Tremblements de terre : la science, l'histoire et les séismes les plus puissants du monde

Peu de forces sur Terre égalent la puissance brute d'un séisme majeur. En quelques secondes, le sol sous nos pieds peut se fissurer, se soulever et onduler comme de l'eau. Les villes s'effondrent. Les littoraux changent. Les tsunamis traversent les océans à toute vitesse. Pourtant, les séismes ne sont pas un chaos aléatoire. Ils suivent des schémas régis par le mouvement lent et implacable des plaques tectoniques. Les comprendre est l'une des grandes réalisations de la science moderne et l'un de ses défis permanents les plus urgents.

La science des séismes

La Terre agitée

La Terre n'est pas une boule de roche solide et inerte. Sous la mince croûte sur laquelle nous vivons se trouve le manteau, une vaste couche de roche chaude et semi-plastique qui s'écoule à l'échelle des temps géologiques. Sur ce manteau flottent les plaques tectoniques : d'immenses dalles de croûte et de manteau supérieur qui se déplacent, entrent en collision et se frottent les unes contre les autres depuis des milliards d'années.

Il existe environ 15 plaques tectoniques majeures. Elles se déplacent à des vitesses approximativement comparables à la vitesse de croissance de vos ongles, soit quelques centimètres par an. Lent à l'échelle humaine, mais implacable sur des millions d'années.

Là où les plaques se rencontrent, trois choses fondamentales peuvent se produire. Aux limites convergentes, les plaques entrent en collision et l'une d'elles plonge souvent sous l'autre dans un processus appelé subduction. L'Himalaya a été formé de cette façon, tout comme la chaîne des Andes. Aux limites divergentes, les plaques s'écartent, créant des rifts. La dorsale médio-atlantique en est un exemple classique, et l'Islande est située au-dessus d'elle et est littéralement en train d'être tirée en deux. Aux limites transformantes, les plaques glissent horizontalement les unes contre les autres. La faille de San Andreas en Californie en est l'exemple le plus célèbre au monde.

Les failles et la théorie du rebond élastique

Un séisme commence au niveau d'une faille, une fracture dans la croûte terrestre le long de laquelle la roche s'est déplacée ou est susceptible de se déplacer. La roche de chaque côté d'une faille est soumise à d'énormes contraintes dues aux forces qui animent les plaques. Pendant des années ou des siècles, la friction maintient la faille bloquée. Les contraintes s'accumulent comme un ressort comprimé. Puis, lorsque la contrainte dépasse la résistance par friction de la roche, la faille se rompt soudainement et les deux côtés se projettent vers de nouvelles positions. Il s'agit de la théorie du rebond élastique, formulée pour la première fois par le géologue Harry Fielding Reid après l'étude du séisme de San Francisco de 1906.

Le point souterrain où la rupture commence est appelé hypocentre ou foyer. Directement au-dessus de lui, à la surface, se trouve l'épicentre, le point qui subit généralement les secousses les plus violentes.

Les ondes sismiques

L'énergie libérée par une rupture se propage vers l'extérieur sous forme d'ondes sismiques de plusieurs types.

Les ondes P, ou ondes primaires, sont des ondes de compression qui poussent et tirent la roche dans la direction de leur propagation. Ce sont les ondes sismiques les plus rapides et les premières à arriver à un sismomètre. Le bref intervalle entre l'arrivée des ondes P et les ondes plus destructrices qui suivent est ce qu'exploitent les systèmes modernes d'alerte précoce aux séismes.

Les ondes S, ou ondes secondaires, déplacent la roche perpendiculairement à leur direction de propagation. Elles sont plus lentes que les ondes P, ne peuvent se propager que dans les solides et sont responsables d'une grande partie des secousses latérales qui endommagent les bâtiments.

Les ondes de Love et les ondes de Rayleigh sont des ondes de surface qui se propagent le long de la surface terrestre. Les ondes de Love déplacent le sol horizontalement d'un côté à l'autre. Les ondes de Rayleigh provoquent un mouvement ondulatoire elliptique similaire aux vagues sur l'eau. Les ondes de surface provoquent généralement les secousses les plus prolongées et les dommages les plus importants aux bâtiments.

Mesurer les séismes

La plupart des gens ont entendu parler de l'échelle de Richter, développée par le sismologue Charles Richter en 1935. Elle a été conçue pour comparer la magnitude des séismes dans le sud de la Californie en utilisant un type spécifique de sismographe. Chaque augmentation d'un nombre entier représente environ 31,6 fois plus d'énergie libérée.

Aujourd'hui, les sismologues utilisent principalement l'échelle de magnitude de moment, qui mesure l'énergie totale libérée en fonction de la superficie de la faille qui a rompu, de la quantité de glissement et de la rigidité de la roche. Elle est bien plus précise pour les séismes très importants ou très distants. Lorsque vous entendez que le séisme de Valdivia de 1960 avait une magnitude de 9,5, il s'agit d'une magnitude de moment. La différence entre une magnitude 9,0 et 9,5 représente environ trois fois plus d'énergie libérée.

