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Institut de physique du globe de Paris (IPGP)
2023-10-26T17:57:44Z
tag:theconversation.com,2011:article/215750
2023-10-26T17:57:44Z
2023-10-26T17:57:44Z
Cascade de séismes en Afghanistan : une séquence jamais vue ?
<p>Depuis le 7 octobre 2023, plusieurs séismes de magnitude 6,3 ont frappé la région d’Hérat, troisième plus grande ville d’Afghanistan, non loin de la frontière iranienne. Cette séquence de séismes destructeurs a fait <a href="https://www.unicef.fr/article/afghanistan-les-enfants-sont-en-danger-apres-un-tremblement-de-terre-de-magnitude-63/">près de 1400 victimes</a>. Quatre séismes majeurs ont frappé la région en 8 jours et les secousses liées à des séismes plus petits se font encore sentir aujourd’hui.</p>
<p>Ces quatre événements étant de magnitudes presque identiques, les scientifiques font face à une curiosité statistique, dont l’origine physique reste à expliciter. D’habitude, un séisme de forte magnitude est suivi d’une séquence de réplique de magnitudes inférieures (pour un séisme de magnitude 6, la réplique la plus forte attendue est de magnitude 5). Quatre séismes de forte magnitude à la suite, c’est très inhabituel, voire jamais vu. Un second mystère réside dans le fait qu’aucun événement avec une magnitude si élevée n’était recensé de mémoire humaine sur ces failles actives.</p>
<p>Sur le découpage de notre globe en plaques tectoniques, ces séismes ont frappé la large frontière sud de la plaque eurasienne en collision le long de la chaîne de montagnes alpino-himalayenne s’étendant des contreforts des Pyrénées au Myanmar. Au niveau de l’Afghanistan, les plaques Inde et Arabie sont en collision avec l’Eurasie, à des vitesses relatives de quelques centimètres par an. Ces mouvements relatifs peuvent être mesurés grâce à des stations GPS ou à des images satellites.</p>
<p>C’est à 11h11 le samedi 7 octobre que la terre a tremblé une première fois, puis cela s’est reproduit 30 min plus tard et à nouveau 4 et 8 jours après, les 11 et 15 octobre. À première vue, rien ne permettait d’anticiper cet enchaînement dramatique d’événements. Est-ce parce que cette région reculée n’a pas été scrutée aussi attentivement que d’autres régions, par exemple l’ouest des États-Unis bien connu pour la faille de San Andreas ? L’anticipation des séismes reste une question délicate, et c’est souvent au vu des événements passés que les sismologues peuvent (ou non) reconstituer l’enchaînement entre les causes et les conséquences, reliées par les lois de la Physique.</p>
<h2>Des séismes d’une taille sans précédent dans la région</h2>
<p>Des sources historiques remontant au IX<sup>e</sup> siècle attestent qu’Hérat, ville aux origines antiques située le long de la route de la soie, a été endommagée par des séismes par le passé, mais les magnitudes qu’on leur associe n’atteignent <a href="https://doi.org/10.1785/gssrl.74.2.107https://doi.org/10.1785/gssrl.74.2.107">pas plus de 5,9</a>. Si la différence avec les quatre séismes d’octobre de magnitude 6,3 peut paraître faible, c’est parce que l’échelle de magnitude de moment est une mesure logarithmique. Ces séismes sont en fait chacun 4 fois plus gros, que ce soit en termes d’énergie libérée ou de taille de la zone affectée.</p>
<p>Ainsi, cette région relativement stable, comparée à l’est de l’Iran ou les hauteurs himalayennes, n’éveillait pas de grandes suspicions. C’est dans les <a href="https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2010.04591.x">tracés des rivières</a> et les dépôts sédimentaires que l’on retrouve le plus de signes d’une activité sismique récente à l’échelle des temps géologiques.</p>
<p>Les séismes correspondent au relâchement brutal de l’énergie accumulée depuis le dernier séisme dans la région, à la manière d’un élastique que l’on aurait étendu progressivement, qui aurait tenu jusque-là et se relâche tout à coup. La petite goutte de trop qui fait craquer l’élastique est soit une question de temps, soit la conséquence d’une perturbation, par un autre séisme par exemple. C’est pour cela qu’un séisme se produit rarement seul et les perturbations qu’il génère dans son environnement entraînent une cascade d’autres séismes. En général, ces événements, appelés répliques, sont de tailles décroissantes au cours du temps.</p>
<p>Néanmoins, dans la séquence sismique d’Herat, la désescalade ne fut pas immédiate. La cascade a mené à d’autres séismes aussi gros que le premier, et ceci par trois fois. Pourquoi ces ruptures ne se sont pas faites toutes d’un coup suite à la première rupture ? Quel est l’agencement géométrique des différentes ruptures ? Les premières observations géophysiques nous renseignent sur le sujet.</p>
<h2>Un soulèvement de 80 centimètres</h2>
<p>Au-delà des destructions qu’elles engendrent, les ondes sismiques portent des informations sur l’origine et la nature du séisme jusqu’aux stations sismologiques à proximité ou à des milliers de kilomètres de là, et cela, en quelques dizaines de minutes.</p>
<p>C’est donc dans les heures qui suivent que les agences comme l’<a href="https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us6000lfn5/executive">USGS</a> (service géologique des États-Unis) ont pu déterminer que le premier séisme correspondait à un glissement essentiellement vertical vers le haut le long d’une faille inclinée à environ 30 degrés par rapport à l’horizontale et orientée est-ouest. Les trois autres séismes principaux qui ont suivi semblent avoir des géométries de rupture similaires.</p>
<p>Par ailleurs, l’imagerie satellitaire nous donne des informations sur ce qu’il se passe en surface dans cette région reculée. Ainsi, on peut cartographier l’étendue des destructions ou bien mesurer le déplacement du sol à proximité de la faille.</p>
<p>Des résultats préliminaires nous indiquent que le sol s’est élevé de quelques dizaines de centimètres sur une zone de 30 km par 10 km (une surface de l’ordre de celle occupée par la métropole de Lyon). Ce mouvement nécessite donc une énergie colossale, mais fidèle à ce qui est attendu pour une telle magnitude. Les séismes de la séquence semblent adjacents les uns aux autres avec une propagation vers l’est et un soulèvement maximal de 80 cm. C’est la méthode d’interférométrie radar par satellite, sur des images de la mission Sentinel-1 délivrées par l’Agence spatiale européenne (ESA), qui nous permet d’estimer ces chiffres au centimètre près et avec une haute résolution spatiale.</p>
<p>L’interférométrie se base sur la comparaison d’images du même endroit, prises depuis le même point de vue, afin de quantifier la déformation du sol accumulée entre les deux prises de vue. Attention, avec cette méthode, on ne voit que la déformation qui est permanente et non le mouvement du sol pendant le séisme du fait du passage des ondes ; cause de l’endommagement de nombreux bâtiments à des distances supérieures à notre rayon de 30 km.</p>
<p>Comment est-ce que cet instantané rare et catastrophique s’inscrit dans l’histoire géologique de la région ?</p>
<h2>Un fragment de la longue histoire géologique</h2>
<p>Ces premières observations semblent en accord avec le système de failles cartographié dans la région qui s’étend d’est en ouest sur 700 km, nommé Hari Rud. Ces failles prennent en charge un mouvement décrochant, décalage latéral sur l’horizontale (cf. article de <a href="https://theconversation.com/ce-que-le-seisme-en-afghanistan-nous-apprend-de-la-tectonique-des-plaques-dans-la-region-186321">juin 2022</a>), entre la plaque eurasienne et le bloc afghan central. Ce mouvement est lent et ne dépasse pas quelques millimètres tous les ans, si bien que le bloc afghan central est souvent considéré solidaire avec l’Eurasie. En effet, la frontière de plaque tectonique la plus active (et la plus récente) séparant l’Inde et l’Arabie de l’Eurasie se trouve au sud, dans le golfe d’Oman.</p>
<p>Ce mouvement décrochant horizontal change d’orientation localement produisant des soulèvements et des affaissements et ceci particulièrement lorsque différentes failles se rejoignent et se coupent. Les séismes compressifs (mouvement de soulèvement dominant) comme ceux de cette séquence d’Herat créent du relief. Au fil des millions d’années, la topographie monte progressivement et des montagnes se forment, à la condition que l’érosion n’agisse pas plus vite. Il semble donc que ces séismes participent à la construction des montagnes.</p>
<p>Nos analyses ne font que commencer. Il s’agira de reconstituer les événements et forces en jeu, et d’essayer de déceler les signaux précurseurs, s’il y en a, qui auraient pu nous mettre sur la piste de cette séquence avant son initiation. Les scientifiques se retrouvent comme face à une scène de crime qu’il est question de décoder pour mieux comprendre pourquoi de tels événements se sont produits, pourquoi à cet endroit, pourquoi maintenant…</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/215750/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Manon Dalaison a reçu des financements de l'ERC. </span></em></p><p class="fine-print"><em><span>Bryan Raimbault a reçu des financements de l'ERC, de l'ENS-PSL et du Ministère français de lʼEnseignement supérieur, de la Recherche et de lʼInnovation (MESRI) pour la réalisation de son contrat doctoral.</span></em></p><p class="fine-print"><em><span>Romain Jolivet est membre de l'Institut Universitaire de France et a reçu des financements de l'ERC, de l'ANR ainsi que du CNRS.</span></em></p>
Quatre séismes majeurs ont frappé l’Afghanistan, causant la mort de près de 1 400 personnes. Les géologues peinent à expliquer les causes de cette catastrophe.
Manon Dalaison, Maître de Conférences, Institut de physique du globe de Paris (IPGP)
Bryan Raimbault, Doctorant en géosciences, École normale supérieure (ENS) – PSL
Romain Jolivet, Professeur des Universités, École normale supérieure (ENS) – PSL
Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.
tag:theconversation.com,2011:article/214881
2023-10-22T15:08:50Z
2023-10-22T15:08:50Z
Le son des séismes : pourrait-on utiliser les ondes acoustiques pour alerter plus efficacement de l’arrivée d’un tsunami ?
<p>Les tsunamis font partie des catastrophes naturelles les plus meurtrières. Ils sont le plus souvent déclenchés par des tremblements de terre sous-marins, comme le tristement célèbre tsunami de Sumatra de 2004, qui a causé la mort de 200 000 personnes.</p>
<p>Plus rares, moins connus, mais aussi dangereux sont les tsunamis générés par des glissements de terrain, c’est-à-dire lorsqu’une partie du plancher océanique s’effondre et s’écoule sur les pentes en générant une vague de grande amplitude. Comme les grands tremblements de terre peuvent eux-mêmes générer des glissements de terrain, <a href="https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-0348-7995-8_1">ces deux types de sources peuvent se combiner pour créer un tsunami encore plus dévastateur</a>, comme le montrent les analyses faites par les chercheurs après le tsunami de Papouasie-Nouvelle-Guinée en 1998.</p>
<p>Comment réagir face aux tsunamis ? Deux possibilités : la prévention et l’alerte précoce, sachant que la <a href="https://theconversation.com/seismes-pourquoi-on-ne-peut-pas-les-prevoir-58754">prédiction du moment et de l’endroit précis d’occurrence d’un séisme ou d’un glissement de terrain est actuellement hors de portée</a>. La prévention consiste notamment à éviter les constructions dans à risques dans les régions à risque et à sensibiliser les populations aux réflexes à adopter dans l’urgence : comment se mettre à l’abri, l’utilité de contacter les proches, etc.</p>
<p>L’alerte précoce consiste à repérer l’arrivée d’un tsunami avec suffisamment d’avance pour d’abord analyser les signaux et en extraire les caractéristiques de la catastrophe en cours (par exemple l’intensité du phénomène initial et donc la dangerosité des vagues qui arriveront ensuite) ; puis pour alerter et évacuer la population. Cette alerte sera d’autant plus efficace que des études en amont auront été réalisées pour établir une série de cartes de risques à partir de présimulations de scénarios possibles.</p>
<p>Quels outils et méthodes scientifiques permettent de mettre en place les systèmes d’alerte ?</p>
<h2>Des systèmes d’alerte « précoces » existent</h2>
<p>Les <a href="https://theconversation.com/alertes-aux-seismes-et-tsunamis-comment-gagner-de-precieuses-secondes-139913">systèmes d’alerte précoce actuels utilisent les premières arrivées des ondes sismiques</a> qui permettent d’évaluer rapidement (en moins de 20 minutes) le type de séisme et ainsi d’en déduire sa capacité à générer un tsunami. En effet, si le séisme induit un fort mouvement vertical de la colonne d’eau, celui-ci sera fortement « tsunamigène ».</p>
<p>Mais une difficulté importante apparaît lorsqu’on analyse les ondes sismiques : l’information transportée par l’onde sur sa source (séisme ou tremblement de terre) est « polluée » par sa distorsion liée à sa propagation dans le milieu inconnu et hétérogène qu’est la terre solide. Ceci induit des incertitudes quant au moment et aux amplitudes du séisme et du potentiel tsunami. De plus, si des <a href="https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2012GL052511">études récentes</a> ont aussi montré que les ondes sismiques permettent de retrouver le type de glissement de terrain ayant eu lieu et de les <a href="https://academic.oup.com/gji/article/219/2/1138/5542200">détecter de manière automatique</a>, ces avancées sont hélas pour l’instant sous-exploitées pour la détection de glissements de terrain sous-marins.</p>
<p>Un système d’alerte précoce basé sur les ondes sismiques a été utilisé par exemple pendant le tsunami de Tohoku-Oki en 2011, mais il a malheureusement <a href="https://royalsocietypublishing.org/doi/full/10.1098/rsta.2014.0373">mal évalué la magnitude du séisme</a>.</p>
<p>C’est pourquoi nous pensons qu’une approche complémentaire pour rendre les alertes précoces <a href="https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-fluid-mechanics/article/acoustic-and-gravity-waves-in-the-ocean-a-new-derivation-of-a-linear-model-from-the-compressible-euler-equation/1305B56DA8FE8D8D2689FF53BEEC79AA">plus fiables est d’utiliser les ondes hydroacoustiques</a>, également générées par un séisme ou un glissement sous-marin. Ces ondes se propagent dans l’océan, un milieu moins hétérogène et mieux connu que la structure interne de la Terre.</p>
<h2>Les ondes hydroacoustiques en complément des ondes sismiques : moins rapides, mais plus simples à analyser</h2>
<p>Un glissement de terrain sous-marin ou un séisme sous-marin est la source de plusieurs types d’ondes : des vagues, mais également des ondes sismiques et des ondes hydroacoustiques.</p>
<p>Pour fixer les idées, en océan profond, la vague générée par un séisme se propagera à environ 300 kilomètres par heure (pour un océan d’une profondeur d’un kilomètre) alors que les ondes hydroacoustiques se propagent à environ 5400 kilomètres par heure dans l’eau. Les ondes sismiques se propagent encore plus vite, à environ 14 000 kilomètres par heure pour les ondes dites « de Love ».</p>
<p>La présence de ces différentes ondes est confirmée par les mesures effectuées par des jauges de pression sous-marines. Sur les enregistrements de la pression sous-marine à deux jauges de pression différentes notées PG1 et PG2, on voit que la pression évolue au passage de différentes ondes : les ondes sismiques, les plus rapides, puis les ondes hydroacoustiques, et enfin le tsunami.</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/551702/original/file-20231003-19-e02jlm.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="graphe de la pression sous-marine en deux points géographiques différents" src="https://images.theconversation.com/files/551702/original/file-20231003-19-e02jlm.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/551702/original/file-20231003-19-e02jlm.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=602&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/551702/original/file-20231003-19-e02jlm.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=602&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/551702/original/file-20231003-19-e02jlm.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=602&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/551702/original/file-20231003-19-e02jlm.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=756&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/551702/original/file-20231003-19-e02jlm.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=756&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/551702/original/file-20231003-19-e02jlm.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=756&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">Enregistrements de la pression sous-marine à deux stations différentes (PG1 et PG2) pendant le tremblement de terre de Tohoku en 2011.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://www.fujipress.jp/jdr/dr/dsstr000700070468/">H. Matsumoto et collaborateurs</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/">CC BY-NC-ND</a></span>
</figcaption>
</figure>
<p>Les ondes sismiques étant les plus rapides, elles sont utilisées dans les systèmes actuels d’alerte précoce. Cependant, leur analyse peut être très complexe. Les ondes sismiques se propagent à travers tout le globe terrestre, traversant différentes couches aux propriétés très variables, et interagissant avec d’autres ondes sismiques émises à n’importe quel endroit du globe. Cela complique la phase dite « d’inversion » qui permet de remonter à la source de l’onde émise, et d’estimer l’amplitude prévue pour le tsunami.</p>
<p>A contrario, les ondes hydroacoustiques ne se propagent que dans l’eau, un milieu relativement homogène. Par exemple, même si la vitesse de propagation du son dans l’eau peut varier à cause des variations de température et de salinité, ces variations sont de l’ordre de quelques pour cent (en comparaison, la vitesse des différentes ondes sismiques est beaucoup plus variable et peut passer de 14 000 kilomètres par heure à 21 000 kilomètres par heure en fonction de la profondeur). On estime donc que les ondes hydroacoustiques sont moins déformées au cours de leur trajet, ce qui simplifierait l’analyse.</p>
<h2>Modéliser les ondes acoustiques dans l’eau pour estimer leur potentiel comme signe précurseur de tsunamis</h2>
<p>Pourquoi des tremblements de terre ou des glissements de terrain sous-marins génèrent-ils des ondes acoustiques qui se propagent dans l’eau ? L’eau est compressible : lorsqu’on la comprime, son volume diminue. Lors d’un tremblement de terre, la colonne d’eau située au-dessus de la faille est déplacée et comprimée. Le déplacement vertical va générer un tsunami, et la compression va créer des ondes acoustiques. Cependant la compressibilité de l’eau est très faible (l’air est environ 20 000 fois plus compressible que l’eau). Dans les modèles standards de propagation de tsunamis, l’eau est donc supposée incompressible, ce qui permet de négliger les ondes hydroacoustiques. Les modèles dits incompressibles sont plus simples à résoudre, et en première approximation suffisant pour l’étude des tsunamis. Cependant, pour utiliser les ondes hydroacoustiques, les modèles compressibles deviennent indispensables.</p>
<p>Les simulations faites à partir de la modélisation d’un tsunami dans un océan compressible illustrent ce couplage. Nos simulations numériques (issues d’un travail en cours) montrent l’élévation de la surface de l’eau en un point en fonction du temps. On voit ainsi de combien se déplacerait une bouée qui flotterait en ce point. La courbe bleue correspond à l’élévation calculée à partir du modèle compressible, et la courbe orange au modèle incompressible.</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/551703/original/file-20231003-19-n2lo07.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="schéma représentant la hauteur de l’eau dans le temps" src="https://images.theconversation.com/files/551703/original/file-20231003-19-n2lo07.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/551703/original/file-20231003-19-n2lo07.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=447&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/551703/original/file-20231003-19-n2lo07.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=447&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/551703/original/file-20231003-19-n2lo07.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=447&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/551703/original/file-20231003-19-n2lo07.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=562&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/551703/original/file-20231003-19-n2lo07.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=562&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/551703/original/file-20231003-19-n2lo07.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=562&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
<figcaption>
<span class="caption">Simulation d’un tsunami dans un modèle incompressible (en orange) et compressible (en bleu) : on voit que des ondes acoustiques sont présentes dans le modèle compressible, et qu’elles arrivent avant le tsunami. 800 secondes équivalent à environ 13 minutes. La hauteur de la vague est exagérée, mais les échelles de temps sont réalistes.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Juliette Dubois</span>, <span class="license">Fourni par l'auteur</span></span>
</figcaption>
</figure>
<p>Bien que les deux modèles soient très différents sur plusieurs aspects, on peut remarquer que la courbe bleue comporte des oscillations de faibles intensités, mais très rapides : ce sont les ondes acoustiques, qui apparaissent avant le tsunami. Le modèle compressible (bleu) présente des oscillations, alors qu’avec le modèle incompressible, la surface de l’eau n’a pas encore bougé.</p>
<p>Pour une bouée située à 80 kilomètres du centre du tremblement de terre, les ondes acoustiques arrivent 400 secondes (6 minutes) avant le tsunami. L’écart entre l’arrivée du tsunami et des ondes acoustiques augmente avec la distance entre le point de mesure et le tremblement de terre. Ainsi, les ondes acoustiques peuvent arriver plusieurs minutes, voire plusieurs dizaines de minutes, avant le tsunami.</p>
<p>Même si ces ondes hydroacoustiques se propagent au moins deux fois moins vite que les ondes sismiques, <a href="https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspa.2001.0915">elles ont été enregistrées à plusieurs milliers de kilomètres du glissement de terrain source</a> et, comme on l’a vu, pourraient permettre de compléter l’analyse car elles sont peu déformées par leur passage dans l’eau.</p>
<p>Un important travail en modélisation et simulation est encore nécessaire pour relier précisément le signal hydroacoustique aux caractéristiques de la source du tremblement de terre ou du glissement de terrain qui a généré le signal. La comparaison aux données de terrain sera également une étape cruciale avant de pouvoir intégrer l’analyse des ondes hydroacoustiques aux systèmes d’alerte précoce.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/214881/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Juliette Dubois a reçu des financements de la Région Île-de-France.</span></em></p><p class="fine-print"><em><span>Anne Mangeney a reçu des financements de l'Europe (ERC Slidequakes, Doctoral Network EnvSeis, Digital Twins DT-GEO), de l'ANR et du Ministère. </span></em></p><p class="fine-print"><em><span>Jacques Sainte-Marie ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.</span></em></p>
Séismes et glissements de terrain sous-marins peuvent déclencher des tsunamis. Pour alerter les populations plus rapidement, de nouvelles méthodologies sont à l’étude.
