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Cette catastrophe, l'une des plus meurtrières de l'histoire moderne, avait surpris les scientifiques par la manière dont la faille s'était rompue bien plus près de la surface que prévu. Face à cette observation, les chercheurs se sont donc penchés sur les conditions géologiques particulières de la fosse du Japon.
Afin de résoudre cette énigme, une équipe internationale a mené une expédition océanique exceptionnelle. À bord du navire Chikyu, les scientifiques ont foré à une profondeur record dans le fond marin du Pacifique, récoltant des échantillons. Cette campagne de carottage, reconnue par le Livre Guinness des records, a permis d'analyser directement les couches géologiques à l'endroit même où la plaque océanique plonge sous le Japon.
Les analyses ont révélé la présence d'une bande d'argile pélagique, d'une centaine de mètres d'épaisseur, coincée juste sous le plancher océanique. Cette couche, formée de particules très fines accumulées sur des millions d'années, possède une consistance molle et glissante. Contrairement aux roches plus résistantes qui l'encadrent, elle offre une surface de faible résistance, comme un plan de faiblesse naturellement intégré à la structure géologique.
Cette découverte explique comment la rupture sismique a pu se propager si près de la surface. Lors du séisme de 2011, les forces tectoniques se sont concentrées le long de cette couche d'argile, guidant le glissement. Le mouvement a ainsi atteint le fond marin, le soulevant de quarante à soixante mètres sur une vaste zone. Un tel déplacement vertical en eau peu profonde constitue un mécanisme direct permettant de générer une vague tsunami de grande amplitude.
Ce comportement diffère de nombreux autres grands séismes, qui rompent généralement à des dizaines de kilomètres de profondeur. Par exemple, le tremblement de terre de Nisqually survenu en 2001 dans le nord-ouest du Pacifique a débuté à plus de cinquante kilomètres sous la surface.
La compréhension de ce phénomène permettra également de revoir les risques dans d'autres zones de subduction à travers le monde. En identifiant la présence de couches similaires d'argile pélagique, les géologues pourraient mieux anticiper les endroits où des ruptures superficielles sont possibles.
Les travaux de l'équipe sont publiés dans la revue Science.