L E S S U B D U C T I O N S , Z O N E S À R I S Q U E SSerge Lal<strong>le</strong>mandGéodynamicienOn sait aujourd’hui que la sub<strong>du</strong>ction est un processus terrestre <strong>qui</strong> entraîneen profondeur des plaques lithosphériques et compense l’expansion desfonds océaniques. La <strong>sur</strong>face de notre planète reste ainsi constante. Il a falluattendre la fin des années 1960 pour que la moisson d’observations géophysiques<strong>du</strong> fond des océans témoigne de la naissance de la croûte océanique<strong>aux</strong> dorsa<strong>le</strong>s. À partir de là, tout est allé très vite. <strong>Les</strong> plaques océaniquescréées <strong>aux</strong> dorsa<strong>le</strong>s devaient forcément plonger quelque part ! Le lien fut faitavec la découverte trente ans plus tôt, par <strong>le</strong> Japonais Wadati, de séismes profondsà la périphérie des océans. La théorie de la « tectonique des plaques »était née, révolutionnant notre approche de la dynamique terrestre ! Au premiermodè<strong>le</strong> global de Xavier Le Pichon en 1968, décrivant <strong>le</strong> mouvement desplaques à la <strong>sur</strong>face <strong>du</strong> globe, a succédé une frénésie salutaire d’explorationocéanographique. Américains, Soviétiques et Européens ont rapidement dessiné<strong>le</strong>s grandes lignes des marges actives, ainsi nommées à cause de l’intenseactivité sismique <strong>qui</strong> <strong>le</strong>s caractérise. Depuis une trentaine d’années,d’autres nations sont entrées dans la course, dont <strong>le</strong> Japon, <strong>qui</strong> disposeaujourd’hui des outils d’exploration <strong>le</strong>s plus performants. La France aussi <strong>qui</strong>,la première, conçut un submersib<strong>le</strong> pour descendre à plus de 6 000 mètres etdont <strong>le</strong>s premières plongées eurent lieu dans la fosse de Porto Rico en 1984.Dans <strong>le</strong>s années 1980, <strong>le</strong>s questions que l’on se posait au sujet des zones desub<strong>du</strong>ction portaient <strong>sur</strong> <strong>le</strong>urs structures profondes, la manière dont étaient générés<strong>le</strong>s séismes et <strong>le</strong> rô<strong>le</strong> des fluides, ce qu’il advenait des sédiments engouffrésdans <strong>le</strong>s grandes fosses et l’importance <strong>du</strong> recyclage de matière dans <strong>le</strong> manteaudû à la sub<strong>du</strong>ction, la profondeur atteinte par <strong>le</strong>s plaques lithosphériques,ou encore la source <strong>du</strong> magma des volcans typiques de ces régions.Traquer <strong>le</strong>s plaques enfouiesÀ l’échel<strong>le</strong> <strong>du</strong> globe, <strong>le</strong>s ondes émises par <strong>le</strong>s séismes lointains permettent decartographier des anomalies de vitesse dans <strong>le</strong> manteau – on par<strong>le</strong> de tomographiesismique – <strong>qui</strong> nous renseignent <strong>sur</strong> <strong>le</strong> devenir des plaques plongeantes.Ainsi, certaines atteignent la base <strong>du</strong> manteau, tandis que d’autres semb<strong>le</strong>ntstagner entre 400 et 600 kilomètres. S’agissant des sub<strong>du</strong>ctions, voirprofond revient à remonter dans <strong>le</strong> temps, un peu à la manière des astronomesavec <strong>le</strong>urs té<strong>le</strong>scopes sauf que ceux des géophysiciens sont tournés vers l’intérieurde la Terre et s’appel<strong>le</strong>nt des sismomètres. <strong>Les</strong> vingt dernières années ontainsi livré une moisson d’images permettant de reconstituer <strong>le</strong> bal<strong>le</strong>t des plaques.Risque sismique majeurParallè<strong>le</strong>ment et plus près de la <strong>sur</strong>face, <strong>le</strong>s scientifiques scrutent dans <strong>le</strong>moindre détail <strong>le</strong>s zones de sub<strong>du</strong>ction à l’origine des séismes <strong>le</strong>s plus destructeurs.Celui de Sumatra, en décembre 2004, combiné à un gigantesquetsunami, a coûté la vie à plus de 220 000 personnes. Il faut savoir que plus de90 % de l’énergie sismique est dissipée <strong>le</strong> long des frontières de plaquesen sub<strong>du</strong>ction.6 7
llllllllllllllll2 - L E S A B Y S S E STERRE, PLANE TE MYSTERIEUSEU Cette image sous-marine de la fosse deSumatra prise lors de la campagne Sumatra-Aftershocks en 2005 montre bien à gauche(cou<strong>le</strong>ur verdâtre) <strong>le</strong> prisme de sédiments plissés<strong>sur</strong> <strong>le</strong> fond océanique par l'enfoncement de laplaque indienne sous l'Indonésie. On comprend,à voir ce paysage tourmenté, que nos montagnespuissent présenter des plis, des fractures.▲▲ ▲▲ ▲▲ll▲lll▲ ▲ll l▲ ▲l llI<strong>le</strong> Siberut▲l l l l▲l▲▲ ▲Rétro-chevauchement côtierGlissement▲ ▲ ▲ ▲▲▲BassinPiggyback▲▲lllll l▲ll lll▲lCanyon▲l l lll llll lllll lll ll lll ll l l lll ll ll l l▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲▲▲▲▲▲l lRétro-chevauchement principallll ll ll▲ll▲▲▲ ▲▲▲Glissement▲l llll lSurrection▲ ▲▲ ▲ ▲u Vue sous-marine <strong>du</strong> flanc ouest de l'î<strong>le</strong> Siberut.