Résumé :
Lorsqu'un tremblement de terre se produit, d'énormes changements de friction et de contrainte se produisent entre les couches rocheuses souterraines. Les scientifiques tentent depuis longtemps d'expliquer un phénomène déroutant : pourquoi des failles sous-marines peuvent-elles glisser de plusieurs dizaines de mètres en très peu de temps lors de certains grands tremblements de terre, et même déclencher des tsunamis extrêmement destructeurs ?
Une dernière étude menée par une équipe de recherche de l'Université publique d'Osaka au Japon pourrait fournir une nouvelle explication à ce problème. Les chercheurs ont découvert d'anciennes roches de faille formées il y a environ 15 millions d'années dans la péninsule japonaise de Boso, qui préservent une structure géologique inhabituelle. L'analyse montre que lors de forts tremblements de terre, l'argile à l'intérieur de la faille peut avoir subi des changements drastiques et sa viscosité était autrefois proche du niveau de l'eau, provoquant la formation soudaine des couches rocheuses initialement étroitement imbriquées dans un état similaire à une lubrification liquide.
Cela signifie que les failles sismiques ne se déplacent pas toujours par le frottement des solides les uns contre les autres. Dans certaines conditions, le matériau à l’intérieur d’une faille peut se fluidifier rapidement, réduisant considérablement la résistance au glissement.
La recherche a été dirigée par le professeur Tetsuro Hirono de l'Université publique d'Osaka. L'équipe a mené une étude détaillée des roches anciennes exposées sur la péninsule de Boso. Ces roches se sont formées dans un environnement marin il y a environ 15 millions d’années. L’une des anciennes failles sismiques préserve des couches rocheuses ondulées et incurvées inhabituellement évidentes, ainsi que des structures complexes qui ressemblent à des vortex fluides.
Les chercheurs décrivent ces structures comme ayant des caractéristiques turbulentes. Normalement, les matériaux présents dans les failles rocheuses forment des arrangements relativement stables dans le cadre de processus géologiques à long terme, mais les couches rocheuses découvertes cette fois montrent des signes évidents d'écoulement, comme si elles avaient subi un mouvement rapide de liquide dans un espace étroit.
Pour comprendre comment ces structures se sont formées, l'équipe de recherche a utilisé des méthodes de mécanique des fluides pour analyser la morphologie des formations rocheuses, la reliant finalement à un processus géologique appelé « pressurisation thermique ».
La pressurisation thermique se produit souvent lors du glissement rapide des failles sismiques. Lorsque les roches des deux côtés de la faille se déplacent soudainement les unes par rapport aux autres, l’énorme friction génère une grande quantité de chaleur en très peu de temps. Il existe de nombreux petits pores à l’intérieur des roches, qui contiennent souvent de l’eau. Lorsque la chaleur de friction chauffe rapidement cette eau, la pression du fluide dans les pores augmente fortement.
L'eau étant confinée à l'intérieur de la roche, la pression ne peut pas être relâchée à temps, affaiblissant ainsi la résistance de frottement entre les roches des deux côtés de la faille. À mesure que la résistance de frottement diminue, la faille peut encore accélérer le glissement, générer davantage de chaleur et continuer à augmenter la pression interstitielle.
Ce processus peut former une rétroaction positive : plus le défaut glisse rapidement, plus la chaleur est générée ; plus la pression de l’eau est élevée, plus la résistance au frottement entre les roches est faible ; lorsque la résistance diminue, le défaut peut glisser à plus grande échelle.
Les chercheurs pensent que les structures spéciales préservées dans les roches anciennes de la péninsule de Boso sont les preuves géologiques laissées par ce processus de pressurisation thermique.
Le professeur Tetsuro Hirono a déclaré que l'analyse de l'équipe de recherche a montré que la viscosité du matériau à l'intérieur de la faille pouvait être proche du niveau de l'eau. L’ampleur de ce changement est étonnante, ce qui signifie que les matériaux argileux qui avaient à l’origine une résistance élevée au frottement peuvent se transformer en un état presque liquide lors des tremblements de terre et agir comme une couche lubrifiante dynamique.
