Le 12 mai 2008, le tremblement de terre de Wenchuan de magnitude 7,9 a tremblé la Chine centrale, ses tremblements destructeurs se propageant du flanc du Longmen Shan, ou Dragon's Gate Mountains, le long de la marge orientale du plateau tibétain.
Plus de 69 000 personnes sont mortes en cas de catastrophe. On pense que près d'un tiers proviendrait de Geohazards comme les plus de 60 000 glissements de terrain qui se sont précipités sur les pentes des Longmen Shan.
Après plus d'une décennie et demie de travail, les scientifiques ont enfin un compte rendu du sort des débris de glissement de terrain. Les relevés d'un réservoir en aval de l'épicentre ont révélé comment et à quelle vitesse la principale rivière de la région a déplacé ces sédiments, ainsi que l'effet qu'elle avait sur le canal de la rivière lui-même.
Les résultats, publiés dans Naturesuggèrez que les dangers causés par les mégaquaks pourraient durer longtemps après que le sol s'est installé. De plus, ils offrent des informations sur une question fondamentale de la science de la Terre: comment les tremblements de terre construisent-ils des montagnes?
Secouer les montagnes en vrac
Le tremblement de terre de Wenchuan a livré des rochers et des sols dans les ruisseaux et les rivières de la région. Les chercheurs sont intéressés par la quantité de ce matériau qui est emporté par la rivière, connue sous le nom de Flux de sédiments.
Des études de cas antérieures ont révélé que cela se présente en deux variétés: les sédiments en suspension dans la colonne d'eau; et la charge de lit sous la forme d'un matériau grossier – des graviers aux rochers – interdisant et rebondissant le long du fond de la rivière.
« Avant notre travail, les gens se sont principalement concentrés sur les sédiments de très fine taille », a déclaré le premier auteur Gen Li, professeur adjoint au Département des sciences de la Terre de l'UC Santa Barbara. La mesure du flux de sédiments en suspension est relativement simple; Il suffira de collecter des échantillons de l'eau de la rivière. C'est une activité de routine menée par les agences gouvernementales.
Les scientifiques constatent que le flux en suspension des sédiments augmente après les tremblements de terre. Mais ce n'est qu'une partie de l'image.
Il est connu depuis longtemps que la charge de lit transportée par les rivières après des tremblements de terre peut remplir les canaux de la rivière avec des sédiments. L'inondation suit souvent des tremblements de terre, et les scientifiques croient que ce pouls de sédiments libérés par un tremblement de terre est à blâmer. La charge de lit accrue augmente le lit de la rivière, de sorte que la rivière déborde du canal moins profond. Malheureusement, il a été très difficile de faire des mesures directes de ce flux de charge de lit.
Un petit coup de chance au milieu d'une catastrophe
En 2001, la Sichuan Provincial Electric Power Company a commencé à construire le barrage Zipingpu. En 2006, la structure a commencé à mettre la rivière Min, qui draine une partie des montagnes des Longues. Le réservoir est situé à 20 kilomètres en aval de l'épicentre du tremblement de terre de Wenchuan. Par simple hasard, il est devenu le piège des sédiments parfait pour une équipe de géologues curieux.
En collaboration avec le Bureau chinois de l'hydrologie, Li et ses co-auteurs ont commencé à surveiller les sédiments qui coulent dans le réservoir. L'agence surveille le flux de sédiments en suspension chaque jour, mais les scientifiques auraient besoin de plus de données pour caractériser la charge de lit de la rivière.
Cette tâche apparemment simple a nécessité un énorme effort couvrant plus d'une décennie de campagnes sur le terrain. L'équipe a passé des jours sur un bateau à cartographier le bas du réservoir avec sonar. Les changements d'une expédition sur le terrain à la prochaine ont construit un compte rendu de la quantité de sédiments totaux qui s'étaient accumulés dans le réservoir au fil du temps.
Il était alors simple de calculer le flux de charge de lit: soustrayez simplement le flux de charge en suspension du flux de sédiments total.
Résultats importants
L'équipe de recherche a constaté que le flux total des sédiments dans la rivière Min s'est multiplié par six après le tremblement de terre de Wenchuan. Cependant, le composant de charge de lit a augmenté de 20 fois. Cela signifiait que la charge de lit représentait environ 65% des sédiments globaux traversant la rivière après le tremblement de terre. Les valeurs d'environ 20% sont plus typiques des rivières de montagne de cette taille.
Ce résultat n'était pas particulièrement surprenant pour le co-auteur Josh West. Il avait soupçonné que les flux seraient très élevés après un tremblement de terre majeur, avec une quantité importante de transport de charge de lit.
Mais l'équipe n'était pas intéressée uniquement au flux de charge de lit. Ils voulaient également savoir combien de temps il faudrait à la rivière Min pour dégager le pouls du matériel libéré par le tremblement de terre. Le flux élevé a persisté pendant au moins dix ans, jusqu'à la dernière expédition sur le terrain que les auteurs ont pris avant de publier leurs résultats.
« En fait, à partir des données que nous avons collectées jusqu'à présent, il n'y a pas encore de preuve du flux total des sédiments en baisse aux niveaux de fond », a déclaré West, professeur de sciences de la terre à l'Université de Californie du Sud.
Les résultats ont des implications majeures sur la façon dont nous gérons les catastrophes naturelles. « Habituellement, nous pensons que l'influence des tremblements de terre peut durer, au plus, quelques années après le choc principal », a déclaré Li.