Juliette Dubois, Doctorante en mathématiques appliquées, Inria
Anne Mangeney, Professeure en géophysique, Institut de physique du globe de Paris (IPGP)
Jacques Sainte-Marie, Directeur de recherche - Mathématiques appliquées, Inria
Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.
tag:theconversation.com,2011:article/197159
2023-01-17T17:53:13Z
2023-01-17T17:53:13Z
Images de science : des dépôts fantomatiques dans les Cyclades
<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/504642/original/file-20230116-20-sz1aoj.jpg?ixlib=rb-1.1.0&rect=92%2C41%2C6757%2C4528&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">La température du fond de l'eau et des sédiments est plus élevée dans cette zone en raison de la circulation de fluides chauds, ce qui favorise le développement de précipités minéraux (jaunes) et de tapis bactériens (blancs).</span> <span class="attribution"><span class="source">Anders Schouw, Projet CarDHynAl</span>, <span class="license">Fourni par l'auteur</span></span></figcaption></figure><p>Cette tache sous-marine à l’allure fantomatique témoigne d’échanges de fluides depuis la croûte terrestre jusqu’à la surface, à travers le plancher océanique. Nous sommes ici dans la baie de Paléochori sur l’île de Milos, en Grèce, où une activité hydrothermale peu profonde produit des précipités jaunes caractéristiques du soufre et de l’arsenic, et des tapis bactériens blanchâtres qui semblent presque luminescents.</p>
<p>La circulation d’eau chaude dans les profondeurs de la croûte, ou « hydrothermalisme », est largement répandue sur Terre. Elle est favorisée par la proximité de sources de chaleur, comme les chambres magmatiques, et les sorties hydrothermales associées sont responsables d’environ 25 % de la perte de chaleur terrestre interne. Outre ces effets thermiques, les processus hydrothermaux ont un impact direct sur la biodiversité environnante, avec le développement d’une faune et d’une flore particulières.</p>
<p>Ces sorties hydrothermales sont bien décrites pour des environnements très profonds, notamment le long des <a href="https://theconversation.com/chronique-en-mer-explorer-les-dorsales-au-large-des-acores-par-plus-de-2-000-metres-de-fond-183457">dorsales océaniques</a>.</p>
<p>Mais on trouve aussi des systèmes hydrothermaux proches des côtes, au large de l’île de Milos ou de Taïwan par exemple, à des profondeurs inférieures à 200 mètres. Alors que des <a href="https://doi.org/10.1016/B978-0-12-409548-9.09523-3">sites peu profonds ont été identifiés</a> dans le monde entier, ils sont moins étudiés et leurs géométries, leur évolution temporelle et les flux d’énergies associés sont mal connus.</p>
<p>Nous étudions ces systèmes afin de comprendre les échanges entre la terre solide et les océans et le développement d’écosystèmes dans des milieux extrêmes.</p>
<h2>L’île de Milos et la baie de Paléochori</h2>
<p>Au sud de la mer Égée et sur l’archipel des Cyclades se trouve le système hydrothermal peu profond le plus étendu au monde – et un des plus étudiés à l’heure actuelle. Dans la baie de Paléochori, au sud-est de l’île de Milos, une activité hydrothermale intense s’étend depuis la plage jusqu’à plus de 200 mètres de profondeur, soit à environ 1,5 kilomètre à la nage.</p>
<p>Cette activité se manifeste entre autres par des émissions de fluides acides de haute température, de l’ordre de 100 °C. Ces fluides contiennent des gaz (dioxyde de carbone, méthane) et <a href="https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2005.03.018">se mélangent avec l’eau de mer</a> au cours de leur circulation en profondeur. Ce « voyage crustal » leur permet également de devenir salins, sulfurés, et de <a href="https://doi.org/10.1016/S0304-4203(97)00021-2">s’enrichir en arsenic et autres gaz dissous</a>.</p>
<p>[<em>Près de 80 000 lecteurs font confiance à la newsletter de The Conversation pour mieux comprendre les grands enjeux du monde</em>. <a href="https://theconversation.com/fr/newsletters/la-newsletter-quotidienne-5?utm_source=inline-70ksignup">Abonnez-vous aujourd’hui</a>]</p>
<p>Les sorties hydrothermales sont souvent associées à des précipités jaunes ou orangés de sulfure d’arsenic, et à des précipités blancs d’origine minérale <a href="https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2012.06.007">composés d’un mélange de silice et de soufre</a> associés à des tapis bactériens. Ces dépôts sont visibles depuis l’espace sur des images satellites jusqu’à 30 mètres de profondeur, et permettent d’<a href="https://doi.org/10.1016/j.margeo.2020.106119">identifier des patchs, des structures linéaires et des structures polygonales</a> qui résultent en surface de cellules de convection en profondeur.</p>
<h2>Un projet multiéchelles et multidisciplinaire</h2>
<p>Des données d’imagerie de drone et de véhicule autonome sous-marin acquises par notre équipe en 2019 permettent de <a href="https://doi.org/10.1016/j.margeo.2021.106521">cartographier ces structures</a> à des <a href="https://doi.org/10.1016/j.margeo.2021.106521">résolutions proches du centimètre</a>.</p>
<p>Les mesures de température au sein de ces structures éclairent notamment des mécanismes thermiques particuliers : par exemple, les structures polygonales blanches identifiées sur les images sous-marines présentent des températures plus élevées (supérieures à 50 °C) que les sédiments adjacents (de l’ordre de 24 °C) et sont souvent associées à des zones de <a href="https://doi.org/10.1038/382619a0">« bioturbation »</a>, un remaniement des sédiments par des organismes vivants. </p>
<p>Nos résultats fournissent une vue d’ensemble de ce système hydrothermal peu profond et de l’organisation de la circulation de fluides à travers le plancher océanique. Ils apportent de premières perspectives sur les flux de chaleur du système et sur les <a href="https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.1060168">communautés microbiennes contrôlées par cette activité hydrothermale</a>.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/197159/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>This project was partially funded by INSU-CNRS Tellus and Syster Projects to Javier Escartin (2016) and Jean-Emmanuel Martelat (2018), and with partial support by RAMONES, funded by the European Union’s Horizon 2020 research and innovation program, under grant agreement N°101017808 (to Javier Escartin and Paraskevi Nomikou). This work was also partially funded by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, German Research Foundation) – Project-ID 364653263 – TRR 235 to William D. Orsi. Additional support was provided by internal funds from ENS, IPGP, U. of Lyon, and U. of Bergen.</span></em></p>
Ceci n’est pas un spectre qui brille dans la nuit, mais la chaleur de la Terre qui traverse la croûte terrestre et dépose minéraux et bactéries.
Valentine Puzenat, Doctorante en Géosciences Marines, Institut de physique du globe de Paris (IPGP)
Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.
tag:theconversation.com,2011:article/192274
2022-11-09T14:12:58Z
2022-11-09T14:12:58Z
Climate change: West Africa’s oceans at risk because of a lack of monitoring
<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/492280/original/file-20221028-53244-can6ka.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">The West African coastline is a source of livelihood for millions.</span> <span class="attribution"><span class="source">Wikimedia Commons/Paul Walter</span></span></figcaption></figure><p>The <a href="https://www.britannica.com/place/Canary-Current">West African Canary Current</a> extends along the north-west African coast, from the northern Atlantic coast of Morocco to Guinea-Bissau. It’s a hotspot for changes in the oceans driven by climate change. These include rising temperatures, <a href="https://www.nrdc.org/stories/what-you-need-know-about-ocean-acidification">ocean acidification</a> and <a href="https://scripps.ucsd.edu/research/climate-change-resources/faq-ocean-deoxygenation#:%7E:text=Deoxygenation%20is%20the%20overall%20decline,through%20photosynthesis%2C%20ventilation%2C%20mixing.">ocean deoxygenation</a>. All affect marine life on multiple levels. </p>
<p>The current is one of the world’s most productive ocean ecosystems, a consequence of the upwelling of cold and nutrient-rich waters. Ecosystems like this provide around <a href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590332221004115#:%7E:text=Expanding%20ocean%20observation%20and%20climate%20services%20to%20build%20resilience%20in%20West%20African%20fisheries,-Author%20links%20open&text=The%20Canary%20Current%20is%20a,for%20national%20economies%20and%20livelihoods">20% of global fish catches</a> and support livelihoods in coastal communities. </p>
<p>From 2016 -2019, we worked with an international team to draw attention to the impacts of climate change on the West African Canary Current. In a <a href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590332221004115#:%7E:text=Expanding%20ocean%20observation%20and%20climate%20services%20to%20build%20resilience%20in%20West%20African%20fisheries,-Author%20links%20open&text=The%20Canary%20Current%20is%20a,for%20national%20economies%20and%20livelihoods.">recent publication</a>, we described the limited economic and institutional capacity to monitor and respond to climate variability and change in the countries bordering the West African Canary Current and the urgent need to build scientific capacity in the region in order address this shortcoming.</p>
<h2>What’s missing</h2>
<p>The waters of the West African Canary Current share a key characteristic with those of the coast of Oregon in the Pacific north west of America – namely ocean acidification. This happens when the large amounts of carbon dioxide being absorbed by the ocean dissolves in seawater as carbonic acid.</p>
<p>In 2007 shellfish growers in Oregon were nearly all wiped out economically due to increasing acidity of the ocean. The waters they grew their shellfish in had become corrosive to calcium carbonate – the building block for the skeletons and shells of shellfish and corals. The waters they farmed in had become corrosive to the shells of the sea butterfly, <em>Limacina helicina</em>, a delicate sea snail that is only 5mm across. The snail underpins key marine food webs that sustain herring, salmon, whales, seals, seabirds and other species. </p>
<p>But in California, people who depend on the ocean for their livelihood are in a position to understand, anticipate and to some degree adapt to the impacts of climate change on the region. This is thanks to an extensive network of state-of-the-art sensors and input from researchers from academia and the US government.</p>
<p>This is not the case in West Africa. There is only a single mooring – these are long anchored lines of scientific equipment and floats which are deployed to collect a range of ocean data over long periods – managed by French researchers to monitor the impacts of climate change on the West African Canary Current. </p>
<p>Communities are effectively left blind to the effects of climate change. So they can’t take informed measures to adapt.</p>
<p>For example, if a fishery or shellfish stock collapses, stakeholders won’t know what the cause is. It could be as a consequence of overharvesting, deoxygenation that causes fish to migrate to more oxygen-rich waters, or shellfish mortality brought on by acid waters. Or a combination of these factors – or others. </p>
<p>Scientists, managers and stakeholders who want to understand and address the management of fisheries in the Canary Current can’t build or use models because there isn’t data. </p>
<p>To be useful, models must take into account the changes, variations and interactions of the ocean in the region. They must also be supported by regional data.</p>
<p>Without this information, results of tests are incomplete at best and misleading at worst. They are thus unsuitable for guiding management, policy, or donor decisions.</p>
<h2>Solutions</h2>
<p>Scientists from Chile have shown how the rigorous monitoring of climate change, and assessing its impacts on local shellfish species, can inform adaptation efforts. Chile borders the <a href="https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0079661109001049">Humboldt Current System</a>, an Eastern boundary upwelling ecosystem that extends along the west coast of South America. They have discovered shellfish strains that are relatively tolerant to ocean acidification and optimal habitats for their potential cultivation. This provides a potential means of adaptation to future, and likely more acidic, oceans. These findings are <a href="https://www.researchgate.net/publication/287360675_Shellfishing_and_shell_midden_construction_in_the_Saloum_Delta_Senegal">applicable to Senegal</a>, where shellfish have been for at least 5,000 years.</p>
<p>An essential step to building the capacity required to effectively anticipate and adapt to changing ocean chemistry in the Canary Current will the training of additional African Ph.D.-level scientists. This training could be in disciplines such as oceanography, ecology, and physiology. This could be accomplished through novel north-south or south-south partnerships among institutions of higher education or through the strengthening of existing international partnerships. West African scientists would be best suited to address context-specific adaptation measures and incorporate their findings into national policies and legislation. </p>
<p>Another benefit of understanding climate change impacts on West African oceans would be to add more voices to the global chorus calling for reductions in CO2 emissions. Greater representation for those that are most vulnerable, yet least responsible, for those emissions is also important. </p>
<p>Wealthy nations rely upon the data from programmes to monitor ocean acidification, deoxygenation and warming to develop reliable models and policies that provide guidance to industries and local stakeholders. The West African countries bordering the Canary Current, for whom climate change impacts on the oceans will impact livelihoods, food security, and development outcomes, deserve no less.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/192274/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>The authors do not work for, consult, own shares in or receive funding from any company or organisation that would benefit from this article, and have disclosed no relevant affiliations beyond their academic appointment.</span></em></p>
There is only a single mooring managed by French researchers that monitors the impacts of climate change on West African Canary Current.
Todd L Capson, Chercheur Associé, Institut de physique du globe de Paris (IPGP)
Marie Boye, Research Director, CNRS, Institut de physique du globe de Paris (IPGP)
Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.
tag:theconversation.com,2011:article/184175
2022-06-02T17:45:08Z
2022-06-02T17:45:08Z
Chronique en mer : une première mission au large, quelle découverte !
<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/466558/original/file-20220601-49160-sx1h57.jpg?ixlib=rb-1.1.0&rect=18%2C313%2C4007%2C2704&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Mise à l'eau des sismomètres de fond de mer. Largués au beau milieu de la nuit, ils mettront près d’une heure trente à atteindre le fond. Simon, l'ingénieur en charge de l’équipement, communique avec eux pendant la descente pour s'assurer que tout va bien. Les minutes sont longues…</span> <span class="attribution"><span class="source">Kristel Chanard</span>, <span class="license">Fourni par l'auteur</span></span></figcaption></figure><p>Si la théorie de la tectonique des plaques apparaît de nos jours comme une évidence, on oublie souvent à quel point cette dernière est moderne – on a fêté ses <a href="https://www.college-de-france.fr/site/barbara-romanowicz/symposium-2017-2018__1.htm">cinquante ans en 2018</a> – et à quel point les cartes des fonds marins ont joué un rôle essentiel dans sa démonstration.</p>
<p>Partir en expédition en mer permet de rendre bien plus concrète cette théorie. Pour les explorateurs novices qui écrivent aujourd’hui, c’est aussi l’occasion de participer à une grande aventure humaine et scientifique qui nourrit bien sûr les buts de la mission, mais également leurs propres travaux de recherche, bien au-delà de la géologie marine.</p>
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À lire aussi :
<a href="https://theconversation.com/chronique-en-mer-explorer-les-dorsales-au-large-des-acores-par-plus-de-2-000-metres-de-fond-183457">Chronique en mer : Explorer les dorsales au large des Açores par plus de 2 000 mètres de fond</a>
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<h2>L’histoire mouvementée des mouvements de plaques tectoniques</h2>
<p>Dès le milieu du XIX<sup>e</sup> siècle, la première carte de l’océan Atlantique voit le jour grâce aux mesures bathymétriques réalisées par sondage au fil de plomb. À partir de là, l’exploration scientifique des fonds marins s’accélère grâce à <a href="https://www.wiley.com/en-us/From+Deep+Sea+to+Laboratory+1%3A+The+First+Explorations+of+the+Deep+Sea+by+H+M+S+Challenger+%281872+1876%29-p-9781119610847">plusieurs expéditions</a>. L’une des plus connues, celle du HMS <em>Challenger</em>, écume les océans de 1872 à 1876 et découvre, au centre de l’océan Atlantique Nord, la plus formidable chaîne de volcans jamais rencontrée. Culminant à près de 3 000 mètres au-dessus des plaines abyssales étalées entre 5 000 mètres et 6 000 mètres de profondeur, cette ride volcanique s’étend à première vue du sud de l’Islande jusqu’aux Açores, et peut être même au-delà… La dorsale médio-atlantique est « née » !</p>
<p>Au XX<sup>e</sup> siècle, le développement de l’<a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Acoustique_sous-marine">acoustique sous-marine</a> révolutionne la cartographie des fonds marins et de nombreuses données sont acquises pendant la Seconde Guerre mondiale, avec l’obligation imposée par les alliés aux navires commerciaux de réaliser des relevés bathymétriques le long de leurs traversées.</p>
<p>À la fin du conflit, la dérive des continents n’en est pas moins encore considérée <a href="https://www.taylorfrancis.com/books/edit/10.1201/9780429498282/plate-tectonics-naomi-oreskes-homer-le-grand">comme une théorie farfelue et largement controversée</a>. Mais Marie Tharp et Bruce Heezen, de l’université de Columbia à New York, compilent un grand nombre de ces données pour cartographier plus précisément les fonds marins. Grâce à leurs connaissances en géologie, ils décrivent les principales caractéristiques de la croûte océanique, dévoilant la dorsale, les monts sous-marins et les failles de l’Atlantique Nord, puis dans la foulée, ceux de l’Atlantique central, de l’Atlantique Sud, du Pacifique et de l’océan Indien.</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/466544/original/file-20220601-48889-vorq0k.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/466544/original/file-20220601-48889-vorq0k.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/466544/original/file-20220601-48889-vorq0k.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=347&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/466544/original/file-20220601-48889-vorq0k.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=347&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/466544/original/file-20220601-48889-vorq0k.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=347&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/466544/original/file-20220601-48889-vorq0k.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=436&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/466544/original/file-20220601-48889-vorq0k.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=436&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/466544/original/file-20220601-48889-vorq0k.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=436&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
<figcaption>
<span class="caption">Première carte complète des fond océanique montrant les dorsales médio-océanique, peinte par Heinrich Berann en se basant sur les travaux de Marie Tharp et Bruc Heezen (1977).</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://commons.wikimedia.org/wiki/File:(Manuscript_painting_of_Heezen-Tharp_World_ocean_floor_map_by_Berann).jpg?uselang=fr">Heinrich Berann</a></span>
</figcaption>
</figure>
<p>À partir des années 50, on découvre l’étendue de la dorsale médio-océanique, encore inconnue dix ans auparavant, parcourant les océans sur plus de 65 000 kilomètres. Dans les abysses, les fonds océaniques sont renouvelés en continu par des volcans sous-marins, qui « poussent » les continents dans leur dérive. Les dorsales jouent un rôle clé dans la théorie émergente de la tectonique des plaques : une révolution scientifique est en marche.</p>
<p>Tout ça, Kristel et Alexandre l’ont appris dans des livres, pendant leurs cours de géodynamique, ils en ont vu et revu les preuves des milliers de fois – par exemple en mesurant depuis l’espace l’écartement entre Paris et New York, qui augmente de quelques centimètres chaque année… Pour eux, tout ça était resté quelque chose de… très théorique.</p>
<h2>La tectonique en direct à bord du <em>Pourquoi pas ?</em></h2>
<p>Et là, ça y est, Kristel et Alexandre y sont, au fond de l’océan, pour la première fois. L’émotion qui les parcoure, chaque soir au moment de la plongée, a quelque chose d’indicible : ils vont enfin voir, pour de « vrai », les fonds marins.</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/466557/original/file-20220601-20-wybye3.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/466557/original/file-20220601-20-wybye3.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/466557/original/file-20220601-20-wybye3.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=297&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/466557/original/file-20220601-20-wybye3.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=297&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/466557/original/file-20220601-20-wybye3.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=297&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/466557/original/file-20220601-20-wybye3.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=374&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/466557/original/file-20220601-20-wybye3.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=374&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/466557/original/file-20220601-20-wybye3.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=374&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
<figcaption>
<span class="caption">Au fond de l’océan, dans le Massif de Rainbow de la dorsale médio-Atlantique au large des Açores : une cheminée inactive fossile à gauche et un oasis de vie sur une cheminée fossile à droite.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Alexandre Schubnel et robot Victor</span>, <span class="license">Fourni par l'auteur</span></span>
</figcaption>
</figure>
<p>Au cours de la plongée, pendant que les pilotes guident Victor, le robot sous-marin, dans ses aventures, l’équipe scientifique observe tout très consciencieusement en tentant d’interpréter les paysages sous-marins. S’il est très complexe d’observer la forme des fonds marins depuis l’espace, les explorer à la loupe, avec Victor, le robot de l’expédition, en offre une vision bien plus détaillée, avec une résolution sans précédent.</p>
<p>Un monde fascinant défile sur les écrans : des basaltes « en coussin », comme dans les livres, posés au fond de l’océan, le manteau terrestre qui affleure, plein de fer oxydé, formant ces roches vertes qu’on appelle les serpentines, une multitude de failles, qui torturent la croûte océanique et créent la topographie, des montagnes, des vallées sous-marines, et, à plus de 3 000 mètres de profondeur, de vastes plaines désertiques faites de sédiments que l’on traverse à toute vitesse (presque 1 mille nautique par heure, soit près de 2 kilomètres/heure).</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/466548/original/file-20220601-49050-ffz7iq.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/466548/original/file-20220601-49050-ffz7iq.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/466548/original/file-20220601-49050-ffz7iq.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=450&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/466548/original/file-20220601-49050-ffz7iq.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=450&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/466548/original/file-20220601-49050-ffz7iq.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=450&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/466548/original/file-20220601-49050-ffz7iq.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=566&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/466548/original/file-20220601-49050-ffz7iq.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=566&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/466548/original/file-20220601-49050-ffz7iq.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=566&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
<figcaption>
<span class="caption">Poste de contrôle de Victor, le robot équipé de caméras et de bras articulés pour la collecte d’échantillons.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Jean-Arthur Olive</span>, <span class="license">Fourni par l'auteur</span></span>
</figcaption>
</figure>
<p>On se lasse difficilement d’explorer les fonds marins. Et même à 4h du matin, quand tout est calme à bord, l’équipe reste concentrée car Victor peut dévoiler à tout moment un de ces fumeurs noirs, avec son écosystème extrême à sa base et son cimetière de cheminées hydrothermales. Car tout à coup, au détour d’une vallée ou au sommet d’une colline, peut aussi surgir une de ces oasis de vie autour d’une source chaude diffuse. Alors, dans le poste de contrôle de Victor, devant l’écran de la caméra, il faut se pincer pour le croire !</p>
