Comment se forment les tremblements de terre, comment ils sont mesurés et ce que la tectonique des plaques explique

Les tremblements de terre sont une partie routinière du comportement de la couche externe de la Terre, non une anomalie aléatoire ou imprévisible. Selon l'United States Geological Survey (USGS), la croûte terrestre est divisée en grandes pièces, appelées plaques tectoniques, qui se déplacent lentement, glissent les unes sur les autres et entrent en collision. La plupart des tremblements de terre se produisent le long de failles — des lignes de fracture dans la roche — localisées à ou près des limites entre ces plaques.

Qu'est-ce qui se passe vraiment sous terre

L'USGS décrit le processus comme un mécanisme en trois étapes connu sous le nom de rebond élastique. Premièrement, à mesure que les plaques tectoniques se déplacent, les bords rugueux et dentelés d'une faille se coincent l'un contre l'autre même si le reste de la plaque continue de se déplacer, de sorte que le stress et l'énergie s'accumulent dans la roche environnante. Deuxièmement, une fois que la force accumulée dépasse finalement le frottement qui maintient les bords de la faille ensemble, la roche glisse soudainement. Troisièmement, l'énergie emmagasinée est libérée vers l'extérieur sous forme d'ondes sismiques, qui font trembler le sol — le tremblement de terre que les gens ressentent.

L'activité sismique se présente souvent en séquences. L'USGS note que des trembles plus petits appelés foreshocks peuvent précéder un mainshock plus grand, bien qu'ils ne soient identifiés comme des foreshocks qu'en rétrospective, et que les aftershocks — des tremblements plus petits suivant le mainshock — peuvent continuer pendant des semaines, des mois ou même des années. Malgré cette compréhension de la mécanique, l'USGS affirme clairement que les scientifiques ne peuvent pas prédire quand un tremblement de terre se produira, même dans les zones où ils savent que les tremblements de terre sont probables.

Trois types de limites de plaques, trois types de tremblements de terre

Les plaques tectoniques interagissent de trois façons distinctes, et chacune produit un schéma de tremblement de terre différent, selon l'exploration océanique de la NOAA et l'USGS. Aux limites divergentes, les plaques s'éloignent et le magma remonte pour former une nouvelle croûte océanique ; les tremblements de terre y sont courants, avec la Dorsale médio-atlantique comme exemple. Aux limites convergentes, les plaques entrent en collision — l'une glissant souvent sous l'autre — produisant de puissants tremblements de terre ainsi que des chaînes de montagnes, des fosses océaniques profondes et des chaînes volcaniques, un schéma visible autour de la Ceinture de feu du Pacifique. Aux limites de transformation, les plaques glissent latéralement l'une contre l'autre sans créer ni détruire de croûte, générant des tremblements de terre par friction ; la faille de San Andreas en Californie en est l'exemple type.

Comment les sismologues enregistrent et mesurent un tremblement de terre

Les tremblements de terre sont détectés à travers un réseau sismographique mondial, dans lequel chaque station mesure le mouvement du sol sur son propre site, explique l'USGS. L'instrument principal est un sismomètre — généralement un pendule ou une masse montée sur un ressort — logé dans un sismographe qui enregistre les vibrations lorsque la roche glisse et que l'énergie rayonne vers l'extérieur en ondes à partir de l'épicentre.

Les sismologues distinguent entre deux mesures distinctes. La magnitude décrit la taille du tremblement de terre à sa source et est le même nombre peu importe d'où elle est mesurée. L'intensité, mesurée sur l'échelle de Mercalli modifiée, décrit le tremblement et les dégâts ressentis à un endroit spécifique, qui change selon la distance de la source et les conditions locales du sol.

Échelle de Richter par rapport à la magnitude de moment

L'échelle de magnitude que la plupart des gens connaissent — l'échelle de Richter — a été développée par Charles Richter dans les années 1930 pour mesurer les tremblements de terre en Californie du Sud en utilisant des stations sismographiques à proximité ; elle était techniquement connue sous le nom de ML, pour 'magnitude locale', selon l'USGS. Elle mesure le plus grand mouvement, ou amplitude, enregistré sur un instrument spécifique appelé sismographe Wood-Anderson.

À mesure que les réseaux sismographiques se sont étendus dans le monde, les chercheurs ont découvert que la méthode de Richter n'était valide que pour certaines plages de fréquence et de distance, et elle ne pouvait pas enregistrer correctement les ondes de plus basse fréquence produites par les plus grands tremblements de terre — une limitation connue sous le nom de saturation. Les sismologues ont ensuite introduit l'échelle de magnitude de moment (Mw), qui selon l'USGS est basée sur la quantité physique de 'moment' — la quantité de glissement sur la faille multipliée par la surface de la faille qui a glissé — la rendant valide sur toute la gamme des tailles de tremblements de terre. L'USGS signale maintenant les magnitudes des tremblements de terre en utilisant la magnitude de moment.

Quelle est la fréquence des tremblements de terre ?

Les tremblements de terre sont beaucoup plus fréquents que la plupart des gens le réalisent. Le Centre national d'information sur les tremblements de terre de l'USGS localise environ 12 000 à 14 000 tremblements de terre chaque année. L'IRIS (Incorporated Research Institutions for Seismology) note que le nombre de tremblements de terre détectés a augmenté au fil du temps principalement parce que les réseaux de sismomètres sont devenus plus sensibles, pas parce que les tremblements de terre eux-mêmes sont devenus plus fréquents.

Parce que l'échelle de magnitude de moment est logarithmique, l'IRIS affirme que pour chaque étape complète vers le haut en magnitude, le nombre annuel de tremblements de terre enregistrés dans le monde diminue d'environ un facteur de dix, tandis que l'énergie libérée augmente d'environ un facteur de trente.

Pourquoi c'est important

Comprendre que les tremblements de terre sont le sous-produit prévisible du mouvement continu des plaques — plutôt que des événements isolés et inexplicables — est la base des cartes de risque, des codes de construction et des systèmes d'alerte précoce utilisés dans le monde entier. Le cadre de limite de plaque de l'USGS et de la NOAA explique également pourquoi certaines régions, comme la Ceinture de feu du Pacifique ou la zone de la faille de San Andreas, connaissent des tremblements de terre à plusieurs reprises au cours du temps géologique, même si aucun événement individuel ne peut être prédit à l'avance.