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Au large des côtes méridionales de la Colombie-Britannique, de Washington, de l'Oregon et du nord de la Californie, il existe une bande longue de 965 kilomètres où le plancher océanique du Pacifique subducte progressivement vers l'est sous l'Amérique du Nord. Cette zone, appelée Zone de Subduction de Cascadia, abrite une faille de mégachevauchement, un endroit où les plaques tectoniques se déplacent l'une contre l'autre de manière très dangereuse. Les plaques peuvent périodiquement se bloquer et accumuler du stress sur de vastes zones - pour finalement être libéré lorsqu'elles finissent par se heurter.
Le résultat : les plus grands séismes du monde, secouant à la fois les fonds marins et la terre, et générant des tsunamis de 30 mètres de haut ou plus. Une telle faille au large du Japon a provoqué la catastrophe nucléaire de Fukushima en 2011. Des zones similaires existent au large de l'Alaska, du Chili et de la Nouvelle-Zélande, entre autres. On pense que de grands séismes surviennent environ tous les 500 ans, plus ou moins deux cents ans. Le dernier s'est produit en 1700.
Les scientifiques travaillent depuis longtemps pour comprendre les structures et mécanismes souterrains de la Zone de Subduction de Cascadia, afin de délimiter les endroits les plus susceptibles aux séismes, leur ampleur potentielle et les signes avant-coureurs qu'ils pourraient produire. Il n'existe pas de prédiction des tremblements de terre ; les scientifiques tentent plutôt de prévoir les probabilités de multiples scénarios, espérant aider les autorités à concevoir des codes de construction et des systèmes d'alerte pour minimiser les dégâts lorsque quelque chose se produit.
Une étude récemment publiée promet de faire grandement avancer cet effort. Un navire de recherche remorquant un ensemble des derniers instruments géophysiques le long de presque toute la zone a produit la première étude complète des nombreuses structures complexes sous le plancher océanique. Cela inclut la géométrie de la plaque océanique descendante et des sédiments sus-jacents, ainsi que la composition de la plaque nord-américaine chevauchante. L'étude a récemment été publiée dans la revue Science Advances.`
Les modèles actuellement utilisés par les organismes publics étaient basés sur un ensemble limité de données anciennes et de mauvaise qualité des années 1980 », a déclaré Suzanne Carbotte, géophysicienne marine à l’Observatoire de la Terre Lamont-Doherty de l’Université Columbia, qui a dirigé la recherche. "Le méga-chevauchement a une géométrie beaucoup plus complexe que ce que l’on pensait auparavant. L’étude fournit un nouveau cadre pour l’évaluation des risques de tremblement de terre et de tsunami.
Grâce au financement de la National Science Foundation des États-Unis, les données ont été recueillies lors 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 comme la façon dont les médecins créent des scans intérieurs du corps humain.
Une découverte clé : la zone de faille de mégachevauchement n’est pas seulement une structure continue, mais est divisée en au moins quatre segments, chacun potentiellement isolé contre les mouvements des autres. Les scientifiques ont longtemps débattu de la question de savoir si les événements passés, y compris le tremblement de terre de 1700, ont rompu toute la zone ou seulement une partie de celle-ci – une question clé, car plus la rupture est longue, plus le tremblement de terre est important.
Les données montrent que les segments sont divisés par des éléments enfouis, y compris de grandes failles, où les côtés opposés glissent les uns contre les autres perpendiculairement au rivage. Cela peut aider à empêcher le mouvement d’un segment de se traduire par le suivant. « Nous ne pouvons pas dire que cela signifie définitivement que seuls segments vont se rompre, ou que tout va disparaître en même temps », a déclaré Harold Tobin, géophysicien à l’Université de Washington et co-auteur de l’étude. « Mais cela renforce la preuve qu’il y a des ruptures segmentées. »
L’imagerie suggère également les causes de la segmentation : le bord rigide de la plaque continentale nord-américaine est composé de nombreux types de roches différentes, formées à différents moments sur plusieurs dizaines de millions d’années, certaines étant plus denses que d’autres. Cette variété dans les roches continentales fait plier et tordre la plaque océanique entrante, plus souple, 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 part du sud de l’île de Vancouver le long de l’État de Washington et se termine plus ou moins à la frontière de l’Oregon. La topographie souterraine d’autres segments est relativement accidentée, avec des caractéristiques océaniques telles que des failles et des monts sous-marins subduits qui se frottent contre la plaque supérieure – des caractéristiques qui pourraient éroder la plaque supérieure et limiter la propagation d’un tremblement de terre à l’intérieur du segment, limitant ainsi la taille du séisme. En revanche, le segment Vancouver-Washington est assez lisse. Cela signifie qu’il peut être plus susceptible de se rompre sur toute sa longueur à la fois, ce qui en fait potentiellement la section la plus dangereuse.
Également dans ce segment, le fond marin subduit sous la croûte continentale à un faible angle 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 le faible angle de subduction signifie qu’il s’étend probablement directement sous la péninsule olympique de Washington. Cela pourrait amplifier les secousses sur terre. « 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.
Grâce au financement de l’U.S. Geological Survey, 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 trier les implications.
Quant au risque de tsunami, il s’agit « toujours d’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 M. 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 le fond marin profond se déplace vers le haut ou vers le bas pendant un tremblement de terre, envoyant une vague à la surface qui concentre son énergie et prend de l’altitude lorsqu’elle atteint des eaux côtières moins profondes.) Wang a déclaré que ses résultats seraient transmis à un autre groupe qui modélise les tsunamis eux-mêmes, puis à un autre groupe qui analyse les dangers sur terre.
Des évaluations pratiques qui pourraient affecter les codes du bâtiment ou d’autres aspects de la préparation pourraient être publiées dès l’année prochaine, disent les chercheurs. « Il y a beaucoup plus de complexité ici que ce que l’on avait laissé entendre auparavant », a déclaré M. Carbotte.