<h2>Nos journées sont rythmées par les « quarts »</h2>
<p>Au petit matin, Victor émerge de l’eau après sa longue plongée, les paniers chargés de roches prélevées au fond des océans, qui maintenant, sont bel et bien réelles. Les équipes se croisent. Sur le pont arrière, Kristel a pris l’habitude de venir voir Victor, le robot, remonter à bord à la fin de son quart de nuit, le 4-8, avant de manger un peu et filer dormir.</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/466549/original/file-20220601-48778-8tweyn.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/466549/original/file-20220601-48778-8tweyn.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/466549/original/file-20220601-48778-8tweyn.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=401&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/466549/original/file-20220601-48778-8tweyn.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=401&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/466549/original/file-20220601-48778-8tweyn.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=401&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/466549/original/file-20220601-48778-8tweyn.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=504&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/466549/original/file-20220601-48778-8tweyn.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=504&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/466549/original/file-20220601-48778-8tweyn.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=504&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">Victor plonge généralement une fois la nuit tombée et émerge de l’eau au petit matin. Mais ses horaires sont variables et à toute heure du jour et de la nuit, il peut être en train d’explorer le fond de l’océan.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Kristel Chanard</span>, <span class="license">Fourni par l'auteur</span></span>
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</figure>
<p>Pour Alexandre au contraire, le travail commence : durant son quart du matin, le 8-12, il sort les échantillons des paniers un par un, pendant que le reste de l’équipe les numérote, les mesure, les photographie et les pèse. Il y en a des gros, des petits, des moches, des biscornus… Mais avec la croûte d’oxyde de manganèse qui s’est déposée au fil du temps, tout se ressemble un peu, et c’est pratiquement impossible de vraiment savoir à quel type de roche on a affaire.</p>
<p>En fait, c’est tant mieux, parce que, quand on les découpe avec la scie diamantée, c’est un peu comme si on les sortait de leur paquet cadeau. Elles se découvrent et leur intérieur révèle alors ses couleurs, nuancées de verts, de noir, de gris plus ou moins profonds, de marrons allant de l’ocre au caramel en passant par le chocolat, parfois teintées de bleu et de rouge. Il y a des <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Pillow_lava">basaltes en coussin</a>, un rare <a href="https://www.museum-lehavre.fr/fr/collections/gabbro">gabbro</a> (entre un basalte et un granite), une <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/P%C3%A9ridotite">péridotite</a> (la roche “mère” du manteau terrestre) plus ou moins hydratée, des <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Serpentine_(min%C3%A9ral)">serpentines</a>, des calcaires récifaux, des sulfates, des fossiles de bivalves, des coraux d’eau froide…</p>
<p>Scier tous ces échantillons peut s’avérer un vrai défi, surtout quand la mer est forte et que le bateau tangue ! Ensuite, il faudra nettoyer le pont, décrire les échantillons, les photographier à nouveau, les inventorier, décider qui de l’équipe scientifique repartira avec quoi et fera quelle analyse. Avec ces roches, une multitude d’études scientifiques s’ouvre à nous. Pour Alexandre, ce sera l’analyse des roches provenant des failles sous-marines avec les machines qu’il a construites dans son laboratoire, à Paris.</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/466550/original/file-20220601-49160-yvgq1o.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/466550/original/file-20220601-49160-yvgq1o.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/466550/original/file-20220601-49160-yvgq1o.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=256&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/466550/original/file-20220601-49160-yvgq1o.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=256&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/466550/original/file-20220601-49160-yvgq1o.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=256&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/466550/original/file-20220601-49160-yvgq1o.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=322&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/466550/original/file-20220601-49160-yvgq1o.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=322&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/466550/original/file-20220601-49160-yvgq1o.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=322&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">Chaque jour, on s’affaire autour des roches fraichement remontées du fond des mers. À gauche : Alexandre et Bobbie cataloguent les roches. À droite : une serpentinite fraîchement sciée. Fred, petit poisson qui est remonté avec le panier du premier jour, en plus de servir d’échelle, est devenu comme une mascotte.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Jean-Arthur Olive et Alexandre Schubnel</span>, <span class="license">Fourni par l'auteur</span></span>
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<p>Après le déjeuner, tout le monde se retrouve dans la salle de conférence, où les chefs de mission expliquent la suite des opérations et où l’équipe découvre et discute des trouvailles des uns et des autres. Et oui, il y a toujours quelqu’un qui travaille sur le <em>Pourquoi Pas ?</em> !</p>
<figure class="align-right zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/466551/original/file-20220601-48563-sthsa5.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/466551/original/file-20220601-48563-sthsa5.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=237&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/466551/original/file-20220601-48563-sthsa5.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/466551/original/file-20220601-48563-sthsa5.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/466551/original/file-20220601-48563-sthsa5.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/466551/original/file-20220601-48563-sthsa5.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/466551/original/file-20220601-48563-sthsa5.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/466551/original/file-20220601-48563-sthsa5.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
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<span class="caption">Dumbo Octopus croisé lors de la plongée de Victor, le robot.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Alexandre Schubnel</span>, <span class="license">Fourni par l'auteur</span></span>
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<p>Puis, c’est déjà l’heure du 4-8 de l’après-midi. En général, Kristel le passe à décortiquer les données de température rapportées par Victor pour essayer de détecter si le robot a croisé au fond de l’océan des zones où la température serait légèrement plus élevée, ce qui pourrait nous indiquer le chemin vers des sites hydrothermaux encore inconnus. Son quart du soir, Alexandre le passera les yeux à nouveau rivés sur les images envoyées par Victor, à explorer les sites qui ont été retenus et y ramasser des échantillons, souvent distrait par une des nombreuses curiosités, géologiques ou pas, que l’on peut croiser au fond.</p>
<h2>L’apport de la mission à nos sujets de recherche « à terre »</h2>
<p>À bord, les journées se suivent mais ne se ressemblent heureusement pas toutes. Parfois, nous sommes « hors quart » et ce n’est pas pour se prélasser au soleil sur le pont avant, mais pour aider à préparer les sismomètres qui seront déployés sur le plancher océanique. Nous vissons, dévissons, revissons, testons l’électronique, installons les systèmes de largage du lest et des instruments. Heureusement, Simon, le scientifique en charge des sismomètres, nous a formés. Car bien que nous ayons tous les deux l’habitude d’étudier des données sismologiques, la manipulation de ces instruments était bien loin de nos compétences en arrivant. D’ailleurs, les discussions vont bon train sur la coursive en effervescence : ces sismomètres, couplés avec des capteurs de pression de l’eau et de courant marin, nous intriguent… Car nous nous intéressons ensemble depuis longtemps au <a href="https://hal-insu.archives-ouvertes.fr/insu-03590093">lien potentiel</a> entre le <a href="https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02397272">déclenchement des séismes et les charges de marées</a>. Si ce lien existe en surface, ne pourrait-on pas aussi l’observer au fond des mers ?</p>
<p>Un mois en mer à explorer les fonds marins est une expérience scientifique et humaine incroyable. Ce voyage aura été une occasion unique d’approfondir notre compréhension du système Terre. Pour Kristel et Alexandre, chercheurs spécialistes d’autres domaines des géosciences, la géologie marine était un monde nouveau, et ils auront aidé comme ils le pouvaient au bon déroulement de la mission. Ils en auront aussi profité pour améliorer leur revers au ping-pong en jouant avec les membres de l’équipage et trouver un souffle d’inspiration nouveau pour leurs futurs travaux de recherche. Si l’opportunité se représente, ils reprendront le large, c’est certain !</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/184175/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Alexandre SCHUBNEL a reçu des financements de l'INSU, du CEA, de l'ANR et de l'ERC. </span></em></p><p class="fine-print"><em><span>Kristel Chanard a reçu des financements du CNRS et du CNES. </span></em></p>
Dans les expéditions scientifiques, on ne trouve pas que de vieux loups de mer et des spécialistes du thème de la mission. Aujourd’hui, la vision de deux géoscientifiques novices en mer.
Alexandre Schubnel, Senior researcher, École normale supérieure (ENS) – PSL
Kristel Chanard, Chargée de recherche en Géodésie spatiale et Géophysique, Institut de physique du globe de Paris (IPGP)
Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.
tag:theconversation.com,2011:article/147036
2020-12-16T19:16:37Z
2020-12-16T19:16:37Z
À plus de 1 000 mètres sous l’eau, des observatoires pour étudier la richesse de l’océan profond
<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/375476/original/file-20201216-19-1f7njpd.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">L’engin sous-marin Victor 6000 explorant une source hydrothermale. </span> <span class="attribution"><span class="source">Ifremer/Pix-factory</span>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/">CC BY-NC-ND</a></span></figcaption></figure><p>Longtemps, par manque de moyens d’accès efficaces, l’océan profond a été perçu comme une immense plaine désertique ; un environnement stable, obscur et froid.</p>
<p>C’est dans la première moitié du XX<sup>e</sup> siècle que des « savants fous » sont allés voir si ces plaines abyssales étaient si désertiques. En 1932, les Américains William Beebe et Olis Barton atteignent les 900 mètres <a href="https://wwz.ifremer.fr/grands_fonds/Les-moyens/Les-engins/Les-bathyscaphes">à bord de leur « bathysphère »</a> ; en 1960, le professeur <a href="https://www.rts.ch/archives/radio/divers/emission-sans-nom/3365383-piccard-et-le-trieste-06-08-1954.html">Auguste Piccard développe le Trieste</a>, lui permettant de décrocher le record de plongée profonde à 10 900 mètres dans la fosse des Mariannes (Pacifique).</p>
<p>En utilisant des submersibles habités, ces pionniers ouvrent la voie à l’exploration des grands fonds. Ces appareils seront ensuite développés et utilisés à des fins scientifiques.</p>
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<iframe width="440" height="260" src="https://www.youtube.com/embed/AOfS-tzxZAs?wmode=transparent&start=0" frameborder="0" allowfullscreen=""></iframe>
<figcaption><span class="caption">The Trieste’s Deepest Dive. (Rolex/youtube, 2012).</span></figcaption>
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<h2>Les années 1970 et le tournant des sources hydrothermales</h2>
<p>Dans le courant des années 1950-1960, une série d’avancées majeures révolutionnent les sciences de la Terre. On découvre ainsi que les fonds des océans sont jeunes, moins de 200 millions d’années comparés au 4500 de l’histoire de la Terre. Mais c’est dans les années 1970 que notre vision des écosystèmes profonds va radicalement changer.</p>
<p>Situés au-delà des 200 mètres de profondeur, les « abysses » présentent des paysages aussi variés que ceux des écosystèmes terrestres : des plaines abyssales (qui en constituent la grande majorité), des chaînes de montagnes sous-marines (les <a href="https://bit.ly/3qOAIGR">dorsales médio-océaniques</a>), des canyons, des fosses et des marges… Ces différents contextes géologiques abritent des écosystèmes distincts, soutenus par deux sources d’énergie.</p>
<p>On distingue d’abord la faune dite « benthique », qui utilise majoritairement des apports d’origine photosynthétique sédimentant depuis la surface. Puis, <a href="https://wwz.ifremer.fr/grands_fonds/Les-enjeux/Les-decouvertes/Sources-hydrothermales">à la fin des années 1970, à la faveur de la découverte de sources hydrothermales</a> – situées sur une dorsale à proximité des îles Galapagos –, on détecte la présence d’une autre source d’énergie.</p>
<p>Cette énergie alternative, apportée dans les sources hydrothermales par des émissions de fluides, est utilisée par des microorganismes produisant la matière organique qui se trouve à la base de la chaîne alimentaire grâce au processus de la « chimiosynthèse ».</p>
<h2>Le règne de la chimiosynthèse</h2>
<p>Ces sources hydrothermales se trouvent en effet en majorité sur les chaînes de montagnes sous-marines (dorsales medio-océaniques) et dans les espaces océaniques situés en arrière et parallèlement à un arc volcanique (bassins arrière-arc).</p>
<p>Dans ces zones actives, les plaques tectoniques s’écartent pour former un nouveau plancher océanique. Celui-ci est fragmenté, fissuré, permettant à l’eau de mer, froide et dense, d’y percoler.</p>
<p>En entrant en contact avec ces roches chaudes, l’eau de mer va subir des réactions chimiques et voir sa composition modifiée : le fluide hydrothermal qui en résulte sera chaud (jusqu’à 350 °C), très souvent acide et dépourvu d’oxygène (anoxique) ; il sera aussi chargé en sulfures et métaux. Lorsque ce fluide chaud remonte vers la surface, en jaillissant à l’axe de la dorsale, il forme ce qu’on appelle des « fumeurs noirs ». Des dépôts, riches en fer, cuivre et zinc, s’accumuleront au cours du temps pendant la période d’activité des sources, généralement estimée à plus de 10 000 ans, pour composer autant d’édifices hydrothermaux.</p>
<p>En générant ces dépôts minéraux, le fluide hydrothermal soutient également cet écosystème très particulier évoqué plus haut et dont la chaîne alimentaire dépend : non pas de la photosynthèse – il n’y a plus de lumière au-delà de 200 m de profondeur –, mais de la chimiosynthèse microbienne. La présence de ces microorganismes, certains vivants à très haute température (110, voire 120 °C) va assurer la production de matière organique, consommée ensuite par les animaux colonisant cette zone à très forte productivité.</p>
<p>On l’a compris, l’écosystème ainsi formé, très limité dans l’espace (quelques centaines de m<sup>2</sup> au maximum), est dépendant de la source hydrothermale.</p>
<h2>Une image partielle des écosystèmes</h2>
<p>Les sources hydrothermales que nous venons de décrire sont situées sur des zones actives (volcanisme et tectonisme) et réparties de manière discontinue le long des chaînes de montagnes sous-marines (les dorsales médio-océaniques).</p>
<p>Encore bien des sources sont à découvrir, mais on estime que la distance entre deux sources est de l’ordre de 10 à 100 km.</p>
<p>L’étude de ces écosystèmes est encore très récente (quatre décennies seulement) et beaucoup de questions restent aujourd’hui sans réponse… Comment fonctionne cette circulation hydrothermale ? Comment se forment ces sulfures polymétalliques ? Quelles sont les différences rencontrées dans les différentes sources réparties sur les dorsales ? Quels sont les flux de chaleur et de matière (métaux et matière organique) apportés par les sources hydrothermales dans l’océan ? Quels sont les organismes qui colonisent ces environnements ? Comment résistent-ils à un milieu « hostile » ?</p>
<p>Si le développement des submersibles, habités ou téléopérés, a permis de commencer à répondre à ces questions, les approches classiques, basées sur des campagnes océanographiques, n’apportent qu’une image partielle du fonctionnement d’un écosystème : une photo à un « instant t », sans connaître l’évolution, la variabilité du système au cours du temps.</p>
<h2>Les premiers observatoires de fond de mer</h2>
<p>Pour dépasser cette vision lacunaire, la communauté scientifique internationale a développé, à partir des années 1990, les premiers projets d’observatoires de fond de mer. <a href="https://youtu.be/b0_VSkoZvaE">John Delaney</a>, professeur à l’Université de Washington, a joué ici un rôle de premier plan, réalisant son rêve « d’amener l’océan au grand public ».</p>
<p>En déployant des câbles sur le fond océanique, le professeur John Delaney et ses confrères ont montré qu’il était possible d’apporter de l’énergie vers des capteurs et de transmettre les données récoltées directement aux chercheurs.</p>
<p>Après quelques années de développements technologiques – déployer des capteurs sur de longues périodes en mer n’est pas chose aisée ! – les premiers observatoires ont vu le jour dans les années 2010. <a href="https://www.oceannetworks.ca/">Ocean Network Canada</a> a par exemple développé une infrastructure complète d’acquisition et de gestion de données autour d’un câble sous-marin déployé sur la plaque Juan de Fuca (Pacifique Nord-Est).</p>
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<iframe width="440" height="260" src="https://www.youtube.com/embed/XB7Pt95nCYk?wmode=transparent&start=0" frameborder="0" allowfullscreen=""></iframe>
<figcaption><span class="caption">La campagne 2016 du Ocean Network Canada pour améliorer son réseau câblé dans l’océan Pacifique.</span></figcaption>
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<h2>Des Açores à Brest</h2>
<p>C’est à la même période, grâce à des financements européens, que nous avons déployé au large des Açores un observatoire non câblé (appelé EMSO-Açores) pour étudier la variabilité temporelle du champ hydrothermal « Lucky Strike », situé sur la dorsale médio-Atlantique, à 1700 mètres de profondeur. D’autres <a href="http://emso.eu/observatories/">observatoires EMSO</a> opèrent dans les mers du pourtour européen.</p>
<p><a href="https://www.emso-fr.org/EMSO-Azores">Cette infrastructure</a> est composée de 2 nœuds de surveillance qui fournissent de l’énergie, pilotent les capteurs, enregistrent les données et les transmettent par acoustique à une bouée en surface. Cette bouée sert de relais et renvoie les informations collectées, toutes les six heures, vers le centre d’archivage et de mise à disposition des données, situé à Brest. Ce lien nous permet, depuis la terre, de communiquer avec l’infrastructure.</p>
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<img alt="Ifremer 2010" src="https://images.theconversation.com/files/375486/original/file-20201216-13-e8bfmp.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/375486/original/file-20201216-13-e8bfmp.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=398&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/375486/original/file-20201216-13-e8bfmp.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=398&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/375486/original/file-20201216-13-e8bfmp.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=398&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/375486/original/file-20201216-13-e8bfmp.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=501&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/375486/original/file-20201216-13-e8bfmp.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=501&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/375486/original/file-20201216-13-e8bfmp.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=501&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">Infrastructure d’observation et de transmission de données de l’observatoire EMSO.</span>
<span class="attribution"><a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/">CC BY-NC-ND</a></span>
</figcaption>
</figure>
<p>Le premier nœud d’observation est déployé sur un lac de lave fossile, nous permettant d’enregistrer localement les séismes et la déformation verticale du plancher océanique. Le second nœud a énormément évolué depuis 2010 : déployé autour de l’édifice hydrothermal actif « Tour Eiffel », il nous permet d’en étudier la variabilité temporelle.</p>
<p>L’infrastructure est complétée par un réseau de capteurs autonomes (thermistances, sismomètres…) et par un programme d’échantillonnage qui nous permet d’augmenter la portée spatiale de l’observatoire et nous donne accès à des données complémentaires (géochimie des fluides, biodiversité…).</p>
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<figcaption><span class="caption">Présentation de l’instrument EMSO opérant au large des Açores. (EMSO ERIC/Youtube, 2019).</span></figcaption>
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<h2>Dix ans de travaux scientifiques</h2>
<p><a href="https://www.emso-fr.org/fr/EMSO-Azores/Ground-breaking-results">Depuis dix ans</a>, grâce aux données de l’observatoire EMSO-Açores, nous avons obtenu des résultats décisifs pour comprendre comment la circulation hydrothermale s’établissait, comment le fluide hydrothermal se formait, quelles relations s’établissaient en profondeur entre la source de chaleur magmatique, la perméabilité créée par les failles et les nombreuses fractures à l’axe de la dorsale, et le système hydrothermal. Nous avons également contribué à une découverte importante : les émissions hydrothermales des dorsales jouent un <a href="http://doi.org/10.1002/2017GL073315">rôle clé pour la teneur en fer des océans</a>.</p>
<p>D’autres résultats marquants sont directement issus de ces dix années d’observation.</p>
<p><a href="https://archimer.ifremer.fr/doc/00419/53001/">La modélisation des courants</a> et de leur interaction avec la topographie a suggéré la formation de tourbillons qui pouvaient augmenter fortement la dispersion spatiale des particules et des larves d’organismes.</p>
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À lire aussi :
<a href="https://theconversation.com/connaissez-vous-les-coraux-deau-froide-144314">Connaissez-vous les coraux d’eau froide ?</a>
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<p>L’étude de la dynamique temporelle de la faune a permis de mettre en évidence la stabilité de ces communautés à l’échelle décennale, et de mieux caractériser la distribution des espèces à l’échelle des individus – notamment <a href="https://www.deepseaspy.com">à travers le projet de science citoyenne, « Espion des grands fonds »</a> et la <a href="https://archimer.ifremer.fr/doc/00640/75211/">reconstruction en 3D</a> de la cheminée hydrothermale active appelée « Tour Eiffel ».</p>
<p>Enfin, une <a href="https://doi.org/10.1038/s41467-020-17284-4">étude très récente</a> a montré pour la première fois l’existence de rythmes biologiques au niveau du comportement et par séquençage moléculaire sur une espèce hydrothermale des grands fonds.</p>
<h2>Veiller sur les écosystèmes vulnérables</h2>
<p>En plus de ces connaissances fondamentales sur le fonctionnement de l’écosystème hydrothermal, l’observatoire EMSO-Açores nous a permis de développer et de faire fonctionner pendant une décennie complète une infrastructure complexe.</p>
<p>Le cœur électronique du système a été transféré à un industriel pour être commercialisé ; l’infrastructure développée préfigure des stations de surveillance environnementale qui pourront être utilisées dans le futur lors de projets d’exploitation ou de <a href="https://theconversation.com/connaissez-vous-les-coraux-deau-froide-144314">surveillance d’écosystèmes marins vulnérables</a>.</p>
<p>Ces technologies et les connaissances acquises permettront de répondre beaucoup plus efficacement à la question d’évaluation des impacts des activités humaines dans les grands fonds (pollutions, exploitation de ressources).</p>
<p>Depuis les années 1960, l’exploration de ces espaces a ainsi progressé de façon spectaculaire, toujours sous la double impulsion des questionnements scientifiques et des progrès technologiques. Nous appréhendons maintenant la richesse de ces milieux profonds, qui représentent environ 70 % de la surface de notre planète, richesse qu’il est important de partager : mieux connaître pour mieux protéger.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/147036/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Les travaux présentés dans cet article s’intègrent dans le réseau d’infrastructure de recherche EMSO-ERIC. EMSO-Açores est piloté et financé par l’Ifremer et le CNRS. Des financements publics spécifiques ont été obtenus par le labex Mer et les projets européens MERCES (grant agreement No 689518) et iAtlantic (grant agreement No 818123).</span></em></p><p class="fine-print"><em><span>Mathilde Cannat ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.</span></em></p>
Depuis les années 1960, explorateurs puis scientifiques tentent de mieux connaître ces zones longtemps considérées comme désertiques.
