150424 arton1526 4553cUne étude sur l’enregistrement marin des séismes vient d’être publiée dans la revue Geology. Elle a été réalisée dans le cadre d’une coopération franco-algérienne entre le Laboratoire Domaines Océaniques (LDO), l’unité de recherche Géosciences Marines de l’IFREMER de Brest, le laboratoire Géoazur à Nice Sophia Antipolis, ainsi que le Centre de recherche en Astronomie, Astrophysique et Géophysique (CRAAG) et la compagnie SONATRACH en Algérie. Cette approche originale, basée sur l’analyse et la datation des turbidites, permet d’évaluer la régularité des cycles sismiques sur plusieurs milliers d’années à la frontière entre les plaques Afrique et Eurasie.

Elle met en évidence une corrélation temporelle remarquable avec la distribution de paléoséismes sur une grande faille sismogénique à terre. La découverte de cycles irréguliers (2 séries de ruptures proches séparées par des silences de plus de 1500 ans) amène à réévaluer l’aléa sismique de l’ouest Méditerranéen et fournit un cadre nouveau pour comprendre le comportement des failles actives.

Holocene turbidites record earthquake supercycles at a slow-rate plate boundary - Geology, first published on February 27, 2015, doi:10.1130/G36170.1

1- Le contexte

A. Problématique :

A proximité des limites de plaques, les grands tremblements de terre restent malheureusement imprévisibles, comme nous l’ont montré les événements récents en Indonésie (2004, 2005), en Haïti (2010) et au Japon (2011). Un enjeu primordial pour l’évaluation du risque sismique est de caractériser l’irrégularité temporelle du cycle sismique (répétition de grands séismes en un lieu donné), ce qui requiert de disposer de séries temporelles longues. Il est connu que le temps moyen de retour des grands séismes augmente quand la vitesse relative entre plaques est faible (quelques millimètres par an). Or, l’irrégularité temporelle du cycle sismique est particulièrement forte dans les zones à déformation lente, là où les archives historiques (quelques centaines d’années ou exceptionnellement un ou deux millénaires dans les sites riches en archives historiques tels que la Méditerranée) sont justement trop limitées en durée. Une approche paléosismologique est donc particulièrement cruciale dans ce contexte pour obtenir des enregistrements longs et connaître les variations du cycle sismique.

B. Contexte régional :

L’étude réalisée est située sur la marge Algérienne, limite convergente diffuse entre l’Afrique et l’Eurasie, à déformation lente (3 à 6 mm/an). Elle a subi des séismes particulièrement destructeurs en 1954 (M 6.7), 1980 (M 7.3), et 2003 (M 6.8). Ces évènements ont été suivis par des ruptures de câbles sous-marins, témoignant de la genèse de puissantes « avalanches sédimentaires » (courants de turbidité) déclenchées par ces secousses et atteignant les grands fonds (Figure 1).

GR1

Figure 1 : Marge Nord-Algérienne dans la zone des séismes d’Orléansville et El Asnam.
Les lignes et étoiles rouges représentent les câbles sous-marins et leurs ruptures après le séisme de 1954.
Les cercles représentent la localisation des carottes présentées dans le détai
l.

2- La démarche

Les turbidites comme marqueurs de la paléosismicité
L’approche classiquement utilisée pour établir des séries temporelles longues est l’analyse des ruptures passées le long de failles à l’affleurement par des tranchées. Cette approche se heurte à des limites importantes, comme l’accessibilité parfois difficile des failles, l’amortissement des ruptures co-sismiques vers la surface, ou des séries temporelles souvent limitées en durée. Or, des mouvements co-sismiques forts sont connus pour générer des instabilités sédimentaires donnant lieu à des glissements sous-marins et/ou à des courants de densité (courants de turbidité) qui descendent les marges continentales. Les courants de turbidité peuvent être enregistrés par des dépôts spécifiques (turbidites) que l’on identifie dans les carottes sédimentaires. Ces dépôts co-sismiques représentent des volumes supérieurs à ceux générés par des phénomènes climatiques (crues, tempêtes…), et les déclenchements se produisent sur des zones très étendues, dans des systèmes sédimentaires indépendants. L’analyse fine de la chrono-stratigraphie des turbidites à partir de carottes sédimentaires localisées dans des systèmes sédimentaires distincts permet par ailleurs de corréler ces dépôts et d’argumenter ainsi un déclenchement co-sismique.
Les carottes au large de l’Algérie ont été analysées par des outils de pointe utilisant des méthodes de radiographies rayons X, mesures des propriétés physiques (densité, susceptibilité magnétique), granulométrie laser, géochimie des éléments majeurs (XRF) (Figure 2). Des datations 14C des sédiments ont été effectuées sur des foraminifères planctoniques provenant des dépôts de sédimentation continue (hémipélagites) intercalés entre les turbidites

GR2

Figure 2 : (A) Corrélation des turbidites (jaune) à travers les carottes après identification et datation (dates 14C en rouge).
Les différents types de dépôts sont discriminés en utilisant l’imagerie Rx, les proprités physiques, la composition chimique (B), ainsi que le granoclassement (C).

