Les séismes les plus importants et les plus destructeurs de la planète se produisent là où deux plaques tectoniques entrent en collision. Dans le cadre de nos nouvelles recherches, publiées aujourd’hui dans Nature Communications, nous avons produit de nouveaux modèles de l’endroit et de la manière dont les roches fondent dans ces zones de collision dans les profondeurs de la Terre.
Cette meilleure connaissance de la répartition des roches fondues nous aidera à comprendre où il faut s’attendre à des tremblements de terre destructeurs.
Quelles sont les causes des tremblements de terre?
Les séismes géants, comme le séisme de magnitude 9,0 en 2011 qui a provoqué la catastrophe nucléaire de Fukushima, ou le séisme de magnitude 9,1 en 2004 qui a provoqué le tsunami du lendemain de Noël, se produisent dans les zones de collision entre deux plaques tectoniques. Dans ces zones dites de subduction, une plaque glisse sous l’autre.
La plaque qui s’enfonce agit comme un énorme tapis roulant, transportant les matériaux de la surface vers les profondeurs de la Terre. Les tremblements de terre se produisent là où la plaque s’enlise; la tension s’accumule jusqu’à ce qu’elle finisse par se relâcher rapidement. Les fluides et les roches en fusion dans le système lubrifient les plaques, les aidant à glisser les unes sur les autres et empêchant les gros tremblements de terre de se produire.
Que se passe-t-il lorsque la boue des océans se retrouve à l’intérieur de la Terre?
Mon collègue Michael Förster et moi-même nous sommes intéressés à ce qu’il advient des sédiments lorsqu’ils sont entraînés dans les profondeurs de la Terre dans une zone de subduction. Ces sédiments commencent sous la forme d’épaisses couches de boue au fond de l’océan, mais ils sont entraînés dans les profondeurs de la Terre comme une partie de la plaque qui s’enfonce.
Michael a pris un échantillon de boue prélevé au fond de l’océan et l’a chauffé jusqu’aux températures et pressions élevées qu’il connaîtrait dans une zone de subduction. Il a constaté que les sédiments fondent et réagissent ensuite avec les roches environnantes, formant le minéral phlogopite et aussi des fluides salins.
Une énigme résolue
Les modèles géophysiques des zones de subduction nous permettent de cartographier exactement où se trouvent les roches et les fluides en fusion. Ces mesures sont comme des rayons X de l’intérieur de la Terre, ce qui nous aide à observer des endroits que nous ne pourrions pas voir autrement.
Nous nous sommes particulièrement intéressés aux modèles de la conductivité électrique des zones de subduction. En effet, les fluides et la roche en fusion que nous avons examinés sont plus conducteurs d’électricité que la roche environnante. Les modèles des zones de subduction ont longtemps été énigmatiques, car ils montrent que la Terre est très conductrice dans des régions où les gens ne s’attendaient pas à voir beaucoup de fluides et de roches en fusion.
La fonte des sédiments des fonds marins permet aux plaques tectoniques de glisser les unes sur les autres sans créer de séismes majeurs. Selway & Forster, auteur a fourni
J’ai calculé la conductivité électrique de la phlogopite, des sédiments fondus et des fluides produits lors des expériences et j’ai constaté qu’ils correspondaient extrêmement bien aux modèles géophysiques. Cela prouve bien que ce que nous voyons dans les expériences se passe sur la Terre réelle, et nous permet de calculer où se trouvent les roches et les fluides en fusion dans les zones de subduction du monde entier.
Comprendre où les grands tremblements de terre sont susceptibles de se produire
Les tremblements de terre géants ne sont pas susceptibles de se produire dans les parties de la zone de subduction où les sédiments fondent. Tous les produits de la fusion – la roche en fusion elle-même, les fluides salins et même le minéral phlogopite – aident les deux plaques à glisser l’une sur l’autre sans provoquer de grands tremblements de terre.
Nous avons comparé nos modèles avec les emplacements des tremblements de terre dans les zones de subduction le long de la côte ouest des États-Unis. Nous avons constaté qu’il n’y avait pas de grands séismes là où les sédiments fondent, mais le mouvement des fluides provenant des sédiments fondus pourrait expliquer certains petits séismes non destructeurs et des signaux de tremblement très faibles là où les deux plaques glissent facilement l’une sur l’autre.
Les tremblements de terre nous rappellent de manière tangible que nous vivons sur une planète active et que, sous nos pieds, d’énormes forces font couler, fondre et se heurter les roches. Prévoir avec précision les tremblements de terre sera un objectif permanent des géoscientifiques pour les décennies à venir.
Il faut un travail de détective complexe pour tisser tous les petits fils d’information que nous avons sur les processus qui se produisent si profondément dans la Terre que nous ne pourrons jamais les voir ou les échantillonner. Nos résultats ne sont qu’un nouveau fil dans ce puzzle. Nous espérons qu’ils contribueront à ce qu’un jour les gens soient à l’abri des risques de tremblement de terre.
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