Pierre-Marie Sarradin, Responsable de l’unité de recherche « Étude des écosystèmes profonds », Ifremer
Mathilde Cannat, Directrice de recherche CNRS, géosciences marines, Institut de physique du globe de Paris (IPGP)
Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.
tag:theconversation.com,2011:article/132221
2020-02-24T16:00:14Z
2020-02-24T16:00:14Z
Planète Mars : les premiers séismes jamais détectés
<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/316828/original/file-20200224-24651-16a1o91.jpg?ixlib=rb-1.1.0&rect=0%2C0%2C1917%2C1080&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Vue de Mars depuis l'espace.</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://www.flickr.com/photos/kevinmgill/45251391714/in/photolist-2bWHddS-bS1MRD-GSmqo7-TrGCGs-RWLg73-ZRRnH5-2dnfcCg-bucraJ-cdPuxL-i13Kuw-bynxnS-9haAgz-RyeHDr-qGWk4R-fmX5oP-25Lon4u-cdBNDE-cLT5S7-8R1Vza-bH7eqi-9H1z7w-28V2b9h-buctR5-cHP2pU-ccqgjL-csHVLU-2i1bGk7-8RcK5y-csHWCj-2fzZYtK-2ec69Ai-2fzZXrp-adUDCZ-bkZZnS-7PRsEb-bPmmGz-rpJkLL-cKPBZ1-87ivZx-rvJWEX-cPb1Zs-aYnE6p-cCZTfJ-RCZQ2x-s9oQaN-RAwxtj-5zv7YQ-tssC1p-T9FhPT-RAue73">Kevin Gill/Flickr</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/">CC BY-SA</a></span></figcaption></figure><p>Si, après la Terre, Mars est de loin la planète la plus étudiée du système solaire, seule sa surface commence à nous être familière : nous ne savons en effet presque rien de ce qui se trouve en dessous. Comme toutes les <a href="https://fr.vikidia.org/wiki/Plan%C3%A8te_rocheuse">planètes telluriques</a>, la planète rouge possède une structure interne composée de trois couches : croûte, manteau et noyau. Mais nos connaissances sur l’épaisseur, l’état (solide ou liquide), la densité et la composition de ces enveloppes sont très approximatives. Or la structure interne est fondamentale pour comprendre l’origine et l’évolution géologique d’un corps planétaire, tout comme son potentiel à accueillir le vivant.</p>
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<figcaption><span class="caption">Objectif Mars : que cherche-t-on ?/Université de Paris.</span></figcaption>
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<p>La <a href="https://mars.nasa.gov/insight/">mission InSight</a> de la NASA a été envoyée vers Mars pour résoudre l’énigme de ses profondeurs, avec un atout principal, un sismomètre ultrasensible et ultrarésistant d’origine française, <a href="https://www.seis-insight.eu/fr/">SEIS</a>. Après un atterrissage en fanfare le 26 novembre 2018, puis la dépose et l’installation du sismomètre au niveau du sol poussiéreux de la plaine d’Elysium entre décembre et février 2019, l’instrument s’est mis à l’écoute de l’activité sismique martienne. Une année plus tard, les premiers résultats, <a href="https://nature.com/articles/s41561-020-0544-y">publiés dans <em>Nature</em></a>, sont aussi spectaculaires qu’inattendus.</p>
<h2>De Viking à InSight, quarante ans d’attente pour le premier sismomètre martien</h2>
<p>La première tentative pour percer les mystères de l’intérieur de la planète rouge par le biais de la sismologie avait eu lieu dès 1976, avec les atterrisseurs américains Viking, les premiers à parvenir intacts à la surface de Mars. Si cette mission a été l’un des plus grands succès de la conquête spatiale, les sismologues étaient restés sur leur faim : le sismomètre de l’atterrisseur Viking 1 ne put être mis en service, et entre 1976 et 1978, celui de Viking 2 n’enregistra que les secousses provoquées par les assauts répétés du vent sur la structure de la sonde.</p>
<p>Quarante ans plus tard, la première chose que le sismomètre SEIS mesura sur Mars, lors de sa mise en route sur le pont d’InSight, fut également… les vents. Avec ses panneaux solaires, l’atterrisseur est même deux fois plus sensible aux bourrasques que les sondes Viking. Mais cette fois ci, nous avions tout prévu. La construction de cet instrument, fruit d’une vingtaine d’années de recherche, nous avait été confiée par la NASA car nous étions, à l’époque, la seule équipe dans le monde avec les compétences nécessaires.</p>
<p>Grâce à son bras robotique, et contrairement à Viking, la sonde InSight fut capable de déposer son sismomètre directement sur le sol, puis de le recouvrir avec un bouclier de protection éolien et thermique diablement efficace. Dans cette configuration, le bruit causé par le vent parvient en effet à être diminué d’un facteur pouvant aller jusqu’à 1000. Les effets de cette opération à haut risque qui demanda deux mois furent stupéfiants : lorsque l’instrument, les pieds plantés dans la poussière ocre, fut rallumé sous sa cloche, il ouvrit pour les planétologues une fenêtre vers un domaine de fréquences et de vibrations jusqu’alors inconnu et inaccessible.</p>
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<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/316602/original/file-20200221-92558-9sxaox.PNG?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=237&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/316602/original/file-20200221-92558-9sxaox.PNG?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/316602/original/file-20200221-92558-9sxaox.PNG?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/316602/original/file-20200221-92558-9sxaox.PNG?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/316602/original/file-20200221-92558-9sxaox.PNG?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/316602/original/file-20200221-92558-9sxaox.PNG?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/316602/original/file-20200221-92558-9sxaox.PNG?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">Le sismomètre SEIS, sous son bouclier blanc de protection thermique et éolien, photographié à la surface de Mars par la caméra ICC de l’atterrisseur InSight (NASA/JPL-Caltech).</span>
<span class="attribution"><span class="source">NASA</span></span>
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</figure>
<p>Très rapidement, l’analyse des premières données montra que la période la plus propice aux observations se situait en soirée, quelque part entre le coucher du soleil et minuit (en heures martiennes). À ce moment-là, l’environnement martien devient incroyablement calme, et le niveau de bruit, qui parasite les mesures, s’effondre. La plaine d’Elysium est alors si tranquille et paisible que les sismologues peuvent détecter des tremblements infimes de la surface, correspondant à des déplacements équivalents au diamètre d’un atome, et explorer en toute liberté des bandes de fréquence qui sont saturées de signaux parasites sur Terre.</p>
<p>Dans l’insolite et déconcertante plénitude de la nuit martienne, les premières secousses sismiques se mirent à apparaître sur les spectrogrammes. Le premier séisme jamais enregistré sur la planète rouge s’est produit le 7 avril 2019 (sur le calendrier de mission, il s’agissait du sol 128 ; un jour martien s’appelle un sol, et le premier sol, le sol 0, correspondant à l’atterrissage). Et avec lui est née une nouvelle discipline : la sismologie martienne.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/316603/original/file-20200221-92497-xr7rx3.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/316603/original/file-20200221-92497-xr7rx3.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=425&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/316603/original/file-20200221-92497-xr7rx3.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=425&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/316603/original/file-20200221-92497-xr7rx3.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=425&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/316603/original/file-20200221-92497-xr7rx3.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=533&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/316603/original/file-20200221-92497-xr7rx3.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=533&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/316603/original/file-20200221-92497-xr7rx3.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=533&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">Entre 17h00 et minuit, SEIS bénéficie de conditions exceptionnelles pour écouter l’activité sismique de Mars (IPGP/Nicolas Sarter).</span>
<span class="attribution"><span class="source">IPGP</span></span>
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</figure>
<h2>Les premiers séismes</h2>
<p>Le séisme du sol 128 était pourtant très timide. Classée parmi les séismes de haute fréquence, la majeure partie de son énergie vibratoire était située au-dessus de 1 Hz (c’est-à-dire une vibration par seconde). Son intensité était si faible que son épicentre n’a pas pu être localisé sur la grande mappemonde de Mars. Pourtant, il prouvait que la planète rouge était bel et bien active sismiquement. Ce séisme fut également le premier d’une très longue série. Parmi les quelque 300 événements détectés jusqu’à aujourd’hui, ceux de haute fréquence sont effectivement les plus nombreux.</p>
<p>Les secousses de haute fréquence demeurent également mystérieuses : leur nombre ne cesse d’augmenter au fil des mois, ce qui signifie qu’elles sont peut-être liées à un phénomène cyclique, impliquant un réchauffement saisonnier et des ébranlements de surface (glissements de terrain, chutes de pierre), ou le parcours de Mars sur son orbite. De plus, la plupart seraient indétectables si elles n’étaient pas intensifiées par une étrange résonance située à 2,4 Hz. Le sismomètre SEIS capte en effet continuellement un ensemble de vibrations, qui se répètent 2,4 fois par seconde, et qui gagnent en force quand un événement de haute fréquence se produit. D’origine inconnue, ce phénomène agit comme un amplificateur sismique naturel, pour le plus grand bonheur des sismologues.</p>
<p>Il y a cependant encore plus intéressant que les séismes de haute fréquence : ce sont ceux de basse fréquence (dont le contenu énergétique est situé cette fois-ci en dessous de la valeur seuil de 1 Hz, c’est-à-dire une vibration par seconde). Beaucoup plus rares, ces derniers sont aussi plus puissants, et proviendraient de zones bien plus profondes. Si les séismes de haute fréquence semblent confinés dans la croûte martienne, les séismes de basse fréquence pourraient prendre naissance aussi bien dans la croûte que dans le manteau.</p>
<figure class="align-right ">
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<span class="caption">Schéma illustrant les différentes catégories d’ondes sismiques générées par un séisme (IPGP/David Ducros).</span>
<span class="attribution"><span class="source">IPGP</span></span>
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<p>De la poignée de séismes de basse fréquence observés jusqu’ici, celui du sol 173 (23 mai 2019) est assuré de rester dans les livres d’histoire des sciences. Avec une magnitude respectable de 3,6, il permit pour la première fois aux sismologues de pointer avec précision l’arrivée du front des ondes P (ondes de dilatation-compression désignées ainsi car elles arrivent en premier sur les stations sismiques), puis celui des ondes S de cisaillement (moins véloces, elles arrivent généralement en second).</p>
<p>Le pointage des ondes P et S permit de déterminer la distance du séisme : environ 1600 kilomètres de la sonde InSight. L’étude de la polarisation des trains d’ondes permit ensuite d’effectuer une opération habituellement très délicate quand on ne possède qu’un seul sismomètre en action, et non pas un grand nombre : l’estimation de l’azimut, c’est-à-dire la direction de l’épicentre par rapport au nord. Les scientifiques découvrirent alors que le séisme du sol 173 avait pris naissance à 1600 kilomètres à l’est d’InSight, dans un secteur de la surface martienne dénommé Cerberus Fossae.</p>
<h2>Les failles de Cerberus Fossae</h2>
<p>Cette région très vaste zébrée d’immenses failles avait depuis longtemps été repérée depuis l’orbite par les sismologues. De nombreux indices laissaient en effet penser que l’endroit avait encore été très récemment – moins de 10 millions d’années – le siège d’une activité tectonique et volcanique. La découverte, sur certains versants abrupts, de traces très fraîches laissées par la chute de lourds blocs rocheux, suggérait même qu’ici, le sol n’avait en fait jamais vraiment cessé de trembler. Si les analyses menées sur les données fournies par SEIS se confirment, les sismologues ont vu juste : Cerberus Fossae n’est rien de moins que la première zone sismique active jamais découverte sur la planète rouge.</p>
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<span class="caption">Une faille de la zone de Cerberus Fossae, observée par la caméra surpuissante de la sonde américaine Mars Reconnaissance Orbiter.</span>
<span class="attribution"><span class="source">NASA/JPL/University of Arizona</span></span>
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</figure>
<p>Comme un bonheur ne vient jamais seul, au cours du sol 235 (26 juillet 2019), SEIS détecta un second séisme de basse fréquence dont l’épicentre était également situé dans le secteur de Cerberus Fossae. D’une magnitude équivalente à celle du sol 173, la secousse du sol 235 permit de surcroît aux scientifiques d’observer pour la première fois une réplique : 35 minutes après le séisme principal, le sismomètre enregistra un nouvel évènement, frère jumeau du premier.</p>
<h2>Le voile se lève sur la structure interne de Mars</h2>
<p>Grâce aux deux séismes significatifs des sols 173 et 235, les géophysiciens purent commencer à sonder l’intérieur de Mars, et en particulier la croûte supérieure. En analysant la façon dont certaines ondes P se convertissent en ondes S lorsqu’elles rencontrent des discontinuités, ils mirent en évidence la présence d’une couche d’environ 10 km d’épaisseur, constituée de matériaux volcaniques altérés et endommagés. En dessous de cette dernière se trouveraient des roches plus saines et compactes, et ce jusqu’au manteau.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/316611/original/file-20200221-92493-f4ckmm.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/316611/original/file-20200221-92493-f4ckmm.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=424&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/316611/original/file-20200221-92493-f4ckmm.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=424&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/316611/original/file-20200221-92493-f4ckmm.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=424&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/316611/original/file-20200221-92493-f4ckmm.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=533&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/316611/original/file-20200221-92493-f4ckmm.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=533&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/316611/original/file-20200221-92493-f4ckmm.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=533&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">Pour sonder le sous-sol de son site d’atterrissage, les sismologues de la mission InSight s’appuient sur trois techniques : résonance du berceau de support du sismomètre, ondes générées par l’enfouissement du pénétrateur HP3 dans le sol, et enfin passage des tourbillons de poussière (IPGP/Nicolas Sarter).</span>
<span class="attribution"><span class="source">IPGP</span></span>
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<p>Plus proche de la surface, pour caractériser le site d’atterrissage, les scientifiques d’InSight mirent en œuvre trois techniques innovantes de sondage. En étudiant la résonance des trois pieds coniques du sismomètre, ils furent d’abord en mesure de déterminer l’élasticité d’une couche durcie du sol de quelques centimètres d’épaisseur, appelée duricrust. En écoutant les milliers d’à-coups provoqués par le pénétrateur HP3 dans son effort pour s’enfoncer sous la surface, il fut ensuite possible d’estimer l’épaisseur et certaines propriétés physiques du régolite situé sous la cuirasse de la duricrust. Enfin, grâce aux tourbillons de poussière qui traversent, très nombreux, la plaine d’Elysium, et qui soulèvent imperceptiblement le sol en l’aspirant le long de leur passage, SEIS a pu contempler ce qui se trouve sous ses pieds, jusqu’à environ 10 mètres et estimer l’épaisseur de la partie très peu consolidée qui ne semble pas dépasser 3 mètres.</p>
<h2>Vers la structure profonde de Mars</h2>
<p>Si les résultats de cette première année d’étude sont décidément très encourageants, les sismologues martiens ne sont cependant pas au bout de leur peine. Certes, il ne fait plus aucun doute que Mars est une planète sismiquement active, mais sur les quelque 300 événements identifiés jusqu’à ce jour, la plupart sont de faible intensité, et donc insuffisants pour parvenir aux couches les plus profondes de la planète. Jusqu’à présent, les séismes martiens ne génèrent pas non plus d’ondes de surface, y compris celles capables de faire un tour complet de la planète, et qui auraient dû permettre aux sismologues de réaliser une mesure de vitesse sur une distance très bien connue : la circonférence de Mars !</p>
<figure class="align-right ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/316609/original/file-20200221-92533-eqkf6m.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=237&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/316609/original/file-20200221-92533-eqkf6m.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=369&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/316609/original/file-20200221-92533-eqkf6m.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=369&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/316609/original/file-20200221-92533-eqkf6m.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=369&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/316609/original/file-20200221-92533-eqkf6m.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=463&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/316609/original/file-20200221-92533-eqkf6m.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=463&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/316609/original/file-20200221-92533-eqkf6m.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=463&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">Structure générale de la planète Mars. Du centre vers l’extérieur : noyau métallique, manteau, croûte et enfin atmosphère (IPGP/David Ducros).</span>
<span class="attribution"><span class="source">IPGP</span></span>
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</figure>
<p>Un autre phénomène, dû à l’immense fracturation de la croûte, vient également fortement perturber les mesures. Soumise au martelage continu de chutes d’astéroïdes sur de très longues périodes, la croûte martienne est effectivement intensément concassée et fissurée. Lorsqu’elles doivent la traverser, juste avant de rejoindre SEIS, les ondes sismiques se réverbèrent dans toutes les directions. Forcés de parcourir des distances supplémentaires, certains trains d’ondes prennent du retard et arrivent à la station en même temps que d’autres ayant suivi des chemins différents.</p>
<p>Les conséquences d’un tel phénomène sont redoutables pour SEIS : lorsqu’un séisme se produit, au lieu d’entendre de manière très nette le craquement bref de la rupture des matériaux rocheux (les ondes sismiques se propageant en effet dans le sol avec des lois proches de celles du son), l’instrument détecte une succession d’échos, qui s’étirent dans le temps sur plusieurs dizaines de minutes. Sur Mars, ce phénomène semble intermédiaire entre ce qui est observé sur Terre et sur la Lune, ouvrant tout à la fois les perspectives d’une approche comparée en sismologie planétaire, mais créant également de nombreux défis pour les scientifiques chargés d’expliquer au mieux ces nouvelles données.</p>
<figure class="align-left ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/316634/original/file-20200221-92497-qts40d.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=237&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/316634/original/file-20200221-92497-qts40d.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=589&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/316634/original/file-20200221-92497-qts40d.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=589&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/316634/original/file-20200221-92497-qts40d.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=589&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/316634/original/file-20200221-92497-qts40d.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=740&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/316634/original/file-20200221-92497-qts40d.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=740&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/316634/original/file-20200221-92497-qts40d.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=740&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">Cerberus Fossae est la première zone sismique active jamais découverte sur Mars. Située à environ 1 600 kilomètres à l’est de la sonde InSight, cette immense structure tectonique extensive a été l’épicentre de deux importantes secousses au cours des sols 173 (23 mai 2019) et 235 (26 juillet 2019) (IPGP/SEIS Team).</span>
<span class="attribution"><span class="source">IPGP</span></span>
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<p>Mars a toujours été une planète difficile d’approche, qui demande à ses explorateurs persévérance et efforts incessants, avant d’accepter enfin de livrer ses secrets. Pour l’instant, seule la croûte supérieure a pu être investiguée, et sur la première carte de séismicité martienne, seuls trois séismes sont punaisés : ceux des sols 173 et 235, ainsi qu’un autre, détecté au cours du sol 183 (3 juin 2019) et placé pour l’instant à côté de la structure énigmatique d’Orcus Patera (une dépression elliptique qui pourrait être un cratère d’impact ou un volcan). À l’exception de ce triplet, tous les autres sont disposés sur de grands cercles, situés à plus ou moins grandes distances de l’atterrisseur InSight, sans qu’il soit possible de leur affecter un azimut, c’est-à-dire une direction.</p>
<p>Inlassablement, par l’intermédiaire de <a href="https://www.seis-insight.eu/fr">SEIS</a>, les sismologues continuent donc d’écouter l’activité sismique martienne. Chaque jour, ils espèrent désormais apercevoir sur les spectrogrammes la trace du premier grand séisme martien. Celui qui permettra enfin de traverser le Moho, cette discontinuité qui sépare la croûte du manteau. Celui qui permettra enfin d’atteindre, des milliers de kilomètres sous la surface, le noyau métallique, le cœur de la planète rouge.</p>
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<figcaption><span class="caption">SEIS, une aventure spatiale. Dans cette web-série de cinq épisodes réalisée par l’Université de Paris, découvrez le travail des ingénieurs et chercheurs de l’IPGP sur le sismomètre SEIS de la mission NASA/InSight.</span></figcaption>
</figure><img src="https://counter.theconversation.com/content/132221/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Philippe Labrot travaille pour l'Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP).</span></em></p><p class="fine-print"><em><span>Charles Yana et Philippe Lognonné ne travaillent pas, ne conseillent pas, ne possèdent pas de parts, ne reçoivent pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'ont déclaré aucune autre affiliation que leur poste universitaire.</span></em></p>
Mars et la Terre se ressemblent énormément, alors pourquoi notre planète abrite la vie à l’inverse de sa voisine ? La réponse pourrait venir de sa structure étudiée par la sismologie in situ.
