Le problème avec les grands tremblements de terre est que leurs systèmes racinaires souterrains peuvent se cacher pendant des siècles ou des millénaires avant de produire suffisamment d’énergie pour exploser. Parmi de nombreux endroits, cela est vrai de la région de New York, où les scientifiques pensent que de grands tremblements de terre sont possibles, mais probablement si rares, qu’il est difficile de dire exactement à quelle fréquence ils se produisent ou quelle pourrait être leur ampleur.
Ce n’est que dans les années 1970 que les chercheurs ont commencé à étudier en détail la sismicité de la région. Ils ont cartographié de nombreuses failles jusque-là inconnues et observé des dizaines de minuscules tremblements de terre chaque année, la plupart trop petits pour être ressentis. Le plus grand tremblement de terre moderne, d’une magnitude de 4,1 dans la banlieue du comté de Westchester en 1985, a fait peu de dégâts. Cependant, d’anciens documents écrits suggèrent que des tremblements de terre d’une magnitude d’environ 5 ont secoué New York et ses environs en 1737 et 1884. Ceux-ci ont renversé des cheminées, fissuré des murs et secoué le sol de la haute Nouvelle-Angleterre à la Virginie. Aujourd’hui, un événement équivalent pourrait causer de grands dommages à la population et aux infrastructures considérablement élargies de la mégalopole régionale. De plus, sur la base de la taille des failles connues et de la fréquence des petits tremblements de terre le long de celles-ci, certains chercheurs ont extrapolé une estimation qu’un séisme de magnitude 6 pourrait frapper la région tous les 700 ans environ, et un séisme de magnitude 7, tous les 3 400 ans. Une magnitude 6 est 10 fois plus puissante que les événements de 1737 et 1884, et une magnitude 7, 100 fois plus forte.
Mais ce n’est qu’une extrapolation. Des tremblements de terre de cette ampleur se sont-ils déjà produits ici ? Personne ne sait. William Menke, géologue et sismologue à l’Observatoire de la Terre Lamont-Doherty de la Columbia Climate School, aimerait le savoir.
Récemment, Menke et un étudiant stagiaire ont visité le Harriman State Park, à environ 30 kilomètres au nord de Manhattan. Non loin du campus de banlieue de Lamont-Doherty, la réserve montagneuse de 47 500 acres contient de nombreux rochers géants arrachés au substratum rocheux par les glaciers au cours de la dernière période glaciaire, puis lâchés lors de la fonte des glaces. Certains sont en équilibre précaire sur une surface irrégulière ou une autre, vraisemblablement toujours dans leur position d’origine. La mission de Menke : calculer la force qu’il faudrait pour les renverser. S’ils sont toujours debout, cela suggérerait qu’un tremblement de terre de cette ampleur ne s’est pas produit depuis la fin de la période glaciaire, il y a bien plus de 10 000 ans.
« Cela placerait au moins une limite supérieure sur les mouvements potentiels du sol », a déclaré le scientifique de 67 ans un matin alors qu’il traînait un sac à dos de 40 livres d’équipement sur un sentier sinueux et rocheux. Le soleil et l’ombre tachetaient à travers les grands arbres. « Au fil des ans, les gens ont essayé d’utiliser cette méthode dans d’autres endroits, et j’ai pensé que nous devrions l’essayer dans le Nord-Est. »
Menke se décrit comme « fondamentalement, un scientifique des données ». Depuis l’obtention de son doctorat. à Lamont en 1982, il a utilisé des données mathématiques pour éclairer diverses questions environnementales, notamment la propagation des ondes sismiques et la structure de la croûte et du manteau terrestres. Randonneur passionné, kayakiste, photographe et observateur complet de la nature, son travail de terrain l’a conduit de la Californie à l’Islande et des navires dans l’océan Pacifique. Ces jours-ci, il reste en grande partie plus près de chez lui, où il a parcouru le terrain pendant des décennies.
Menke et son stagiaire, Charles McBride, étaient en route pour étudier les rochers sur un site préalablement sélectionné sur Black Rock Mountain, à une heure de marche de la route la plus proche. Le site se trouve à seulement cinq kilomètres de la faille de Ramapo, un élément de 300 kilomètres de long qui traverse la Pennsylvanie, le New Jersey et le sud de l’État de New York, coupant au milieu du parc. Il produit bon nombre des petits tremblements de terre de la région et pourrait être un candidat majeur pour produire les grands séismes passés.
En chemin, Menke s’est arrêté pour admirer des parcelles en fleurs de laurier de montagne et a gardé un œil discret sur les serpents à sonnettes. « Vous ne voyez pas autant de rattlers. Je n’en ai vu que huit, et tout cela au cours des huit dernières années », a déclaré Menke.
