Un énorme réservoir d'eau a été découvert sous le fond marin près de la Nouvelle-Zélande, ce qui pourrait aider à faire la lumière sur la mécanique des tremblements de terre à glissement lent et de l'activité tectonique. Les chercheurs ont découvert l'équivalent d'un océan d'eau enfouie profondément dans les sédiments et les roches d'un plateau volcanique perdu au plus profond de la croûte terrestre. Des images sismiques tridimensionnelles montrent que l'eau, située à trois kilomètres sous la mer au large des côtes de la Nouvelle-Zélande, pourrait supprimer une faille sismique majeure sur l'île du Nord de la Nouvelle-Zélande.

Un instrument d'imagerie sismique est remorqué derrière un navire de recherche lors d'une étude de la zone de subduction de Hikurangji en Nouvelle-Zélande. Menée par l'Institut géophysique de l'Université du Texas, l'enquête a découvert un vaste et ancien réservoir d'eau enfoui à des kilomètres sous le fond de l'océan. Crédit image : Institut géophysique de l’Université du Texas/Adrien Arnulf

Séismes à glissement lent et eau

La faille est connue pour produire des tremblements de terre à mouvement lent, appelés tremblements de terre à glissement lent. Ces tremblements de terre libèrent une tension tectonique refoulée pendant des jours ou des semaines et sont respectueux de l'environnement. Les scientifiques veulent savoir pourquoi certaines failles subissent de tels tremblements de terre plus souvent que d’autres.

On pense que de nombreux séismes à glissement lent sont liés aux eaux souterraines. Cependant, jusqu’à présent, il n’existait aucune preuve géologique directe de l’existence d’un si grand réservoir dans cette faille particulière de Nouvelle-Zélande.

Le plateau d'Hikurangi est le vestige d'une série épique d'éruptions volcaniques dans le Pacifique il y a 125 millions d'années. Une récente étude sismique (rectangle rouge) menée par l'Institut de géophysique de l'Université du Texas a photographié la descente du plateau dans la zone de subduction de Hikurangji en Nouvelle-Zélande (ligne rouge). Crédit photo : Andrew Gass

"Nous ne pouvons pas encore voir assez profondément pour savoir exactement quel est l'impact sur la faille, mais nous pouvons voir que la quantité d'eau qui coule ici est en réalité beaucoup plus élevée que la normale", a déclaré l'auteur principal de l'étude, Andrew Gase, chercheur postdoctoral à l'Institut de géophysique de l'Université du Texas (UTIG).

L'étude, récemment publiée dans la revue Science Advances, a été réalisée sur la base d'une campagne sismique et de forages scientifiques océaniques menés par des chercheurs de l'UTIG.

À la recherche d'une compréhension plus profonde

Gass, maintenant chercheur postdoctoral à l'Université Western Washington, a appelé à des forages plus profonds pour déterminer où l'eau s'est retrouvée afin que les chercheurs puissent déterminer si elle affecte la pression autour de la faille - une information importante, a-t-il déclaré, qui pourrait aider à une compréhension plus précise des grands tremblements de terre.

L'origine du réservoir

L'endroit où les chercheurs ont trouvé l'eau fait partie d'un champ volcanique massif qui s'est formé il y a 125 millions d'années lorsqu'une coulée de lave de la taille des États-Unis a traversé la surface de la Terre dans l'océan Pacifique. Cet événement a été l’une des plus grandes éruptions volcaniques connues sur Terre et a duré des millions d’années.

Gass a utilisé des analyses sismiques pour créer une image tridimensionnelle de l'ancien plateau volcanique, dans laquelle il a vu d'épaisses couches de sédiments entourant les volcans enfouis. Ses collaborateurs de l'UTIG ont mené des expériences en laboratoire sur des échantillons de carottes de forage de roche volcanique et ont découvert que l'eau représente près de la moitié du volume de la roche volcanique.

Les images sismiques du plateau de Hikurangi révèlent des détails de l'intérieur de la Terre et de sa composition. La couche bleu-vert située sous la ligne jaune montre l'eau enfouie dans la roche. Des chercheurs de l'Institut géophysique de l'Université du Texas pensent que cette eau pourrait atténuer les tremblements de terre dans la zone de subduction voisine de Higurangi. Source : Andrew Gase

"La croûte océanique normale devrait contenir beaucoup moins d'eau une fois qu'elle atteint l'âge de 7 ou 10 millions d'années. La croûte océanique observée dans l'analyse sismique est dix fois plus vieille que la normale, mais elle est encore beaucoup plus humide", a-t-il déclaré.

Gass suppose que les mers peu profondes dues aux éruptions volcaniques ont érodé certains volcans en roches poreuses et fragmentées qui ont agi comme des aquifères pour stocker l'eau lorsqu'ils ont été enfouis. Au fil du temps, les roches et les fragments de roche se sont transformés en argile, emprisonnant davantage d’eau.

Impact sur la compréhension des tremblements de terre

Cette découverte est importante car les scientifiques pensent que la pression des eaux souterraines pourrait être un facteur clé dans la création de conditions qui libèrent des contraintes tectoniques lors de tremblements de terre à glissement lent. Cela se produit généralement lorsque des sédiments riches en eau sont enfouis dans des failles, emprisonnant l'eau sous terre. Cependant, il existe peu de sédiments marins typiques dans la faille néo-zélandaise. Au lieu de cela, les chercheurs pensent que les anciens volcans et les roches transformées – aujourd’hui des argiles – transportaient de grandes quantités d’eau lorsqu’elles étaient englouties par des failles.

Le directeur de l'UTIG, Demian Saffer, est l'un des co-auteurs de l'étude et le co-scientifique en chef de la mission de forage scientifique.

"Cela illustre très clairement la corrélation entre les fluides et la façon dont les failles tectoniques se déplacent, y compris le comportement sismique", a-t-il déclaré. "C'est ce que nous avons déduit d'expériences en laboratoire et ce que prédisent certaines simulations informatiques, mais il existe peu d'expériences explicites sur le terrain qui testent cela à l'échelle des plaques tectoniques."