3- Les résultats 

une série temporelle « terre-mer » de 8 000 ans révélant des cycles irréguliers répétés

A- Les données terre-mer et les datations
Huit carottes prélevées au large de la zone des séismes de 1954 et 1980, au cours des campagnes océanographiques Maradja (2003 et 2005) et Prisme (2007) ont été étudiées. Trois ont été retenues pour des questions de qualité de l’enregistrement sédimentaire permettant un calage chronostratigraphique satisfaisant. Les résultats montrent entre 10 et 25 turbidites holocènes selon les carottes (Figure 2). L’origine co-sismique des turbidites a pu être démontrée grâce à la corrélation des dépôts sur plusieurs carottes (Figure 2) prélevées dans des sites distants et avec des sources sédimentaires indépendantes (Figure 1). Les dépôts non corrélés ont ainsi été écartés. L’âge des événements corrélés a été comparé aux données paléosismiques (Figure 3) obtenues sur la faille majeure d’El Asnam à terre : aux incertitudes de datation près, les 8 paléoruptures sont synchrones de 8 turbidites corrélées (Figure 3). Il en résulte l’établissement d’une série temporelle de treize forts séismes (magnitude > 6,5) au cours des derniers 8 000 ans.

GR3

Figure 3 : Série temporelle de séismes du segment de Kramis sur la marge Algérienne.
Les barres de couleurs représentent les incertitudes des turbidites observées sur chaque carotte,
les barres noires celles de l’étude paléosismique à travers la faille d’El Asnam à terre.
Les bandes roses sont les intervalles d’intersection entre carottes. L’événement E1 représente le séisme de 1980 (M 7.3).
Noter la répartition bimodale en « clusters » (C1 à C3) séparés par des périodes de quiescence (Q1 et Q2),
impliquant deux « supercycles » sismiques.

 B- Interprétation « supercycles » sismiques et synchronisme entre failles.

Les récurrences sismiques identifiées montrent clairement une distribution bimodale : 3 « clusters » d’événements avec des récurrences moyennes de 300±150 à 600±350 ans, séparés par 2 périodes de quiescence de 1600±500 ans sans séisme majeur sur aucune faille de la zone. Cette observation révèle une organisation en « supercycles » sismiques, c’est-à-dire de longues périodes sans séismes (accumulation de contraintes ?) contrastant avec des séquences de grands séismes rapprochés dans le temps (déchargement de contraintes ?). Elle implique aussi une quasi-synchronisation des ruptures sur les failles actives voisines de cette partie de la marge algérienne. De tels « supercycles » ont été observés le long de zones de subduction caractérisées par des vitesses de convergence rapides, mais une telle observation en contexte lent est très rare.


 C- Implications sur l’aléa sismique

Ces résultats ont des implications directes sur l’estimation de l’aléa sismique, puisque l’occurrence de séismes historiques proches dans le temps pourrait indiquer une période de relaxation des contraintes et augmenterait l’aléa, tandis qu’un séisme majeur très reculé dans le temps indiquerait une période de quiescence au niveau d’aléa plus faible. Ce mode d’occurrence en « supercycles » amène ainsi à réexaminer la pertinence de certains modèles d’estimation des aléas sismiques.

Holocene turbidites record earthquake supercycles at a slow-rate plate boundary - Geology, first published on February 27, 2015, doi:10.1130/G36170.1

 

Article paru à l’INSU le 24 avril 2015
Article paru Fondation Sophia Antipolis du 27 avril 2015

 

Contacts chercheurs :

Gueorgui Ratzov : Géoazur (UNS-CNRS-OCA-IRD)


Jacques Déverchère et Nathalie Babonneau  : Laboratoire Domaines Océaniques (IUEM-UBO-CNRS)

Antonio Cattaneo : IFREMER Institut Carnot EDROME – Unité Géosciences Marines