Les séismes à l’échelle du globe
De façon générale les séismes sont un des témoins de la dissipation de l’énergie interne du globe terrestre. Cette énergie interne est principalement la conséquence de la production de chaleur par les éléments chimiques radioactifs contenus dans les roches (notamment l’uranium, le thorium et le potassium).
En déterminant la localisation des foyers des séismes à partir de l’analyse des ondes sismiques enregistrées aux différentes stations sismologiques, les sismologues ont obtenu, dans le courant du XXe siècle, une vision assez précise de la distribution des séismes à l’échelle globale. Deux caractéristiques remarquables sont rapidement apparues :
- les séismes ne sont pas distribués de façon homogène à la surface du globe,
- les séismes ne sont pas non plus distribués de façon aléatoire, mais ils sont localisés suivant des « ceintures », le plus souvent étroites, dans les océans et plus larges sur les continents. Dans tous les cas, l’essentiel de la surface terrestre ne présente que peu ou pas de séismes.
Dans les années soixante, cette distribution très particulière des séismes a été un des arguments majeurs permettant de démontrer la validité de la tectonique des plaques. En effet, à cette époque les sismologues ont compris que les séismes se localisent principalement dans les zones en limite des plaques de lithosphère. Là, les déplacements relatifs des plaques, convergence ou divergence, produisent des forces qui peuvent dépasser le seuil de résistance des roches et entraîner leur rupture et le glissement le long de failles, générant ainsi des ondes sismiques.
Sur la carte de sismicité on observe que les épicentres des séismes récents se répartissent en trois zones principales :
- la zone péripacifique (pourtour de l’océan Pacifique, principalement en bordure des continents) et la boucle des Antilles, qui représentent 80% de l’activité sismique annuelle,
- dans le domaine océanique : au milieu de l’océan Atlantique, dans l’océan Indien et dans le Pacifique,
- sur une bande large située à la limite des continents Eurasie et Afrique, depuis l’archipel des Açores dans l’océan Atlantique jusqu’à la chaîne de l’Himalaya.
Entre ces zones de concentration de sismicité existent de vastes zones océaniques ou continentales presque entièrement asismiques, comme le Canada, la Sibérie, l’Afrique de l’Ouest, l’Australie, une partie de l’Ouest du continent Américain, le nord de l’Europe et l’essentiel de l’océan Pacifique.
En profondeur, les foyers des séismes sont localisés entre quelques km et environ 700 km. Il n’y en a que très peu au-delà. On distingue ainsi :
- les séismes superficiels à moins de 60 km (qui représentent 95% des séismes enregistrés),
- les séismes intermédiaires de 60 à 300 km,
- les séismes profonds de 300 à 700 km.
Localisation et profondeur des séismes de magnitude supérieure à 5 de 2000 à 2008, à l’échelle du globe, d’après le NEIC – En savoir plus
Vidéo “120 Years of Earthquakes and Their Tsunamis: 1901-2020“(Youtube) – Cette vidéo réalisée à partir des données de l’U.S. Geological Survey (séismes) et de la National Oceanic and Atmospheric Administration (tsunamis) des USA permet de découvrir la répartition et la profondeur des séismes et la formidable progression des détections a fil des années et de l’amélioration des instruments et réseaux d’observation.
Profondeur des foyers des séismes (en jaune) enregistrés au large des îles de la Sonde. La position de la fosse de subduction est indiquée par la flèche rouge. Les foyers des séismes s’alignent suivant un plan incliné dénommé plan de Wadati-Benioff (modifié d’après Wikipedia – En savoir plus).
Les séismes et le déplacement des plaques de lithosphère
La théorie de la tectonique des plaques permet d’expliquer de façon satisfaisante l’activité sismique observée dans les différentes ceintures (ci-dessus). Les alignements des séismes indiquent les limites des plaques. On dénombre ainsi une vingtaine de plaques dont 7 principales. Certaines sont purement océaniques (plaque Pacifique), tandis que d’autres sont océaniques et continentales (plaques Afrique, Eurasie, nord-Amérique…).
Toutes ces plaques se déplacent les unes par rapport aux autres à des vitesses de l’ordre de quelques cm/an** et présentent, entre elles, trois types de limites en fonction du type de mouvement. Ces limites de plaque sont le siège d’une activité sismique caractéristique et plus ou moins intense :
- les limites en divergence : elles correspondent aux dorsales océaniques. Les plaques en présence s’écartent l’une de l’autre et il se forme entre-elles des nouveaux fonds océaniques de façon continue. Les dorsales océaniques sont en relief (-2500 m de profondeur en moyenne) par rapport au fond de l’océan (-4000 m de profondeur en moyenne) et elles sont le siège d’une sismicité intense avec des foyers superficiels et des magnitudes modérées de l’ordre de 5-6.
- les zones de convergence : les plaques se rapprochent l’une de l’autre et cette convergence est accommodée par le passage d’une plaque sous une autre. C’est le processus de subduction. Ces zones sont caractérisées par une fosse sous-marine profonde (entre -6000 à -11 000 m). Les séismes sont superficiels au niveau de la fosse, puis de plus en plus profond à mesure qu’on s’en éloigne. Les foyers s’alignent en profondeur, jusqu’à 700 km, suivant un plan, dénommé plan de Wadati-Benioff (du nom des 2 sismologues qui l’ont mis en évidence dans les années 1930-1940) qui correspond à la zone de concentration de la sismicité en relation avec le glissement des 2 plaques l’une par rapport l’autre (ci-contre). C’est dans ces zones de subduction qu’on a enregistré les séismes les plus forts, de magnitude 8 à 9 (Chili, Japon…).
- les zones de coulissement : elles se caractérisent par des failles décrochantes qui permettent le glissement horizontal entre deux plaques. Ces limites en décrochement sont le siège de séismes superficiels dont les magnitudes peuvent être fortes, jusqu’à 7 ou 8. C’est le cas de la faille nord-Anatolienne, limite la plaque Anatolie et la plaque Eurasie. Elle a produit de forts séismes à proximité d’Istanbul (le séisme d’Izmit en août 1999, magnitude 7,4). On peut citer aussi la faille de San Andreas, qui limite la plaque Pacifique et la plaque Amérique du Nord. C’est une des failles les plus sismique du monde et elle a produit le séisme qui dévasta San Francisco en 1906 (magnitude 7.8).
Une dernière catégorie de séismes figure sur la carte de sismicité globale ci-dessus : ceux qui se trouvent en dehors des limites de plaque, au milieu des océans et des continents. On les appelle des séismes intraplaques et ils ne sont pas complétement expliqués par le déplacement des plaques et les déformations à leurs limites. On en observe en Australie, dans le centre de l’Amérique du Nord et de l’Amérique du Sud, en Chine, en France sismicité France… Ces séismes sont superficiels et peuvent avoir des magnitudes modérées à fortes. Il se localisent le plus souvent sur des failles créées lors d’épisodes de déformation anciens ayant fragilisé la croûte terrestre et qui sont maintenant éloignées des frontières de plaques actuelles. Le territoire français métropolitain, qui est régulièrement secoué par des séismes modérés, est un domaine de sismicité intraplaque typique.