L’étude des tremblements de terre passés s’appelle la paléosismologie. Ses praticiens peuvent étudier des comptes rendus d’anciens journaux, journaux intimes et histoires, mais dans de nombreux endroits, y compris le nord-est des États-Unis, ceux-ci ne remontent qu’à quelques centaines d’années, ce qui n’est pas assez loin pour fournir une image véritablement à long terme.
Pour accéder à la préhistoire, certains paléosismologues creusent une tranchée (ou mieux, attendent que quelqu’un creuse les fondations d’une maison) et observent si les couches de sol enfouies se sont déplacées les unes contre les autres. Cela indique un mouvement passé, qui peut être daté à l’aide d’isotopes de carbone. Dans le nord-ouest des États-Unis, des chercheurs ont utilisé des anneaux d’arbres morts depuis longtemps pour identifier les tremblements de terre qui les ont fait tomber dans des lacs ou des marais d’eau salée et les ont tués. Une étude plus tôt cette année par certains des collègues de Menke Lamont ont utilisé des variations dans la chimie des roches anciennes à deux milles sous la surface pour montrer qu’une section supposée au repos de la faille de San Andreas a connu des séismes majeurs dans le passé.
L’étude des rochers précairement perchés et des caractéristiques similaires est encore jeune. Au début des années 1990, le géologue californien James Brune a commencé à étudier les roches précaires. Il a obtenu sa première validation en 1999 dans le désert de Mojave, lorsqu’un tremblement de terre de magnitude 7,1 en a renversé plusieurs qu’il avait précédemment ciblés comme sensibles. Des scientifiques de l’ouest des États-Unis ont commencé à étudier d’autres caractéristiques géologiques dites fragiles pour le potentiel de la paléosismologie : les empilements marins le long de la côte du Pacifique (des tours rocheuses élancées creusées par l’érosion des vagues) ; hoodoos du désert (flèches rocheuses dont les bases ou les milieux ont été minés de manière précaire par le vent); tours de tuf (pinacles friables de calcaire formés par des processus chimiques sous-marins dans d’anciens lacs, aujourd’hui asséchés). Des scientifiques australiens et néo-zélandais sujets aux tremblements de terre ont mené des recherches similaires.
En Californie, certains chercheurs ont montré que des caractéristiques qui auraient dû être renversées par des tremblements de terre préhistoriques prédits par des modèles informatiques similaires à ceux employés à New York sont toujours debout. Cela suggère que les courbes d’atténuation standard – calculs de la fréquence et de l’ampleur des secousses du sol – peuvent exagérer les risques à long terme, du moins à certains endroits.
« Je suppose que dans une certaine mesure, vous pourriez dire que c’est une bonne nouvelle », a déclaré Menke. D’un autre côté, a-t-il dit, « il y a des lacunes dans les connaissances ». Les roches généralement lâches et fissurées de la Californie sujette aux tremblements de terre sont en fait assez pauvres pour transmettre les ondes sismiques à la surface, et peuvent donc finir par étouffer les tremblements de terre. La région de New York, en revanche, repose en grande partie sur des roches métamorphiques dures qui peuvent sonner comme une cloche. Cela signifie que des tremblements de terre plus petits dans cette région pourraient se traduire par des mouvements de sol plus importants. « Les courbes californiennes ne s’appliquent pas à notre travail », a-t-il déclaré.
Au fur et à mesure que Menke et McBride gravissaient la montagne, le paysage s’est transformé en une sorte de semi-toundra vallonnée. Les arbres se sont réduits à des arbustes soufflés par le vent. Des dômes de gneiss nu et de substratum rocheux de granit occupaient des points élevés, où la glace balayée par le nord a depuis longtemps érodé la surface, et la vie végétale n’est jamais revenue. Des rochers géants étaient éparpillés.
Une étude réalisée par l’un des collègues de Menke à Lamont utilisant la présence initiale de pollen prélevé au fond des tourbières indique que ces rochers ont été lâchés par la fonte des glaces il y a environ 14 000 ans. Un autre collègue qui a plutôt mesuré les isotopes chimiques dans les surfaces rocheuses dit que c’était il y a plus de 22 000 ans. L’utilisation de rochers précaires en paléosismologie est un concept simple, mais l’exécution est complexe. L’absence d’une date d’origine claire pour les positions des rochers présente l’une des nombreuses incertitudes.
