Failles et séismes

Une partie des séismes se produisent quand la croûte terrestre se casse. Elle se sépare alors en deux compartiments qui glissent l’un contre l’autre. La distance du glissement est appelée le rejet et sa composante horizontale est appelée le décrochement. Si le rejet est purement horizontal, on parle de faille décrochante. La première photo montre un décrochement qui s’est produit le 16 juillet 1990 aux Philippines. Le rejet, c’est-à-dire le décalage entre les deux parties de la route, est de 3,6 mètres à cet endroit. La faille qui s’est créée a pu être suivie sur 120 kilomètres et le rejet maximum a atteint 5,5 mètres. Il s’atténue des deux côtés, jusqu’à s’annuler aux extrémités. Ainsi, lors d’un séisme, la croûte se casse à un endroit donné puis cette cassure se propage à une vitesse de quelques kilomètres par seconde. Avec la distance, elle finit par s’atténuer, jusqu’à s’annuler.

Pourquoi la croûte se casse-t-elle et pourquoi cela se fait-il se manière brutale ? Elle est divisée en plusieurs plaques presque rigides : les plaques lithosphériques. Celles-ci bougent les unes par rapport aux autres. Elles peuvent s’écarter l’une de l’autre, entrer en collision et être écrasées l’un contre l’autre ou glisser l’une contre l’autre. Dans le cas de la subduction, une plaque s’enfonce sous une autre. Dans tous les cas, des cassures se produisent à l’intérieur des plaques. Le caractère brutal de ces cassures est causé par le comportement des roches. Si l’on exerce une contrainte sur une roche, elle se déforme faiblement de manière élastique (en retrouvant sa forme initiale si la contrainte est annulée). Elle emmagasine ainsi de l’énergie jusqu’au moment où elle se brise. Cette énergie est alors dissipée par le déplacement des compartiments et sous forme d’ondes sismiques.

A plus de 10 kilomètres de profondeur, à cause de la chaleur et de la pression qui règnent à l’intérieur de la Terre, les roches ont un comportement moins rigide, qualifié de ductile. Elles se déforment et subissent en même temps des transformations minéralogiques. Ainsi, cette faille des Philippines ne descend probablement pas à plus de 10 kilomètres sous terre. Le rejet de la faille est très faible comparé à sa longueur : un décalage de 5,5 mètres, c’est peu sur une longueur d’au moins 120 kilomètres. Le plus souvent, la rupture de la croûte ne produit pas qu’une seule faille, mais un réseau de failles. Il y en a des grandes et des plus petites, avec des rejets de seulement quelques centimètres. C’est le cas d’un séisme de magnitude 7,3 qui s’est produit le 10 octobre 1980 en Algérie. La rupture a commencé à 10 kilomètres sous terre et s’est propagée en quelques secondes latéralement et jusqu’à la surface. La faille la plus importante a 20 kilomètres de long, avec un rejet atteignant 2,7 mètres. L’ensemble de toutes les failles a une longueur totale de 200 kilomètres.

Normalement, les contraintes tectoniques font jouer des failles qui existent déjà. Autrement dit, deux compartiments qui ont déjà glissé l’un sur l’autre peuvent continuer à glisser. Le mécanisme en jeu n’est alors pas le même. C’est l’aspérité des surfaces qui gouverne le séisme. Si les deux surfaces étaient lisses, elles glisseraient l’une sur l’autre de manière continue, en fonction des contraintes exercées. Mais comme elles sont rugueuses, les glissements se font par à-coups. Cela se passe comme avec un meuble que l’on veut déplacer : on pousse de plus en plus fort, jusqu’au moment où il se déplace de manière brutale. Au fil des millions d’années, une faille peut jouer des milliers de fois, les rejets cumulés atteignant plusieurs kilomètres. C’est de cette manière que les montagnes se forment. Quand deux plaques entre en collision, par exemple, il se produit des plissements mais surtout des fractures. Des fragments de croûte montent les uns sur les autres, formant ce que les géologues appellent des failles inverses et des chevauchements.

Ces failles sont partout présentes, mais dans les zones où les contraintes tectoniques sont absentes, elles ne jouent plus. Elles sont devenues inactives. Sur les cartes géologiques, les failles qui sont visibles en surface sont indiquées par des traits continus. On en voit plusieurs sur la carte du Nord – Pas-de-Calais. Elles sont toujours susceptibles de créer des séismes. Par ailleurs, la carte illustre ce que j’ai dit au début : les failles ont une longueur limitée, qui ne dépasse guère la centaine de kilomètres dans le cas présent. Aux deux extrémités, le rejet s’annule.

Les surfaces de deux compartiments qui ont glissé l’un sur l’autre sont appelés des miroirs de faille. On y voit toujours des stries, qui permet de connaître la direction du glissement. En France, le miroir de faille de Sabarat, dans les Pyrénées, en est le meilleur exemple. On voit qu’un compartiment a glissé verticalement sur l’autre. L’un d’eux a été détruit par l’érosion, mettant le miroir à nu.