La zone de subduction de Cascadia, l'un des principaux dangers de la Terre, devient plus visible

Au large des côtes du sud de la Colombie-Britannique, de l'État de Washington, de l'Oregon et du nord de la Californie, se trouve une bande de 600 milles de long où le fond de l'océan Pacifique plonge lentement vers l'est sous l'Amérique du Nord. Cette zone, appelée zone de subduction de Cascadia, héberge une méga-faille de chevauchement, un endroit où les plaques tectoniques se déplacent les unes contre les autres de manière très dangereuse.

Les plaques peuvent périodiquement se bloquer et créer des contraintes sur de vastes zones, pour finalement être relâchées lorsqu'elles finissent par s'écraser les unes contre les autres. Le résultat : les plus grands tremblements de terre au monde, secouant les fonds marins et les terres, et générant des tsunamis d'une hauteur de 100 pieds ou plus.

Une telle faille au large du Japon a provoqué la catastrophe nucléaire de Fukushima en 2011. Des zones similaires existent, entre autres, au large de l’Alaska, du Chili et de la Nouvelle-Zélande. À Cascadia, on estime que de grands séismes se produisent environ tous les 500 ans, à quelques centaines près. La dernière s'est produite en 1700.

Les scientifiques travaillent depuis longtemps à comprendre les structures et la mécanique souterraines de la zone de subduction de Cascadia, afin de délimiter les endroits les plus susceptibles aux séismes, leur ampleur et les signes avant-coureurs qu'ils pourraient produire. Il n’existe pas de prédiction d’un tremblement de terre ; les scientifiques tentent plutôt de prévoir les probabilités de plusieurs scénarios, dans l’espoir d’aider les autorités à concevoir des codes de construction et des systèmes d’alerte afin de minimiser les dégâts lorsque quelque chose se produit.

Une nouvelle étude promet de faire progresser considérablement cet effort. Un navire de recherche remorquant une série d'instruments géophysiques les plus récents sur presque toute la zone a produit la première étude complète des nombreuses structures complexes sous le fond marin. Ceux-ci incluent la géométrie de la plaque océanique descendante et des sédiments sus-jacents, ainsi que la composition de la plaque nord-américaine dominante. L'étude a été publiée dans la revue Avancées scientifiques.

“Les modèles actuellement utilisés par les agences publiques étaient basés sur un ensemble limité de données anciennes et de mauvaise qualité datant des années 1980”, a déclaré Suzanne Carbotte, géophysicienne marine à l'observatoire terrestre Lamont-Doherty de l'université de Columbia, qui a dirigé la recherche. “La méga-poussée a une géométrie beaucoup plus complexe qu'on ne le pensait auparavant. L'étude fournit un nouveau cadre pour l'évaluation des risques de tremblement de terre et de tsunami.”

Les données ont été recueillies au cours d'une croisière de 41 jours en 2021 par le navire de recherche de Lamont, le Marcus G. Langseth. Les chercheurs à bord du navire ont pénétré le fond marin avec de puissantes impulsions sonores et ont lu les échos, qui ont ensuite été convertis en images, un peu de la même manière que les médecins créent des scans intérieurs du corps humain.

Une découverte clé : la zone de failles de méga-chevauchement n’est pas seulement une structure continue, mais est divisée en au moins quatre segments, chacun potentiellement quelque peu isolé des mouvements des autres. Les scientifiques débattent depuis longtemps pour savoir si les événements passés, y compris le séisme de 1700, ont rompu la zone entière ou seulement une partie de celle-ci – une question clé, car plus la rupture est longue, plus le séisme est important.

Les données montrent que les segments sont divisés par des éléments enfouis, notamment de grandes failles, où les côtés opposés glissent les uns contre les autres perpendiculairement au rivage. Cela pourrait aider à amortir les mouvements sur un segment se traduisant par le suivant.

“Nous ne pouvons pas dire que cela signifie définitivement que seuls des segments isolés vont se rompre, ou que tout va définitivement se rompre en même temps”, a déclaré Harold Tobin, géophysicien à l'Université de Washington et co-auteur de l'étude. “Mais cela améliore la preuve qu'il existe des ruptures segmentées.”

Les images suggèrent également les causes de la segmentation : le bord rigide de la plaque continentale nord-américaine dominante est composé de nombreux types de roches différentes, formées à des moments différents sur plusieurs dizaines de millions d'années, certaines étant plus denses que d'autres. Cette variété dans les roches continentales amène la plaque océanique entrante, plus souple, à se plier et à se tordre pour s'adapter aux différences de pression sus-jacente. À certains endroits, les segments descendent à des angles relativement raides, à d'autres à des angles peu profonds.

Les chercheurs se sont concentrés sur un segment en particulier, qui s'étend du sud de l'île de Vancouver jusqu'à l'État de Washington, pour se terminer plus ou moins à la frontière de l'Oregon.

La topographie souterraine des autres segments est relativement accidentée, avec des caractéristiques océaniques telles que des failles et des monts sous-marins subduits frottant contre la plaque supérieure – caractéristiques qui pourraient éroder la plaque supérieure et limiter la distance dans laquelle tout séisme peut se propager dans le segment, limitant ainsi la taille du séisme. En revanche, le segment Vancouver-Washington est plutôt fluide. Cela signifie qu’il est plus susceptible de se rompre sur toute sa longueur d’un coup, ce qui en fait potentiellement la section la plus dangereuse.

Dans ce segment également, le fond marin s'enfonce sous la croûte continentale selon un angle faible par rapport aux autres segments. Dans les autres segments, la majeure partie de l'interface sismique entre les plaques se trouve au large, mais ici l'étude a révélé que l'angle de subduction peu profond signifie qu'elle s'étend probablement directement sous la péninsule olympique de Washington. Cela pourrait amplifier les secousses terrestres.

“Cela nécessite beaucoup plus d'études, mais pour des endroits comme Tacoma et Seattle, cela pourrait faire la différence entre alarmant et catastrophique”, a déclaré Tobin.

Un consortium d'agences étatiques et fédérales et d'institutions universitaires s'est déjà penché sur les données depuis qu'elles sont devenues disponibles pour en trier les implications.

Quant au risque de tsunami, c'est « encore un travail en cours », a déclaré Kelin Wang, chercheur scientifique à la Commission géologique du Canada qui n'a pas participé à l'étude.

Le groupe de Wang utilise les données pour modéliser les caractéristiques du fond marin au large de l'île de Vancouver qui pourraient générer des tsunamis. (En général, un tsunami se produit lorsque les fonds marins profonds montent ou descendent lors d'un séisme, envoyant une vague à la surface qui concentre son énergie et prend de la hauteur à mesure qu'elle atteint les eaux côtières moins profondes.) Wang a déclaré que ses résultats seraient transmis à un autre groupe qui modélise eux-mêmes les tsunamis, puis à un autre groupe qui analyse les risques terrestres.

Des évaluations pratiques susceptibles d'affecter les codes du bâtiment ou d'autres aspects de la préparation pourraient être publiées dès l'année prochaine, affirment les chercheurs. “Il y a ici beaucoup plus de complexité qu'on ne le pensait auparavant”, a déclaré Carbotte.