Philippe Labrot, Responsable communication SEIS/InSight, Institut de physique du globe de Paris (IPGP)
Charles Yana, Chef de Projet Opérations SEIS pour la mission InSight, Centre national d’études spatiales (CNES)
Philippe Lognonné, Professeur en Géophysique et Planétologie, Institut de physique du globe de Paris (IPGP)
Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.
tag:theconversation.com,2011:article/129389
2020-01-17T08:18:09Z
2020-01-17T08:18:09Z
Écouter battre le cœur de Mars pour comprendre sa formation et sa structure
<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/310447/original/file-20200116-181645-u5pmzg.jpg?ixlib=rb-1.1.0&rect=0%2C0%2C1397%2C787&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Dessin d'artiste représentant l'atterrisseur InSight de la NASA après qu'il ait déployé ses instruments sur la surface martienne.</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://www.nasa.gov/feature/jpl/nasas-insight-will-study-mars-while-standing-still">NASA/JPL-Caltech</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/">CC BY-SA</a></span></figcaption></figure><p><a href="https://www.seis-insight.eu/fr/public/l-instrument-seis/exomars/54-public/la-mission-insight">La mission martienne InSight</a> s’est posée sur Mars le 26 Novembre 2018, amenant à son bord des instruments développés pour dévoiler l’intérieur de la planète rouge. Entre priorités scientifiques, contraintes technologiques et coopération internationale, le contrôle depuis la Terre des instruments d’une grande mission spatiale relève du ballet de haute précision.</p>
<p>L’objectif d’InSight, l’atterrisseur martien développé par la NASA, est d’explorer le cœur de la planète en étudiant les ondes sismiques se propageant à l’intérieur et à la surface suite à un séisme. En analysant la composition du noyau et du manteau ainsi que leurs tailles relatives, nous espérons mieux comprendre la formation de la planète rouge, son évolution, sa taille relativement petite par rapport à la Terre ou Vénus. En comparant avec ce que l’on sait de la Terre, l’idée est de mieux appréhender les mécanismes qui ont amené à la formation de notre planète et des <a href="https://trustmyscience.com/planetes-telluriques-et-gazeuses/">planètes telluriques</a> en général.</p>
<p>Pour répondre à ces questions, le Centre national d’études spatiales (le <a href="https://cnes.fr/fr/">CNES</a>, l’Agence spatiale française) a développé le <a href="http://www.ipgp.fr/fr/sismometre-seis-de-mission-insight-detecte-un-premier-tremblement-de-mars">sismomètre SEIS</a>, et en assure le pilotage technique tandis que la responsabilité scientifique est assurée par l’Institut de Physique du Globe de Paris (<a href="http://www.ipgp.fr/fr">IPGP</a>). Le sismomètre est équipé de deux types de capteurs sismiques, français et anglais, dont le contrôle électronique est assuré par un système suisse et la stabilité mécanique par un système allemand.</p>
<p>L’envie des scientifiques est grande, car les résultats obtenus par les instruments d’InSight sont spectaculaires ! InSight a ainsi pu enregistrer pour la toute première fois le son du vent martien. Après un an passé sur Mars, le sismomètre SEIS a déjà détecté plus d’une centaine d’événements sismiques, dont quatre majeurs qui permettent d’ores et déjà de mieux comprendre la structure interne de la Planète rouge, créant ainsi une nouvelle discipline scientifique : la sismologie martienne.</p>
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<figcaption><span class="caption">[InSight] Le sismomètre français SEIS/CNES.</span></figcaption>
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<h2>Symphonie pour sol martien</h2>
<p>Les <a href="https://www.universalis.fr/encyclopedie/missions-martiennes-reperes-chronologiques/">missions martiennes Viking</a> dans les années 70 ont montré malgré elles que pour fonctionner, un sismomètre devait être installé à même la surface de Mars, sous peine de n’enregistrer que les bruits générés par l’atterrisseur, par exemple des vibrations des panneaux solaires dues au vent ou des craquements mécaniques de la structure dus aux importants gradients de température sur Mars.</p>
<p>La première phase de la mission a donc consisté à déployer l’instrument SEIS sur le sol martien grâce à un bras robotisé et à le couvrir d’un bouclier qui le protège du froid, du vent et de la poussière. Cette phase de déploiement et la qualification technique de l’instrument qui a suivi ont duré presque quatre mois.</p>
<p>SEIS et son bouclier sont accompagnés d’une station météorologique qui comprend des capteurs de vent et de température espagnols, ainsi que d’un magnétomètre (instrument de mesure de l’intensité d’un champ magnétique) et d’un capteur de pression américains, dont les informations sont indispensables pour l’analyse des données sismiques.</p>
<p>Les instruments sont reliés par des câbles à l’atterrisseur, qui assure la suite du transit des informations vers la Terre. Pour communiquer avec l’atterrisseur InSight, la NASA utilise des orbiteurs comme relais – des satellites orbitant autour de Mars chargés entre autres tâches de transmettre vers la Terre les données des robots à la surface de Mars.</p>
<h2>Un ballet orchestré sur Terre</h2>
<p>Les équipes opérationnelles envoient ainsi de nouvelles commandes et reçoivent les signaux sismiques de SEIS, les données météorologiques et les photos capturées par les deux caméras de la mission sur le bras robotisé et sous l’atterrisseur. Au total près de 300 ingénieurs et scientifiques sont impliqués dans les opérations d’InSight.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/310494/original/file-20200116-181589-na5tyx.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/310494/original/file-20200116-181589-na5tyx.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/310494/original/file-20200116-181589-na5tyx.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/310494/original/file-20200116-181589-na5tyx.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=600&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/310494/original/file-20200116-181589-na5tyx.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/310494/original/file-20200116-181589-na5tyx.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/310494/original/file-20200116-181589-na5tyx.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=754&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">SEIS à la surface de Mars, recouvert par son bouclier thermique.</span>
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<p>En semaine, les instruments sont surveillés finement, tandis que le week-end, un système d’alerte automatique prévient les opérateurs du CNES en cas de signal anormal des instruments. Éventuellement, des outils permettent de recréer sur Terre une panne afin de mieux la comprendre, la résoudre, et éviter qu’elle ne se reproduise : un modèle de qualification de SEIS, un simulateur de l’atterrisseur InSight fourni par la NASA et le frère jumeau de SEIS, modèle de rechange qui pourrait, dès demain, être envoyé à son tour sur Mars.</p>
<p>L’activité dans les centres de mission terrestres est rythmée par la programmation hebdomadaire des instruments. Le plan d’activité est préparé par les équipes opérationnelles à partir des demandes des équipes scientifiques françaises, américaines, anglaises et allemandes, qui se réunissent par téléconférence en fin de journée en Europe et tôt le matin en Californie : les équipes scientifiques peuvent par exemple demander une configuration particulière pour un capteur sismique, ou encore une prise d’image du ciel martien pour les météorologues.</p>
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<span class="caption">L’instrument SEIS dans une salle blanche d’un laboratoire du CNES.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://phototheque.cnes.fr/cnes/search.do?q=insight&page=2">CNES</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span>
</figcaption>
</figure>
<p>Il y a souvent plus de demandes que de souhaits exaucés, car les contraintes opérationnelles sont nombreuses : en premier lieu l’énergie à bord est limitée, car InSight est alimenté par des panneaux solaires, qui sont progressivement recouverts de poussière. InSight a commencé par battre le record d’énergie produite par une mission martienne, mais l’énergie moyenne produite est désormais divisée par deux.</p>
<h2>Une connexion limitée</h2>
<p>L’autre contrainte très importante est la bande passante limitée, c’est-à-dire la quantité de données qui pourra être rapatriée vers la Terre. SEIS est allumé en permanence mais ne peut transmettre vers la Terre que 20 à 30 % de ses données sismiques. Dans un premier temps, seul un échantillonnage de basse résolution est transmis vers la Terre, et les données haute résolution sont sauvegardées à bord d’InSight pendant 5 à 6 semaines. Si les équipes terriennes détectent un potentiel évènement sismique ou météorologique, comme une tempête de poussière sur Mars, elles peuvent demander les données haute résolution sur la durée suspectée du séismes.</p>
<p>Les scientifiques doivent demander les données haute résolution aux ingénieurs sans tarder, sous peine de les voir effacées par les nouvelles données mesurées à bord d’InSight et alors définitivement perdues. Ce mécanisme est au cœur des opérations et en constitue au quotidien la principale difficulté. Des arbitrages et des choix doivent être faits chaque semaine, et les équipes peuvent être amenées à demander des données d’intérêt scientifique moindre mais plus anciennes et donc plus à risque d’être effacées à bord, et de reporter la demande de données plus prioritaires scientifiquement à la semaine suivante. Des logiciels développés au CNES permettent la prise de décision et la transmission fiabilisée des requêtes de données haute résolution.</p>
<h2>Marquer le tempo</h2>
<p>Chaque week-end, la NASA envoie aux instruments leur plan d’activité et les commandes associées pour toute la semaine qui suit. le lundi est consacré au statut d’InSight et des différents instruments et sous-systèmes sur Mars, et à la validation du plan d’activité préparé le jeudi précédent. Il peut arriver que les données les plus récentes nécessitent un ajustement du plan d’activité en préparation, par exemple si l’énergie vient à manquer. Le mardi a lieu la réunion de sélection des événements sismiques ou météorologique haute résolution, en fonction de la bande disponible la semaine suivante. Dans la foulée, les ingénieurs du CNES préparent les séquences à destination des instruments et les transmettent à la NASA. Ces séquences sont validées le mercredi par l’ensemble des acteurs de la mission après la vérification du respect des contraintes, règles de vol et disponibilité des ressources à bord. Le jeudi, le plan d’activité de la semaine suivante est à nouveau préparé en fonction des demandes scientifiques et le cycle reprend.</p>
<p>Au CNES, deux opérateurs sont nécessaires chaque jour : un en charge de la surveillance des instruments et un autre en charge de leur programmation. Une équipe assure la distribution des données, la disponibilité des logiciels et la livraison des séquences de commandes à la NASA. En tout, une vingtaine de personnes est impliquée activement au CNES sur les opérations d’InSight tout au long de l’année. Les équipes scientifiques sont encore plus nombreuses, réparties à travers le monde. Par exemple, la mission bénéficie d’un centre de détection automatique des événements sismiques en Suisse, le Mars Quake Service. En France, l’IPGP coordonne l’analyse des signaux sismiques et le traitement des données dans les plus brefs délais. En effet, les données d’InSight sont rendues publiques au bout de trois mois, marquant ainsi la fin de l’exclusivité de l’accès aux données dont bénéficient les scientifiques de la mission.</p>
<p>Mais devant l’intérêt et la qualité des données sismiques produites par SEIS, les scientifiques de la mission ne tardent en général pas trop à les analyser.</p>
<hr>
<p><em>Cet article a été co-écrit avec Philippe Labrot et Philippe Lognonné de l’IPGP, et Francis Rocard du CNES.</em></p><img src="https://counter.theconversation.com/content/129389/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Les auteurs ne travaillent pas, ne conseillent pas, ne possèdent pas de parts, ne reçoivent pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'ont déclaré aucune autre affiliation que leur organisme de recherche.</span></em></p>
Depuis le mois de novembre 2018, un instrument enregistre l’activité sismique de la planète rouge. Les ondes renseignent les scientifiques sur la géologie et la structure martienne.
Charles Yana, Chef de Projet Opérations SEIS pour la mission InSight, Centre national d’études spatiales (CNES)
Philippe Labrot, Responsable communication SEIS/InSight, Institut de physique du globe de Paris (IPGP)
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tag:theconversation.com,2011:article/91502
2018-02-25T20:18:12Z
2018-02-25T20:18:12Z
Un étudiant, combien ça coûte ? Des inégalités dans l’enseignement supérieur
<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/207239/original/file-20180221-132660-l5ilxf.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Les épreuves écrites du concours 2016 de l'Ecole polytechnique.</span> <span class="attribution"><span class="source">© École polytechnique - J.Barande</span>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/">CC BY-SA</a></span></figcaption></figure><p>Nous présentons ici une <em>data visualisation</em> tirée de notre travail, <a href="https://hal-univ-diderot.archives-ouvertes.fr/hal-01520905/file/inegaliteSeM.pdf"><em>Inégalités de traitement des étudiants suivant les filières en France</em></a> publié en 2015 dans le cadre de <a href="http://sciencesenmarche.org/fr/">Sciences en marche</a>. Les données existantes montrent sans ambiguïté que le financement par l’État des étudiants à l’université est largement inférieur à celui consenti aux élèves des CPGE (classes préparatoires aux grandes écoles) et des écoles d’ingénieurs. Cette analyse confirme les résultats obtenus il y a plus de dix ans par <a href="http://piketty.pse.ens.fr/fichiers/enseig/memothes/DeaZuber2003.pdf">S. Zuber</a>. Il faut de plus mettre ces inégalités de financement en regard des inégalités sociales : près de 50 % des étudiants des filières sélectives sont <a href="https://www.inegalites.fr/Les-milieux-populaires-largement-sous-representes-dans-l-enseignement-superieur">issus de milieux socialement favorisés</a> et un étudiant issu des milieux favorisés a <a href="https://scholar.google.com/scholar_lookup?title=Les%20in%C3%A9galit%C3%A9s%20sociales%20d%E2%80%99acc%C3%A8s%20aux%20grandes%20%C3%A9coles&author=V.%20Albouy&author=T.%20Wanecq&journal=%C3%89conomie%20et%20Statistique&volume=361&pages=27-52&publication_year=2003">20 fois plus de chance</a> d’intégrer une grande école qu’un étudiant issu de milieux populaires. En conclusion, l’État finance bien mieux les études des plus aisés, et les politiques universitaires poursuivies depuis des années n’ont en rien résolu ces inégalités sociales.</p>
<iframe src="https://raphi.m0le.net/data/The_Conversation/budget_universites/" scrolling="no" frameborder="0" allowtransparency="true" allowfullscreen="allowfullscreen" webkitallowfullscreen="webkitallowfullscreen" mozallowfullscreen="mozallowfullscreen" oallowfullscreen="oallowfullscreen" msallowfullscreen="msallowfullscreen" width="100%" height="700"></iframe>
<p>Cette infographie repose sur trois sources de données.</p>
<ul>
<li><p>Pour les universités, le nombre d’étudiants provient des <a href="http://data.enseignementsup-recherche.gouv.fr/explore/dataset/fr-esr-sise-effectifs-d-etudiants-inscrits-esr-public/">données mises en ligne</a> par le Ministère de l’Enseignement supérieur et de la Recherche (MESR).</p></li>
<li><p>En ce qui concerne le budget, en l’absence de données disponibles sur le site du MESR, nous avons utilisé les dotations 2014 <a href="http://www.letudiant.fr/educpros/actualite/budget-des-universites-la-repartition-des-dotations-2014.html">publiées par l’Étudiant</a>. Nous avons dû chercher sur Internet et pour chaque université son budget consolidé. L’essentiel des données provient des rapports du HCERES. Suivant l’université, l’année pour laquelle nous avons trouvé un chiffre « officiel » varie entre 2011 et 2015 (budgets prévisionnels). Ces budgets varient de façon relativement marginale d’une année sur l’autre. Étant donné que les effectifs étudiants sont en croissance rapide, la dépense par étudiant à l’université est probablement inférieure à ce que nous rapportons. Enfin, la dépense par étudiant calculée ici est une valeur maximale car une part du budget, qui peut être importante pour certaines universités scientifiques, est consacrée au financement d’activités de recherche. Le budget rapporté au nombre d’étudiants des l’université est aujourd’hui très probablement inférieur à ce que nous rapportons.</p></li>
<li><p>Enfin, pour les écoles, les chiffres proviennent du <a href="http://www.usinenouvelle.com/comparatif-des-ecoles-d-ingenieurs-2013">classement 2013</a> de l’<em>Usine Nouvelle</em> et représentent un échantillon de 126 écoles d’ingénieurs dans lequel nous n’avons conservé que les écoles de statut public ou possédant un contrat quadriennal ou quinquennal avec l’État.</p></li>
</ul>
<p>En conclusion de cette note méthodologique, les chiffres indiqués ne sont donc pas à prendre au pied de la lettre et encore moins à l’euro prêt. La situation de certaines écoles ou universités a pu évoluer, leur place aussi. Ils constituent néanmoins une estimation viable de l’état des dépenses par étudiants dans un ensemble significatif d’établissements du supérieur financés par l’État. Ils traduisent enfin une situation étonnamment stable alors que des réformes profondes de l’enseignement supérieur et de la recherche se succèdent depuis plus de dix ans.</p>
<p><em>La datavisualisation de cet article a été réalisée par Raphaël da Silva.</em></p><img src="https://counter.theconversation.com/content/91502/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Les auteurs ne travaillent pas, ne conseillent pas, ne possèdent pas de parts, ne reçoivent pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'ont déclaré aucune autre affiliation que leur organisme de recherche.</span></em></p>
Depuis 10 ans, les réformes de l’enseignement supérieur se succèdent. Mais la différence de traitement entre étudiants des universités et des grandes écoles est stable. Au profit de ces derniers.
François Métivier, Géophysicien, Dynamique des fluides géologiques , Institut de physique du globe de Paris (IPGP)
Olivier Berné, Astrophysicien, Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie , Centre national de la recherche scientifique (CNRS)
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tag:theconversation.com,2011:article/88673
2018-02-15T19:58:04Z
2018-02-15T19:58:04Z
Quantifier au plus vite les séismes pour améliorer l’alerte
<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/206175/original/file-20180213-44663-brlnp5.jpg?ixlib=rb-1.1.0&rect=0%2C48%2C3259%2C2120&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Zone sinistrée après le passage d'un tsunami. Comment éviter ces catastrophes ?</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://www.flickr.com/photos/tckc/3972639618/in/photolist-4AfKse-fKkZng-9t912V-9tc1pJ-9tbZ4E-9t95NK-9t8XZi-9tc1C9-9tc2Uo-9tc2md-9tc37S-9tc28L-9t946V-9t8Zhv-9tc4ZN-3bnZt-mU6T2-5pHVth-743Pmw-hxT8-9tbXJL-9t8ZJe-5pHVg3-9t92m6-2BQ8p-hck9T-9uAWYS-jYU4M-9t91ft-7MXCjC-4eFN5-8qF3jm-2PWUU-5pDBec-9py3i8-sehXm-qXias1-6zVMWk-ezRZ-6NajPR-743agC-92d98q-9F5ZHA-743JnW-Ld6C3-6KoivL-73YLyc-743ff9-73Kmpe-bCpkZv/">telemal/Flickr</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/">CC BY-SA</a></span></figcaption></figure><p>Les sismologues cherchent à mieux caractériser et comprendre les tremblements de terre, dans le but ultime d’aider à leur prédiction. De manière un peu moins ambitieuse, un défi consiste à être capable de produire des alertes immédiatement après leur occurrence, avant que leurs effets touchent les populations. En particulier, l’importance du <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Tsunami">tsunami</a>, qui s’approche des côtes à quelques centaines de kilomètres par heure, peut être anticipée si l’on connaît au plus vite la magnitude du séisme qui l’a généré.</p>
<p>Les méthodes classiques de caractérisation précoce des séismes reposent sur l’analyse des <a href="http://musee-sismologie.unistra.fr/comprendre-les-seismes/notions-pour-petits-et-grands/notions-de-base/ondes-sismiques/">ondes sismiques</a>, qui voyagent dans la Terre à des vitesses de 3 à 10km/s. Ces vitesses permettent de localiser un séisme en quelques dizaines de secondes – voire moins – si la zone du séisme est densément instrumentée par des <a href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Mesure_en_sismologie">sismomètres</a>.</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/206170/original/file-20180213-44647-1ftntfo.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/206170/original/file-20180213-44647-1ftntfo.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=450&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/206170/original/file-20180213-44647-1ftntfo.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=450&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/206170/original/file-20180213-44647-1ftntfo.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=450&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/206170/original/file-20180213-44647-1ftntfo.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=566&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/206170/original/file-20180213-44647-1ftntfo.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=566&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/206170/original/file-20180213-44647-1ftntfo.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=566&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
<figcaption>
<span class="caption">Le principe de base du sismomètre : l’enregistrement du mouvement d’une masse accrochée à un ressort retranscrit comment les ondes sismiques font vibrer le sol.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://www.flickr.com/photos/nicosmos/4535281358">Nicolas/Flickr</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span>
</figcaption>
</figure>
<p>Cependant, la détermination de la magnitude est beaucoup plus délicate à réaliser à partir de ces données au plus proche du séisme. Pour prendre une analogie visuelle, il est en effet difficile de se rendre compte de la taille d’un grand objet si on le regarde de trop près. On s’en rendra beaucoup mieux compte en se reculant, ce qui est exactement ce que l’on fait en sismologie en utilisant des sismomètres localisés à plusieurs milliers de kilomètres du séisme, comme ceux du réseau <a href="http://geoscope.ipgp.fr/index.php/fr/">GEOSCOPE</a>. La contrepartie directe étant qu’il faut alors attendre que les ondes sismiques aient voyagé jusque-là, ce qui retarde notre capacité à fournir une information fiable de magnitude.</p>
<h2>Quand les séismes perturbent la gravité de la Terre</h2>
<p>L’origine des ondes sismiques vient de la perturbation brutale du milieu terrestre par le séisme ; de manière similaire à un solide sur lequel on donnerait un coup de marteau, l’ensemble de la Terre se met alors à se déformer de manière vibratoire. Cependant, les échelles ne sont pas du tout les mêmes, et la déformation générée par les ondes sismiques dans la Terre génère un signal physique additionnel : la force d’attraction exercée par la gravité, qui est précisément contrôlée par la position des masses dans la Terre, s’en trouve modifiée.</p>
<p>De par les déformations relativement faibles en regard de la masse de la Terre, le signal attendu est faible (même pour les plus grands séismes, de l’ordre du milliardième de la gravité qui nous maintient au sol), mais il est quasi-instantané. Comme les perturbations du champ électromagnétique par exemple, un changement de gravité se fait en effet ressentir à la vitesse de la lumière (300 000 km/s), et est donc théoriquement détectable partout dans la Terre dès que les premières ondes sismiques perturbent la région voisine de l’hypocentre.</p>
<p>Les sismomètres sont par nature sensibles à un changement de gravité, car leur principe se fonde sur la mesure du mouvement d’une masse dont la position d’équilibre est contrôlée par la gravité. Ces instruments pourraient donc détecter un signal avant que les ondes sismiques n’arrivent… Mais est-ce concrètement le cas ?</p>
<h2>Méga-séisme, mini-variation</h2>
<p>Bien que les idées générales que je viens d’exposer soient connues, les scientifiques ne se sont que très récemment penchés sur cette question. Un premier pas a été fait en 2016 par une analyse qui a pu montrer l’<a href="https://www.nature.com/articles/ncomms13349">existence d’un signal</a>, mais sans pouvoir toutefois le quantifier précisément. L’étude qui vient d’être publiée dans le journal <em>Science</em> révèle maintenant que <a href="http://science.sciencemag.org/content/358/6367/1164">ces signaux sont clairement observables</a> dans le cas du méga-séisme du Japon de 2011 (magnitude 9,1), mais pas forcément à l’endroit où on penserait les voir. En effet, en partant du principe que l’amplitude des changements de gravité décroît fortement avec la distance, une première intuition serait d’analyser des sismomètres au plus proche du séisme. Ce raisonnement ne prend cependant pas en compte qu’un séisme n’est pas un phénomène instantané.</p>
<p>Pour atteindre sa magnitude 9,1, le séisme du Japon a en effet nécessité environ 2 minutes, et il faut donc disposer d’une durée d’observation correspondante pour que l’effet de taille du séisme soit pleinement visible. Or à distance proche du séisme, les ondes sismiques, qui ont une amplitude 100 000 fois plus grande que le signal lié à la gravité, arrivent bien avant ces 2 minutes et le masquent ainsi complètement. C’est ainsi que dans le cas du séisme du Japon, les observations les plus évidentes du signal se font en Corée et dans le nord de la Chine, à des distances comprises entre 1 000 et 2 000 km du séisme.</p>
<p>En prenant en compte finalement la physique complète du processus, qui inclut également le fait que la Terre cherche à se rééquilibrer pour contrer les changements de gravité, ces signaux précoces sont précisément modélisables. Les simulations numériques confirment par ailleurs que leur amplitude est très dépendante de la magnitude du séisme.</p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/206172/original/file-20180213-44647-1ozfitm.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/206172/original/file-20180213-44647-1ozfitm.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/206172/original/file-20180213-44647-1ozfitm.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=402&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/206172/original/file-20180213-44647-1ozfitm.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=402&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/206172/original/file-20180213-44647-1ozfitm.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=402&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/206172/original/file-20180213-44647-1ozfitm.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=505&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/206172/original/file-20180213-44647-1ozfitm.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=505&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/206172/original/file-20180213-44647-1ozfitm.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=505&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
<figcaption>
<span class="caption">Vue aérienne de la ville de Kirikiri au Japon une semaine après le passage du tsunami de 2011.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f2/Aerial_view_of_damage_to_Kirikiri%2C_Otsuchi%2C_a_week_after_a_9.0_magnitude_earthquake_and_subsequent_tsunami.jpg">U.S. Navy.WikimediaCommons</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span>
</figcaption>
</figure>
<p>Cette sensibilité permet ainsi de différencier un séisme de magnitude 9, qui générera un tsunami majeur à distance proche et lointaine, d’un séisme deux ou trois fois plus petit, dont les effets seront plus locaux. Aujourd’hui, cette nouvelle observation est ainsi utilisable pour détecter un séisme majeur dans les minutes suivant son occurrence et donc avant l’arrivée du tsunami.</p>
<p>Elle ne permet cependant pas de faire la distinction entre des séismes de magnitude 6 et 8, car de tels séismes génèrent des perturbations de gravité trop faibles pour être détectées par des sismomètres. De nouveaux instruments, capables de s’affranchir du bruit de fond sismique terrestre, sont requis pour pouvoir utiliser ces nouveaux signaux sur une gamme de magnitudes plus large.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/88673/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Martin Vallée ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.</span></em></p>
Comment réduire les conséquences désastreuses d’un séisme ? Le détecter le plus précocement possible pour réagir.
