Moins clair est de savoir si les trois séismes de magnitude 7 des 80 derniers jours font partie d’une réaction en chaîne. La séquence a néanmoins laissé quelques défauts plus proches de la défaillance, donc plus de chocs sont possibles.
Par Shinji Toda, Ph.D., IRIDeS, Université de Tohoku, Sendai, Japon et Ross S. Stein, Ph.D., Temblor, Inc.
Référence: Toda, S., Stein, R., 2021, Les récents grands tremblements de terre au Japon sont des répliques du tremblement de terre de Tohoku de 2011, Temblor, http://doi.org/10.32858/temblor.175
Trois tremblements de terre majeurs ont frappé au large de Sendai et Fukushima, au Japon, au cours des trois derniers mois. Les deux premiers, de magnitude 7,1, se sont produits le 13 février et le 20 mars. Le dernier en date, d’une magnitude de 6,9, s’est produit le 1er mai. Les trois séismes ont frappé à moins de 100 kilomètres l’un de l’autre et étaient suffisamment forts pour ébranler les principaux centres de population du nord de Honshu, l’île principale du Japon. Ce ne sont là que quelques—uns des milliers de tremblements de terre qui ont frappé la région au cours de la dernière décennie – depuis le Grand tremblement de terre de Tohoku.
L’impact massif et durable du tremblement de terre de Tohoku
La mesure dans laquelle la magnitude de 2011 – 9.0 Le tremblement de terre de Tohoku a changé le paysage sismique dans tout le nord de Honshu et la tranchée du Japon est vraiment étonnante. Les zones côtières et offshore affichent un taux de tremblement de terre beaucoup plus élevé au cours des 10 années suivant l’événement de Tohoku que les 10 années précédentes. Cela peut être vu en comparant la zone autour de chaque épicentre dans le panneau de droite à ces mêmes zones dans le panneau de gauche ci-dessous. Même aujourd’hui, le taux de tremblements de terre est bien supérieur au niveau d’avant 2011.
Lorsque l’on trace le nombre cumulé de tremblements de terre avec le temps (ci-dessous), on observe un saut immédiat et une désintégration « Omori » typique des répliques. La désintégration d’Omori doit son nom à son découvreur en 1894, Fusakichi Omori. Immédiatement après le tremblement de terre de Tohoku, qui a frappé 62 miles (100 kilomètres) à l’est des récents chocs de magnitude 7, le taux de sismicité de magnitude 3,0 et de séismes plus importants a bondi de plus d’un facteur 100. En février 2021, lorsque le premier de cette dernière série s’est produit, il était encore cinq fois plus élevé qu’avant le séisme de Tohoku. Au cours des années 90 précédant le séisme de Tohoku, le taux de magnitude 6,8 et de chocs plus importants dans la boîte ci-dessus était de 0,58 par an; dans la décennie qui a suivi le choc de Tohoku, il a été de 2.04 par an (3,5 fois plus élevé), et pendant la courte période depuis le 13 février, il a été de 13,5 par an (6,5 fois plus élevé).
À notre avis, ces augmentations du taux de tremblement de terre sont causées par un transfert de contrainte « Coulomb » de l’événement de magnitude 9,0, qui a rapproché les failles environnantes de la défaillance (Toda et al., 2011). La théorie du changement de contrainte de Coulomb suppose que le desserrage d’un défaut ou l’augmentation de sa contrainte de cisaillement — ou les deux — favorise la défaillance du défaut; le serrage ou la diminution de la contrainte de cisaillement inhibe la défaillance. Des études ont montré que cela peut expliquer de nombreuses caractéristiques des répliques et des chocs principaux progressifs (par exemple, Harris, 1998; Stein, 1999).
Les trois séismes récents tombaient-ils en dominos?
Donc, si la magnitude 9 a favorisé les récents tremblements de terre de magnitude 7, se sont-ils promus mutuellement dans une réaction en chaîne? Ici, les observations deviennent plus énigmatiques. Lorsque nous regardons comment la sismicité à proximité des futurs tremblements de terre du 20 mars et du 1er mai a réagi à l’événement du 13 février, nous ne voyons rien, comme indiqué ci-dessous (les courbes bleues et rouges ne montrent aucun changement au moment de l’événement du 13 février). Mais après l’événement du 20 mars, il y a eu un sursaut de sismicité de trois jours sur le site du futur événement du 1er mai, bien qu’il soit rapidement revenu à la normale (courbe noire au moment de l’événement du 20 mars).
