L’eau sous nos pieds pourrait précipiter les séismes au rythme des saisons

Les séismes sont l’une des manifestations de la dynamique terrestre. Ils sont la réponse à un chargement de contraintes sur les roches qui composent la lithosphère. Cette enveloppe terrestre, constituée de la croûte et de la partie supérieure du manteau, est en effet rigide et se découpe en de nombreuses plaques qui bougent les unes par rapport aux autres sous l’effet des forces qui animent le manteau terrestre sous-jacent.

Ces mouvements induisent nécessairement des contraintes, principalement (mais pas uniquement) au niveau des limites de plaques. Les roches possédant une certaine résistance, cette contrainte va s’accumuler jusqu’à atteindre un seuil de rupture. À ce moment-là, une partie de l’énergie accumulée au fil du temps va être libérée d’un coup sous la forme d’un train d’ondes mécaniques se propageant dans toutes les directions. C’est la rupture sismique, ou séisme.

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Libérées des forces de friction qui empêchaient leur mouvement, les plaques vont alors pouvoir bouger – cela peut-être de seulement quelques centimètres ou de plusieurs mètres – remettant ainsi les contraintes à zéro. Puis le chargement recommence, marquant le début d’un nouveau cycle sismique.

Rupture de faille visible en surface après le séisme de février 2023 en Turquie. © Suzi, Adobe Stock

Activité sismique : une influence saisonnière

La charge tectonique et la résistance des roches sont donc les facteurs principaux influençant le déclenchement des séismes. Mais d’autres forces naturelles semblent également jouer un rôle, certes secondaires, mais à prendre en considération.

Une nouvelle étude montre ainsi l’impact que peuvent avoir les dynamiques hydrologiques et climatiques sur l’activité sismique. Une équipe de chercheurs a observé l’activité sismique enregistrée dans plusieurs régions de Californie entre 2006 et 2022.

Pour rappel, cet État de l’Ouest américain est l’une des régions présentant l’un des aléas sismiques les plus forts au monde en raison de la présence de grands systèmes de failles actives, la plus connue étant celle de San Andreas. La région se trouve en effet au niveau d’une limite de plaques transformante : les plaques Nord-Américaine et Pacifique sont ici en contact et coulissent l’une par rapport à l’autre. Ces contraintes sont capables de produire de très puissants séismes dans une région particulièrement peuplée.

Contexte tectonique de la côte Pacifique des États-Unis. On y voit la faille de San Andreas. © USGS, domaine public

Les données sismiques ont été comparées aux changements saisonniers des niveaux des nappes souterraines. Les résultats montrent une claire corrélation entre les deux jeux de données.

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Dans le nord de la Californie, les épisodes de fluctuations du niveau des nappes, en lien avec les précipitations saisonnières, sont associées avec une augmentation de l’activité sismique de plus de 10 % !

L’effet de la variation hydrologique n’est toutefois pas instantané : les chercheurs notent en effet un décalage entre les variations du niveau des nappes et le pic de l’activité sismique. Celui-ci se produit environ deux semaines après. Mais comment expliquer ce lien ?

Les variations de pression de l’eau peuvent déstabiliser l’équilibre des contraintes

L’eau présente dans le sous-sol exerce une pression sur les roches. Or, dans un contexte tectonique où les roches sont déjà quasiment au seuil de rupture, une toute petite variation de cette pression peut déstabiliser le schéma de contrainte et entraîner une rupture « prématurée ».

La pression interstitielle (eau présente dans les pores des roches) est le facteur influençant le plus la contrainte effective, c’est-à-dire le degré de friction qui bloque la faille. Plus la pression de fluide est importante, plus la contrainte effective diminue et plus la faille peut glisser facilement, produisant un séisme.

Les résultats de cette étude, publiés dans la revue Science Advances, aident à construire de meilleurs modèles de nucléation des séismes et révèlent le fort impact que peut avoir la dynamique hydrologique saisonnière, mais aussi celle liée aux activités humaines. L’étude met en effet en évidence la façon dont le pompage de fluides (eau ou pétrole) peut affecter l’activité sismique d’une région.