Martin Vallée, professeur associé, Institut de physique du globe de Paris (IPGP)
Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.
tag:theconversation.com,2011:article/77205
2017-05-04T20:31:48Z
2017-05-04T20:31:48Z
New findings on earthquakes and oil and gas extraction in the United States
<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/167911/original/file-20170504-21649-o2bk0.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">
</span> <span class="attribution"><span class="source">Institut de physique du globe de Paris (IPGP)</span></span></figcaption></figure><p>In recent years Oklahoma has become one of the most seismically active regions in the United States. This is surprising given that the state is located on the edge of the Great Plains, far away from the boundary of any tectonic plates. Yet 2015 was an exceptional year, with more than 800 earthquakes of magnitude 3 or greater. This is in marked contrast to the period before 2009, when only one earthquake of magnitude greater than 4 was recorded… every 10 years.</p>
<p>What could explain this behavior? Oil and gas exploitation is the main culprit, as the bulk of seismic activity is induced by the injection of <a href="http://advances.sciencemag.org/content/1/5/e1500195">massive amounts of wastewater</a> into the subsurface. The water originates from oil and gas production at shale reservoirs, where nonconventional extraction techniques are used, including hydraulic fracturing (often referred to as fracking).</p>
<p>Faced with this crisis, the authorities in Oklahoma have taken first steps to <a href="http://occeweb.com/News/DIRECTIVE-2.pdf">regulate wastewater injection</a>. Consequently, in 2016 there was a – relative – decrease in the seismicity rate, with only 600 earthquakes.</p>
<p>But over the very same period, three earthquakes with magnitudes greater than 5 occurred, causing material damage. This was the case of the September 2016 <a href="https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us10006jxs#executive">Pawnee earthquake</a>: with a magnitude of 5.8, it was the strongest earthquake ever recorded in Oklahoma. A team of scientists from Institut de physique du globe de Paris (IPGP) has just published a <a href="http://srl.geoscienceworld.org/content/early/2017/04/28/0220160226">study on the subject</a>.</p>
<p><div data-react-class="Tweet" data-react-props="{"tweetId":"838297693466218498"}"></div></p>
<h2>Remote destabilization</h2>
<p>Using seismological data recorded in the region of the Pawnee earthquake, as well as seismograms acquired thousands of kilometers from the epicenter, it has been possible to reconstruct the rupture sequence.</p>
<p>Observations originating from radar interferograms – computed using data acquired by the <a href="http://www.esa.int/Our_Activities/Observing_the_Earth/Copernicus/Sentinel-1">Sentinel-1 satellites</a> of the European Space Agency (ESA) – have also been analysed. These images allow for high-accuracy mapping and measuring of ground surface deformation induced by the earthquake.</p>
<p>The joint analysis of these radar and seismological data indicate that slip during the earthquake reached a maximum of 40 centimeters, while being confined to a depth of between 4 to 9 kilometers. This latter finding reveals that the causal link between fluid injection and the triggering of seismic activity is not straightforward.</p>
<p>In fact, wastewater is being injected within the sedimentary cover at depths <a href="http://science.sciencemag.org/content/345/6195/448">no greater than 2 to 3 kilometers</a>, noticeably shallower than the earthquake’s origin. The event initiated between 4 to 5 kilometers in depth, and then spread downwards, to 9 kilometers in depth, without ever propagating toward the surface. As a consequence, under the likely assumption that the earthquake was induced by wastewater injection, the perturbation arising from this fluid injection seems to be capable of remotely destabilizing a seismic fault. </p>
<figure class="align-center zoomable">
<a href="https://images.theconversation.com/files/167906/original/file-20170504-21616-qwp230.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=1000&fit=clip"><img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/167906/original/file-20170504-21616-qwp230.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/167906/original/file-20170504-21616-qwp230.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=608&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/167906/original/file-20170504-21616-qwp230.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=608&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/167906/original/file-20170504-21616-qwp230.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=608&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/167906/original/file-20170504-21616-qwp230.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=764&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/167906/original/file-20170504-21616-qwp230.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=764&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/167906/original/file-20170504-21616-qwp230.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=764&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px"></a>
<figcaption>
<span class="caption">The Pawnee earthquake broke a pre-existing fault within the crystalline basement located beneath the sedimentary cover (dashed line) where fluid injection is taking place.</span>
<span class="attribution"><span class="source">Institut de physique du globe de Paris (IPGP)</span></span>
</figcaption>
</figure>
<h2>Two mechanisms at play</h2>
<p>Two physical explanations can be given to account for such a remote triggering.</p>
<p>First, changes in the pressure of fluids trapped in the host rock can be transmitted through the medium, using fractures that are naturally present in the crust to facilitate fluid circulation. Fluids under pressure due to the injection may “push” other fluids located further away from the injection point, forcing them to migrate outward. With time, a pressure “wave” would expand in concentric circles around the injection wells, eventually giving rise to an increase of interstitial pressure in the heart of seismic faults nearby.</p>
<p>Another mechanism primarily involves the tendency of rocks to <a href="https://pangea.stanford.edu/cdfm/sites/default/files/pubs/segall_lu_2015.pdf">deform elastically over short time scales</a> (from a few days to several months) around injection points due to fluid pressurization, thereby indirectly affecting the fluids. Akin to a sponge, “squeezed” rocks (even if slightly squeezed) will release fluids that will eventually migrate towards less stressed regions in the surroundings. This fluid migration can also trigger earthquakes.</p>
<p>In Oklahoma, recent legal requirements instruct operators to <a href="http://www.enidnews.com/news/who-s-at-fault-seismic-surge-opened-floodgates-of-data/article_b4808a4a-5f4b-11e5-9031-8faab2114521.html">report injected volumes on a daily basis</a>. This could provide a means for quantifying, using numerical models, the pressure increase on nearby faults. If one wishes to anticipate the occurrence of an earthquake, it may suffice to monitor the faults located in the vicinity of injection wells. Unfortunately, this approach would be subject to high uncertainty due to a poor knowledge of the fault network that has the ability to convey fluids from injection zones up to seismogenic faults. The interaction between several competing physical mechanisms further complicates the understanding of the phenomenon of induced seismicity.</p>
<h2>Ancient faults</h2>
<p>But a bigger challenge remains to be overcome. The Pawnee earthquake case study further reveals that the fault involved in the earthquake had never been mapped prior to the event. The discovery of a new fault after an earthquake is no surprise. In fact, an a posteriori identification is frequently reported in the literature: before it breaks, a seismic fault often remains silent.</p>
<p>In Oklahoma, this lack of knowledge of the fault network raises a major difficulty because the maximum size of induced earthquakes is mainly controlled by the length of the faults that are available to seismically release stress. As faults are poorly mapped, estimating the magnitude of future earthquakes becomes very uncertain. Geologic studies have revealed that large earthquakes have occurred in the pre-historic past. Wastewater injection could awaken one of the faults involved in these very old earthquakes, leading one of them to break again.</p>
<p>Unfortunately, the extremely low frequency of these earthquakes means that it is difficulty to build an exhaustive inventory of these past ruptures, and even more difficult to anticipate an impending rupture.</p>
<p>In a broader perspective, the central United States has long been recognized as being subject to <a href="http://srl.geoscienceworld.org/content/66/4/8.short">large, extremely damaging earthquakes</a>, but which fortunately occur on a very infrequent basis. A prime example is the <a href="https://pubs.usgs.gov/of/1999/0565/report.pdf">New Madrid, Mo., earthquakes</a> that occurred in 1822 and 1823. This seismic sequence included six earthquakes of magnitudes greater than 7, and a main shock culminating at 7.5. The <a href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2011GL050310/full">2011 Virginia earthquake</a>, with magnitude 5.8, is yet another recent warning that the region is seismically active.</p>
<h2>A political issue</h2>
<p>Until recent years, the weak seismicity rate in Oklahoma was not considered sufficiently worrying to necessitate any particular paraseismic building codes.</p>
<p>Residential dwellings and public buildings are not ready to withstand seismic shaking, even of moderate intensity, which makes the area particularly vulnerable. If natural seismic activity in the central United States is still difficult to understand, and even more difficult to handle, the same cannot be said of those phenomena that stem from human activities.</p>
<p>Reducing, or even putting a full stop to the massive injection operations carried out at the regional scale by oil companies, could lead to a drop in the seismicity rate, hence to a decrease in the related hazard.</p>
<p>But such a decision is in the hands of the political sphere. In this respect, the recent appointment of <a href="https://www.theguardian.com/environment/2017/mar/09/epa-scott-pruitt-carbon-dioxide-global-warming-climate-change">Scott Pruitt</a> at the head of the Environment Protection Agency (EPA) by Donald Trump represents a tipping point. </p>
<p><div data-react-class="Tweet" data-react-props="{"tweetId":"855792457551941632"}"></div></p>
<p>Over the last years, Scott Pruitt, former Attorney General of the State of Oklahoma, has worked to <a href="http://www.huffingtonpost.com/entry/scott-pruitt-environmental-protection-agency_us_5878ad15e4b0b3c7a7b0c29c">limit federal interventions</a> aimed to restrain the ecological impact of oil extraction activity in Oklahoma. The role of oil lobbies in providing a backdrop for the policies promoted by Scott Pruitt is subject to many questions in the <a href="https://www.nytimes.com/2017/02/22/us/politics/scott-pruitt-environmental-protection-agency.html">local and national media</a>.</p>
<p>The fact that the oil industry remains the main employer in Oklahoma further complicates attempts by the public to take a stance against wastewater injection, which can be considered as an unprecedented full-scale geophysical experience. Accounting for a human dimension in seismic hazard, where industrial, citizen, political and scientific influences are intertwined, dramatically increases the uncertainty of mitigating the effects of seismicity.</p>
<p>It should be noted that complex human factors do not only operate in this very particular case of induced seismic hazard due to oil exploitation in Oklahoma. A combination of <a href="https://hal-insu.archives-ouvertes.fr/insu-01143374v2/document">scientific, technological and political responsibilities have also been highlighted</a> in the case of the Fukushima disaster that hit Japan in 2011, which included an earthquake, a tsunami and a nuclear accident. </p>
<hr>
<p><em>The authors would like to thank Tara L. Shreve for her assistance in the translation of this article.</em></p><img src="https://counter.theconversation.com/content/77205/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Robin Lacassin has received funding from the Agence nationale de la recherche (ANR), the EU programme FP7-PEOPLE-2013-ITN), CNRS-INSU and CNES.</span></em></p><p class="fine-print"><em><span>Raphaël Grandin has received funding from the Centre national d’études spatiales (CNES), the CNRS-INSU (Programme national de télédétection spatiale) and the Agence nationale de la recherche (ANR).</span></em></p>
Oklahoma is trying to limit the number of earthquakes caused by oil and gas extraction, but some existing faults there – which could be activated by wastewater injection – have never been mapped.
Robin Lacassin, Directeur de recherche, Institut de physique du globe de Paris (IPGP)
Raphael Grandin, Maître de conférences en géophysique, Institut de physique du globe de Paris (IPGP)
Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.
tag:theconversation.com,2011:article/73646
2017-05-03T23:21:09Z
2017-05-03T23:21:09Z
De nouveaux éléments sur les liens entre séismes et activités pétrolières aux États-Unis
<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/161628/original/image-20170320-9127-12g5k6m.png?ixlib=rb-1.1.0&rect=66%2C37%2C670%2C386&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">La carte des séismes survenus aux États-Unis en 2016. </span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us10006jxs#executive">R. Grandin/IPGP</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/">CC BY-NC-ND</a></span></figcaption></figure><p>Depuis quelques années, l’Oklahoma est devenu l’une des régions les plus sismiques des États-Unis. Un étonnant record pour ce territoire situé en bordure des grandes plaines américaines. 2015 aura été à ce titre une année exceptionnelle avec plus de <a href="https://pubs.er.usgs.gov/publication/ofr20161035">800 séismes de magnitude 3 et plus</a>. On rappellera qu’avant 2009, cet État enregistrait un évènement de magnitude supérieure à 4… tous les 10 ans seulement !</p>
<p>Comment expliquer un tel phénomène ? <a href="https://theconversation.com/crises-sismiques-1-quand-le-petrole-fait-trembler-loklahoma-50037">Les exploitations pétrolières sont ici directement impliquées</a> car l’essentiel de cette sismicité est induite par l’<a href="http://advances.sciencemag.org/content/1/5/e1500195">injection massive</a> dans le sous-sol de grande quantité d’eaux usées résultant de l’exploitation du pétrole par différents procédés non conventionnels, dont la <a href="http://www.connaissancedesenergies.org/fiche-pedagogique/fracturation-hydraulique">fracturation hydraulique</a>, utilisée pour l’exploitation des gaz ou pétrole de schiste.</p>
<p>Face à cette crise, les autorités de l’Oklahoma ont pris <a href="http://occeweb.com/News/DIRECTIVE-2.pdf">des premières mesures de régulation</a>, et on a constaté une baisse – relative – de la sismicité en 2016, avec 600 évènements environ.</p>
<p>Mais trois séismes d’une magnitude supérieure à 5 se sont produits pendant cette même période, engendrant des dégâts matériels. Ce fut, par exemple, le cas du <a href="https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/us10006jxs#executive">séisme de Pawnee</a> en septembre 2016 : d’une magnitude supérieure à 5, il s’agit de l’événement sismique le plus fort jamais enregistré en Oklahoma. <a href="https://hal-insu.archives-ouvertes.fr/insu-01472195v1">Une étude des chercheurs de l’IPGP</a> vient d’être publiée à ce sujet.</p>
<p><div data-react-class="Tweet" data-react-props="{"tweetId":"838297693466218498"}"></div></p>
<h2>Déstabilisation à distance</h2>
<p>À l’aide d’observations sismologiques récoltées dans la région du séisme de Pawnee, de même qu’à des milliers de kilomètres, on a pu déterminer le déroulement de la rupture.</p>
<p>Des travaux s’appuyant sur des interférogrammes radars – calculés à partir des données du satellite <a href="http://www.esa.int/Our_Activities/Observing_the_Earth/Copernicus/Sentinel-1">Sentinel-1 de l’Agence spatiale européenne</a> – ont également été utilisés. Ceux-ci permettent de mesurer précisément la déformation de la surface du sol induite par le séisme.</p>
<p>L’analyse conjointe des données radar et sismologiques indique que le glissement a atteint un maximum de 40 centimètres environ, et que le glissement sur la faille est resté confiné en profondeur, entre 4 et 9 kilomètres. Ce dernier résultat révèle que la relation de cause à effet entre l’injection de fluides et le déclenchement des séismes n’est pas directe.</p>
<p>En effet, les fluides sont injectés dans la couverture sédimentaire à des profondeurs <a href="http://science.sciencemag.org/content/345/6195/448">ne dépassant pas 2 à 3 kilomètres</a>, tandis que le séisme a pris naissance plus profondément. Il s’est initié entre 4 et 5 kilomètres de profondeur et s’est développé jusqu’à 9 kilomètres, sans remonter vers la surface. Par conséquent, dans l’hypothèse très probable que le séisme est bien induit, la perturbation provoquée par l’injection de fluides semble parvenir à déstabiliser une faille « à distance ».</p>
<figure class="align-center ">
<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/161323/original/image-20170317-6097-uqqb02.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/161323/original/image-20170317-6097-uqqb02.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=547&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/161323/original/image-20170317-6097-uqqb02.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=547&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/161323/original/image-20170317-6097-uqqb02.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=547&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/161323/original/image-20170317-6097-uqqb02.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=687&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/161323/original/image-20170317-6097-uqqb02.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=687&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/161323/original/image-20170317-6097-uqqb02.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=687&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
<figcaption>
<span class="caption">Le séisme de Pawnee a rompu une faille présente dans le socle cristallin situé sous la couverture sédimentaire (ligne pointillée) où l’injection de fluides a lieu.</span>
</figcaption>
</figure>
<h2>Deux mécanismes à l’œuvre</h2>
<p>Deux phénomènes physiques peuvent expliquer ce déclenchement.</p>
<p>D’abord, la perturbation de la pression de fluides emprisonnés dans la roche peut se propager dans le milieu, en utilisant les fractures naturellement présentes comme moyen de faire circuler des fluides. Les fluides mis sous pression par l’injection viennent « pousser » les fluides emprisonnés à plus grande distance, les forçant à migrer de manière centrifuge. Au cours du temps, une « onde » de pression s’étend par cercles concentriques autour des forages d’injection, jusqu’à venir augmenter la pression des fluides interstitiels au sein de la faille sismique.</p>
<p>Un autre mécanisme implique non pas directement les fluides, mais plutôt la propension du milieu rocheux à se <a href="https://pangea.stanford.edu/cdfm/sites/default/files/pubs/segall_lu_2015.pdf">déformer élastiquement à courte échelle de temps (quelques jours à quelques mois)</a> autour d’une source de pression. À la manière d’une éponge, la roche « comprimée » (même très légèrement) va laisser s’échapper des fluides qui vont migrer alentour, pour se diriger vers les zones moins sollicitées. De la même manière que précédemment, cette migration de fluides peut provoquer des séismes.</p>
<p>Afin d’anticiper l’occurrence d’un séisme, il suffirait donc de surveiller les failles situées à proximité des puits d’injection.</p>
<p>En Oklahoma, la récente obligation imposée aux industriels de <a href="http://www.enidnews.com/news/who-s-at-fault-seismic-surge-opened-floodgates-of-data/article_b4808a4a-5f4b-11e5-9031-8faab2114521.html">déclarer les quantités quotidiennes d’eau injectées dans le sous-sol</a> pourrait fournir un moyen de quantifier, par le biais de modélisations numériques, l’augmentation de la pression induite sur les failles avoisinantes. Mais cette approche est limitée par la faible connaissance du réseau de fractures pouvant transporter les fluides depuis les zones d’injection jusqu’aux failles réceptrices. L’intrication de plusieurs phénomènes physiques en concurrence complique encore l’analyse de ces phénomènes.</p>
<h2>Des failles très anciennes</h2>
<p>Et il y reste un autre obstacle de taille à surmonter. L’étude du séisme de Pawnee révèle en effet que la faille impliquée dans le séisme n’avait jamais été cartographiée. La découverte d’une nouvelle faille après un séisme est régulièrement rapportée dans la littérature, y compris dans des zones très bien instrumentées, et ne constitue pas une surprise en soi : avant de rompre, une faille demeure souvent silencieuse.</p>
<p>En Oklahoma cependant, cette méconnaissance du réseau de failles pose une difficulté majeure, car il devient alors extrêmement hasardeux de prédire la magnitude maximale des séismes induits. En effet, cette magnitude est essentiellement limitée par la longueur des failles disponibles pour produire des séismes. Or, en Oklahoma, des études géologiques ont révélé des indices de séismes préhistoriques très importants. L’injection d’eau pourrait ainsi amener une des failles impliquées dans des séismes très anciens à rompre à nouveau.</p>
<p>Malheureusement, la faible fréquence de ces séismes signifie qu’il est très difficile de reconstituer exhaustivement la trace de ces séismes passés, et donc d’anticiper les failles susceptibles de rompre à l’avenir.</p>
<p>De façon plus large, la zone centrale des États-Unis est depuis longtemps reconnue comme étant le <a href="http://srl.geoscienceworld.org/content/66/4/8.short">lieu de séismes importants</a>, potentiellement destructeurs, mais fort heureusement très peu fréquents. Le meilleur exemple est la <a href="https://pubs.usgs.gov/of/1999/0565/report.pdf">séquence de séismes de New Madrid</a>, qui s’est déroulée en 1822 et 1823, avec six séismes de magnitude supérieure à 7, et un séisme culminant à 7,5. <a href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2011GL050310/full">Le séisme de Virginie</a>, en 2011, constitue un exemple plus récent avec une magnitude 5,8, très largement ressenti par la population.</p>
<h2>Un problème politique</h2>
<p>Jusqu’à présent, les faibles taux de sismicité n’étaient pas considérés comme suffisamment critiques pour nécessiter des normes de construction parasismique particulières en Oklahoma.</p>
<p>Les habitations et bâtiments publics ne sont donc pas prêts à résister à un séisme, même modéré, ce qui rend la zone particulièrement vulnérable. Si les phénomènes naturels qui fournissent le moteur de la sismicité dans le centre des États-Unis demeurent difficiles à comprendre, et encore plus difficiles à maîtriser, il n’en va pas de même pour ceux relevant de l’action de l’homme.</p>
<p>La réduction, voire l’arrêt complet des opérations d’injection massives effectuées à l’échelle régionale par les compagnies pétrolières, pourrait conduire à une diminution de la sismicité, et donc du risque associé.</p>
<p>Mais cette décision relève de la sphère politique. Et la récente investiture de Scott Pruitt à la tête de l’Agence fédérale de protection de l’environnement (EPA) sur décision de Donald Trump, constitue un moment critique.</p>
<p><div data-react-class="Tweet" data-react-props="{"tweetId":"806960876536401920"}"></div></p>
<p>Ces dernières années, Scott Pruitt, ancien Attorney General de l’Oklahoma, avait œuvré pour <a href="http://www.huffingtonpost.com/entry/scott-pruitt-environmental-protection-agency_us_5878ad15e4b0b3c7a7b0c29c">limiter l’intervention fédérale</a> visant à freiner l’impact écologique des activités pétrolières dans l’État. La marque des lobbies du pétrole en arrière-plan de la politique promue par Scott Pruitt est sujette à de nombreuses interrogations dans la <a href="https://www.nytimes.com/2017/02/22/us/politics/scott-pruitt-environmental-protection-agency.html">presse locale et nationale</a>.</p>
<p>Le fait que le secteur pétrolier demeure l’un des premiers employeurs de l’État d’Oklahoma vient encore compliquer la prise de position des populations face à cette expérience géophysique grandeur nature. La prise en compte d’une dimension humaine dans la notion même d’aléa sismique, mêlant les influences industrielles, citoyennes, politiciennes et scientifiques, rajoute donc encore davantage d’incertitude sur la prévention de la sismicité.</p>
<p>Notons enfin que ces facteurs humains complexes ne concernent pas seulement le cas un peu particulier de l’aléa sismique induit par l’exploitation pétrolière en Oklahoma. La combinaison de responsabilités scientifiques, technologiques et politiques <a href="https://hal-insu.archives-ouvertes.fr/insu-01143374v2/document">a ainsi été mise en évidence</a> pour la catastrophe de Fukushima qui a frappé le Japon en 2011 et où se sont combinés séisme, tsunami et accident nucléaire.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/73646/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Robin Lacassin a reçu des financements de l’Agence nationale de la recherche (ANR), de la communauté européenne (programme FP7-PEOPLE-2013-ITN), du CNRS-INSU et du CNES.</span></em></p><p class="fine-print"><em><span>Raphaël Grandin a reçu des financements du Centre national d’études spatiales (CNES), du CNRS-INSU (Programme national de télédétection spatiale) et de l’Agence nationale de la recherche (ANR).</span></em></p>
L’État de l’Oklahoma tente de maîtriser la sismicité induite par les activités pétrolières. Si les premiers effets de cette régulation se font sentir, une récente étude invite à redoubler d’efforts.
