Le séisme du Népal à la loupe

Publié par Adrien le 19/11/2015 à 12:00
Source: CNRS-INSU

1- La ville de Katmandou vue d'avion depuis le Sud, avec au second plan la chaîne Himalayenne, dont le sommet du Xixabangma (8027 mètres). © Martine Simoes (IPGP)
Une équipe de chercheurs de l'Institut de Physique du Globe de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région...) (CNRS, Paris Diderot, Sorbonne (La Sorbonne est un complexe monumental du Quartier latin de Paris. Elle tire son nom du...) Paris Cité) et du Commissariat à l'Energie Atomique (CEA) a analysé le séisme de Gorkha (Népal, 25 avril 2015) en couplant de nombreuses observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) géodésiques et sismologiques. Les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) acquises par les nouveaux satellites (Satellite peut faire référence à :) radar (Le radar est un système qui utilise les ondes radio pour détecter et déterminer la...) Sentinel-1, de l'agence spatiale européenne (L’Agence spatiale européenne (ASE) (en anglais European Space Agency : ESA) est...), et ALOS-2, de l'agence spatiale (Une agence spatiale est un organisme d'État ayant pour but d'étudier l'Espace et de développer...) japonaise, tous deux lancés en 2014, ont permis de mesurer la répartition géographique des déformations du sol engendrées par le séisme. La modélisation de ce champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de déformation couplée avec celle des données sismologiques permet de déterminer les caractéristiques de la rupture (Ruptures est le second album de la série de science-fiction Orbital constituée de...). Et notamment de comprendre pourquoi, malgré sa magnitude 7,9, le séisme n'a pas touché la capitale (Une capitale (du latin caput, capitis, tête) est une ville où siègent les pouvoirs,...) Katmandou de manière aussi dévastatrice que redouté. Cette étude vient d'être publiée dans la revue Geophysical Research Letters.

Le 25 avril dernier, le séisme de Gorkha (Népal) provoquait la mort (La mort est l'état définitif d'un organisme biologique qui cesse de vivre (même si...) de plus de 9000 personnes au Népal central, et blessait de nombreux habitants de la capitale Katmandou et de ses environs. L'hypocentre du séisme se situe à environ 80 kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système...) au Nord-Ouest (Le nord-ouest est la direction entre les points cardinaux nord et ouest. Le nord-ouest est...) de la ville (Une ville est une unité urbaine (un « établissement humain » pour...) et à 15 kilomètres de profondeur sous la chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) Himalayenne. La rupture sismique a été provoquée par l'accumulation des contraintes tectoniques au cours des dernières dizaines à centaines d'années. Cette accumulation de contraintes est elle-même le fruit (En botanique, le fruit est l'organe végétal protégeant la graine....) de la lente (La Lente est une rivière de la Toscane.) et inexorable collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de...) entre le continent (Le mot continent vient du latin continere pour « tenir ensemble », ou continens...) Indien et le plateau Tibétain. Cette collision, qui a débuté il y a environ 50 millions d'années, a donné naissance à l'impressionnante topographie de la chaîne himalayenne (Fig. 1). En progressant à une vitesse (On distingue :) de 2 centimètres par an, la collision Inde-Tibet continue à maintenir encore aujourd'hui ce remarquable relief (Le relief est la différence de hauteur entre deux points. Néanmoins, ce mot est souvent employé...).

Ce séisme vient soudainement rappeler le fort potentiel sismogène de l'arc Himalayen, que le calme apparent depuis 1934 (date du dernier séisme majeur) aurait pu faire oublier. De nombreux indices attestent que de grands séismes dévastateurs se répètent dans la région avec un temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) de récurrence qui peut atteindre 500 ans. Ainsi, la paléosismologie et les archives historiques indiquent que de très forts séismes (magnitudes supérieures à 8.5) ont rompu le chevauchement frontal (Un frontal est un équipement informatique.) himalayen, c'est-à-dire le plan de contact entre le continent indien et l'Eurasie. Ces séismes se sont propagés jusqu'à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) avec des quantités de glissement pouvant dépasser 10 mètres (les ruptures passées sont indiquées par des flèches dans la figure 2).


