Un nouveau risque sismique dans le nord ?

Une nouvelle étude a identifié un risque naturel potentiellement croissant dans le nord : les tremblements de terre. Le changement climatique contribuant aux nombreux changements observés dans les phénomènes météorologiques extrêmes, tels que les fortes précipitations et les vagues de froid, ces événements sismiques pourraient devenir plus fréquents. Les chercheurs ont été surpris par le rôle des zones humides et des canaux de drainage des zones humides irriguées dans l'origine des séismes.

Les tremblements de terre sont des événements sismiques provoqués par le gel rapide de l'eau dans le sol. Ils sont plus fréquents dans des conditions hivernales extrêmes, lorsque les sols humides et sans neige gèlent rapidement. Ils ont été signalés dans le nord de la Finlande en 2016, 2019 et 2022, ainsi qu'à Chicago en 2019 et à Ottawa en 2022, entre autres.

Les routes et autres zones déneigées en hiver sont particulièrement vulnérables aux tremblements de terre. “On pensait auparavant que les routes étaient les principales zones d'où provenaient les tremblements de gel. Notre nouvelle étude était imprévue sur l'importance des zones humides et des canaux de drainage. Nous avons constaté qu'au cours de l'hiver 2022-2023, les principales sources de tremblements de gel à Oulu, en Finlande étaient en fait des marécages, des zones humides et des zones avec des nappes phréatiques élevées ou d'autres endroits où l'eau s'accumule”, explique Elena Kozlovskaya, professeur de géophysique appliquée à l'école minière de l'université d'Oulu.

Lorsque l’eau du sol, accumulée lors de fortes pluies d’automne ou de la fonte des neiges lors des températures chaudes de l’hiver, gèle et se dilate rapidement, elle provoque des fissures dans le sol, accompagnées de tremblements et de boums. Lorsqu'ils se produisent dans des zones peuplées, les séismes de gel, ou cryoséismes, sont ressentis par les personnes et peuvent être accompagnés de bruits spécifiques. Les mouvements du sol lors des séismes de gel sont comparables à ceux d’autres événements sismiques, tels que les tremblements de terre plus lointains, les explosions minières et les vibrations produites par les trains de marchandises. Les tremblements de terre sont également un phénomène connu dans les régions de pergélisol.

La nouvelle étude, actuellement disponible sous forme de prépublication et devrait être publiée dans la revue EGUsphère, est la première étude appliquée des événements sismiques dans les zones de marais et de zones humides. Des chercheurs de l'Université d'Oulu, en Finlande, et du Service géologique de Finlande (GTK) ont montré que la fracturation dans le sol gelé le plus élevé peut être initiée si l'épaisseur de la couche gelée est d'environ 5 cm ou plus. Les ruptures peuvent se propager plus profondément et endommager les infrastructures telles que les bâtiments, les sous-sols, les pipelines et les routes.

“Avec le changement climatique, les changements rapides des conditions météorologiques ont attiré l'attention d'un public plus large sur les tremblements de terre, et ils pourraient devenir plus fréquents. Bien que leur intensité soit généralement faible, une série de tremblements de terre relativement forts à Oulu, en 2016, qui ont détruit des routes, “C'est le point de départ de nos recherches. Les tremblements de terre affectent les régions du nord du monde, mais ils ont été peu étudiés à l'aide d'instruments sismiques”, explique Kari Moisio, chercheur principal à l'Université d'Oulu. Habituellement, en hiver, le manteau neigeux protège le sol du froid. À mesure que la neige fond avec les conditions météorologiques changeantes, le sol est exposé au gel.

Pour l'hiver 2022-2023, les chercheurs ont installé deux réseaux de stations sismiques dans le nord de la Finlande, l'un à Oulu et l'autre à Sodankylä, dans le but spécifique d'enregistrer les tremblements de terre. Les réseaux ont enregistré des signaux sismiques ainsi que des données sur la température du sol. Pendant plusieurs jours, alors que la température de l'air baissait rapidement, les résidents locaux ont signalé aux chercheurs des tremblements de terre et des bruits inhabituels. Ces observations ont été utilisées pour identifier les tremblements de terre à partir des données sismiques. Les conditions d'un tremblement de terre sont favorables lorsque la température descend au-dessus de -20°C à raison d'environ un degré par heure.

Il existe de nombreuses zones humides à proximité des stations sismiques à Oulu, à proximité des zones résidentielles où les principales sources de séismes de gel ont été détectées. À Sodankylä, les séismes ont également été provoqués par la fracture des glaces dans la rivière Kitinen. “Des tremblements de terre se produisent souvent en janvier, mais d'autres moments sont également possibles”, explique Moisio.

Lors des tremblements de terre, les ondes sismiques de surface produisent de fortes accélérations du sol sur des distances pouvant atteindre des centaines de mètres. “Les fractures provoquées par les séismes de gel semblent se propager le long des canaux de drainage à proximité des routes et dans les zones humides irriguées”, explique Kozlovskaya.

Les zones humides irriguées et les canaux de drainage sont également abondants autour des zones résidentielles. Selon les chercheurs, le rôle des fossés devrait être modélisé à l'aide d'une technique actuellement en développement chez GTK. “Des tremblements de terre ont été enregistrés à deux endroits en Finlande, et il serait important de cartographier plus précisément leur fréquence dans d'autres régions également, et c'est quelque chose que nous allons faire à l'avenir”, conclut Kozlovskaya.

Des études complémentaires permettront d'identifier les zones à risque de séismes de gel, ce qui contribuera à préparer et à protéger l'environnement bâti contre ce risque naturel spécifique. Des chercheurs de l'Université d'Oulu et du GTK visent à créer un système capable de prédire les tremblements de terre sur la base d'une analyse du sol et de données satellitaires.