques. Une équipe de géodésiens et sismologues de Géoazur (CNRS, UNS, IRD/OCA), de l'Institut des sciences de la Terre de Paris (CNRS,UPMC), de l'Institut de Physique du Globe de Paris (CNRS, Paris Diderot, Sorbonne Paris Cité) et de l'Institut de Géophysique du Pérou vient d'observer un processus au nord du Pérou où séismes et glissements asismiques ont interagit de manière complexe durant plusieurs mois. Cette observation diffère des glissements asismiques connus. Elle illustre les différences de comportement de différentes parties de l'interface de subduction. Ces travaux viennent d'être publiés dans la revue Nature Geoscience.

Améliorer notre connaissance des séismes pour espérer déboucher sur des modèles prédictifs nécessite de connaître avec précision les propriétés de friction le long des failles actives et les processus par lesquels celles-ci relâchent les contraintes accumulées.

Jusqu'à ces dernières années, on considérait que les failles actives étaient soumises à des cycles sismiques avec une période d'accumulation des contraintes (mise en charge de la faille) suivie du séisme correspondant au relâchement des contraintes, avant que la mise en charge de la faille et le cycle ne recommence sous l'effet du déplacement des plaques.

Si les séismes sont le mode de relaxation le plus évident, le développement des réseaux GPS dans les zones de subduction a permis depuis une quinzaine d'années de mettre en évidence des glissements sans qu'aucun séisme important ne se produise (appelés glissement asismique transitoire), dont les causes et le rôle dans le cycle sismique restent encore à comprendre. Jusqu'à maintenant, les glissements asismiques transitoires observés ont été de deux types: les épisodes de séismes lents pendant la phase de chargement des failles (phase dite intersismique) et les glissements suivant immédiatement les séismes grands et modérés (phase dite post-sismique).

Les premiers s'initient spontanément, sans processus déclencheur clair, ils sont caractérisés par une accélération puis une décélération progressive du glissement accompagnés de trémors sismiques ou d'essaim de séismes, contribuant de manière négligeable au relâchement des contraintes. La seconde catégorie de glissement asismique est déclenchée par un séisme et présente une décroissance de la vitesse de glissement au cours du temps. La taille du glissement dépend de l'importance du séisme.

La séquence observée le long de la subduction andine au nord du Pérou diffère de ces deux processus. Dans cette zone, la subduction de la plaque océanique Nazca sous le continent sud-américain à environ 6 cm/an a lieu de manière principalement asismique. Entre Février et Août 2009, une activité anormale de plusieurs centaines de séismes a été enregistrée par le réseau sismologique de l'Institut Géophysique du Pérou (IGP), tandis que deux stations GPS continues mettaient en évidence un déplacement d'environ 1.5 cm vers l'ouest (Figure 1).

L'analyse des données GPS, indique un glissement total équivalent à un séisme de magnitude 6.7, tandis que la somme des séismes équivaut à un séisme de magnitude 6.2. La séquence montre donc une répartition peu commune d'environ 75% de glissement asismique pour 25% de glissement dû aux séismes. Cette séquence diffère des séismes lents observés jusqu'à présent. En effet dans le détail, le glissement s'initie et se développe immédiatement après deux séismes de taille modérée de magnitude 6.0 et 5.8 respectivement. Elle diffère aussi du glissement post-sismique car la taille du glissement n'est pas relié à la taille du séisme qui le déclenche. En particulier, le glissement qui suit le séisme de magnitude 5.8 déclenche un glissement très important de magnitude équivalente à 6.6. Le ratio glissement asismique/sismique est ici supérieur à 1000%, contre des valeurs de quelques dizaines de pourcent à 200% généralement observés.


C'est ainsi la première fois que l'on observe un processus mixte sismique & asismique où les deux modes de glissement semblent interagir au cours de la séquence. Ces différents types de glissement renseignent par ailleurs sur les différents type de friction le long de l'interface entre les plaques (Figure 2). En particulier, le régime inter-sismique observé avant la séquence indique que l'interface est de manière prédominante en glissement stable, avec une faible accumulation de contraintes. Dans ce milieu en glissement stable, l'occurrence de séismes modérés est due à la rupture d'aspérités de taille kilométrique, qui sont bloquées en phase inter-sismique. Le glissement asismique transitoire relâche les faibles contraintes accumulées entre ces aspérités.

Les essaims sismiques sont des processus communs dans les zones de subduction, mais jusqu'à maintenant le glissement qui leur est associé n'avait pas été observé. L'étude de la séquence du nord Pérou de 2009 suggère que des processus similaires pourraient contribuer à relâcher une partie significative des contraintes, en particulier dans les zones de subduction présentant des caractéristiques similaires au Nord Pérou.