Observation de la zone de subduction de Cascadia en action
Les habitants du sud de la Colombie Britannique, des états de Washington, de l'Oregon et du nord de la Californie savent que des séismes majeurs (magnitude 8 ou 9) frappent la côte ouest avec un intervalle de quelques centaines d'années. Ces séismes ont lieu en mer le long de la portion peu profonde d'une faille majeure où le plancher océanique glisse, ou subduit, sous le nord-ouest Amérique.
Coupe transversale schématique de la zone de subduction de Cascadia, dérivées des observations de déformation de la croûte. Le mouvement convergent de la plaque Juan de Fuca n'est pas continue, mais déterminé par la force de frottement sur l'interface de la plaque. Sur la plus faible partie de l'interface, de 0 à 15 km de profondeurs, la friction est forte et les plaques sont verrouillées ensemble causant la croûte sus-jacente à se déformer pendant des centaines d'années. Aux profondeurs intermédiaires de l'interface de la plaque, c’est à dire de 15 à 25 km, la température et la pression des fluides libérés augmentent affaiblissant prograssivement la force de frottement. Cette zone est appelée la zone de transition. L'interface de 25 à 45 km de profondeurs qui sous-tend l'île de Vancouver est caractérisée par une force de frottement qui semble changer avec le temps. Pendant environ 15 mois, le mouvement de la plaque est résisté par la force de frottement qui, plus tard disparaît sur une période de plusieurs semaines et permet aux plaques de glisser de quelques centimètres. Cette région de l'interface où ce comportement à court-terme de collage/ glissage survient est appelé la zone de glissement. Les épisodes de glissement sont invariablement accompagnés de secousses sismiques sur et au-dessus de la zone de glissement.
Une équipe de scientifiques de la Commission géologique du Canada, Département des ressources naturelles, a observé un comportement inattendu de la partie profonde de cette même faille, au dessous du sud de l'Ile de Vancouver et de la région du 'Puget Sound'. Leur travail montre que, au lieu de glisser continuellement comme il est généralement admis, un épisode inattendu de glissement rapide a eu lieu pendant quelques jours durant l'année 1999. Les auteurs, Herb Dragert, Kelin Wang et Thomas James qui travaillent près de Victoria, C.B., ont récemment publié cette recherche dans le journal SCIENCE.
Ils suggèrent qu’après un tel épisode de brusque glissement profond, les risques de rupture le long de la partie supérieure et bloquée de la faille sont légèrement augmentés, pouvant ainsi induire le prochain séisme majeur. Il n'est cependant pas nécessaire de s'alarmer. Il est très probable que de tels épisodes de glissement rapide se produisent avec un intervalle de quelques années, une sorte de «routine» donc pour la faille. Au lieu d'accumuler continuellement des contraintes le long de la partie bloquée jusqu'au prochain grand séisme, comme il était jusqu'alors supposé, il semble que des contraintes supplémentaires puissent s'ajouter de façon brusque durant des intervalles de quelques jours, voire quelques semaines. Ces épisodes de glissement rapide seraient séparés par des périodes de temps plus longues, peut-être des années, au cours desquelles l'accumulation de contraintes est plus faible.
Les épisodes de glissement ont été détectés à l'aide d'un réseau de sites GPS ("Global Positioning System") établi pour surveiller les étirements et raccourcissements de la croûte dans cette zone de subduction au potentiel sismique important. Il s'agit de la même technique satellitaire utilisée pour la navigation et le positionement, mais une précision nettement supérieure est obtenue grâce à un matériel spécialisé (récepteur, antenne stable) et à un traitement méticuleux des données. Il est donc possible de mesurer les positions horizontales avec une précision de l'ordre de quelques millimètres sur plusieurs centaines de kilomètres.
Localisation des stations de GPS permanents, en opération sur la cote sud-ouest de la Colombie-Britannique et au nord-ouest de l’état de Washington depuis 1999. Durant cette période, 9 stations GPS régionales canadiennes opérées par la Comission Géologique du Canada et 5 stations régionales américaines opérées aux États-Unis par divers agences existaient. La couverture spatiale crée par ces 14 sites, la génération de satellites avec orbitres précis du Service International de GPS (SIS) et les techniques améliorées d’analyses de données, ont facilité la détection des premiers évènements de glissement lent au niveau de la zone de subduction Cascadia. La carte montre aussi les épicentres de trois tremblements de terre historiques majeurs : deux en 1918 et 1946 situés dans la partie centrale de l’Île de Vancouver; un en 1872 au sud de Chilliwack avec une magnitude de 6.8; et finalement, le tremblement de terre de Nisqually qui s’est produit dans la zone de subduction au niveau de la plaque océanique, à une profondeur de 55 km sous Olympia, Wa.