« Mais ces données montrent que ce n'est pas vrai. » La cascade de dangers induite par un grand tremblement de terre peut persister beaucoup plus longtemps que les gens ne peuvent s'attendre, peut-être des décennies.
La longue queue des géohazards
Les informations dans cet article aideront les chercheurs et les responsables à comprendre la cascade des dangers qui peuvent survenir après un tremblement de terre majeur. Cela se produit lorsqu'un événement déclenche une séquence entière qui amplifie le danger initial. « Les glissements de terrain déclenchés par le tremblement de terre sont un excellent exemple », a déclaré West.
« Alors que nous nous préparons aux catastrophes naturelles, nous les considérons souvent comme des événements discrets », a-t-il poursuivi. Les coûts et les actions sont encadrés en termes de préparation à cet événement et de gérer ses suites immédiates. « Mais ce qui est laissé de côté, c'est la queue plus longue qui suit. »
Par exemple, il est stupide de reconstruire de la même manière au même endroit, ont déclaré les auteurs. Les risques ne sont pas aussi élevés qu'auparavant; Ils ont en fait augmenté parce que le paysage a changé.
Une rivière arrêtée ne peut pas accueillir la même inondation de 10 ans qu'il pourrait avoir auparavant. Le groupe de West continue d'étudier les risques en cascade des tremblements de terre et d'autres événements similaires dans le cadre d'un groupe croissant de chercheurs travaillant ensemble pour relever ce grand défi.
Petits indices sur les grandes questions
Comprendre le transport des sédiments après des tremblements de terre est également crucial pour répondre à certaines questions fondamentales en géologie. Par exemple, comment les tremblements de terre construisent-ils des montagnes?
En théorie, les tremblements de terre élèvent des montagnes, ce qui les fait grandir. Mais cet article met en évidence comment les tremblements de terre érodent également les montagnes en provoquant des glissements de terrain. Alors, qui domine? Comme tant de réponses en science, cela dépend des détails.
Dans une étude précédente, Li avait mesuré le nombre de glissements de terrain causés par le tremblement de terre de Wenchuan en comparant minutieusement les images satellites des montagnes à longues hommes de avant et après mai 2008.
Dans cet article, il a calculé que cet événement a mobilisé environ 3 kilomètres cubes de matériel. « Cela représente environ la moitié du flux de sédiments de toutes les rivières du monde sur un an », a-t-il déclaré.
Dans le même article, Li a utilisé des observations par satellite publiées par des scientifiques du Bureau français de la recherche géologique et minière pour calculer le volume total de roche soulevé par le tremblement de terre de Wenchuan. Il a constaté que la même quantité de matériau était à peu près ajoutée à la base des montagnes qui s'érodait de ses pentes. Encore une fois, les scientifiques sont confrontés à la question de l'érosion par rapport à l'élévation.
L'analyse précédente de Li n'a cependant capturé que la première partie de l'histoire. Que la montagne pousse ou se rétrécit après un tremblement de terre dépend de la rapidité avec laquelle ses rivières peuvent emporter les débris de glissement de terrain qui en résultent, a expliqué Li. Et leurs nouvelles enquêtes ont révélé que la rivière Min avait déjà emporté 10% de cette masse sur dix ans.
« Le fait que le rythme ait été maintenu pendant dix ans … a été une surprise en soi », a déclaré West. Cependant, il est difficile d'extrapoler de cela dans le futur car le bassin versant évoluera au cours des prochaines décennies, a-t-il ajouté. L'affaire reste une question ouverte.
Il existe de nombreux tremblements de terre dans les montagnes tectoniquement actives, donc les glissements de terrain induits par les tremblements de terre sont un élément majeur de l'érosion dans ces gammes. Cependant, de nombreux facteurs influencent l'équilibre du soulèvement et de l'érosion dans les montagnes à travers le monde. L'eau et la glace, les rivières et les glaciers, même les plantes et les animaux peuvent provoquer une érosion.
Les effets des tremblements de terre sont également nuancés. L'ampleur du séisme, la composition de la roche et la dynamique du bassin versant affectent toutes les résultats.
Li a commencé à enquêter sur ces détails. Il est curieux de savoir pourquoi la proportion de la charge de lit dans la rivière Min était si élevée après le tremblement de terre de 2008. La charge de lit n'est pas si élevée dans toutes les rivières de montagne dans les régions sismiquement actives, a-t-il expliqué. Par exemple, les rivières de l'Himalaya ne semblaient pas ressentir un flux de charge de lit aussi élevé après le tremblement de terre de Gorkha 2015 au Népal.
Répondre à cette question nécessite d'étudier la composition du matériel de glissement de terrain lui-même. Des détails comme le type de roche dont une montagne sont faits peuvent faire une énorme différence dans le nombre de glissements de terrain et la taille des débris, comment les sédiments sont transportés et la rapidité avec laquelle il coule en aval. L'équipe de Li s'efforce de combiner des données sur la taille des grains avec des modèles avancés décrivant comment les particules se comporteront lorsqu'ils parcourent le bassin versant.
En science, les réponses mènent toujours à plus de questions. Et tandis que les auteurs ont pour objectif de résoudre un nouvel ensemble de dilemmes, ils sont très fiers de leurs contributions jusqu'à présent.
Comme West l'a dit, « il est très satisfaisant d'avoir été en mesure de quantifier quelque chose que nous avons eu du mal à quantifier auparavant et qui a un large éventail de pertinence, des dangers aux conséquences à long terme pour comprendre l'évolution de la topographie sur de longues périodes. »