Une fois que ce phénomène se produit dans une zone de faille peu profonde proche du fond marin, il peut avoir des conséquences particulièrement graves. En raison de la chute soudaine de la résistance des failles, les formations rocheuses peuvent subir des déplacements à grande échelle bien au-delà des attentes conventionnelles, ce qui favorise le soulèvement ou l'affaissement global du fond marin, perturbant de grandes quantités d'eau de mer et formant des tsunamis.
En mars 2011, un tremblement de terre majeur d'une magnitude de 9,1 s'est produit dans la région de Tohoku au Japon. Le tremblement de terre a duré près de 6 minutes. Des dérapages à grande échelle de failles sous-marines se sont produits, déclenchant finalement un tsunami dévastateur. La catastrophe a fait de nombreuses victimes et entraîné un accident nucléaire à la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi.
Les chercheurs pensent que le mécanisme par lequel la suralimentation thermique provoque une forte diminution de la résistance au frottement des failles peut aider à expliquer pourquoi certains grands tremblements de terre peuvent produire des déplacements aussi importants du fond marin. Cependant, les roches vieilles de 15 millions d’années découvertes jusqu’à présent ne prouvent pas que le même processus ait dû se produire lors du tremblement de terre de Tohoku au Japon en 2011. Il s’agit d’un mécanisme possible étayé par des preuves physiques, plutôt que d’une réduction directe d’un tremblement de terre moderne.
Cette recherche présente une valeur potentielle pour les futures évaluations des risques de tremblement de terre et de tsunami.
Actuellement, l'évaluation des risques sismiques nécessite généralement une prise en compte approfondie de facteurs tels que l'emplacement des failles, la structure rocheuse, les enregistrements historiques des tremblements de terre et la vitesse de déplacement des plaques. Cependant, les changements dans les propriétés physiques qui peuvent survenir dans le matériau à l’intérieur de la faille au moment d’un séisme ne peuvent pas toujours être intégrés avec précision dans les modèles de prévision.
Si les scientifiques parviennent à mieux comprendre les changements de viscosité des différents matériaux de faille dans des conditions de température, de pression et de glissement rapide, il sera peut-être possible d'estimer plus précisément jusqu'où la faille peut se déplacer lorsqu'un tremblement de terre se produit, ainsi que l'ampleur du déplacement du fond marin.
L'équipe de recherche espère appliquer la méthode d'analyse établie cette fois aux failles actives modernes, en particulier aux failles peu profondes situées dans les zones de subduction qui peuvent déclencher de grands tsunamis.
Ce type de faille, située dans les zones où une plaque tectonique plonge sous une autre, est le site de plusieurs des plus grands tremblements de terre et tsunamis au monde. Étant donné que les failles peu profondes sont directement proches du fond marin, le glissement à grande échelle qui s’y produit peut avoir un impact plus direct sur l’eau de mer.
Des résultats de recherche pertinents ont été publiés dans la revue « Scientific Reports » le 27 juin 2026. L'article est intitulé « Les matériaux de failles peu profondes dans la zone de subduction présentent un écoulement de type turbulent pendant les tremblements de terre ».
Cette étude révèle un lien facilement négligé dans le mécanisme physique des tremblements de terre : les failles ne conservent pas toujours des caractéristiques de frottement fixes. Dans des conditions extrêmes, leurs matériaux internes peuvent subir des changements drastiques en très peu de temps, passant d'une interface de friction solide et dure à un état proche de la lubrification liquide.
Cette découverte ouvre de nouvelles orientations de recherche pour comprendre pourquoi les grands tremblements de terre produisent soudainement des déplacements inattendus et comment évaluer le risque de tsunami qui en résulte.
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