Forage dans les failles

Les géologues osent aller là où ils ne pouvaient autrefois que rêver d’aller, c’est-à-dire là où les tremblements de terre se produisent réellement. Trois projets nous ont emmenés dans la zone sismogénique. Comme le dit un rapport, des projets comme celui-ci nous placent « au bord du précipice des avancées quantiques dans la science des risques sismiques ».

Forage en profondeur de la faille de San Andreas

Le premier de ces projets de forage a réalisé un trou de sonde à côté de la faille de San Andreas, près de Parkfield, en Californie, à une profondeur d’environ 3 kilomètres. Le projet s’appelle l’observatoire de la faille de San Andreas en profondeur ou SAFOD, et fait partie de l’effort de recherche beaucoup plus vaste d’EarthScope.

Le forage a commencé en 2004 avec un trou vertical descendant sur 1500 mètres puis s’incurvant vers la zone de faille. La saison de travail 2005 a prolongé ce trou oblique jusqu’à la faille, et a été suivie de deux années de surveillance. En 2007, les foreurs ont creusé quatre trous latéraux distincts, tous du côté proche de la faille, qui sont équipés de toutes sortes de capteurs. La chimie des fluides, les microséismes, les températures et autres sont enregistrés pour les 20 prochaines années.

Lors du forage de ces trous latéraux, des carottes de roche intacte ont été prélevées qui traversent la zone de faille active, donnant des preuves alléchantes des processus qui s’y déroulent. Les scientifiques ont mis en place un site web avec des bulletins quotidiens, et si vous le lisez, vous verrez certaines des difficultés de ce genre de travail.

SAFOD a été soigneusement placé dans un endroit souterrain où des séries régulières de petits tremblements de terre se sont produites. Tout comme les 20 dernières années de recherche sismique à Parkfield, SAFOD vise une partie de la zone de la faille de San Andreas où la géologie semble être plus simple et le comportement de la faille plus gérable qu’ailleurs. En effet, l’ensemble de la faille est considérée comme plus facile à étudier que la plupart des autres car elle présente une structure simple de type « strike-slip » avec un fond peu profond, à environ 20 km de profondeur. Au fur et à mesure que la faille avance, il s’agit d’un ruban d’activité plutôt droit et étroit avec des roches bien cartographiées de chaque côté.

Malgré cela, les cartes détaillées de la surface montrent un enchevêtrement de défauts connexes. Les roches cartographiées comprennent des éclats tectoniques qui ont été échangés d’un côté à l’autre de la faille pendant ses centaines de kilomètres de décalage. Les tremblements de terre de Parkfield n’ont pas été aussi réguliers ou simples que les géologues l’espéraient non plus ; néanmoins, SAFOD est notre meilleur aperçu jusqu’à présent du berceau des tremblements de terre.

La zone de subduction de la fosse de Nankai

Au sens global, la faille de San Andreas, même si elle est longue et active, n’est pas le type de zone sismique le plus important. Les zones de subduction remportent ce prix pour trois raisons :

• Ils sont responsables de tous les plus grands tremblements de terre de magnitude 8 et 9 que nous avons enregistrés, comme le tremblement de terre de Sumatra de décembre 2004 et le tremblement de terre du Japon de mars 2011.
• Comme ils sont toujours sous l’océan, les tremblements de terre de zone de subduction ont tendance à déclencher des tsunamis.
• Les zones de subduction sont les endroits où les plaques lithosphériques se déplacent vers et sous d’autres plaques, en direction du manteau où elles donnent naissance à la plupart des volcans du monde.

Il existe donc des raisons impérieuses d’en apprendre davantage sur ces failles (et bien d’autres raisons scientifiques), et le forage de l’une d’entre elles est tout à fait à la pointe de la technologie. C’est ce que fait le projet de forage océanique intégré avec un nouveau navire de forage de pointe au large des côtes japonaises.

L’Expérience sur les zones sismogéniques, ou SEIZE, est un programme en trois phases qui mesurera les entrées et les sorties de la zone de subduction où la plaque philippine rencontre le Japon dans la fosse de Nankai. Il s’agit d’une tranchée moins profonde que la plupart des zones de subduction, ce qui facilite le forage. Les Japonais ont une longue et précise histoire de tremblements de terre sur cette zone de subduction, et le site n’est qu’à une journée de voyage en bateau de la terre.

Malgré cela, dans les conditions difficiles prévues, le forage nécessitera une colonne montante – un tuyau extérieur allant du navire au fond de la mer – pour empêcher les éruptions et pour que l’effort puisse se poursuivre en utilisant de la boue de forage au lieu de l’eau de mer, comme c’était le cas lors des précédents forages. Les Japonais ont construit un tout nouveau navire de forage, le Chikyu (Terre) qui peut faire le travail, atteignant 6 kilomètres sous le fond de la mer.

Une question à laquelle le projet cherchera à répondre est celle des changements physiques qui accompagnent le cycle des tremblements de terre sur les failles de subduction. Une autre est de savoir ce qui se passe dans la région peu profonde où les sédiments mous se transforment en roche cassante, la frontière entre la déformation douce et la perturbation sismique. Il y a des endroits sur terre où cette partie des zones de subduction est exposée aux géologues, les résultats de la fosse de Nankai seront donc très intéressants. Les forages ont commencé en 2007.

Forage de la faille alpine en Nouvelle-Zélande

La faille alpine, sur l’île du Sud de la Nouvelle-Zélande, est une grande faille de poussée oblique qui provoque des séismes de magnitude 7,9 tous les quelques siècles. Une caractéristique intéressante de la faille est que le soulèvement et l’érosion vigoureux ont magnifiquement exposé une section transversale épaisse de la croûte qui fournit des échantillons frais de la surface profonde de la faille. Le projet de forage de la faille profonde, une collaboration entre la Nouvelle-Zélande et des institutions européennes, consiste à perforer des carottes à travers la faille alpine en forant directement en profondeur. La première partie du projet a réussi à pénétrer et à carotter la faille deux fois à seulement 150 mètres sous le sol en janvier 2011, puis à instrumenter les trous. Un trou plus profond est prévu près de la rivière Whataroa en 2014, qui descendra à 1500 mètres. Un wiki public permet de consulter les données passées et actuelles du projet.