Robin Lacassin, Directeur de recherche, Institut de physique du globe de Paris (IPGP)
Raphael Grandin, Maître de conférences en géophysique, Institut de physique du globe de Paris (IPGP)
Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.
tag:theconversation.com,2011:article/58106
2016-04-21T04:40:15Z
2016-04-21T04:40:15Z
Séismes au Japon et en Équateur : que s’est-il passé ?
<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/119294/original/image-20160419-13910-176ypaz.jpeg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Le pont Aso Ohashi après les séismes dans la préfecture de Kumamoto.</span> </figcaption></figure><p>Aussi étrange que cela puisse paraître pour le non spécialiste, la survenue, à quelques jours d’intervalle, des séismes au Japon et en Équateur relève, a priori, de la coïncidence. Un double évènement qui est, du reste, parfaitement en accord avec la connaissance statistique de l’histoire sismique mondiale.</p>
<p><strong>Revenons sur ce qui s’est passé. Tout d’abord au Japon</strong></p>
<p>Il s’y est produit 3 séismes importants, deux de magnitude 6.0 et 6.2 à 3 heures d’intervalle dans la soirée et la nuit du 14 au 15 avril. Un jour plus tard, le 16 avril à 1h25 en heure locale, c’est un évènement de magnitude supérieure à 7 (7 à 7.3 suivant les estimations) qui survient à une dizaine de kilomètres des deux précédents. Les épicentres de tous ces séismes étaient localisés à proximité de la ville de Kumamoto, sur l’île de Kyushu au sud du Japon. Les deux premiers sont considérés comme des séismes précurseurs (ou « foreshocks ») du choc principal de magnitude 7, ce dernier ayant mis en jeu environ dix fois plus d’énergie que ses précurseurs.</p>
<figure class="align-center ">
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<figcaption>
<span class="caption">La séquence de séismes sur l’île de Kyushu, épicentre des 3 chocs principaux et leurs répliques (séismes les plus récents en orange).</span>
<span class="attribution"><span class="source">USGS</span>, <span class="license">Author provided</span></span>
</figcaption>
</figure>
<p>De très nombreuses répliques ont suivi cette séquence de trois séismes destructeurs : une cinquantaine d’évènements de magnitude entre 4.5 et 6, donc fortement ressentis, et beaucoup plus de faible magnitude. Tous ces séismes se sont déclenchés à une profondeur modérée, de l’ordre de 10 kilomètres, provoquant ainsi de fortes accélérations du sol, des dégâts importants, et de nombreux glissements de terrain.</p>
<figure class="align-left ">
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<figcaption>
<span class="caption">Exemple d’un décrochement dextre à petite échelle, région du col du petit-Saint-Bernard.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://fr.wikipedia.org/wiki/D%C3%A9crochement#/media/File:Strike-slip_fault.jpg">Jide~commonswiki/Wikipédia</a></span>
</figcaption>
</figure>
<p>Ces séismes sont la conséquence de la rupture d’une faille décrochante (le long de laquelle deux compartiments rocheux coulissent horizontalement l’un par rapport à l’autre), dextre (la région au nord-ouest de la faille s’est déplacée vers le nord-est, vers la droite, par rapport à la région au sud-est). La faille en question correspond à la terminaison sud-ouest d’une grande structure géologique, la <a href="https://en.Wikim%C3%A9dia.org/wiki/Japan_Median_Tectonic_Line">Median Tectonic Line</a>, qui traverse tout le Japon central et du sud-ouest. Cette zone de faille est active, décrochante. D’après les premières interprétations des données géophysiques, la séquence de séismes des 14, 15, 16 avril aurait d’abord activé une faille secondaire lors des deux chocs précurseurs.</p>
<p>Ensuite, c’est la faille de Futagawa, prolongation directe de la Median Tectonic Line, qui a rompu sur une longueur d’un peu moins de 100 km avec un glissement d’environ 2 mètres sur la faille acquis de façon presque instantanée lors du séisme principal. Alors que le Japon est régulièrement affecté par les séismes géants de subduction sur la limite de plaque tectonique située au large de l’archipel (comme celui de Tōhoku en 2011 qui a déclenché la catastrophe nucléaire de Fukushima), les failles secondaires telles la Median Tectonic Line sont une menace forte car très superficielles et proches des grandes villes. Ainsi, le séisme de Kobe de 1995, qui fit 6500 victimes, s’était produit sur une faille satellite de cette grande zone de faille.</p>
<p><strong>Qu’est-il arrivé en Équateur ?</strong></p>
<p>Il y a eu rupture de la zone de subduction (c’est-à-dire la limite d’une plaque tectonique) entre les plaques Nazca (plaque océanique) et Amérique du Sud (plaque continentale). Au niveau de la côte ouest de l’Amérique du Sud, la plaque océanique de Nazca s’enfonce sous celle de l’Amérique du Sud à la vitesse moyenne de plusieurs centimètres par an. Le séisme de magnitude 7.8 du 16 avril a rompu un segment d’environ 100 km de long de l’interface entre ces plaques. Il a généré, localement, un faible tsunami (quelques dizaines de centimètres sur la côte de l’Équateur).</p>
<p>L’épicentre de ce <a href="http://www.insu.cnrs.fr/node/5775">séisme équatorien</a> correspond à une région de « lacune sismique » identifiée entre les zones de rupture des séismes historiques de 1942 (magnitude de 7.8) et de 1958 (magnitude de 7.7), assimilées aux zones de plus fortes destructions. Dans cette zone « épicentrale », le dernier grand glissement date du séisme géant de 1906, de magnitude 8.8. Cette zone accusait donc un déficit de glissement, accumulé par chargement élastique pendant un siècle, qui a pu être relâché lors du séisme du 16 avril. <a href="https://theconversation.com/crises-sismiques-1-quand-le-petrole-fait-trembler-loklahoma-50037">Ce mécanisme est bien documenté</a> par les géophysiciens.</p>
<p><strong>Pourquoi peut-on postuler l’absence de liens entre les tremblements de terre au Japon et en Équateur ?</strong></p>
<p>Un séisme de magnitude importante peut, certes, en déclencher un autre, mais à des distances de l’ordre de quelques centaines au millier de kilomètres au maximum. Le mécanisme à l’œuvre sur ces distances est le suivant : la rupture sismique sur une faille géologique modifie les forces à son voisinage. Ceci peut amener d’autres failles à rompre, éventuellement en cascade. C’est ce qui s’est passé au Japon même, avec cette séquence de 3 séismes importants, d’abord sur une faille secondaire puis sur la faille principale de Futagawa.</p>
<p>À des distances plus importantes, comme celle entre le Japon et l’Équateur, on ne connaît pas de mécanisme physique simple d’interaction ou de déclenchement.</p>
<p><strong>Quant aux éruptions volcaniques, jouent-elles un rôle dans la survenue des séismes ?</strong></p>
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<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/119311/original/image-20160419-13895-13613op.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/119311/original/image-20160419-13895-13613op.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=450&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/119311/original/image-20160419-13895-13613op.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=450&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/119311/original/image-20160419-13895-13613op.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=450&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/119311/original/image-20160419-13895-13613op.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=566&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/119311/original/image-20160419-13895-13613op.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=566&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/119311/original/image-20160419-13895-13613op.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=566&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
<figcaption>
<span class="caption">La caldera du volcan Aso.</span>
</figcaption>
</figure>
<p>Au Japon, le <a href="https://fr.Wikim%C3%A9dia.org/wiki/Mont_Aso">Volcan Aso</a>, à proximité immédiate de la faille qui a rompu, est entré en éruption modérée juste après le séisme. Il est possible et même probable que l’éruption ait été déclenchée par le séisme (même type de mécanisme que pour la séquence de séismes : perturbation des contraintes par le séisme à l’échelle régionale). On peut aussi envisager le contraire : une éruption en préparation en profondeur aurait pu modifier les forces sur la faille et ainsi déclencher les séismes. Séisme et éruptions… Problème de l’œuf et de la poule !</p>
<p>Concernant l’Équateur, il y a un très grand nombre de volcans très actifs aussi. Au moins deux ont été en éruption récente : Cotopaxi, Tungurahua, ce dernier en mars 2016.</p>
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<figcaption><span class="caption">Éruption volcanique du Tungurahua.</span></figcaption>
</figure>
<p>Mais il n’y a probablement pas de lien immédiat entre ces éruptions et le séisme d’aujourd’hui. Par contre il y a un lien géologique évident : les deux sont dus au mouvement des plaques. Au niveau de la côte ouest de l’Amérique du Sud, la plaque océanique de Nazca s’enfonce sous la plaque Amérique. C’est ce phénomène tectonique de subduction qui produit à la fois les séismes de forte magnitude et le volcanisme très actif, comme sur tout le pourtour de l’Océan Pacifique, la fameuse « ceinture de feu du pacifique ».</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/58106/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Robin Lacassin a reçu des financements de l'Agence Nationale de la Recherche (ANR, projet MegaChile), de la communauté européenne (programme FP7-PEOPLE-2013-ITN), du CNRS-INSU et du Labex UNIVEARTHs (USPC).</span></em></p>
Non, les deux séismes au Japon et en Équateur ne sont pas liés. Les distances entre les deux évènements sont trop importantes. Explication des phénomènes en cause.
Robin Lacassin, Directeur de recherche, Institut de physique du globe de Paris (IPGP)
Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.
tag:theconversation.com,2011:article/50040
2015-12-17T05:42:43Z
2015-12-17T05:42:43Z
Crises sismiques (3) : la France aussi peut trembler
<figure><img src="https://images.theconversation.com/files/106255/original/image-20151216-25624-67bwz8.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=496&fit=clip" /><figcaption><span class="caption">Le barrage de Monteynard en Isère, théâtre d’un séisme en 1963.</span> <span class="attribution"><a class="source" href="https://fr.wikipedia.org/wiki/Barrage_de_Monteynard#/media/File:Barrage_de_Monteynard_p1390473.jpg">David Monniaux/wikipedia</a>, <a class="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</a></span></figcaption></figure><p><em>Troisième et dernier volet de notre série consacrée aux crises sismiques. Après <a href="https://theconversation.com/crises-sismiques-1-quand-le-petrole-fait-trembler-loklahoma-50037">les États-Unis</a> et <a href="https://theconversation.com/crises-sismiques-2-en-europe-aussi-les-activites-humaines-font-trembler-la-terre-49826">l’Europe</a>, faisons le point sur la situation en France.</em></p>
<p>Au cours de la décennie 1960-1970, lors du développement à grande échelle des retenues hydroélectriques françaises, la mise en eau de certains barrages a, comme souvent, déclenché de la sismicité. Un des cas les plus connus concerne le <a href="http://www.ledauphine.com/isere-sud/2009/10/12/1963-et%E2%80%A6-monteynard">séisme du 25 avril 1963</a> au <a href="https://fr.Wikipedia.org/wiki/Barrage_de_Monteynard">barrage de Monteynard</a>, dans les Alpes, dont la magnitude de 4,9 a provoqué quelques dégâts. Dans un tout autre contexte, l’exploitation des hydrocarbures du <a href="https://fr.Wikipedia.org/wiki/Gisement_de_gaz_de_Lacq">gisement de Lacq</a>, en Aquitaine, a déclenché de nombreux séismes (jusqu’à des magnitudes de 4,5), et ce de 1969 jusqu’à nos jours. De nombreux <a href="http://www.researchgate.net/profile/Jean-Robert_Grasso/publication/248794504_Poroelastic_stressing_and_induced_seismicity_near_the_Lacq_gas_field_southwestern_France/links/0c9605335532b50dea000000.pdf">articles</a> scientifiques, associant des chercheurs des universités de Stanford et de Grenoble, ont proposé une étude détaillée de cette sismicité induite et de son évolution dans le temps.</p>
<p>Quels risques pourraient présenter en France certains projets industriels, tels que le stockage souterrain du CO<sub>2</sub> ou l’exploitation des gaz de schistes par fracturation hydraulique ?</p>
<h2>Capture et stockage du CO<sub>2</sub></h2>
<p>Le stockage à grande échelle du CO<sub>2</sub> dans des réservoirs géologiques profonds est souvent présenté comme <a href="http://www.ifpenergiesnouvelles.fr/Espace-Decouverte/Tous-les-Zooms/Les-technologies-de-captage-et-stockage-geologique-du-CO%3Csub%3E2%3C/sub">une solution d’avenir</a> pour lutter contre le changement climatique. Cela impliquerait évidemment d’être sûr que le réservoir envisagé ne fuira pas, ce qui pourrait, par exemple, arriver à la suite de séismes. Un <a href="http://www.pnas.org/content/109/26/10164">article</a> de Mark Zoback et Steven Gorelick (Université de Stanford), publié en 2012, examine spécifiquement ce problème et conclut à la « forte probabilité de déclenchement de tremblements de terre par l’injection de grandes quantités de CO<sub>2</sub> dans le sous-sol ». </p>
<p>Le mécanisme de déclenchement serait le même que pour l’injection massive d’eaux usées responsable de la crise sismique actuelle du centre des États-Unis. Les auteurs ajoutent que « même de magnitude faible à modérée, ces séismes menaceront l’intégrité (étanchéité) du réservoir géologique utilisé pour le stockage du CO<sub>2</sub> ». </p>
<p>On pourrait néanmoins utiliser cette technique sur quelques sites favorables, tels que d’anciennes exploitations où l’extraction des hydrocarbures a diminué les pressions qui s’appliquent au niveau du réservoir géologique. L’injection du CO<sub>2</sub> les augmenteraient à nouveau, et la <a href="http://www.pnas.org/content/112/33/E4510">condition à respecter</a> serait alors de ne pas dépasser les valeurs initiales pour ne pas mettre le réservoir en surpression et risquer ainsi de déclencher une sismicité importante. Une installation prototype est ainsi expérimentée depuis plusieurs années sur le site de Lacq par <a href="http://www.total.com/fr/societe-environnement/environnement/climat-co2/capter-stocker-co2/pilote-industriel-lacq">Total</a>, de façon très réglementée et surveillée, y compris pour la sismicité. </p>
<p>Malgré tout, si l’on suit les conclusions de Zoback et Gorelick, les sites favorables sont rares et cela ne pourrait donc concerner que des quantités très limitées de CO<sub>2</sub>. Pour ces auteurs : « la capture et le stockage géologique du carbone est une stratégie risquée et probablement vaine pour réduire les émissions de gaz à effet de serre », ce spécifiquement en raison des risques de sismicité induite.</p>
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<figcaption><span class="caption">Le point sur l’extraction des gaz de schiste.</span></figcaption>
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<h2>Gaz, pétrole et fracturation hydraulique</h2>
<p>Qu’en serait-il de la mise en exploitation à grande échelle de gaz ou pétroles non conventionnels, tels que les conflictuels gaz de schistes, en utilisant largement la <a href="https://fr.Wikipedia.org/wiki/Fracturation_hydraulique">fracturation hydraulique</a> ? Rappelons que cette technique est actuellement interdite en France par la <a href="http://www.legifrance.gouv.fr/affichTexte.do?cidTexte=JORFTEXT000024361355&categorieLien=id">loi du 13 juillet 2011</a>, mais est en cours de développement dans d’autres pays européens tels que la Grande-Bretagne ou la Pologne. L’opportunité de son autorisation resurgit régulièrement en France.</p>
<p>Au regard de la crise sismique affectant le centre des États-Unis, le problème le plus évident concernerait le devenir des eaux usées produites par la fracturation hydraulique elle-même ou lors de l’extraction des hydrocarbures. <a href="https://theconversation.com/crises-sismiques-1-quand-le-petrole-fait-trembler-loklahoma-50037">Le cas de l’Oklahoma</a> nous montre que leur injection en grandes quantités dans le sous-sol n’est pas une bonne solution. Il faudrait donc retraiter ces eaux polluées en surface, technique complexe et nettement plus pénalisante en termes économiques. C’est néanmoins cette solution qui est envisagée en Grande-Bretagne où l’injection en profondeur est interdite par l’Agence de l’environnement.</p>
<p><a href="https://theconversation.com/crises-sismiques-2-en-europe-aussi-les-activites-humaines-font-trembler-la-terre-49826">L’exemple</a> du projet géothermique de Bâle, <a href="ftp://seis.es.uwo.ca/pub/ktiampo/Rachele/Inducedseismicity_diffusion.pdf">parmi d’autres</a>, révèle que la fracturation hydraulique elle-même peut induire des séismes. Rappelons que ceux-ci se produisent par rupture de failles préexistantes. On doit donc considérer ce risque en priorité dans les régions coupées par de nombreuses failles géologiques. Cela concernerait essentiellement la moitié sud-est de la France – Alpes, bordures du Massif Central, Provence, Languedoc –, mais peut-être aussi le sous-sol profond du bassin parisien sous la couverture sédimentaire épaisse de quelques kilomètres.</p>
<p>Si l’on s’en tient seulement à la fracturation hydraulique, la quantité de fluides injectés pour produire les fractures est relativement faible, surtout comparée à l’injection massive des eaux usées telle qu’elle est pratiquée aux États-Unis. Le risque de forte sismicité induite parait donc moins préoccupant. L’exemple des États-Unis où la fracturation hydraulique a été très largement utilisée <a href="http://www3.geosc.psu.edu/Courses/Geosc598B/RubinsteinMahani2015.pdf">semble confirmer</a> cette conclusion, malgré de rares cas de séismes induits ayant tout de même dépassé la magnitude 4. </p>
<p>Ce risque doit néanmoins être sérieusement pris en compte, car comme pour le stockage du CO<sub>2</sub>, des séismes induits de magnitude faible à modérée pourraient menacer l’intégrité du réservoir géologique, permettant ainsi la migration de fluides salés et pollués vers des aquifères d’eau potable, ou des fuites de méthane vers la surface. De plus, malgré des probabilités faibles, on ne peut complètement ignorer la possibilité de déclenchement d’un séisme ressenti en surface et potentiellement destructeur.</p>
<h2>L’humain, force tellurique</h2>
<p>Il est désormais reconnu que les activités humaines modifient le fonctionnement du « système Terre ». La manifestation la plus sensible en est le changement climatique en cours, sujet des récentes négociations de la COP21. Lorsque l’on fait ce constat, on ne considère en général que les enveloppes externes de la Terre : il s’agit de l’atmosphère et des océans qui pilotent l’évolution climatique à l’échelle de la centaine d’années. Mais les exemples résumés dans cette série d’articles attestent aussi d’actions des humains, avérées ou potentielles, sur la croûte terrestre elle-même. Le signe le plus marquant en est la crise sismique du cœur des États-Unis qui se produit à l’échelle du continent américain. Cette crise peut être vue comme un nouveau symptôme de l’<a href="https://www.cairn.info/revue-ecologie-et-politique-2007-1-page-141.htm">anthropocène</a>, ère où l’humain est devenu une force tellurique majeure avec les risques et les responsabilités que cela implique.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/50040/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Robin Lacassin a reçu des financements de l'Agence Nationale de la Recherche (ANR, projet MegaChile), de la communauté européenne (programme FP7-PEOPLE-2013-ITN), du CNRS-INSU et du Labex UNIVEARTHs (USPC).</span></em></p>
Si les séismes provoqués par l’homme touchent aujourd’hui majoritairement les États-Unis, la France n’est pas à l’abri.