Les séismes les plus puissants et les plus meurtriers du monde

1556, Shaanxi, Chine : le plus meurtrier jamais enregistré

Le 23 janvier 1556, un séisme frappa la province du Shaanxi, dans le centre de la Chine, tuant environ 830 000 personnes, soit le bilan le plus lourd de tous les séismes de l'histoire enregistrée. La magnitude a été estimée à environ 8,0. Le bilan catastrophique était largement dû à l'architecture de la région : une grande partie de la population vivait dans des habitations troglodytiques creusées dans des falaises de lœss friable. Lorsque le sol trembla, celles-ci s'effondrèrent. Dans certaines zones, 60 pour cent de la population périt.

1906, San Francisco : le signal d'alarme de l'Amérique

À 5 h 12 du matin le 18 avril 1906, une rupture massive le long de la partie nord de la faille de San Andreas déclencha un séisme d'une magnitude estimée à 7,9 sous San Francisco. Les secousses durèrent environ 45 à 60 secondes. Mais ce furent les incendies qui suivirent, allumés par des conduites de gaz brisées et propagés par des conduites d'eau rompues qui laissèrent les pompiers impuissants, qui détruisirent environ 80 pour cent de la ville. Environ 3 000 personnes périrent. La catastrophe influença profondément les normes de construction américaines et l'étude scientifique des séismes.

1960, Valdivia, Chili : le séisme le plus puissant jamais enregistré

Le 22 mai 1960, la côte sud du Chili fut frappée par le séisme le plus puissant jamais enregistré par des instruments, d'une magnitude de 9,5. La rupture s'étendit sur plus de 1 000 kilomètres le long de la zone de subduction chilienne. Les secousses durèrent près de 10 minutes dans certaines zones. Le séisme généra également un tsunami à l'échelle du Pacifique. Les vagues atteignirent Hawaï environ 15 heures plus tard, tuant 61 personnes. Le tsunami frappa le Japon 22 heures après le séisme, tuant 138 personnes. Le bilan total s'éleva à environ 5 700 morts et environ 2 millions de personnes se retrouvèrent sans abri au Chili.

1964, séisme du Vendredi saint, Alaska : le plus puissant d'Amérique du Nord

D'une magnitude de 9,2, le grand séisme d'Alaska de 1964 frappa le 27 mars et demeure le séisme le plus puissant jamais enregistré en Amérique du Nord. La rupture dura environ quatre minutes et provoqua des changements géologiques spectaculaires : certaines zones se soulevèrent de jusqu'à 11,5 mètres tandis que d'autres s'affaissèrent de plus de 2 mètres. Anchorage fut gravement endommagée. Le tsunami qui suivit fit des victimes jusqu'en Californie et en Oregon. Le nombre total de morts s'éleva à environ 131, un chiffre remarquablement faible compte tenu de la magnitude du séisme, en raison de la faible densité de population de l'Alaska.

2004 : séisme de l'océan Indien et tsunami

Le 26 décembre 2004, un séisme de magnitude 9,1 frappa au large de la côte nord de Sumatra, en Indonésie. La rupture s'étendit sur environ 1 200 kilomètres le long de la faille et dura près de 10 minutes. L'énergie libérée était si immense qu'elle fit vibrer mesuralement l'ensemble de la Terre.

Le tsunami qui suivit tua environ 227 898 personnes dans 14 pays, ce qui en fait le tsunami le plus meurtrier de l'histoire enregistrée. Des vagues atteignant jusqu'à 30 mètres de hauteur s'abattirent sur les côtes de l'Indonésie, de la Thaïlande, du Sri Lanka, de l'Inde et de l'Afrique de l'Est. La catastrophe transforma les systèmes mondiaux d'alerte aux tsunamis et la préparation aux catastrophes.

2005 : séisme du Cachemire

Le 8 octobre 2005, un séisme de magnitude 7,6 frappa la région du Cachemire administrée par le Pakistan. Malgré sa magnitude inférieure à celle d'autres événements figurant sur cette liste, le séisme tua environ 87 350 personnes et en blessa plus de 100 000. Le bilan fut alourdi par le terrain montagneux, les bâtiments mal construits et la difficulté d'accès aux villages reculés.

2008, Sichuan, Chine

Le 12 mai 2008, un séisme de magnitude 7,9 frappa la province du Sichuan, dans le centre de la Chine. Près de 70 000 personnes furent tuées et 18 000 autres portées disparues. Une tragédie particulière de cette catastrophe fut l'effondrement de milliers de bâtiments scolaires, des constructions bon marché qui s'écroulèrent tandis que des bâtiments gouvernementaux plus solides situés à proximité résistèrent, suscitant une controverse nationale sur les normes de construction et la corruption.