<strong>Les</strong> traits rouges signa<strong>le</strong>nt <strong>le</strong>s fail<strong>le</strong>s chevauchantesassociées à la sub<strong>du</strong>ction de la plaque indienne sousl'Indonésie. <strong>Les</strong> traits noirs avec barbu<strong>le</strong>s délimitent<strong>le</strong>s zones de glissements de terrain <strong>du</strong>s au séisme deSumatra (2004).Il y a deux raisons à cela : <strong>le</strong> frottement de deux plaques « froides » et l’extensionde la <strong>sur</strong>face de contact. Mettons de côté <strong>le</strong>s séismes « profonds » ou« intermédiaires » d’un type bien particulier. Pour qu’il y ait séisme à l’interfaceentre <strong>le</strong>s plaques, il doit y avoir frottement, et pour cela, la température des rochesne doit pas excéder 350 à 450 °C, parce que, au-delà, el<strong>le</strong>s deviennent <strong>du</strong>cti<strong>le</strong>s.Par ail<strong>le</strong>urs, la magnitude d’un séisme dépend de l’extension de la ruptureet de la quantité de glissement. <strong>Les</strong> zones de sub<strong>du</strong>ction offrent à la fois lacontinuité nécessaire à la propagation de la rupture – 1600 kilomètres depuisSumatra jusqu’en Birmanie <strong>le</strong> 26 décembre 2004 – et la bonne gamme de températuresgrâce <strong>aux</strong> plaques <strong>qui</strong>, en s’enfonçant, refroidissent l’interface et augmententainsi la <strong>sur</strong>face de frottement. La communauté internationa<strong>le</strong> et <strong>le</strong>sé<strong>qui</strong>pes françaises se sont mobilisées après ce séisme historique. Le mouvementcosismique (pendant <strong>le</strong> séisme) et postsismique (après <strong>le</strong> séisme) a pu êtredécrit précisément grâce <strong>aux</strong> stations GPS installées dans la région avant l’événement.La structure de la marge a été cartographiée jusqu’à des profondeursde 30, voire 40 kilomètres, alimentant ainsi des modè<strong>le</strong>s de déformation confrontésensuite <strong>aux</strong> temps d’arrivée et <strong>aux</strong> amplitudes <strong>du</strong> tsunami. L’intégration detoutes <strong>le</strong>s observations permet de repro<strong>du</strong>ire la séquence d’événements à l’originede la catastrophe et donc de mieux se préparer à la suivante.Confrontés <strong>aux</strong> 67 000 kilomètres de zones de sub<strong>du</strong>ction, <strong>le</strong>s chercheursconcentrent <strong>le</strong>urs investigations <strong>sur</strong> <strong>le</strong>s marges actives présentant <strong>le</strong>s plusgrands risques : <strong>le</strong> Japon, <strong>le</strong> Chili, etc. L’objet de <strong>le</strong>ur attention est l’interfacede frottement entre <strong>le</strong>s plaques : la « zone sismogène ». Cette interface comp<strong>le</strong>xeprésente des zones « d’aspérités » où <strong>le</strong> glissement est instab<strong>le</strong> et générateurde séismes, d’autres zones stab<strong>le</strong>s glissant sans séisme, d’autres enfin<strong>qui</strong> peuvent passer d’un mode à un autre. On pense que <strong>le</strong>s séismes se déc<strong>le</strong>nchentà partir des aspérités et se propagent <strong>le</strong> long des zones de glissement stab<strong>le</strong>.C’est pourquoi il est important d’établir une carte précise de <strong>le</strong>ur distribution,comme c’est <strong>le</strong> cas par exemp<strong>le</strong> au Japon. <strong>Les</strong> progrès de l’imageriegéophysique indiquent que <strong>le</strong>s reliefs océaniques (fail<strong>le</strong>s, édifices volcaniques,plate<strong>aux</strong>) jouent un rô<strong>le</strong> essentiel dans <strong>le</strong> couplage et la localisation des séismesde sub<strong>du</strong>ction. Ils peuvent tout à la fois servir d’aspérités <strong>qui</strong> concentrent descontraintes pouvant déc<strong>le</strong>ncher un séisme, et de barrière à la propagation de larupture. Des missions de forages océaniques profonds en travers de la marge sud<strong>du</strong> Japon ont démarré à l’automne 2007, avec la participation des é<strong>qui</strong>pes françaises.L’objectif est d’atteindre, grâce <strong>aux</strong> capacités exceptionnel<strong>le</strong>s <strong>du</strong> navirejaponais Chikyu, la zone sismogène à une profondeur de 6 kilomètres sous <strong>le</strong>fond de l’océan. <strong>Les</strong> informations atten<strong>du</strong>es seront précieuses pour la compréhensiondes mécanismes de rupture dans <strong>le</strong>s zones de sub<strong>du</strong>ction.Comme si cela ne suffisait pas, la population se concentre au-dessus de ceszones, <strong>le</strong> plus souvent côtières, à forte activité économique et touristique, où,au risque sismique, s’ajoute <strong>le</strong> risque volcanique. En effet, <strong>le</strong>s plaques en6 8