A proximité des limites de plaques, les grands tremblements de terre restent malheureusement imprévisibles, comme l'ont montré les événements récents en Indonésie (2004, 2005), en Haïti (2010) et au Japon (2011). Un enjeu primordial pour l'évaluation du risque sismique est de caractériser l'irrégularité temporelle du cycle sismique, c'est-à-dire la répétition de grands séismes en un lieu donné; ce qui requiert de disposer de séries temporelles longues. Plus la vitesse relative entre deux plaques est faible (quelques millimètres par an), plus le temps moyen de retour des grands séismes augmente. Or, c'est précisément dans ces zones que les récurrences sont particulièrement irrégulières et que les archives historiques sont trop limitées en durée (quelques centaines d'années ou exceptionnellement un ou deux millénaires dans les sites riches en archives historiques tels que la Méditerranée). Le recours à la paléosismologie est donc particulièrement crucial dans ce contexte pour obtenir les variations du cycle sismique sur de longues périodes.
Marge Nord-Algérienne dans la zone des séismes d'Orléansville et El Asnam. Les lignes et étoiles rouges représentent les câbles sous-marins et leurs ruptures après le séisme de 1954. Les cercles représentent la localisation des carottes étudiées dans le détail. La flèche noire sur l'encart en haut à gauche représente la direction de convergence de la plaque Afrique par rapport à la plaque Eurasie, avec la valeur de vitesse moyenne à cet endroit.
L'étude concerne la marge algérienne, zone à déformation lente (3 à 6 mm/an) située à la limite des plaques Afrique et Eurasie. Elle a subi des séismes particulièrement destructeurs en 1954 (M 6.7), 1980 (M 7.3), et 2003 (M 6.8). Ces évènements ont provoqué des ruptures de câbles sous-marins, témoignant de la genèse de puissantes «avalanches sédimentaires» (courants de turbidité) déclenchées par ces secousses et atteignant les grands fonds.
Exemple de turbidites co-sismique collectées dans une carotte sédimentaire. Leurs caractéristiques visuelles, physiques, et chimiques les distinguent des hémipélagites qui se déposent lentement (quelques mm/an) et de manière continue.
L'approche classiquement utilisée pour établir des séries temporelles longues est l'analyse des ruptures passées le long de failles à l'affleurement, mises au jour dans des tranchées. Cette approche se heurte à des limites importantes, comme l'accessibilité parfois difficile des failles, l'amortissement des ruptures co-sismiques vers la surface, ou des séries temporelles souvent limitées en durée. Or, les mouvements co-sismiques forts sont connus pour générer en mer des instabilités sédimentaires donnant lieu à des glissements sous-marins et/ou à des courants de densité (courants de turbidité) qui dévalent les marges continentales. Les courants de turbidité donnent lieu à des dépôts spécifiques (turbidites) que l'on identifie dans les carottes sédimentaires. Ces dépôts co-sismiques sont plus importants en volumes que ceux générés par des phénomènes climatiques (crues, tempêtes...), et ils surviennent sur des zones très étendues, dans des systèmes sédimentaires indépendants. L'analyse fine de la chronologie des dépôts de turbidites à partir de carottes sédimentaires localisées dans des systèmes sédimentaires distincts peut ainsi permettre de reconstituer la chronologie des séismes passés.
Les carottes prélevées au large de l'Algérie ont été analysées par des outils de pointe (radiographies aux rayons X, mesures des densité et susceptibilité magnétique, granulométrie laser, géochimie des éléments majeurs (XRF). Des datations au carbone 14 des sédiments ont été effectuées sur des foraminifères planctoniques provenant des dépôts de sédimentation continue (hémipélagites) intercalés entre les turbidites.
Une série temporelle «terre-mer» de 8 000 ans révélant des cycles irréguliers répétés
Trois carottes sur les huit prélevées au large de la zone des séismes de 1954 et 1980, au cours des campagnes océanographiques Maradja (2003 et 2005) et Prisme (2007), ont révélé entre 10 et 25 turbidites holocènes selon les carottes (âges inférieurs à 8500 ans) . L'origine co-sismique des turbidites a pu être démontrée. Huit d'entres elles ont été corrélées à huit paléoruptures (anciens séismes) identifiables sur la faille d'El Asnam à terre. Grâce à celà, l'équipe a pu établir une série temporelle de treize forts séismes (magnitude > 6,5) survenus au cours des derniers 8 000 ans.
Série temporelle de séismes du segment de Kramis sur la marge Algérienne. Les barres de couleurs représentent les incertitudes des turbidites observées sur chaque carotte, les barres noires celles de l'étude paléosismique à travers la faille d'El Asnam à terre. Les bandes roses sont les intervalles d'intersection entre carottes. L'événement E1 représente le séisme de 1980 (M 7.3). Noter les deux ordres de grandeur de récurrences : des « clusters » (C1 à C3) avec des récurrences de 300-600 ans, séparés par des périodes de quiescence (Q1 et Q2) de ~1600 ans, impliquant l'existence de deux «supercycles» sismiques similaires sur les derniers 8000 ans.
Les récurrences sismiques identifiées montrent clairement des «périodes» successives d'événements sismiques (3 «clusters» (C, Figure 3)) avec des récurrences moyennes de 300±150 à 600±350 ans, séparés par 2 périodes de quiescence (Q, Figure 3) de ~1600±500 ans sans séisme majeur sur aucune faille de la zone. Pour l'équipe, cette observation révèle une organisation en « supercycles » sismiques, c'est-à-dire de longues périodes sans séismes pendant lesquelles il y pourrait y avoir accumulation de contraintes contrastant avec des séquences de grands séismes rapprochés dans le temps (déchargement de contraintes?). Elle implique aussi une quasi-synchronisation des ruptures sur les failles actives voisines de cette partie de la marge algérienne. De tels « supercycles » ont été observés le long de zones de subduction caractérisées par des vitesses de convergence rapides, mais une telle observation en contexte lent est très rare.
Implications sur l'aléa sismique
Ces résultats ont des implications directes sur l'estimation de l'aléa sismique, puisque l'occurrence de séismes historiques proches dans le temps pourrait indiquer une période de relachement des contraintes et augmenterait l'aléa, tandis qu'un séisme majeur très reculé dans le temps indiquerait une période de quiescence au niveau d'aléa plus faible. Ce mode d'occurrence en «supercycles» amène ainsi à réexaminer la pertinence de certains modèles d'estimation des aléas sismiques.
Source: CNRS-INSU