Une histoire de répliques // A story of aftershocks

Le 4 mai 2018, un puissant séisme de M 6,9 sur le flanc sud du Kilauea a secoué la Grande Ile d’Hawaii. C’est l’événement sismique le plus significatif enregistré à Hawaii depuis 43 ans. Aujourd’hui, plus de cinq mois plus tard, des séismes de magnitude moindre se produisent toujours dans le même secteur.
Pour mieux comprendre cette situation, il convient de garder à l’esprit que la plupart des séismes sont provoqués par le glissement ou le décrochement de morceaux de l’écorce terrestre le long d’un plan de failles. La surface et la distance de glissement sont à mettre en relation directe avec la libération d’énergie (autrement dit la magnitude) du séisme.
Le glissement ou le décrochement n’est pas uniforme lors d’un séisme majeur; en effet, certains éléments du morceau de plaque concerné bougent plus que d’autres, et certains ne bougent pas du tout. Cette inégalité de déplacement dans la croûte terrestre impose des contraintes plus importantes aux éléments de plaque qui ne se sont pas déplacés.
Au fur et à mesure que la croûte se réajuste avec le temps, ces contraintes plus importantes donnent naissance à de petits séismes baptisés «répliques», qui se produisent sur les plaques de faille adjacentes. On peut parfois avoir un effet d’avalanche jusqu’à l’atténuation des tensions provoquées par le séisme principal. En règle générale, les séismes principaux les plus importants entraînent des périodes de répliques plus importantes, plus nombreuses et plus longues. Les séquences de répliques peuvent durer de plusieurs jours à plusieurs siècles. Les secousses qui surviennent après un séisme majeur ne sont pas forcément moins puissantes. Statistiquement, il y a environ 5% de chances qu’un séisme plus puissant se produise dans la journée qui suit un séisme majeur. Si cela se produit, le séisme le plus important devient le séisme principal et le précédent est baptisé séisme précurseur
Pendant les périodes d’activité sismique intense, il n’y a aucun moyen de prévoir quel événement sera le séisme principal et quels autres événements seront des répliques. Ce classement est établi rétrospectivement.
Avant le début de l’éruption du Kilauea le 3 mai 2018 dans les Leilani Estates, le magma a migré et s’est frayé un chemin le long de l’East Rift Zone du volcan. Ce comportement du magma a exercé une pression sur le flanc sud et provoqué un glissement le long de la faille basale de l’île. Cela a provoqué des milliers séismes près de la côte et plus au large, dans l’Océan Pacifique.
La séquence d’événements sismiques la plus importante a débuté le 3 mai par un séisme de M 5.1 à 10 h 30 (heure locale). Le lendemain, à 11h32 le 4 mai, un événement de M 5,4 est devenu le séisme principal. Une heure plus tard, à 12h32, le véritable séisme principal de la séquence se produisit : Il s’agissait d’un séisme de M 6,9 qui a secoué l’île avec suffisamment d’intensité pour faire tomber des objets des étagères dans les magasins de Hilo. Il a également été ressenti dans tout l’État d’Hawaii et a provoqué un petit tsunami le long des côtes voisines.
La première réplique significative a eu lieu plus tard dans la journée, avec un séisme de M 5.3 enregistré à 15h37 (heure locale). Jusqu’à présent, 15 répliques de M 4.0 et plus, ainsi que des milliers d’événements de moindre intensité, ont eu lieu dans la séquence. La répartition de ces séismes sur une carte révèle une zone qui s’étend jusqu’au large des côtes sur environ 800 kilomètres carrés. On peut en déduire qu’il s’agit de l’ensemble de la zone de faille qui s’est rompue au cours de la séquence.
La relation statistique entre l’activité des répliques et le temps écoulé a été formulée pour la première fois par le sismologue Fusakichi Omori en 1894. Dans ce qu’on appelle maintenant la loi d’Omori, la formule donne une relation inverse entre la probabilité de répliques et le temps écoulé. En d’autres termes, plus le temps écoulé depuis le choc principal est long, moins il est probable qu’une réplique se produise. La formule d’Omori donne des informations sur le risque sismique en fonction des répliques. Dans le cas du séisme M 6.9 de 2018, la loi d’Omori prévoit une fréquence décroissante des répliques dans la région au cours de la prochaine année ou plus, y compris une faible probabilité de séisme de M 6.0 au cours de cette période.
Source: USGS / HVO.

