Comment se forment les tremblements de terre : la tectonique des plaques, le stress et les ondes sismiques expliqués

La croûte terrestre est un puzzle en mouvement

Selon l'U.S. Geological Survey (USGS), la couche externe de la Terre est divisée en grandes pièces appelées plaques tectoniques qui s'emboîtent comme un puzzle. Ces plaques se déplacent constamment, lentement — glissant l'une sur l'autre, l'une sur l'autre ou l'une sous l'autre. La plupart des tremblements de terre de la planète se produisent aux frontières où ces plaques se rencontrent, car c'est là que les failles — des fractures de la croûte — se concentrent.

Les plaques elles-mêmes se déplacent rarement en douceur. L'USGS explique que le frottement aux bords d'une faille cause que la roche se coince, même si le reste de la plaque continue de se déplacer. Ce décalage est le point de départ de chaque tremblement de terre tectonique.

Comment le stress s'accumule le long d'une faille

Alors qu'une faille est bloquée par le frottement, la croûte environnante se plie et se déforme élastiquement, comme un ressort sous tension. Selon l'USGS, ce stress est stocké dans la roche tandis que la faille reste bloquée. Plus la faille reste bloquée longtemps, plus la contrainte s'accumule — cela peut se produire sur des années dans certaines zones ou sur des siècles dans d'autres.

L'USGS prend la faille de San Andreas en Californie comme exemple fonctionnel de ce processus. La plaque du Pacifique se déplace vers le nord-ouest par rapport à la plaque nord-américaine à environ deux pouces (environ 5 cm) par an, selon l'USGS, et la faille elle-même s'étend sur plus de 650 miles (environ 1 050 km) et s'étend sur plus de 10 miles (16 km) de profondeur. Le long de certaines sections, les plaques se déplacent régulièrement et produisent de fréquents petits tremblements ; ailleurs, elles restent bloquées pendant de longues périodes, accumulant le stress qui est finalement libéré lors d'un grand tremblement de terre.

Le moment de la rupture : hypocentre et épicentre

Lorsque le stress accumulé dépasse enfin le frottement maintenant une faille ensemble, la roche se rompt et libère l'énergie stockée vers l'extérieur sous forme d'ondes sismiques, selon l'USGS. Le point souterrain où la rupture commence est l'hypocentre ; le point à la surface directement au-dessus est l'épicentre — l'emplacement généralement signalé dans la couverture médiatique.

L'USGS note que des tremblements plus petits appelés foreshocks peuvent précéder la rupture principale, tandis que les répliques — des tremblements de terre plus petits le long de la même faille — peuvent continuer pendant des jours à des années après que la croûte environnante s'ajuste à la nouvelle distribution du stress.

Comment l'énergie libérée se propage : les ondes sismiques

L'énergie libérée à l'hypocentre se propage vers l'extérieur dans plusieurs types d'ondes distincts, chacun ayant une vitesse et un comportement différents. L'USGS compare le modèle de propagation à des ondulations sur un étang, tandis que Caltech's Science Exchange divise les ondes en deux grandes classes : les ondes de corps, qui se déplacent dans l'intérieur de la Terre, et les ondes de surface, qui se déplacent le long du sol.

L'USGS compare le décalage entre les ondes P et S au délai entre voir un éclair et entendre un coup de tonnerre : plus l'intervalle de temps entre les deux arrivées à une station sismique est grand, plus le tremblement de terre s'est produit loin. Caltech note que les ondes de surface — les ondes Love et Rayleigh — arrivent en dernier mais sont généralement les plus destructrices car elles transportent plus d'énergie près de la surface, où se trouvent les bâtiments et les infrastructures.

Où et à quelle profondeur les tremblements de terre se produisent

L'USGS déclare que les tremblements de terre se produisent dans la croûte ou le manteau supérieur, dans une gamme de profondeur allant de la surface à environ 800 kilomètres (environ 500 miles). Caltech's Science Exchange rapporte qu'environ 80 % des plus grands tremblements de terre du monde se produisent le long de la ceinture sismique circum-Pacifique, souvent appelée la « Ceinture de Feu », qui trace les limites des plaques autour de l'océan Pacifique.

Tous les tremblements de terre ne sont pas d'origine tectonique. Caltech's Science Exchange énumère également les tremblements de terre volcaniques, les tremblements de terre d'effondrement et les tremblements de terre liés aux explosions comme d'autres catégories reconnues, et note que des activités telles que la fracturation ou l'élimination des eaux usées ont occasionnellement été liées à des événements sismiques induits plus petits dans certaines régions.

Comment les scientifiques mesurent ce qui s'est passé

Parce que les failles sont généralement trop profondes pour être observées directement, l'USGS explique que les sismologues s'appuient plutôt sur les enregistrements de sismographes. Une ligne courte et ondulée sur un sismogramme indique un petit tremblement de terre, tandis qu'une longue ligne ondulée indique un plus grand — la longueur de l'ondulation est liée à la taille de la faille qui s'est rompue, et son amplitude est liée à la distance que la roche a glissé.

• Les tremblements de terre commencent lorsque le stress sur une faille bloquée dépasse le frottement qui la maintient en place (USGS).
• L'hypocentre est le point souterrain de rupture ; l'épicentre est le point à la surface directement au-dessus (USGS).
• Les ondes P arrivent en premier et compressent la roche dans la direction du déplacement ; les ondes S arrivent en second et ne se déplacent que dans les solides (USGS, Caltech).
• Les ondes de surface — les ondes Love et Rayleigh — arrivent en dernier mais causent généralement les dégâts structuraux les plus importants (Caltech).
• Environ 80 % des plus grands tremblements de terre se produisent le long de la « Ceinture de Feu » circum-Pacifique (Caltech).