Depuis 2011, année du séisme du Tôhoku qui a provoqué la catastrophe de Fukushima, l’Archipel a connu quatre tremblements de terre de niveau « 7 », soit le maximum sur l’échelle japonaise d’intensité sismique. Chacun d’entre eux a provoqué des dommages considérables, qui ont mis en lumière l’importance de la prévision des séismes et de la préparation aux catastrophes. Un éminent sismologue nous parle ici de la nature des tremblements de terre qui frappent l’archipel japonais et de ce qu’on est en droit d’attendre de la science des prédictions.

La préparation aux tremblements de terre

Face à cette grave et permanente menace que sont les tremblements de terre, la prévision — connaître à l’avance le moment, l’endroit et l’ampleur d’un séisme — suscite beaucoup d’espoirs. Mais les avancées de la recherche sismique n’ont fait que confirmer la difficulté qu’il y a à formuler des prédictions précises en ce domaine. Dans le même temps, la compréhension de ce désastre naturel a fait des progrès. Dans le texte qui suit, j’examine les avancées de la recherche sismique qui vont de pair avec le développement tant du réseau japonais d’observation des tremblements de terre que des capacités d’anticipation.

Les tremblements de terre sont des mouvements des failles géologiques souterraines. Les vibrations provoquées par le glissement des deux faces d’un plan de faille sont transmises à la surface et le mouvement sismique propage les secousses au sein de l’environnement dans lequel nous vivons. Lorsque les mouvements de faille se produisent sous le plancher océanique, ils peuvent déclencher un tsunami. Normalement, les plans de faille qui provoquent des tremblements de terre adhèrent via la friction, mais si le surcroît d’énergie provenant des plaques voisines dépasse la force de friction, il génère une perturbation qui parcourt le plan de faille. Cette énergie provient du mouvement des plaques, le substrat rocheux qui recouvre la surface de la Terre. La plaque du Pacifique et celle de la mer des Philippines s’enfoncent sous l’archipel japonais, et leurs mouvements constituent la cause principale des tremblements de terre qui balayent l’archipel (voir figure 1).

Pourquoi les tremblements de terre sont ils aussi fréquents au Japon ?

On peut distinguer trois catégories de tremblements de terre. Les séismes en bordure de plaque se produisent quand des plaques océaniques en train de sombrer entrent en friction avec les plaques situées au dessus. Le Grand tremblement de terre de l’Est du Japon, survenu le 11 mars 2011 au large du littoral pacifique du Tôhoku, et le tremblement de terre annoncé dans un proche avenir dans la fosse de Nankai au sud de l’île principale du Japon (Honshû) appartiennent tous deux à ce type. Les tremblements de terre intraplaque, quant à eux, se produisent à l’intérieur de plaques océaniques en train de sombrer, et les séismes terrestres le long des failles terrestres actives.

Les séismes en bordure de plaque ont une magnitude maximale allant de 8 à 9. Le séisme du Tôhoku était de magnitude 9,0, avec une zone de rupture de faille mesurant 500 kilomètres du nord au sud et 300 kilomètres d’est en ouest. Les séismes terrestres, au nombre desquels figure le séisme de Kobe en 1995, ou le Grand tremblement de terre de Hanshin-Awaji, moins forts que les séismes en bordure de plaque, causent tout de même des dommages du fait qu’ils se produisent à une profondeur relativement faible n’excédant pas 15 kilomètres. Les séismes terrestres coïncident souvent avec la réactivation d’anciennes lignes de faille.

L’archipel japonais, qui faisait à l’origine partie du continent eurasiatique, s’est formé il y a quelque 20 millions d’années lorsqu’il s’est séparé de celui-ci, donnant ainsi naissance à la mer du Japon. Le processus s’est accompagné de l’apparition de nombreuses lignes de faille, qui sont à l’origine de la majorité des séismes terrestres d’aujourd’hui. Il est des endroits où les tremblements de terre surviennent de façon répétée, mais l’intervalle qui les sépare se mesure en décennies ou en siècles dans le cas des séismes en bordure de plaque et en milliers d’années ou plus dans celui des séismes terrestres. En ce qui concerne le Japon, la fréquence des tremblements de terre s’explique par la multitude des endroits où ils sont susceptibles de se produire.

La formation du réseau japonais d’observation des tremblements de terre

L’observation sismique jouit d’une plus longue histoire au Japon que quasiment partout ailleurs. La Société sismologique du Japon a été fondée peu après le tremblement de terre de Yokohama de 1880 par le géologue britannique John Milne, conseiller auprès du gouvernement de Meiji. Ses travaux débouchèrent sur la mise au point du sismographe. Plus tard, dans les années 1960, le Japon a nettement renforcé son réseau d’observation dans le cadre de son programme national de prédiction des séismes. La théorie sismique de Tôkai, formulée dans les années 1970, a permis l’élaboration d’un système de prédiction des tremblements de terre fondé sur la détection des glissements, ou mouvements relatifs de points situés d’un côté ou de l’autre d’un plan de faille.

Le tremblement de terre de Kobe de 1995 a donné lieu à un profond remaniement du système en place, consécutif à la prise de conscience de l’urgence qu’il y avait à comprendre l’activité sismique contemporaine et les mouvements de la croûte terrestre. Le cœur du réseau d’observation du Japon s’articule autour de deux dispositifs d’envergure nationale : d’une part le Hi-net, le Réseau japonais de sismographes de haute sensibilité, géré par l’Institut national de recherche pour les Sciences de la terre et la prévention des catastrophes, doté d’environ 800 bases, de concert avec plusieurs autres réseaux (voir figure 2), et, d’autre part, le Système mondial de navigation par satellite SMNS et son système en réseau d’observation de la Terre, ou GEONET, qui dépend de l’Autorité japonaise d’information géospatiale et s’appuie sur environ 1 300 bases.

Grâce à ces instances, notre capacité d’observation des mini-séismes a nettement progressé, et le seuil minimal de détectabilité a baissé de 0,5 à 1,0 point de magnitude. Tant et si bien que le nombre des séismes détectés a pratiquement décuplé. Autre phénomène mis en lumière, les séquences linéaires de séismes peu profonds signalent les répliques des grands séismes passés et les éventuelles failles actives susceptibles de déclencher de nouveaux séismes. Outre cela, il est désormais possible d’identifier rapidement et précisément les activités de réplique des grands séismes. Lors du séisme de 2004 de Chûetsu, on a trouvé des hypocentres répartis sur quatre ou cinq plans de faille.

Ces plans étaient à l’origine du séisme principal et des répliques de grande envergure, ce qui nous a permis de prendre conscience de la réactivation d’un système complexe de failles formé lors de l’extension de la mer du Japon. Si l’on se reporte au dispositif d’observation précédent, ce système aurait été considéré comme un vague magma sismique, mais la compréhension précise de la distribution sismique a apporté une contribution importante à celle du phénomène sismique en général.