Méthodes de prédiction sismique
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Les méthodes de prédiction
Il existe de nombreuses méthodes pour tenter de prévoir les tremblements de terre. Quelques-unes seulement ont fait l'objet d'études sérieuses et critiques. Par exemple, en 1991, une commission a étudié vingt publications qui traitaient de méthodes de prédictions utilisant des événements précurseurs. La conclusion est que seuls trois articles présentaient des précurseurs indiscutables.
Les prédictions à long terme - le risque sismique
Des méthodes permettent d'établir des prédictions à long terme. Dans ce cas, les scientifiques ne font pas une prédiction précise mais déterminent plutôt un risque sismique. Le plus simple consiste à étudier la récurrence des séismes en un lieu précis ainsi que leur périodicité dans le temps. Cette périodicité est expliquée par la théorie générale de la tectonique des plaques. Les plaques se déplacent à la surface de la Terre. Elles s’éloignent ou se rapprochent les une des autres de quelques centimètres par an. Ces mouvements engendrent des contraintes qui fracturent la roche de la croûte terrestre quand elles deviennent trop fortes : c’est un séisme. Ainsi, comme le déplacement des plaques se déroule à vitesse constante à notre échelle ou à l'échelle historique, le temps séparant deux séismes et leur magnitude sont grossièrement constants, si on suppose que la roche se comporte toujours de la même façon. On définit une lacune sismique comme une zone de faille n'ayant pas connu de séisme depuis plus longtemps que la période observée sur cette faille. Par exemple, si en un lieu il y a habituellement un séisme de magnitude 5 tous les 20 ans et qu'il n'y en a pas eu depuis 30 ans, le risque est grand et on parle de lacune sismique. Les scientifiques recensent donc les séismes affectant une région, ou l'ayant affecté par le passé, afin d'établir cette période de récurrence. C’est une méthode assez efficace mais pas assez précise pour permettre une évacuation : elle permet surtout de définir les zones à risques.
On peut aussi essayer d’évaluer directement les contraintes qui s’appliquent sur une faille du fait des mouvements tectoniques. Il existe différentes techniques en géophysique. On repère les failles de la région étudiée grâce à des images satellites puis on mesure la position de ces failles très précisément grâce au système de positionnement satellitaire, le GPS, qui permet de mesurer le mouvement relatif des bords de la faille au centimètre près. On détermine ainsi les contraintes subies par la roche à cause de ce mouvement et on peut en déduire le lieu et la magnitude d’un séisme à venir sur cette faille ainsi que le moment approximatif où se produira le séisme. C’est une méthode intéressante car elle permet d'évaluer précisément le risque en un endroit donné, ce qui permet de prendre des précautions en matière d’implantation d’usine ou de constructions. Cependant elle ne permet pas non plus de déterminer précisément la date du séisme à venir, c’est donc plutôt une méthode de prédiction à long terme comme la méthode des lacunes sismiques.
Les prédictions à moyen et à court terme - les précurseurs
Les scientifiques ont aussi élaboré des méthodes de prédictions à plus court terme utilisant des éléments précurseurs à un séisme. Dès les années 1960, des scientifiques soviétiques ont remarqué que la vitesse des ondes P diminuait de 10% environ avant un séisme alors que celle des ondes S était constante. Ils remarquèrent ensuite que la vitesse des ondes P redevenait « normale » juste avant le séisme. Lorsque des roches sont soumises à des contraintes suffisamment fortes, elles se fissurent. Comme les ondes P ne se propagent pas bien dans l’air, leur vitesse diminue à cause de ces fissures. Lorsque la fracturation atteint une valeur limite et s’y maintient quelque temps avant la rupture finale, l’eau souterraine inonde ces fractures, rétablissant la pression initiale, ce qui permet aux ondes P de retrouver leur valeur initiale. Cette méthode, appelé méthode de la dilatance, a suscité beaucoup d’espoir mais le phénomène n’est pas observé systématiquement. Enfin, si ce phénomène dure quelques jours pour un séisme de magnitude 3, il peut durer jusqu’à 40 ans pour un séisme de magnitude 8 !
On a également étudié la concentration en radon des eaux souterraines proches d’une faille active. Le radon est un gaz radioactif naturel (donc dû à une réaction nucléaire naturelle) dont la concentration varie en fonction de la nature du sol ou encore des variations météorologiques. On a observé que la teneur en radon augmentait dans les eaux à l’approche d’un séisme. Ceci serait dû aux frictions dans la roche à cause des contraintes à l’approche de la rupture provoquant le séisme. Ces frictions provoqueraient la fracturation de la roche, entraînant une remontée vers la surface, grâce à ces fractures, du radon piégé dans les roches profondes. Il a été établi de façon formelle qu’il existait une relation entre la teneur en radon et l’activité sismique. Il est cependant délicat d’utiliser cette technique seule car on ne sait pas précisément déterminer les fluctuations de la teneur en radon dues à d’autres activités naturelles comme les variations climatiques. Il est donc difficile de donner une alerte fiable avec ce seul élément. Mais on utilise fréquemment cette technique couplée à d'autres éléments de prédiction.
