Les tremblements de terre évoquent souvent des images de destruction, de la Terre s’ouvrant et modifiant les paysages. Mais après un tremblement de terre, la zone qui l'entoure subit une période de déformation post-sismique, au cours de laquelle les zones qui ne se sont pas brisées subissent de nouvelles contraintes en raison du changement soudain de l'environnement. Une fois qu’il s’est adapté à ce nouveau stress, il atteint un état de récupération.
Les géologues ont souvent pensé que cette période de rétablissement était un processus continu et sans heurts. Mais une étude du MIT publiée récemment dans Science a trouvé des preuves que même si la guérison se produit rapidement à faible profondeur – environ au-dessus de 10 km – les profondeurs plus profondes se rétablissent plus lentement, voire pas du tout.
« Si vous regardiez avant et après la croûte peu profonde, vous ne verriez aucun changement permanent. Mais il y a ce changement très permanent qui persiste au milieu de la croûte », explique Jared Bryan, étudiant diplômé au Département des sciences de la Terre, de l'atmosphère et des planètes (EAPS) du MIT et auteur principal de l'article.
Les autres auteurs de l'article comprennent le professeur William Frank de l'EAPS et Pascal Audet de l'Université d'Ottawa.
Tout sauf les tremblements de terre
Afin de mieux comprendre le comportement de la croûte avant, pendant et après une séquence sismique, les chercheurs ont examiné les données sismiques des tremblements de terre de Ridgecrest de 2019 en Californie. Cette zone de faille immature a connu le plus grand tremblement de terre de l'État depuis 20 ans, et des dizaines de milliers de répliques au cours de l'année suivante. Ils ont ensuite supprimé les données sismiques créées par la séquence et n’ont examiné que les ondes générées par d’autres activités sismiques dans le monde pour voir comment leurs trajectoires à travers la Terre ont changé avant et après la séquence.
« Le signal d'une personne est le bruit d'une autre personne », explique Bryan. Ils ont également utilisé le bruit ambiant général provenant de sources telles que les vagues océaniques et le trafic, également captés par les sismomètres. Ensuite, en utilisant une technique appelée fonction de récepteur, ils ont pu voir la vitesse des ondes au fur et à mesure de leur déplacement et comment elle changeait en raison des conditions de la Terre telles que la densité et la porosité des roches, de la même manière que nous utilisons le sonar pour voir comment les ondes acoustiques changent lorsqu'elles interagissent avec des objets. Avec toutes ces informations, ils ont pu construire des cartes de base de la Terre autour de la zone de faille de Ridgecrest avant et après la séquence.
Ce qu’ils ont découvert, c’est que la croûte peu profonde, s’étendant sur environ 10 km dans la Terre, s’est rétablie en quelques mois. En revanche, les profondeurs plus profondes de la croûte moyenne n'ont pas subi de dommages immédiats, mais ont plutôt changé au cours de la même période de temps à mesure que les profondeurs peu profondes se rétablissaient.
« Ce qui était surprenant, c'est que la guérison dans la croûte peu profonde ait été si rapide, et que cette accumulation complémentaire se produise, non pas au moment du tremblement de terre, mais plutôt au cours de la phase post-sismique », explique Bryan.
Équilibrer le budget énergétique
Comprendre comment la récupération se déroule à différentes profondeurs est crucial pour déterminer comment l'énergie est dépensée au cours des différentes parties du processus sismique, qui comprend des activités telles que la libération d'énergie sous forme de vagues, la création de nouvelles fractures ou le stockage élastique de l'énergie dans les zones environnantes. Dans l’ensemble, c’est ce qu’on appelle collectivement le bilan énergétique, et c’est un outil utile pour comprendre comment les dommages s’accumulent et se rétablissent au fil du temps.
Ce qui reste flou, ce sont les délais auxquels les profondeurs plus profondes se rétablissent, voire pas du tout. L’article présente deux scénarios possibles pour expliquer pourquoi cela pourrait se produire : un dans lequel la croûte profonde se rétablit sur une échelle de temps beaucoup plus longue que celle observée, ou un autre dans lequel elle ne se rétablit jamais du tout.
« Ni l'un ni l'autre ne correspond à ce à quoi nous nous attendions », déclare Frank. « Et les deux sont intéressants. »
Des recherches plus approfondies nécessiteront davantage d’observations pour dresser un tableau plus détaillé et voir à quelle profondeur le changement devient plus prononcé. En outre, Bryan souhaite examiner d'autres domaines, tels que les failles plus matures qui connaissent des niveaux d'activité sismique plus élevés, pour voir si cela modifie les résultats.
« Nous vous ferons savoir dans 1 000 ans s'il a été récupéré », explique Bryan.