2- Localisation de la rupture du séisme du 25 avril 2015 (rose) et de la réplique du 12 mai 2015 (bordeaux) ; K. = Katmandou. L'extension approximative des grands séismes himalayens passés ayant atteint le chevauchement frontal (MFT) est signalée par les flèches de couleur. La position et l'extension supposées du séisme de 1833 sont délimitées par le rectangle (En géométrie, un rectangle est un quadrilatère dont les quatre angles sont des...) bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs...). Les axes des grands plis formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de...) la structure du système de chevauchement sont indiqués en traits pointillés (anticlinal en vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde...), synclinal en mauve). Les triangles blancs correspondent aux sommets de plus de 8000 mètres. Grandin et al. GRL 2015

Toutefois, le séisme de 2015 n'a pas engendré les destructions massives auxquelles on aurait pu s'attendre pour un séisme d'une telle magnitude (Mw=7.9) et si proche d'une grande agglomération (Une agglomération est un ensemble urbain qui repose sur la continuité du bâti....). Les accélérations du sol enregistrées à Katmandou sont restées modérées et dominées par des oscillations de basse fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un...). Ainsi, les édifices de faible hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.), qui forment la majeure partie des bâtiments au Népal, ont été assez peu affectés par les secousses. Bien que les pertes en vies humaines soient toujours trop sévères, ces caractéristiques des vibrations générées par le séisme ont tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) de même permis d'en limiter le bilan.

L'explication de ces faibles radiations à haute fréquence à Katmandou est peut-être à chercher dans les propriétés spécifiques du processus de rupture du séisme de 2015. Pour explorer cette piste, l'équipe a analysé conjointement un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) d'observables géophysiques. Les observations géodésiques, déduites de l'analyse des satellites radar Sentinel-1 et ALOS-2, couvrent toute la zone affectée par le séisme et montrent en particulier que les déplacements horizontaux, dirigés vers le Sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.), ont atteint un maximum de 3 à 4 mètres juste au-dessus de la source du séisme, tandis que la surface s'est soulevée de près de 2 mètres dans la région de Katmandou. L'exploitation simultanée de ces données radar avec celles provenant du positionnement (On peut définir le positionnement comme un choix stratégique qui cherche à donner à une offre...) GPS à haute fréquence d'échantillonnage (L'échantillonnage est la sélection d'une partie dans un tout. Il s'agit d'une notion importante...) (5 Hertz) et de la sismologie lointaine (ondes enregistrées à plusieurs milliers de kilomètres, à distance dite "télésismique") a permis de reconstituer le déroulement précis de la rupture.

L'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) de ces données montre que la rupture s'est propagée d'Ouest (L’ouest est un point cardinal, opposé à l'est. C'est la direction vers laquelle se...) en Est sur plus d'une centaine de kilomètres, en passant légèrement au Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) de Katmandou (Fig. 3, droite). La phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) de glissement principal, durant laquelle la majorité de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) a été libérée, a débuté environ 15 secondes après l'initiation de la rupture. Pendant cette phase qui aura duré 25 secondes, le front de rupture s'est propagé à une vitesse remarquablement constante d'environ 3.2 kilomètres par seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...) (Fig. 3, gauche).