On a détecté d'autres phénomènes à l'approche d'un séisme. Des scientifiques japonais ont remarqué que dans certaines régions, le sol (ou le niveau marin) se « soulevait » de plusieurs dizaines de centimètres à l’approche d’un séisme, comme s’il « gonflait » avant le choc. Ce phénomène peut en particulier être observé en relevant le niveau d’eau dans les puits ou en mesurant l’inclinaison du sol. En étudiant la surface de la zone surélevée, on peut estimer la magnitude du séisme à venir. Cependant, là aussi, cette surélévation du sol n’est pas systématique. De plus, ce phénomène a été observé dans des régions où aucun séisme n'a eu lieu, ce qui rend ce phénomène difficilement utilisable, en tous cas s’il est utilisé seul, pour prévoir des séismes.
Dans de nombreux cas, un séisme violent est aussi précédé d’une multitude de petits séismes. Ainsi dans une zone de lacune sismique particulièrement calme, une soudaine activité, même de faible magnitude, peut indiquer l’imminence d’un séisme plus important. Cette méthode a permis de prévoir plusieurs séismes mais est assez imprécise et aléatoire car on ne connaît pas a priori la durée de cette phase de faible activité qui peut être entrecoupée de longues phases de calme. De plus, de nombreux séismes ne sont pas précédés de ces séismes précurseurs et il existe des périodes d'activité faible qui ne sont pas suivies de séismes importants.
Plus récemment, une méthode a été élaborée par trois scientifiques grecs. Cette méthode, appelée méthode VAN du nom de ses inventeurs, Varotsos, Alexopoulos et Nomicos date des années 1980. Elle consiste à enregistrer les courants électriques naturels circulant dans le sous-sol. Ces scientifiques ont remarqué que de quelques jours à quelques heures avant un séisme, il existait des anomalies dans ces enregistrements qu’ils ont appelés SES (Signaux Électro-Sismique). Comme la Grèce est sismiquement très active, ils ont pu construire empiriquement une méthode de prédictions grâce à un réseau de stations. Ils pouvaient ainsi déterminer le lieu (en utilisant les enregistrements des stations réparties sur le territoire), l’heure (quelques heures après l’enregistrement de la SES) et la magnitude du séisme à venir (qui est proportionnelle à l’amplitude de la SES). Des dizaines de prédictions ont été faites mais il est très difficile de connaître l’efficacité véritable de cette méthode qui a été très critiquée et au centre d'une vive polémique entre spécialistes. Le principal problème est que l’on explique mal l’origine de ces signaux et que l’on connaît mal leur propagation dans la croûte où il existe beaucoup de signaux parasites naturels et artificiels. Les « inventeurs » de la méthode expliquent ces courants en faisant appel à la propriété bien connue de piézoélectricité du quartz : une contrainte appliquée sur du quartz crée un courant électrique. Ainsi, lorsqu’il existe des contraintes dans la roche à l’approche d’un séisme, il y a création d’un courant électrique car les roches de la croûte contiennent beaucoup de quartz. De nombreuses études ont été faites sur ce sujet et les résultats ne sont pas concluants. À ces questions de validité de la méthode en Grèce s'ajoute le problème d'utiliser cette méthode ailleurs. On ne sait pas expliquer le phénomène physique qui entre en jeu, on ne peut donc pas prévoir l’importance du phénomène dans une région donnée. De plus, il faut attendre que de nombreux séismes aient lieu dans une région pour étalonner le système et prédire les séismes touchant ensuite la région, ce qui est plutôt gênant pour une méthode de prédiction.
On a fait mention de beaucoup d’autres précurseurs, notamment la présence d’éléments radioactifs aux alentours d'une faille. De nombreuses victimes ont aussi rapporté avoir observé des flashs lumineux dans le ciel juste avant un séisme, ce qui pourrait être dû à des phénomènes électromagnétiques à déterminer. Il existe des études sérieuses essayant de montrer l’importance du comportement des animaux avant un séisme ou étudiant les attractions gravitationnelles des planètes importantes...
Il existe enfin ce que beaucoup ont appelé la « méthode chinoise ». La Chine est régulièrement frappée par des séismes très violents. Il est très important de trouver des techniques de prédictions fiables en Chine car c'est un pays très peuplé où les habitations sont constituées de petites maisons individuelles peu solides : on ne peut pas utiliser de coûteuses constructions parasismiques pour protéger la population mais on peut en revanche organiser une évacuation en regroupant les gens sans trop paralyser l’activité économique. Le gouvernement chinois lança à la fin des années 1960 un programme de prédiction des séismes destructeurs affectant le pays. Pour cela on décida d’impliquer la population en enseignant à plus de 100000 chinois des rudiments de sismologie. Les physiciens chinois se mirent à chercher tous les signes précurseurs « scientifiques » identifiés jusqu’alors mais aussi à surveiller d’autres signes comme le comportement des animaux ou la formation de bulles dans les puits, tous ces signes étant relevés par cette population formée. Ce n’est pas une méthode spécifique mais plutôt une utilisation d’un ensemble de méthodes. Cette méthode connut un succès retentissant avec la prédiction du séisme du 4 février 1975 à Haicheng de magnitude 7,3, la seule prédiction réussie d'un séisme très destructeur, il est vrai précédé d’un grand nombre de signes précurseurs. Mais elle connut un échec non moins retentissant avec la prédiction ratée du séisme suivant à Tangshan en 1976 de magnitude 7,8, le plus meurtrier depuis 400 ans, qui fit environ 600000 victimes.