La réponse de la sismicité du futur site du 1er mai à l’événement du 20 mars est compatible avec une augmentation de stress calculée (d’environ 0,25 bar). Pour référence, nous avons mis environ 7 bars de pression dans nos pneus de vélo, donc alors que 0,25 bar est petit, des études montrent que les tremblements de terre répondent à des contraintes d’environ 0,10 bar ou plus. L’absence de changement de sismicité suite au séisme du 13 février nous étonne néanmoins car nous calculons que le séisme a augmenté la contrainte de Coulomb sur les failles proches de l’événement du 1er mai (d’environ 0.30 bars) et a légèrement augmenté la contrainte sur les failles près de l’événement du 20 mars (d’environ 0,05 bar). Nous nous serions donc attendus à une augmentation de la sismicité sur le site du 1er mai, et peut-être sur les deux sites.
Nous pouvons visualiser les changements de stress calculés avec des ballons de plage, comme indiqué ci-dessous (Toda et Stein, 2020). Les « ballons de plage » — appelés techniquement « mécanismes focaux » — sont une représentation visuelle de l’orientation et du sentiment de glissement sur les défauts actifs. Dans la figure ci-dessous, un ballon de plage rouge signifie qu’une faille particulière a été rapprochée de l’échec dans notre calcul à la suite d’un tremblement de terre; un ballon de plage bleu signifie que l’échec a été inhibé. Chaque panneau de la figure montre ce transfert de stress à partir d’un événement donné.
Éléments d’une réaction en chaîne
Nous pouvons affirmer avec confiance que les trois événements de magnitude 7 sont des répliques du magnitide-9 de 2011.0 Tremblement de terre de Tohoku. Sa séquence de répliques est loin d’être terminée et d’autres événements de grande ampleur pourraient se produire, bien que probablement pas au rythme que nous avons observé au cours des 80 derniers jours, ce qui est sans précédent.
Le choc du 13 février a légèrement favorisé le site du choc du 20 mars, mais il n’y a pas eu d’augmentation de sismicité détectable. Ainsi, la proximité du second choc dans l’espace et le temps avec le premier pourrait être une coïncidence, ou nous aurions peut-être manqué sa réponse car la détectabilité des petits tremblements de terre au large est limitée. Mais il y a une réponse de sismicité claire du deuxième événement au troisième, compatible avec sa forte augmentation de stress calculée. Ainsi, le déclenchement du troisième séisme par le second semble clair.
Le panneau inférieur de la dernière figure montre qu’il reste beaucoup de ballons de plage rouges, en particulier au nord-est de l’événement du 1er mai. Ainsi, même si le troisième événement était plus petit que ses prédécesseurs, et même si le taux de séisme dans cette séquence est extrêmement élevé, nous n’avons peut-être pas vu la fin de cette séquence extraordinaire.
Remerciements. Nous remercions JMA (Agence météorologique Japonaise) et NIED (Institut National de Recherche pour les Sciences de la Terre et la Résilience aux catastrophes) pour les données utilisées dans cette étude.
Hardebeck, Jeanne L., Julie J. Nazareth et Egill Hauksson (1998), The static stress change triggering model: Constraints from two southern California aftershock sequences, J. Geophys. Rés.103, doi: 10.1029/98JB00573.
Harris, Ruth A. (1998), Introduction à la section spéciale: Stress triggers, stress shadows, and implications for seismic hazard, J. Geophys. Rés., 103, 24347-24358, doi: 10.1029 / 98JB01576.
Stein, Ross S. (1999), The role of stress transfer in earthquake occurrence, Nature, 402, 605-609, doi.org/10.1038/45144
Toda, Shinji, Ross S. Stein et Jian Lin (2011), Excitation sismique généralisée dans le centre du Japon à la suite du séisme de 2011 M = 9,0 à Tohoku et son interprétation par transfert de stress Coulomb, Géophyses. Rés. Lett. 38, doi: 10.1029/2011GL047834.
Toda, Shinji et Ross S. Stein (2020), Interaction de stress à long et à court terme de la séquence de Ridgecrest de 2019 et prévisions sismiques basées sur Coulomb, Bull. Sismol. Soc. Je l’ai fait., 110, 1765-1780, deux: 10.1785/0120200169