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La tectonique, source des plus grands cataclysmes · PDF file2008-06-27 · les frontières de ces plaques ... Les volcans actifs de la pla-nète, par exemple, ... avec des maxima

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Text of La tectonique, source des plus grands cataclysmes · PDF file2008-06-27 · les...

  • a n n a l e s d e s m i n e s o c t o b r e 2 0 0 5 11

    La Terre est une pla-nte dynamique. Sa surface en perptuel mouvement nous expose des

    catastrophes de plus en plus

    meurtrires en raison de lac-

    croissement exponentiel de

    la population. Douze grandes

    plaques et quelques-unes plus

    petites ne cessent de glisser

    les unes contre les autres,

    des vitesses variant de 1 15

    mtres par sicle. Cest sur

    les frontires de ces plaques

    que se concentre lessentiel

    de la sismicit et du volca-

    nisme mondial. Dans le sicle

    qui vient de scouler, trem-

    blements de terre, ruptions

    de type explosif et tsunamis

    associs ont fait des millions

    de victimes.

    Parmi toutes ces catastrophes,

    les sismes tectoniques, dus

    la rupture des failles, lem-

    portent en puissance et en

    soudainet. Chacun se sou-

    vient de celui du 26 dcembre

    2004 Banda Atjeh-: un glis-

    sement de 10 20 mtres sur

    linterface sparant la plaque

    indienne de lAsie, de 50-km

    de profondeur jusquau fond

    marin, relchant des tensions

    accumules de puis des sicles

    et dclenchant lun des tsu-

    namis les plus dvastateurs

    de lhistoire. Une rupture se

    propageant de Sumatra jus-

    quau nord des les Andaman

    1 200-km en prs de 9

    mi nutes-! , et correspondant

    une magnitude de 9.3. Sans

    doute plus de 400-000 victi-

    mes, si les disparus pouvaient

    tre compts. Nul navait anti-

    cip ce sisme, ni linstant

    de son dclenchement ceci

    chappe encore au savoir-faire

    technique et conceptuel des

    gophysiciens et gologues ,

    ni sa taille. Nul nimaginait,

    ce moment, en cet endroit, la

    possibilit dun tel cataclysme.

    La tectonique, source des plus grands cataclysmes telluriques actuels

    Les grands cataclysmes ont fait, dans le sicle coul, des millions de victimes. Ces phnomnes nous avons, aujourdhui, la capacit de les voir venir, donc le temps et les moyens dagir. Seuls, ou presque, en ltat actuel des connaissances, les grands sismes restent imprvisibles. Pourquoi? Ce que nous savons, ce que nous pouvons faire et comment aller plus loin pour se rapprocher de la prdiction court terme.

    par Paul Tapponnier,Physicien, Laboratoire de tectonique, Institut de physique du globe de Paris

  • Do, pour partie, lampleur

    des destructions.

    Nous sommes aujourdhui

    capables de -voir venir- la

    plupart des grandes catastro-

    phes naturelles.

    Les volcans actifs de la pla-

    nte, par exemple, sont tous

    recenss. Leur comportement

    ruptif, peu prs dchiffr.

    Leurs flancs peuvent tre truf-

    fs dinstruments trs sensi-

    bles (sismomtres, godim-

    tres, etc.), et leur plomberie

    interne ainsi ausculte au jour

    le jour. Les variations chimi-

    ques de leur haleine, analy-

    ses presque en temps rel.

    La monte du magma, qui pr-

    cde lruption, ne se fait en

    gnral pas sans signes que

    lon puisse interprter avant

    quil ne soit trop tard (voir

    article de Claude-Jaupart dans

    ce numro).

    Dans une atmosphre trans-

    parente, constamment scrute

    par les satellites, on voit aussi

    natre temps les grandes

    temptes tropicales, dont on

    peut suivre le trajet dheure en

    heure, et valuer lvolution et

    limpact potentiel.

    Pour ces phnomnes, nous

    avons dsormais le temps et

    les moyens dagir du moins

    en principe. Mais, dans ltat

    actuel des connaissances, les

    grands sismes restent impr-

    visibles. Pourquoi-? Comment

    progresser-?

    Tout mcanicien des roches sait

    pourtant que la rupture brutale

    dun chantillon de granite ou

    de grs dans un essai triaxial,

    en laboratoire, est prcde

    de signes prcurseurs mesu-

    rables. Dforma tion volumi-

    que et fracturation -audible-

    sacclrent. On sait mesurer

    la charge limite dune roche o

    dune surface de faille, tem-

    prature et pression donnes.

    Pour un petit cylindre de gra-

    nite grain fin, temprature

    ambiante et sous une pression

    de confinement de 50-MPa,

    par exemple, la contrainte

    axiale limite avant rupture est

    peu prs dix fois plus grande

    (-500 MPa). Cette rsistance varie peu avec la temprature

    et augmente linairement avec

    la pression, cest--dire avec

    la profondeur dans la partie

    suprieure de la crote, l o

    se dclenchent la plupart des

    sismes. Les fluides prison-

    niers de la roche, leau prin-

    cipalement, diminuent cette

    r sistance-: ils jouent un rle

    affaiblissant que lon sait trs

    bien quantifier. Ces lois sap-

    pliquent presque toutes les

    roches et, fait avantageux,

    dpendent peu de leur min-

    ralogie prcise.

