Avec la zone de subduction de Cascadia au large de la côte et des failles peu profondes cachées sous la plupart des grandes villes, la région de Puget Sound est déjà confrontée à un éventail intimidant de scénarios sismiques. Une nouvelle étude en ajoute une autre : la possibilité d’un double coup de tremblement de terre.
En utilisant des méthodes de pointe de datation des cernes d’arbres et du radiocarbone, les chercheurs ont découvert que le tremblement de terre majeur le plus récent sur la faille de Seattle n’était pas un acte solitaire. La faille de Saddle Mountain, qui traverse la péninsule olympique près du lac Cushman, s’est rompue à peu près au même moment.
L’équipe a également pu déterminer la date avec une précision étonnante, la réduisant à une fenêtre de six mois entre l’automne 923 après JC et le printemps de l’année suivante, il y a presque exactement 1 100 ans.
Leurs résultats ont été publiés mercredi dans la revue Avancées scientifiques.
Le projet, qui a duré plus de cinq ans et a impliqué des plongeurs équipés de scies à chaîne sous-marines pour échantillonner les arbres noyés par les séismes, est un tour de force scientifique presque sans précédent en sismologie, a déclaré Harold Tobin, directeur du réseau sismique du nord-ouest du Pacifique à l’Université de Washington. Pour aider à déterminer la date, l’équipe a utilisé une nouvelle approche qui détecte les traces d’anciennes tempêtes solaires capturées dans les cernes des arbres.
Mais les résultats ajoutent une nouvelle possibilité du pire aux menaces sismiques auxquelles est confrontée une région qui abrite 4 millions d’habitants, a déclaré Tobin, qui n’a pas participé à l’étude. Un double coup dur sismique serait bien plus dommageable qu’un simple séisme, en particulier pour les vieux bâtiments en briques et en béton, ainsi que pour les ponts et infrastructures vulnérables. C’est un scénario qui n’a pas été pris en compte dans les cartes des dangers, les codes du bâtiment et les plans d’urgence, mais il doit l’être, a ajouté Tobin.
« Les chances ne sont pas élevées au cours d’une année donnée, et il n’y a aucune raison de paniquer à cause de cette étude », a déclaré Tobin. « Mais cela souligne que ce sont des choses auxquelles nous devons nous préparer. »
Une analyse de 2005 estimait qu’un séisme de magnitude relativement modeste de 6,7 sur la faille de Seattle pourrait tuer 1 600 personnes, détruire près de 10 000 bâtiments et causer jusqu’à 50 milliards de dollars de pertes économiques. Si les failles de Seattle et de Saddle Mountain se rompaient simultanément, estime la nouvelle étude, le séisme qui en résulterait aurait une magnitude de 7,8, soit près de 40 fois plus puissant, et affecterait une zone beaucoup plus vaste.
La séquence exacte des anciens séismes reste floue, a déclaré Morgan Page, co-auteur de l’étude, de l’US Geological Survey.
Sur la base d’une analyse statistique des séquences sismiques globales, elle calcule une probabilité de 3 contre 1 que les failles se rompent simultanément. Mais il est également possible que deux séismes aient été séparés par des heures, des jours, voire des mois. Dans ce cas, l’étude estime leur magnitude entre 7,3 et 7,5.
Les sismologues avaient l’habitude de catégoriser la plupart des séismes regroupés comme des répliques et supposaient qu’ils se produisaient sur la même faille, a déclaré John Cassidy, sismologue principal à Ressources naturelles Canada qui n’était pas impliqué dans le projet. Mais au cours des dernières années, on a appris davantage sur la façon dont une erreur sur une faute peut exercer une pression sur les autres. La dévastation de février en Turquie a été causée par un puissant séisme qui a déclenché la rupture d’une faille adjacente neuf heures plus tard.
Les tremblements de terre peu profonds à proximité des zones urbaines peuvent être particulièrement violents car ils sont très proches de la surface. Les secousses seraient bien plus intenses que celles du plus récent grand tremblement de terre à Washington – l’événement Nisqually de magnitude 6,8 en 2001, qui a pris naissance à plus de 20 milles sous terre.
« Un tremblement de terre sur la faille de Seattle est susceptible d’être bien plus catastrophique », a déclaré Tobin.
Heureusement, les séismes superficiels sur failles sont extrêmement rares à Washington. Le chaos sismique de 923-924 après J.-C. semble être l’épisode le plus intense depuis la fin de la dernière période glaciaire, il y a 16 000 ans, rapportent les chercheurs. Les géologues ne disposent toujours pas d’historiques détaillés de séismes pour la plupart des douzaines de failles que compte la région, mais la plupart semblent surgir tous les mille ou plusieurs milliers d’années, a déclaré Tobin. L’USGS estime à environ 5 % la probabilité qu’un séisme majeur se produise dans la faille de Seattle au cours des 50 prochaines années.
Mais le séisme qui a frappé le Maroc au début du mois s’est produit dans une région où les tremblements de terre sont également rares et où rien d’aussi puissant n’a jamais été enregistré, a souligné Tobin.
La nouvelle recherche s’appuie sur plus de 30 ans de découvertes géologiques. Les travaux de terrain effectués au début des années 1990 ont révélé de multiples indices laissés par le séisme de la faille de Seattle, qui a soulevé Alki Point et la pointe sud-est de l’île de Bainbridge jusqu’à 20 pieds et a engendré un tsunami qui a inondé le site de la station d’épuration de West Point. Cela a également déclenché des glissements de terrain sur l’île Mercer qui ont fait glisser des forêts anciennes dans le lac Washington, où certaines sont encore debout dans près de 300 pieds d’eau.