2010, Haïti : catastrophe dans la nation la plus pauvre de l'hémisphère occidental

Le séisme qui frappa Haïti le 12 janvier 2010 était d'une magnitude de 7,0, et pourtant il tua entre 100 000 et 316 000 personnes estimées et laissa 1,5 million de personnes sans abri. Port-au-Prince, la capitale, fut dévastée. Le bilan humain extraordinaire par rapport à la magnitude modérée du séisme illustre une vérité troublante : la géologie détermine où les séismes frappent, mais la pauvreté, la mauvaise construction et l'insuffisance des infrastructures déterminent le nombre de victimes.

2011, Tohoku, Japon : la triple catastrophe

Le 11 mars 2011, un séisme de magnitude 9,0 frappa au large de la côte pacifique de la région de Tohoku au Japon. Il s'agissait du séisme le plus puissant jamais enregistré au Japon. Le tsunami qui suivit produisit des murs d'eau atteignant jusqu'à 40 mètres de hauteur qui déferlèrent sur plusieurs kilomètres à l'intérieur des terres, anéantissant des villes côtières. Près de 19 747 personnes furent tuées.

Le tsunami submergea également les systèmes de refroidissement de la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi, provoquant la fusion de trois réacteurs, le pire accident nucléaire depuis Tchernobyl. La catastrophe poussa le Japon et d'autres pays du monde entier à reconsidérer leurs politiques en matière d'énergie nucléaire et renforça considérablement la préparation mondiale aux tsunamis.

2015, Népal

Le 25 avril 2015, un séisme de magnitude 7,8 frappa le Népal, suivi d'une importante réplique de magnitude 7,3 le 12 mai. Les séismes tuèrent près de 9 000 personnes et en blessèrent plus de 23 000, dévastant d'anciens temples et des sites du patrimoine mondial de l'UNESCO dans la vallée de Katmandou.

Pourquoi les bilans varient-ils de façon si dramatique ?

L'une des leçons les plus importantes de l'histoire des séismes est que la magnitude seule ne détermine pas le coût humain. Le séisme de Tohoku de 2011, d'une magnitude de 9,0, tua environ 20 000 personnes. Le séisme d'Haïti de 2010, d'une magnitude de 7,0, aurait pu tuer jusqu'à 316 000 personnes. Le séisme d'Haïti libéra environ 700 fois moins d'énergie et pourtant aurait pu tuer 15 fois plus de personnes.

Les variables importantes comprennent la proximité des zones peuplées, la profondeur de l'hypocentre, les normes de construction des bâtiments, la présence et l'efficacité des systèmes d'alerte précoce, ainsi que le niveau de richesse ou de pauvreté des communautés touchées. Les normes de construction strictes du Japon, les populations formées et les systèmes d'alerte précoce ont sauvé d'innombrables vies lors de séismes qui auraient été catastrophiques ailleurs.

Les systèmes d'alerte précoce et l'avenir

Les systèmes d'alerte précoce modernes exploitent les secondes qui s'écoulent entre l'arrivée des ondes P relativement inoffensives et les ondes plus destructrices qui suivent. Le système J-Alert du Japon envoie des alertes sur les téléphones intelligents et les systèmes de sonorisation publics en quelques secondes après la détection d'un séisme significatif. Mexico dispose d'un système d'alerte précoce depuis 1991. Le système ShakeAlert des États-Unis est devenu opérationnel le long de la côte ouest en 2021.

La véritable prédiction des séismes, c'est-à-dire l'indication d'une heure, d'un lieu et d'une magnitude spécifiques avant un événement, reste hors de portée de la science. Ce que les sismologues peuvent faire, c'est une évaluation probabiliste des risques, estimant la probabilité qu'un séisme dommageable se produise dans une région donnée sur une période donnée. Ces évaluations orientent les normes de construction, la planification des situations d'urgence et l'éducation du public dans les régions les plus sismiquement actives du monde.

Le sol continuera de bouger. Ce que nous pouvons changer, c'est notre niveau de préparation lorsque cela se produira.

Sources

Programme des risques sismiques de l'USGS : https://earthquake.usgs.gov

Séismes historiques de l'USGS : https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/browse/significant.php

Centres nationaux d'information environnementale de la NOAA, base de données des séismes significatifs : https://www.ngdc.noaa.gov/hazel/view/hazards/earthquake/search

United States Geological Survey, séisme de San Francisco de 1906 : https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/events/1906calif/18april/

Observatoire de la Terre de la NASA, risques naturels : https://earthobservatory.nasa.gov/natural-hazards

Country Reports, catastrophes naturelles et géographie : https://www.countryreports.org

Centre d'alerte aux tsunamis du Pacifique : https://ptwc.weather.gov

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https://www.countryreports.org