En mars 2011, le séisme de magnitude 9,0 des Tohoku a frappé au large de la côte nord-est de Honshu, au Japon. Les secousses violentes ont duré environ six minutes et ont déclenché un tsunami massif, qui a finalement fait plus de 18 000 morts.
Mais 15 minutes après le choc principal, quelque chose de étrange s’est produit. Des chercheuses et chercheurs dirigés par Sunyoung Park, professeure associée au Département des Sciences géophysiques de l’Université de Chicago, inspectaient les enregistrements GPS du séisme de Tohoku lorsqu’ils remarquèrent un déplacement du sol vers l’est, en paliers, sur l’ensemble du territoire japonais, pouvant atteindre jusqu’à 6 millimètres.
« Nous étions plutôt perplexes, car habituellement ces signaux de décalage apparaissent lors d’un séisme, mais il n’y avait aucun séisme connu correspondant à ce timing », a déclaré Park à Gizmodo. Ce qui était aussi inhabituel, expliquait-elle, était que le déplacement se produisait de manière uniforme sur tout le pays, tout à la fois, et sur plusieurs frontières tectoniques.
Dans une étude publiée aujourd’hui dans la revue Science, Park et ses collègues ont analysé ce déplacement et proposé une explication possible. Leurs résultats suggèrent que le séisme de Tohoku a généré une énorme onde sismique qui a voyagé profondément à l’intérieur de la Terre, rebondi sur le noyau et est revenue à la surface 13 minutes après le choc principal, poussant tout le pays vers l’est en direction de la fosse du Japon. À leur connaissance, il s’agit de la première observation connue d’un phénomène sismique déclenché par ce type d’onde.
Enquête sur un déplacement sismique
Lorsque des tremblements de terre surviennent, ils génèrent des ondes sismiques qui rayonnent dans toutes les directions à partir de l’épicentre. Le mouvement du sol provient principalement des ondes de surface, mais les séismes produisent aussi des ondes ScS qui s’enfoncent sous la surface, se reflètent sur le noyau terrestre, puis remontent à la surface.
À mesure que les ondes ScS gagnent en profondeur dans l’intérieur de la Terre, elles perdent de l’énergie. Cela pourrait expliquer pourquoi les chercheurs n’avaient pas observé ce type de signal auparavant — ces ondes s’éteignent généralement avant de rebondir vers la surface, a expliqué Park. Mais le séisme de Tohoku était si puissant que son onde ScS a survécu au trajet aller-retour de 3 600 miles (5 800 kilomètres) jusqu’au noyau et retour. À son retour, elle aurait encore conservé suffisamment d’énergie pour réactiver la frontière tectonique et provoquer le déplacement vers l’est.
Park et ses collègues ont aussi envisagé la possibilité que le déplacement puisse résulter directement du choc principal lui-même. Par exemple, le séisme aurait pu continuer à libérer de l’énergie plus longtemps que prévu ou déclencher un glissement sous-marin qui aurait provoqué le déplacement. Cependant, ces hypothèses ne pouvaient expliquer le mouvement vers l’est que près de la zone du choc principal, et pas sur l’ensemble du Japon, selon Park. De plus, l’onde ScS a été clairement détectée à des stations à travers le Japon, suivie par le déplacement vers l’est.
Une nouvelle menace sismique émerge
Les résultats changent notre compréhension des risques liés aux grands séismes. Bien après l’arrêt des secousses, les ondes ScS peuvent revenir à la surface et déclencher un nouvel événement sismique, ce qui peut mener à plus de répliques ou à des ruptures supplémentaires à d’autres endroits, a expliqué Park.
« C’est quelque chose que nous ne savions pas vraiment auparavant », a-t-elle ajouté.
Mesurer l’impact de cette onde ScS sur l’ensemble du Japon suggère déjà que ces ondes peuvent avoir une portée étendue, mais l’étude a été limitée par l’absence de données GPS offshores. Il est possible que le déplacement vers l’est se soit étendu au-delà de la longueur du Japon, a déclaré Park. Elle et ses collègues se demandent aussi si ce type d’événement s’est produit à d’autres zones de subduction, comme la faille de San Andreas dans l’Ouest des États-Unis, mais la disponibilité des données pourrait limiter les études dans ce domaine également.
Il est impossible de savoir quand frappera le prochain grand séisme, mais approfondir notre compréhension de leurs mécanismes et de leurs risques peut améliorer la préparation. Quinze ans plus tard, les sismologues continuent d’apprendre du séisme de Tohoku. Leurs enseignements pourraient aider à prévenir une tragédie similaire au Japon et dans d’autres régions du monde où les activités sismiques sont intenses.