Robin Lacassin, Directeur de recherche, Institut de physique du globe de Paris (IPGP)
Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.
tag:theconversation.com,2011:article/49826
2015-11-26T05:40:27Z
2015-11-26T05:40:27Z
Crises sismiques (2) : en Europe aussi, les activités humaines font trembler la terre
<p>La crise sismique de l’Oklahoma, objet de notre précédent <a href="https://theconversation.com/crises-sismiques-le-petrole-fait-trembler-loklahoma-50037">article</a>, affecte aussi d’autres États du centre des États-Unis, tels que le Colorado, l’Arkansas et le Texas. Ce problème, lié à l’injection massive dans le sous-sol des fluides produits par l’extraction du pétrole, a pris une <a href="http://www.sciencedaily.com/releases/2015/06/150618145901.htm">ampleur continentale</a> à laquelle les autorités américaines doivent désormais faire face. Qu’en est-il ailleurs, notamment en Europe, en France ? D’autres activités humaines peuvent-elles provoquer des séismes ?</p>
<p>On sait depuis longtemps que la mise en eau des grands barrages induit de la sismicité et peut avoir des effets dramatiques. À Koyna, en Inde, le tremblement de terre de 1967 (<a href="http://musee-sismologie.unistra.fr/comprendre-les-seismes/notions-pour-petits-et-grands/notions-de-base/magnitude-dun-seisme/">magnitude</a> 6,3) fit environ 200 victimes, l’activité sismique se poursuivant dans cette zone durant des dizaines d’années. Même si les liens de cause à effet sont plus difficiles à établir, un déclenchement induit est aussi évoqué à propos du séisme catastrophique de Latur en 1993 (magnitude 6,3), toujours en Inde, qui fit presque 10 000 victimes ; c’est aussi le cas de celui qui frappa, en 2008, la province chinoise du Sichuan (magnitude 7,9), faisant 70 000 morts. Pour les barrages, les facteurs physiques en cause concernent le poids de l’eau dans la retenue ainsi que son infiltration progressive en profondeur. Comme pour l’injection des eaux pétrolières usées, ces facteurs modifient en profondeur les contraintes ainsi que la résistance des failles au glissement, ce qui peut amener certaines à rompre en avance par rapport à leur évolution naturelle.</p>
<p>Toute activité humaine modifiant significativement les forces en jeu dans le sous-sol peut donc induire des séismes parfois catastrophiques. Examinons deux autres cas récents, proches de la France.</p>
<h2>En Suisse, un projet géothermique stoppé</h2>
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<span class="attribution"><span class="source">Google</span></span>
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<p>À la jonction des structures géologiques jeunes et actives du fossé d’Alsace et du Jura, la ville de Bâle (Suisse) possède une histoire sismique préoccupante. Elle a été partiellement détruite au Moyen-âge par <a href="http://musee-sismologie.unistra.fr/comprendre-les-seismes/notions-pour-petits-et-grands/la-sismicite/le-seisme-de-bale-1356/">le séisme de 1356</a>, le plus puissant qu’ait connu l’Europe hors domaine méditerranéen, dont la magnitude a été estimée entre 6,7 et 7,1. La région abrite donc des failles d’ampleur suffisante pour produire de telles magnitudes. La magnitude d’un séisme dépend de la taille de la faille : si elle est longue d’une à plusieurs dizaines de kilomètres, elle pourra rompre avec des magnitudes entre 6 et 7. Le risque sismique est ainsi sérieux pour la région de Bâle où vivent plus de 700 000 personnes et qui abrite de nombreux laboratoires et centres de production chimiques et pharmaceutiques.</p>
<p><br></p>
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<span class="caption">Le tremblement de terre à Bâle en 1356.</span>
<span class="attribution"><a class="source" href="https://commons.wikimedia.org/wiki/File%3ASebastian_M%C3%BCnster_Cosmographia_-_Erdbeben_Basel_1356.jpg">wikipedia</a></span>
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<p><br></p>
<p>Fin 2006, la consortium Geopower Basel AG, débute à Bâle un projet de géothermie. Il s’agit de forer jusqu’à 5 kilomètres sous la partie industrielle de la ville. Après avoir atteint les roches granitiques du socle cristallin, Geopower Basel commence à injecter de l’eau sous-pression dans le forage pour provoquer de la fracturation hydraulique, le <em>fracking</em>. Ce procédé vise à créer une multitude de fractures permettant à l’eau de circuler dans les roches chaudes et d’extraire ainsi cette chaleur. En plus des microséismes normalement provoqués par la création des fractures, on se met alors à enregistrer des séismes de plus en plus forts. Cette sismicité n’étant pas attendue, on stoppe l’injection d’eau. Quelques heures après, un séisme de magnitude 3,4, est largement ressenti par la population, car très peu profond. Préoccupés par le risque de secousses plus fortes, les autorités et le consortium décident d’arrêter provisoirement le projet. <a href="http://srl.geoscienceworld.org/content/80/5/784">Les études sismologiques</a> menées par la suite ont montré que l’injection d’eau a activé une petite portion d’une faille préexistante, et que le <a href="http://www.bfe.admin.ch/php/modules/enet/streamfile.php?file=000000010350.pdf&name=000000290173">risque d’un séisme de magnitude 4.5</a> existe en cas de poursuite des travaux ayant recours aux mêmes techniques. Le projet n’a pas repris depuis.</p>
<h2>En Espagne, pompage, irrigation et… séisme</h2>
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<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/103202/original/image-20151125-23837-13jl4zc.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=237&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/103202/original/image-20151125-23837-13jl4zc.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=619&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/103202/original/image-20151125-23837-13jl4zc.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=619&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/103202/original/image-20151125-23837-13jl4zc.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=619&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/103202/original/image-20151125-23837-13jl4zc.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=778&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/103202/original/image-20151125-23837-13jl4zc.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=778&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/103202/original/image-20151125-23837-13jl4zc.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=778&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption"></span>
<span class="attribution"><span class="source">Google</span></span>
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<p>Mai 2011 : un séisme de magnitude 5,1 frappe la ville de Lorca dans la province de Murcie, au sud-est de l’Espagne, faisant neuf victimes. La faille d’Alhama de Murcia qui a rompu en partie lors de ce séisme était déjà reconnue comme active et capable de produire des magnitudes 5 à 6. Le séisme de Lorca n’était donc pas inattendu. Plus surprenant, en revanche, sa très faible profondeur (environ 3 km), alors que ce type de ruptures sismiques se déclenchent en général à une dizaine de kilomètres sous nos pieds. De très forts mouvements du sol ont ainsi affecté la ville de Lorca, située juste au-dessus du séisme, provoquant la mort de neuf personnes et d’importants dégâts matériels malgré une magnitude modérée.</p>
<p>Depuis plusieurs décennies, on exploite intensément la nappe d’eau souterraine de la plaine de Lorca pour l’irrigation. <a href="http://www.nature.com/ngeo/journal/v5/n11/full/ngeo1610.html">Une étude</a>, publiée et objet d’un <a href="http://web.gps.caltech.edu/%7Eavouac/publications/AvouacNGEO_2012.pdf">commentaire</a> dans la revue <em>Nature Geosciences</em>, a relié le déclenchement du séisme et ses caractéristiques – localisation, profondeur, ampleur – à l’abaissement extrême (250 mètres depuis 1960) du niveau de la nappe souterraine. Comme pour les autres exemples de sismicité induite, l’effet du pompage d’eau aurait modifié les contraintes sur la faille, provoquant la nucléation de la rupture sismique au plus près de la zone de pompage et cela très superficiellement. Il s’agirait donc, à Lorca, d’un séisme attendu, mais probablement avancé dans le temps et dont les spécificités pourraient être en lien avec les activités humaines.</p>
<h2>En France ?</h2>
<p>On vient de le voir, l’Europe n’est pas à l’abri des séismes induits ou déclenchés par des activités industrielles, bien que ce soit avec un taux d’activité beaucoup plus faible qu’aux États-Unis*. Dans le prochain et dernier article de cette série sur les crises sismiques, nous verrons plus précisément ce qu’il en est pour la France.</p>
<p><br>
*<em>Depuis la publication du premier <a href="https://theconversation.com/crises-sismiques-le-petrole-fait-trembler-loklahoma-50037">article</a> de cette série, la situation évolue très rapidement en Oklahoma. En seulement deux semaines, plusieurs séismes supérieurs à 4 se sont produits, le plus gros atteignant la <a href="https://twitter.com/DanielEMcNamara/status/667307307705892864">magnitude de 4,7</a>. Les experts des services sismologiques n’hésitent plus à envisager le <a href="http://kfor.com/2015/11/23/only-a-matter-of-time-before-the-big-one-shakes-oklahoma/">risque du <em>« Big One »</em></a> en Oklahoma… toute proportion gardée tout de même (ce n’est pas la Californie !). On parle ici de possibles <a href="http://www.tulsaworld.com/news/state/usgs-oklahoma-has-unheard-of-seismicity-that-might-produce-quake/article_fc8cf769-4846-5ef0-82a5-787391a8fee1.html">séismes de magnitude 6</a>, relativement modérés mais potentiellement destructeurs dans une région des États-Unis qui n’y est pas préparée. Pour tenter de contrôler cette évolution, des <a href="https://twitter.com/DanielEMcNamara/status/666410723191353347">mesures de régulation</a> plus strictes concernant l’injection des eaux usées viennent d’être appliquées à quelques forages.</em></p><img src="https://counter.theconversation.com/content/49826/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Robin Lacassin a reçu des financements de l'Agence Nationale de la Recherche (ANR, projet MegaChile), de la communauté européenne (programme FP7-PEOPLE-2013-ITN), du CNRS-INSU et du Labex UNIVEARTHs (USPC).</span></em></p>
Les séismes induits par l’homme ne sont pas l’apanage des États-Unis. En Inde, en Chine, et aussi en Europe, de la Suisse à l’Espagne, des activités industrielles peuvent perturber les sous-sols.
Robin Lacassin, Directeur de recherche, Institut de physique du globe de Paris (IPGP)
Licensed as Creative Commons – attribution, no derivatives.
tag:theconversation.com,2011:article/50037
2015-11-17T09:13:34Z
2015-11-17T09:13:34Z
Crises sismiques (1) : quand le pétrole fait trembler l’Oklahoma
<p>San Francisco a été détruite en 1906 par un tremblement de terre. Los Angeles attend son <em>« Big One »</em> depuis plusieurs dizaines d’années. Plus au nord, au large des États de l’Oregon et du Washington, la subduction des Cascades – où la petite plaque tectonique Juan de Fuca s’enfonce sous la plaque Amérique – serait prête à reproduire le <a href="http://www.newyorker.com/magazine/2015/07/20/the-really-big-one">méga-séisme</a> de magnitude 9 de 1700. Mais ce n’est pas dans cet Ouest américain, situé à la limite de plaques tectoniques, que l’on trouve l’État le plus sismique des États-Unis (hors Alaska). Paradoxalement, c’est l’Oklahoma – en bordure des grandes plaines du cœur du continent américain – qui détient depuis quelques années le record annuel du nombre de séismes : environ 600 évènements de <a href="http://musee-sismologie.unistra.fr/comprendre-les-seismes/notions-pour-petits-et-grands/notions-de-base/magnitude-dun-seisme/">magnitude</a> supérieure à 3 en 2014, plus qu’en Californie ; et peut-être presque le double en 2015 !</p>
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<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/101121/original/image-20151106-16242-1ka44b4.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=237&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/101121/original/image-20151106-16242-1ka44b4.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=372&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/101121/original/image-20151106-16242-1ka44b4.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=372&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/101121/original/image-20151106-16242-1ka44b4.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=372&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/101121/original/image-20151106-16242-1ka44b4.png?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=467&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/101121/original/image-20151106-16242-1ka44b4.png?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=467&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/101121/original/image-20151106-16242-1ka44b4.png?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=467&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">L’Oklahoma.</span>
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<p>Même s’il s’agit essentiellement d’une multitude de petits séismes, beaucoup dépassent tout de même la magnitude 4 et leurs effets sont fortement ressentis, certains ayant provoqué des <a href="http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eqinthenews/2011/usb0006klz/#summary">dégâts matériels</a>. Depuis peu, ce risque est devenu un enjeu fédéral, car le plus grand site de stockage et de transit d’hydrocarbures du pays – le <em>« Cushing hub »</em>, près de la ville de Cushing dans le centre-nord de l’Oklahoma – semble menacé.</p>
<h2>L’industrie pétrolière en cause</h2>
<p>Les exploitations pétrolières sont directement impliquées : l’essentiel de cette sismicité est en effet déclenchée par l’<a href="http://advances.sciencemag.org/content/1/5/e1500195">injection massive</a> dans le sous-sol de grande quantité d’eaux usées produites par l’exploitation pétrolière. Dans le procédé de fracturation hydraulique – le fameux « <em>fracking</em> » utilisé pour l’exploitation des gaz ou pétroles de schiste – de l’eau est injectée sous forte pression pour libérer le gaz ou le pétrole. Une partie de cette eau remonte ensuite en surface entraînant sels et polluants. Mais ceci ne constitue qu’une petite proportion des fluides qui sont ensuite réinjectés. En Oklahoma, la grande majorité (90 %) de ces fluides est de l’eau naturellement associée au pétrole dans le réservoir géologique, se trouvant amenée en surface en même temps que lui. Cette eau est très saline, contient divers polluants (arsenic et plomb, par exemple), et la rejeter dans l’environnement demanderait un retraitement complexe. Par simplicité et choix économique, ces fluides usés et pollués sont injectés à nouveau dans une couche géologique de stockage à plusieurs kilomètres de profondeur.</p>
<p><br></p>
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<span class="caption">Extraction du pétrole.</span>
<span class="attribution"><span class="license">Author provided</span></span>
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<p><br></p>
<p>Chaque mois, ce sont ainsi des millions de m<sup>3</sup> d’eaux usées qui sont injectés sous pression dans le sous-sol. Mais par quel processus physique cette injection peut-elle induire des séismes ?</p>
<p>La majorité des failles présentes sur la surface terrestre ne glissent pas de façon régulière, mais lors d’événements sismiques brutaux. Entre ces épisodes sismiques, les failles sont bloquées et c’est le volume de roches de part et d’autre qui accumule les déplacements imposés par la tectonique des plaques en se déformant de façon élastique. On peut comparer ce phénomène à des blocs de caoutchouc, sorte de « ressorts » à l’échelle de la partie superficielle de la croûte terrestre (jusqu’à 20 km sous nos pieds), qui se déforment progressivement pendant des centaines, des milliers d’années. Ce chargement est beaucoup plus rapide aux limites de plaques tectoniques, comme en Californie, qu’au cœur des continents.</p>
<p>Deux types de forces – ou « contraintes » – s’exercent alors sur la faille : une force « cisaillante », qui tend à faire glisser la faille, et une force « normale », perpendiculaire à la faille, qui tend à « plaquer » les deux compartiments l’un contre l’autre. Un séisme se déclenche lorsque la force cisaillante dépasse le « seuil de rupture » sur la faille, ce qui libère par un glissement quasi instantané l’énergie accumulée par les « ressorts ». Avant cela, on peut considérer que les frottements sur la faille empêchaient le glissement. Une belle illustration de ces processus est donnée par de très simples <a href="https://vimeo.com/21139324">machines à séismes</a> opérant en laboratoire.</p>
<p><br></p>
<figure class="align-center ">
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<figcaption>
<span class="caption">Le cycle sismique.</span>
<span class="attribution"><span class="license">Author provided</span></span>
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</figure>
<p><br></p>
<p>L’injection artificielle de fluides sous pression agit sur la répartition des contraintes dans la croûte terrestre et contrebalance en partie la force normale à la faille, ce qui diminue les frottements et donc le seuil de rupture. Ainsi, une faille initialement proche du seuil de rupture – c’est-à-dire dont les « ressorts » sont déjà copieusement chargés – pourra rompre en avance par rapport à ce qu’aurait été son évolution naturelle. <a href="http://www.usgs.gov/faq/taxonomy/term/9833">Ces séismes induits</a> sont donc des séismes naturels « avancés » de plusieurs dizaines à milliers d’années du fait de l’activité industrielle.</p>
<h2>L’Oklahoma en crise sismique</h2>
<p>Dans le centre de l’Oklahoma se trouve une gigantesque aire de stockage d’hydrocarbures, servant aussi de gare de triage entre pipelines, le <a href="https://www.google.fr/maps/@35.9647453,-96.7491854,16917m/data=!3m1!1e3"><em>hub</em> de Cushing</a>, du nom de la ville à proximité. Il s’agit d’une infrastructure hautement stratégique pour les États-Unis. De nombreux séismes induits, certains de magnitude moyenne (4,3 au maximum), s’y sont produits en octobre 2014, réactivant une zone de faille qui avait déjà rompu plus au sud en 2011, près de la petite ville de Prague. La séquence de 2011, également induite par l’injection de fluides, avait atteint la magnitude 5,6, causant une forte accélération du sol et un certain nombre de dégâts. D’après une <a href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2015GL064669/abstract">étude</a> récente, publiée dans la revue <em>Geophysical Research Letters</em>, on peut redouter une rupture sismique équivalente à proximité immédiate du <em>hub</em> de Cushing, séisme qui aurait la capacité d’occasionner des dommages importants pour les installations industrielles. Face à cette crise sismique de Cushing, potentiellement en croissance, la question de la sismicité induite en Oklahoma est devenue un enjeu national souligné entre autres par <a href="http://www.nytimes.com/2015/10/15/us/new-concern-over-quakes-in-oklahoma-near-a-hub-of-us-oil.html"><em>le New York Times</em></a> ou <a href="http://www.bloomberg.com/news/articles/2015-10-23/oklahoma-earthquakes-are-a-national-security-threat"><em>Bloomberg Business</em></a>.</p>
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<img alt="" src="https://images.theconversation.com/files/101827/original/image-20151113-10393-12boajr.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&fit=clip" srcset="https://images.theconversation.com/files/101827/original/image-20151113-10393-12boajr.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=600&h=209&fit=crop&dpr=1 600w, https://images.theconversation.com/files/101827/original/image-20151113-10393-12boajr.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=600&h=209&fit=crop&dpr=2 1200w, https://images.theconversation.com/files/101827/original/image-20151113-10393-12boajr.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=600&h=209&fit=crop&dpr=3 1800w, https://images.theconversation.com/files/101827/original/image-20151113-10393-12boajr.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=45&auto=format&w=754&h=262&fit=crop&dpr=1 754w, https://images.theconversation.com/files/101827/original/image-20151113-10393-12boajr.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=30&auto=format&w=754&h=262&fit=crop&dpr=2 1508w, https://images.theconversation.com/files/101827/original/image-20151113-10393-12boajr.jpg?ixlib=rb-1.1.0&q=15&auto=format&w=754&h=262&fit=crop&dpr=3 2262w" sizes="(min-width: 1466px) 754px, (max-width: 599px) 100vw, (min-width: 600px) 600px, 237px">
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<span class="caption">La hausse du nombre de séismes en Oklahoma.</span>
<span class="attribution"><span class="license">Author provided</span></span>
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<p>Cette explosion du nombre de séismes en Oklahoma a débuté en 2009. Avant cette période, on y enregistrait un évènement de magnitude supérieure à 4 toutes les décades. En 2014, il y en a eu 24, ce qui correspond à une augmentation d’un facteur 200. Et 2015 s’annonce bien pire. Jusqu’à cette année, les liens entre ces séismes et l’injection d’eaux usées en profondeur étaient niés par l’industrie pétrolière, les organismes de régulation et les responsables politiques. Selon certaines <a href="http://www.ibtimes.com/oklahoma-earthquakes-2015-tremors-rise-oklahoma-officials-struggle-stem-fracking-2138124">analyses</a>, les pressions de l’industrie retenaient les scientifiques du service géologique (OGS) de l’Université de l’Oklahoma de donner des informations simples et directes. Les différents conflits d’intérêt ayant mené au déni sont décrits en détail dans un long <a href="http://www.newyorker.com/magazine/2015/04/13/weather-underground">article</a> paru en avril dernier dans <em>The New Yorker</em>.</p>
<p>Face à la crise sismique en croissance exponentielle, il semble maintenant que <a href="http://earthquakes.ok.gov/">l’OGS</a> et les autorités commencent à prendre le <a href="http://www.enidnews.com/news/local_news/oklahoma-world-s-no-earthquake-area/article_69b145b8-c180-5065-8f99-b2a7ec7ce913.html">problème</a> en main, et cherchent des solutions techniques pour le contrôler. Mais un tel contrôle, qui est loin d’être évident, nécessitera une meilleure compréhension de la physique du phénomène, et demandera des années avant de voir, peut-être, la crise sismique s’apaiser.</p><img src="https://counter.theconversation.com/content/50037/count.gif" alt="The Conversation" width="1" height="1" />
<p class="fine-print"><em><span>Robin Lacassin a reçu des financements de l'Agence Nationale de la Recherche (ANR, projet MegaChile), de la communauté européenne (programme FP7-PEOPLE-2013-ITN), du CNRS-INSU et du Labex UNIVEARTHs (USPC).</span></em></p>
Le recours à la fracturation hydraulique pour exploiter les ressources pétrolières de l’Oklahoma provoque une augmentation inquiétante du nombre de séismes dans cette région des États-Unis.
Robin Lacassin, Directeur de recherche, Institut de physique du globe de Paris (IPGP)
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