3- (à gauche) Déroulement de la rupture sur le plan de faille en fonction du temps. La rupture a débuté au niveau de l'hypocentre, signalé par l'étoile blanche. En chaque point (Graphie) de la faille, le glissement n'a lieu que pendant un court intervalle de temps de quelques secondes, après le passage du front de rupture. La phase de glissement principal (6 à 8 mètres) a lieu autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de 15 à 40 secondes après l'initiation du glissement à l'hypocentre, à 15 kilomètres de profondeur. Au fur (Fur est une petite île danoise dans le Limfjord. Fur compte environ 900 hab. . L'île...) et à mesure de la propagation de la rupture, qui s'effectue à une vitesse stable (~3.2 kilomètres par seconde), des sources de radiations haute fréquence sont détectées à la base du plan de faille, à environ 20 kilomètres de profondeur (symboles carrés, ronds et losanges).(à droite) Répartition du glissement total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un...) vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et...) en carte. Les flèches indiquent le déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles...) du bloc situé au-dessus du plan de faille par rapport au bloc situé en dessous. Les cercles gris représentent les répliques enregistrées dans le mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps...) suivant le choc (Dès que deux entitées interagissent de manière violente, on dit qu'il y a choc, que ce soit de...) principal. Les symboles jaunes indiquent les sources de radiations haute-fréquence enregistrées à distance télésismiques et reconstituées par back-projection du champ d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation...). Grandin et al. GRL 2015

Une telle régularité dans la vitesse de rupture à proximité de Katmandou explique les dégâts relativement modérés dans la ville. En effet, une propagation à vitesse constante génère peu de radiations haute-fréquence potentiellement destructives, car la source principale de ces radiations vient précisément des accélérations ou des décélérations du front de rupture. Des radiations haute-fréquence ont existé lors du séisme de Gorkha, mais sont restées cantonnées sous la haute chaîne (et donc à distance de Katmandou), comme a permis de l'imager une rétro-projection du champ d'onde (Fig. 3).

Cependant, il n'y a pas lieu de penser que ces circonstances relativement favorables seront réunies lors des grands séismes qui, inévitablement, affecteront à nouveau l'arc Himalayen dans l'avenir. De plus, les zones adjacentes au séisme de 2015 pourraient voir leur "réveil" sismique accéléré par les contraintes générées en bord de rupture. La surveillance de la déformation sur le terrain, par mesures satellitaires radar et GPS, montre que la zone s'étendant de Katmandou vers le Sud, qui n'a pas rompu lors du séisme de 2015, accumulait déjà des contraintes tectoniques avant le séisme (Fig. 4). Toutes les informations disponibles à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) indiquent que cette accumulation se poursuit. Le séisme de 2015 étant resté relativement profond et n'ayant pas atteint la surface, le risque sismique lié à cette partie frontale du chevauchement himalayen demeure donc entier.


4- Le couplage intersismique représente la quantité de raccourcissement tectonique (La tectonique (du grec « τ?κτων » ou « tekt?n »...) qui s'accumule chaque année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié...). Une forte valeur (proche de 100%, en rouge) indique que l'accumulation de contraintes s'opère à plein régime, tandis qu'une faible valeur (proche de 0%, en jaune (Il existe (au minimum) cinq définitions du jaune qui désignent à peu près la même...) pâle) signifie que les plaques glissent l'une contre l'autre de façon quasi-continue. Dans le premier cas, des séismes sont nécessaires pour libérer l'énergie accumulée ; dans le second, les contraintes s'accumulent à un rythme très faible voire nul, ce qui diminue, voire annule la probabilité (La probabilité (du latin probabilitas) est une évaluation du caractère probable d'un...) d'occurrence de séismes. Les points bleus représentent la micro-sismicité enregistrée régulièrement dans la zone. La bande de micro-sismicité semble prendre sa source au niveau de la transition entre la partie superficielle du plan de faille, bloquée, et la partie plus profonde, glissant de façon continue et asismique. Le séisme de 2015 semble s'être initié et s'être propagé le long de cette zone de transition, sans toutefois avoir été capable de remonter jusqu'à la surface. Cette carte indique que les zones situées de part et d'autre du séisme de 2015 (à l'Est et à l'Ouest) accumulaient déjà des contraintes avant 2015. Ces parties ont été "chargées" par le séisme de 2015, sous l'effet d'un transfert de contraintes à distance. De même, la partie située au Sud, jusqu'au MFT (en gris), est susceptible de rompre à l'avenir. Grandin et al. GRL 2015
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