    Comment se peut-il donc que

    nous ne sachions pas encore

    transfrer ces acquis expri-

    mentaux et thoriques aux

    conditions naturelles pour

    voir venir- les sismes, au

    moins les plus grands et meur-

    triers dentre eux-?

    Une premire difficult, parmi

    dautres, est qu linverse dun

    volcan, objet clairement visi-

    ble et circonscrit, une faille

    active (capable dengendrer

    des sismes) est une structure

    subtile, pour lessentiel cache

    en profondeur. Chacun dentre

    nous peut reconnatre un vol-

    can actif. Bien rares sont ceux

    qui reconnaissent une faille

    active lorsquils la traversent.

    Les signes sont tnus-: tout

    au plus quelques irrgularits

    dans le sol ou le relief. On est

    donc bien loin de connatre

    toutes les failles sismognes

    de la plante. Et encore moins

    leur comportement.

    Deuxime difficult, les failles

    qui produisent les grands

    sismes sont de trs grands

    objets-: plusieurs dizaines

    plusieurs centaines de kilom-

    tres de long. Or le sisme se

    dclenche en un -point--: une

    petite rgion, dite focale, do

    la rupture se propage ensuite

    rapidement tout le plan de

    faille. Comment identifier cette

    zone de nuclation avant le

    dclenchement-? O mettre

    des instruments, et en quel nom-

    bre-? Beaucoup, partout, sur

    des centaines de kilomtres de

    longueur-? Une telle stratgie

    est hors datteinte dans la plu-

    part des rgions sismiques du

    monde.

    Une troisime difficult, fon-

    damentale, est quun sisme

    est une instabilit mcanique.

    Les processus de prparation

    r e s p o n s a b i l i t & e n v i r o n n e m e n t

  • ne se manifestent que par des

    variations trs faibles des gran-

    deurs physiques mesurables,

    de surcrot en profondeur. Les

    consquences en surface de

    ces variations sont encore plus

    faibles. Il reste trs difficile

    de mesurer en temps rel des

    variations de deuxime ordre

    (acclrations) des dforma-

    tions et des contraintes tecto-

    niques. Cest lobstacle prin-

    cipal entre terrain et labora-

    toire.

    Ceci tant, des progrs dci-

    sifs, et rapides, sont en cours.

    Ils rsultent de sauts quantita-

    tifs dans les techniques dob-

    servation de la Terre. Science

    trs jeune (-30 ans), la sismo-tectonique (tude des failles

    actives) se situe au point de

    rencontre de trois disciplines

    (gologie, sismologie, et go-

    dsie) et de leurs approches.

    La gologie permet de remon-

    ter le temps et de comprendre

    comment les failles ont rel-

    ch leurs tensions au cours

    des sicles passs-: quels sis-

    mes elles ont produits, et avec

    quelle frquence (palosismo-

    logie). Lapproche gologique

    permet aussi de dterminer les

    vitesses long terme (millnai-

    res) des failles, dont dpen-

    dent crucialement les temps

    de retour des sismes, en

    mesurant lvolution des reliefs

    quelles crent ou dplacent

    (gomorphologie). Godsie

    spatiale et sismologie, dont

    la finesse de perception a t

    dcuple par les progrs ins-

    trumentaux rcents, permet-

    tent de dtecter des variations

    des mouvements superficiels

    et profonds inaccessibles il y

    a seulement dix ans. Certaines

    autres techniques gophysi-

    ques (mesures des variations

    des champs lectrique ou

    magntique) ou gochimiques

    (mesures des variations des

    taux dexhalaison de certains

    gaz) ont aussi leur mot dire.

    Illustrons ces progrs par quel-

    ques exem ples.

    La premire urgence est de

    dchiffrer le comportement

    sismique pass dune faille

    reconnue active. Comme pour

    un volcan, il faut avant tout

    savoir quoi sattendre. Il est

    vital, par exemple, de savoir

    que lhistoire des ruptions du

    Vsuve est faite dalternances

    de phases ruptives conduit

    ouvert, continues mais dam-

    pleur modre, qui durent

    des dcennies ou des sicles,

    spares par des priodes de

    cal me complet conduit ferm,

    qui peuvent aussi durer des si-

    cles, mais dont la fin est mar-

    que par les ruptions les plus

    catastrophiques, dautant plus

    catastrophiques que le repos a

    t long (Pompei en 79-ap. J.-

    C., 1631, entre autres).

    Sur les failles aussi, les sismes

    se reproduisent intervalles

    plus ou moins rguliers, et

    une rgle comparable sappli-

    que-: plus lattente est longue,

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