Le séisme de Saddle Mountain a brisé le sol avec un escarpement de 24 pieds de haut qui a bloqué un drainage et créé le lac Price, noyant les arbres à mesure que l’eau montait.
Conservés dans des eaux froides pauvres en oxygène, ces arbres submergés du lac Washington, du lac Price et d’autres sites ont été la clé de la nouvelle recherche.
Des analyses précédentes au radiocarbone dataient déjà le séisme de la faille de Seattle entre 900 et 930 après JC. Des indices intrigants provenant de plusieurs autres failles, notamment Saddle Mountain, Olympia et Tacoma, suggéraient qu’elles se sont également rompues à cette époque. Mais les méthodes conventionnelles ont donné des tranches d’âge possibles s’étendant sur des siècles sur ces autres sites.
« Il y avait trop d’incertitude », a déclaré le co-auteur Brian Sherrod, un scientifique de l’USGS qui a passé la majeure partie de sa carrière à enquêter sur les défauts à travers l’État.
Une rencontre fortuite lors d’une conférence scientifique entre Sherrod et Bryan Black, un éminent dendrochronologue de l’Université de l’Arizona, a mis en branle cette odyssée pluriannuelle.
« C’est un grand casse-tête. C’est pourquoi cela a pris si longtemps », a déclaré Sherrod. « Pour moi, l’histoire, ce sont ces nouvelles techniques que Bryan et ses collègues apportent à l’image. »
Les cernes des arbres peuvent donner des dates beaucoup plus précises que le radiocarbone, a expliqué Black. Mais les échantillons doivent être en bon état, avec de l’écorce et des séquences d’anneaux étendues.
L’une des tâches les plus ardues consistait à rassembler des dizaines de carottes et de tranches de bois collectées au fil des années par d’autres chercheurs. Finalement, Black a rassemblé des échantillons utilisables de 47 sapins de Douglas sur six sites où des arbres ont été noyés par les tremblements de terre. Certains échantillons ont enregistré près de trois siècles d’histoire.
L’équipe a dû collecter de nouveaux échantillons dans le lac Price, où les souches des sapins de Douglas tués par le séisme restent visibles. Les plongeurs de l’USGS ont eu du mal dans l’eau trouble à prélever des échantillons utilisables avec l’écorce intacte à la base des arbres. « Il fallait jusqu’à une heure pour couper un seul coin d’un arbre, car ils travaillaient avec une visibilité presque nulle », a déclaré Black, auteur principal de l’étude.
Pour ancrer les cernes des arbres dans le temps, il a utilisé une séquence de référence de sapins âgés de 1 300 ans collectés sur l’île de Vancouver au début des années 1990. La date de l’anneau le plus externe est donc connue.
Chaque échantillon a été poncé en noir plusieurs fois, notamment avec des feuilles de diamant de l’ordre du micron appelées films de rodage. « Il est poncé au point où vous pouvez voir les cellules individuelles du bois au microscope », a-t-il déclaré.
En alignant ses échantillons et en les comparant aux arbres de référence, la réponse était sans équivoque.
La validité de la date a été confirmée par l’analyse au radiocarbone des cernes individuels des arbres, à la recherche de preuves d’horodatages cosmiques appelés événements Miyake. Nommés d’après le physicien japonais qui les a découverts, ces événements représentent des pics de rayonnement provenant d’éruptions solaires ou d’étoiles explosives il y a des siècles ou des millénaires. Heureusement pour la dendrochronologie, les pics de rayonnement cosmique génèrent des pics dans les niveaux atmosphériques de carbone 14, l’isotope dont la lente désintégration est l’horloge qui ancre la datation au radiocarbone.
Encore plus chanceux pour Black et ses collègues, un événement Miyake s’est produit en 774 après JC et est apparu dans leurs échantillons de sapin de Douglas, fournissant une référence absolue à partir de laquelle compter.
« Boum », dit-il. « Tout s’est réuni et nous avons vu que ces arbres sont tous morts, le dernier anneau complètement formé étant l’année 923. »
Le mystère de savoir exactement quand la faille de Seattle s’est rompue et si d’autres failles étaient impliquées existe depuis plus de 30 ans – et Black a déclaré qu’il pouvait maintenant comprendre pourquoi. « Cela a été le projet de rencontres le plus compliqué et le plus stimulant de ma carrière. »
Et lui et Sherrod n’ont pas fini. Ils sont à la recherche d’arbres submergés liés aux failles de Tacoma et d’Olympia, pour découvrir si le séisme d’il y a 1 100 ans a été encore plus étendu.
Entre-temps, Seattle tente une fois de plus de s’attaquer au danger posé par les vieux bâtiments en briques, également appelés maçonnerie non armée (URM), qui comptent parmi les endroits les plus dangereux en cas de tremblement de terre. Plus de 1 000 immeubles d’habitation, bureaux, églises et salles de réunion de l’URM sont disséminés dans la ville, et les efforts visant à exiger des rénovations sont au point mort à plusieurs reprises.
Le dernier développement est une nouvelle règle qui simplifie et normalise les exigences en matière de rénovation, a déclaré Amanda Hertzfeld, responsable du programme URM. La prochaine étape sera un programme volontaire de rénovation qui pourrait être mis en place d’ici le printemps prochain. L’objectif est d’imposer à terme des mises à niveau, a déclaré Hertzfeld, mais il n’y a pas encore de calendrier.
Plus d’information:
Bryan A. Black et al, Une menace de tremblement de terre multifaute pour la région métropolitaine de Seattle révélée par une mortalité massive des arbres, Avancées scientifiques (2023). DOI : 10.1126/sciadv.adh4973
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