Le GPS et d’autres observations géodésiques ont déjà montré que la marge ouest de l’Amérique du Nord, depuis le sud de la Colombie Britannique jusqu’au nord de la Californie, se déplace lentement vers l'est (flèches noires) parce que la plaque océanique en subduction entraîne l'Amérique du Nord avec elle.
Mouvements de longues durées ainsi que les déplacements créé par l’évènement de glissement d’Août 1999 dérivés des donnée géodésiques GPS. Basé sur les 5 années continues de données GPS, un patron de déformation de longues durée (représenté par les flèches noires) a été résolu à partir des stations régionales de GPS. Les stations côtières se sont plus déplacées, avec un taux de 1.5 km/an dans la direction nord-est. Cette déformation de longue durée est causée par le vérouillement de l’interface de la plaque océanique sous-jacente au talus continental. Les flèches rouges montrent le déplacement observé durant une période de trois semaines en Août 1999. Les éléments clés pour cet évènement transitoire sont : 1) des directions de déplacements avec prédominance vers le sud-ouest, s’opposant au mouvement de déformation de longue durée; 2) des déplacements qui se sont vues seulement sur 7 stations continues de GPS situées au sud de l’Île de Vancouver et au nord-ouest de Washington; et 3) des déplacements maximaux qui ne sont pas aux stations côtières extérieures, mais aux stations côtières intérieures, comme à Victoria (Station SPG ALBH) et Sidney (Station SPG PGC5). Ces éléments impliquent des déplacements au niveau de l’interface causées par le glissement lent de la plaque situé profondément sous le sud de l’Île de Vancouver.
Séries temporelles des changements de position est-ouest de la station GPS de Victoria (ALBH) durant une période de 16 mois démontrant l’évènement de glissement d’Août de 1999. Les triangles bleus tracent les changements quotidien au niveau est-ouest par rapport à la plaque nord-américaine. Les portions linéaires de la courbe avant et après le déplacement transitoire vers l’ouest démontrent le mouvement de déformation de longue durée vers l’est avec un taux de 4 mm/an. À noter que le mouvement contraire n’est pas instantané. Il survient durant un période d’environ deux semaines. Une examination des séries temporelles analogues de positionnement est-ouest appartenant à d’autres sites de GPS démontrent que le glissement profond avait débuté dans la région de Seattle et s’est propagé le long de la zone de subduction à un taux d’environ 8 km/jour atteignant Nanaimo environ 35 jours plus tard.
L'épisode de glissement à été détecté sur des observations GPS montrant que, pendant l’été 1999, le sud de l’Ile de Vancouver et le ’Puget Sound’ ont brusquement inversé leur direction de déplacement pour quelques jours (flèches rouges). Ce mouvement inhabituel a eu lieu sur environ 10 jours à chaque site et a pris environ 35 jours pour migrer du 'Puget Sound' au centre de l'Ile de Vancouver. Le glissement a eu lieu sur une faille d'une surface d'environ 50 par 300 km (30 par 190 miles) à une profondeur d'environ 25 à 45 km (15 à 29 miles). Si ce glissement avait eu lieu brusquement, il aurait correspondu à un séisme de magnitude 6.7, similaire en magnitude au récent tremblement de terre de Nisqually près de Seattle. Mais parce qu'il s'est accompli sur plusieurs semaines, il a uniquement été détecté par les mesures GPS précises.
Le séisme de Nisqually est un exemple de tremblement de terre "intraslab", l’un des autres types de séismes pouvant avait lieu dans la région. Les tremblements de terre intraslab ont lieu dans la plaque océanique en subduction et les tremblements de terre crustaux peu profonds on lieu dans la plaque Nord Amérique, au dessus de la zone de subduction. Ces séismes sont plus petits que les séismes de type "megathrust", mais sont également dangereux du fait de leur proximité avec les zones peuplées, par opposition aux séismes "megathrust". Des mesures GPS dans l'état de Washington ont documenté le déplacement crustal dû au tremblement de terre de Nisqually, illustrant les nombreuses applications de cette technique.
Comprendre les relation entre les différents types de tremblement de terre et le glissement silencieux représente un nouveau champ d'étude. Un nombre plus important de sites GPS est nécessaire pour mieux comprendre avec quelle fréquence, et sur quelle surface, ces glissements ont lieu. Les futures études de ce nouvel aspect du comportement des failles apporteront une meilleur compréhension de l'aléa sismique et pourrait guider les premiers pas vers la surveillance de la surpression le long de la faille de subduction en temps réel.