Comment la chaleur a suralimenté un séisme exceptionnel au Chili

Un séisme qui défie les règles

On sait que les séismes profonds à l’intérieur de la Terre suivent généralement des règles physiques bien établies. La chaleur, la pression et la plasticité des roches forment une sorte de garde-fou, empêchant les grandes ruptures de s’étendre trop loin. Pourtant, en juillet 2024, un puissant tremblement de terre dans le nord du Chili est venu bousculer des idées longuement ancrées sur le comportement des séismes en profondeur.

Un processus caché, alimenté par la chaleur, a permis à la rupture de voyager plus profondément et plus vite que prévu, libérant une énergie bien supérieure à ce que les modèles standards autorisent. C’est une véritable énigme qui a mobilisé les scientifiques.

Le 19 juillet 2024, un séisme de magnitude 7,4 a frappé près de Calama, dans le nord du Chili. Les secousses ont endommagé des bâtiments et perturbé l’électricité. Le Chili est familier des tremblements de terre, mais la plupart des événements destructeurs se produisent près de la surface. Calama était différent : la rupture a commencé bien plus bas, à l’intérieur même d’une plaque tectonique qui s’enfonce. Une vraie curiosité géologique, vous ne trouvez pas ?

Le contexte chilien et l’énigme de la profondeur

Pour comprendre, il faut regarder la carte. Le Chili est situé le long d’une zone de subduction, là où la plaque Nazca glisse sous le continent sud-américain. Ce mouvement constant le long des frontières des plaques génère des séismes fréquents. D’ailleurs, en 1960, le centre du Chili a connu le plus fort séisme jamais enregistré : un méga-séisme de subduction de magnitude 9,5. Des événements colossaux.

Généralement, les séismes chiliens les plus destructeurs se forment près des limites des plaques, à de faibles profondeurs. Mais celui de Calama, lui, s’est produit à l’intérieur même de la plaque océanique, à environ 125 kilomètres (soit 78 miles) de profondeur. À de telles profondeurs, les secousses ressenties en surface sont habituellement plus faibles. Calama a cassé ce schéma, et c’est ce qui a intrigué les chercheurs de l’Université du Texas à Austin. Leurs résultats, publiés dans Nature Communications, se sont concentrés sur la physique de la rupture elle-même, et pas seulement sur les dégâts en surface.

Les mécanismes profonds : de la déshydratation à l’emballement thermique

Les séismes entre 70 et 300 km de profondeur (43 à 186 miles) sont dits « intermédiaires ». À ces profondeurs, la chaleur et la pression empêchent normalement la rupture brutale des roches. Pendant des décennies, on a relié ces séismes à un mécanisme appelé fragilisation par déshydratation. En gros, quand une plaque océanique froide plonge, des minéraux comme la serpentine, qui contiennent de l’eau dans leur structure, la relâchent sous l’effet de la température et de la pression croissantes. Cette eau augmente la pression dans les roches, fragilise les liaisons minérales et permet une rupture soudaine.

Les études en labo montrent que ce processus fonctionne bien en dessous d’environ 650°C (1200°F). Au-delà, les roches se comportent comme des solides mous et résistent à la cassure. Les scientifiques pensaient donc que la rupture devait s’arrêter près de cette frontière thermique. Une règle simple, logique.

Sauf que Calama a tout remis en cause. Les analyses sismiques ont révélé que la rupture a voyagé environ 50 km (31 miles) plus profond que prévu, atteignant des zones plus chaudes que 650°C. Comment est-ce possible ? Les chercheurs ont identifié un second mécanisme : l’emballement thermique par cisaillement. Pendant la rupture, les frottements intenses génèrent une chaleur extrême le long des failles. Cette chaleur affaiblit encore plus la roche alentour, créant une boucle de rétroaction vicieuse : un glissement plus rapide crée plus de chaleur, et plus de chaleur permet un glissement encore plus rapide. La rupture s’accélère au lieu de s’arrêter.

« C’est la première fois qu’on voit un séisme de profondeur intermédiaire défier les postulats, en se propageant d’une zone froide vers une zone vraiment chaude, et à des vitesses bien plus élevées », explique Zhe Jia, professeur assistant de recherche. « Cela indique que le mécanisme est passé de la fragilisation par déshydratation à l’emballement thermique. »

Le déroulement de la rupture et ses implications majeures

Les données sismiques ont montré que la rupture ne s’est pas faite en un seul mouvement fluide. Elle s’est plutôt produite par une série de sous-événements qui se sont activés les uns après les autres. Les premiers segments de rupture ont commencé vers 125 km de profondeur, dans le noyau froid de la plaque. Les segments suivants ont atteint des profondeurs proches de 170 km (106 miles), s’enfonçant loin dans les régions plus chaudes.

Fait intéressant : les premiers segments n’ont libéré qu’une petite fraction de l’énergie totale, mais ont produit beaucoup de répliques. Les segments ultérieurs, ceux de l’emballement thermique, ont libéré la majeure partie de l’énergie et ont produit moins de répliques. Ce comportement colle à la théorie, car l’échauffement intense dissipe les contraintes résiduelles qui auraient normalement déclenché des répliques. La rupture s’est principalement propagée vers le bas le long d’un plan de faille abrupt, et sa vitesse moyenne a atteint environ 4,2 km par seconde (2,6 miles par seconde), une vitesse proche de celle des ondes de cisaillement, ce qui est rare pour un séisme intermédiaire.

Les modèles thermiques de la zone de subduction chilienne ont confirmé le rôle-clé de la température. Ils montrent que les noyaux froids de la plaque restent relativement minces. La longueur de la rupture a dépassé l’épaisseur de ce noyau froid, la forçant à se propager dans des régions plus chaudes. D’autres minéraux comme la chlorite ou le talc libèrent aussi de l’eau, mais en plus faible quantité et à plus basse température. Une fois dans le chaud, la déshydratation seule ne pouvait plus expliquer la poursuite de la rupture. L’emballement thermique est l’explication logique.

Et ça change tout pour l’évaluation des risques. « Le fait qu’un autre grand séisme soit en retard au Chili a motivé la recherche et le déploiement de nombreux sismomètres pour surveiller la région », note le professeur Thorsten W. Becker. Calama prouve que les séismes profonds peuvent activer des zones autrefois jugées trop chaudes pour rompre. Les modèles de risque sismique doivent désormais tenir compte des effets combinés de la déshydratation et de l’emballement thermique. Autoriser ces transitions de mécanisme augmente la taille potentielle des séismes et l’intensité des secousses.

Une fenêtre sur les profondeurs et un avertissement

Au final, ce séisme de Calama nous offre une fenêtre rare sur les processus cachés des profondeurs terrestres. Il souligne à quel point des conditions extrêmes, qu’on croyait stabilisantes, peuvent encore produire des séismes puissants grâce à des mécanismes comme l’emballement thermique. Comprendre ces processus pilotés par la chaleur cachée n’est pas qu’une curiosité académique. C’est crucial pour améliorer les prévisions sismiques, concevoir des infrastructures plus résilientes et affiner la planification des secours.

La Terre nous rappelle qu’elle a encore des surprises dans son sous-sol. Cette étude, publiée dans Nature Communications, est un pas de plus pour décrypter son langage, parfois violent. On pensait connaître les limites, mais l’événement chilien nous montre qu’il faut parfois réviser nos cartes, et surtout, nos certitudes.

Selon la source : earth.com

Ce contenu a été créé avec l’aide de l’IA.