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On May 4th, 2018, a powerful M 6.9 earthquake on the south flank of Kilauea Volcano shook Hawaii Big Island. It was the largest seismic event in Hawaii in 43 years. Today, more than five months later, smaller-magnitude earthquakes are still occurring in the same area.

To better understand this situation, one should bear in mind that most earthquakes are caused by patches of rock slipping along a fault plane within the Earth’s crust. The area and the distance of slip relate directly to the energy release (i.e. magnitude) of the earthquake.

Slip is not uniform during a major earthquake ; some patches move more than others, and some do not move at all. This unevenness in motion within the Earth’s crust puts higher stresses on the patches that did not move than on the ones that did.

As the crust readjusts with time, these higher stresses give way to smaller earthquakes, or “aftershocks,”that occur on adjacent fault patches. The effect can cascade in avalanche-like fashion until the stresses caused by the major earthquake – also called « mainshocks » – even out. Generally, larger mainshocks produce larger, more numerous, and longer periods of aftershock activity. Aftershock sequences can last from days to centuries. Not all earthquakes that happen after a major earthquake are smaller. Statistically, there is about a 5 percent chance that a larger earthquake will occur within a day after a major earthquake. If that happens, the larger earthquake gets labelled as the “mainshock,” and the previous one is instead labelled a “foreshock.”

During periods of intense seismic activity, there is no way to predict which earthquakes will be foreshocks, the mainshock, and aftershocks. These labels are applied retrospectively.

Prior to the 2018 Kilauea eruption that started in Leilani Estates on May 3rd, migrating magma pushed through the East Rift Zone of the volcano. This compressed the south flank and caused slip along the island’s basal fault, resulting in thousands of earthquakes near the coast and offshore.

The sequence of larger events started with an M 5.1 earthquake at 10:30 a.m. (local time) on May 3rd. A day later, at 11:32 a.m. on May 4th, an M 5.4 earthquake then claimed the titled as mainshock. One hour later, at 12:32 p.m., the eventual mainshock of the sequence occurred ; i twas the M 6.9 earthquake that rattled the island with enough intensity to knock items off the shelves in Hilo stores. It was also felt statewide and produced a modest tsunami along nearby coastlines.

The first large aftershock occurred later that day; it was an M 5.3 earthquake at 3:37 p.m. (local time). So far, 15 aftershocks of M 4.0 and higher, along with thousands of smaller events, have occurred in the sequence. Plotting these earthquakes on a map reveals an area that extends offshore and spans about 800 square kilometres. We can infer this as the total fault area that ruptured during the sequence.

The statistical relationship between aftershock activity and time was first formulated by seismologist Fusakichi Omori in 1894. In what is now known as Omori’s Law, the formula gives an inverse relationship between the probability of aftershocks and time. In other words, the longer the time since the mainshock, the less likely it is that an aftershock will occur. Omori’s formula helps inform aftershock seismic hazard assessment. In the case of the 2018 M 6.9 earthquake, Omori’s Law forecasts a decreasing frequency of aftershocks continuing in the area over the next year or more, including a small chance of a M 6.0 earthquake during that time.

Source: USGS / HVO.

Cette illustration présente la zone de rupture présumée (ligne pointillée blanche) du séisme de M 6,9 du 4 mai 2018, avec les événements précurseurs et les 10 premières journées de répliques. Cette zone présente une superficie d’environ 800 km2. La taille des cercles fait référence à la magnitude des séismes; la couleur indique leur profondeur. Les magnitudes des événements les plus significatifs sont indiquées. Le graphique en médaillon montre la réduction des répliques du 4 au 15 mai 2018. (Source : USGS / HVO).

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