Pour réduire au moins une incertitude, Menke et McBride cherchaient des rochers trop gros pour avoir été déplacés par des mains humaines, et lors d’une reconnaissance précédente, ils avaient rapidement touché la terre, pour ainsi dire. Le long de la piste, Menke a souligné plusieurs géants qu’il prévoyait d’enquêter. L’une, de la taille d’une voiture ultra-compacte, reposait sur une base élancée dont un côté formait un large abri en surplomb où des tas de cendres montraient que les passants avaient allumé des feux de camp. Un autre, beaucoup plus grand, vacillait au bord incliné d’un dôme rocheux. « Regardez, une partie de son dessous n’est que de l’air », a déclaré Menke. « Si vous le secouez, il pourrait facilement glisser dans les arbres, mais ce n’est pas le cas. Pourtant. »
Menke parcourait également la zone à la recherche de failles sismiques exposées, mais a admis qu’il n’avait rien vu de concluant. À un moment donné, il a souligné une fissure sinueuse de 20 pieds dans le substratum rocheux. On aurait dit que les minéraux avaient comblé depuis longtemps tout vide qui existait autrefois. Il a émis l’hypothèse qu’il pourrait s’agir d’une faille mineure qui s’était formée sous terre il y a des millions d’années. Ou, peut-être que c’était juste une vieille fissure ordinaire.
Actuellement, Menke et McBride ont émergé dans une zone sommitale composée principalement de gneiss affleurant nu. Un tas de rochers d’apparence précaire étaient éparpillés. Ils s’approchèrent d’un morceau de granit vaguement en forme d’œuf d’environ quatre pieds de haut, reposant sur l’une de ses extrémités étroites. Menke a estimé qu’il pesait environ 3 tonnes. Il supposa qu’il avait été arraché en déplaçant la glace à environ trois ou quatre milles avant de se retrouver ici. Ce devait être leur principale carrière pour aujourd’hui.
À ce jour, la plupart des chercheurs ont utilisé des mesures manuelles pour calculer la masse et la stabilité de ces rochers ; quelques-uns ont essayé de remuer légèrement les rochers par des moyens mécaniques pour avoir une idée de leur équilibre. Menke employait une approche plus récente : la photogrammétrie, la création d’un modèle 3D d’un objet en prenant de nombreuses photographies de celui-ci sous différents angles. Les photos sont ensuite introduites dans un modèle informatique, qui peut être utilisé pour calculer la masse du rocher, la répartition du poids, les points d’équilibre et les forces de divers types et amplitudes qui pourraient le déloger. Menke envisageait une étape supplémentaire : utiliser les données pour imprimer des répliques physiques de rochers, qu’il pourrait ensuite soumettre à divers types de secousses en laboratoire pour voir ce qui se passait.
Après un déjeuner rapide, Menke et McBride se sont mis à tracer sur le substrat rocheux un cercle de 16 points également espacés à 20 pieds du rocher. De là, ils ont prévu de prendre une première série de photos, toutes centrées sur le même niveau du rocher par rapport au sol. Plusieurs de ces cercles de photos à différentes distances entreraient dans la création du modèle 3D. Après quelques faux départs, ils ont commencé à prendre des photos avec le Canon de Menke, son élévation soigneusement calibrée sur un trépied pour chaque prise de vue.
Tout aligner pour chaque prise de vue a pris un peu de temps. Un soleil brûlant de midi frappait et se reflétait sur la surface du substratum rocheux et sur la tête nue de Menke, mais Menke et McBride ne semblaient pas s’en apercevoir. McBride s’est arrêté pour prendre une gorgée d’eau une ou deux fois, mais c’étaient presque les seules pauses.
Ils ont continué jusqu’à 4 h 30, heure à laquelle le soleil a continué à exploser à plein régime. À ce moment-là, la paire n’avait toujours pas terminé même le premier cercle dans le détail qu’ils avaient souhaité. Ils ont pris quelques raccourcis pour produire plus de clichés. Menke s’est finalement assis sur un rocher non précaire à proximité pendant que McBride faisait ses valises. « Eh bien, nous sommes un peu en retard, mais ça suffit pour une journée », a-t-il déclaré. « Nous deviendrons certainement plus rapides avec la pratique. »
De toute façon, les photos ne seraient qu’un début, a-t-il dit. Le vrai travail consisterait à modéliser les types de mouvements du sol que les tremblements de terre pourraient produire ici, dans quelles directions et à quelle distance ils pourraient provenir, et comment ce rocher particulier réagirait. Ceci, bien sûr, n’était que le premier de nombreux rochers.
Sur le chemin du retour, Menke s’est arrêté près d’une parcelle de laurier de montagne particulièrement spectaculaire. Il a sorti son téléphone portable et a pris un panorama des arbustes en fleurs, une sorte de photogramme vivant. « Nous avons beaucoup de temps ici. Ces fleurs ne durent que quelques jours », a-t-il déclaré. Remettant le téléphone portable dans une poche, il sourit et se dirigea vers le sentier.
Fourni par État de la planète