Pourquoi le séisme à Java a été aussi dévastateur // Why the Java earthquake was so devastating

Le bilan du séisme qui a frappé l’ouest de Java (Indonésie) le 21 novembre 2022 est très lourd, avec plus de 260 morts et des centaines de blessés. Des bâtiments se sont effondrés et les habitants terrifiés se sont enfuis de leurs domiciles pour échapper à la mort. Des corps continuent d’être retirés des décombres dans la ville de Cianjur, la plus durement touchée, et un certain nombre de personnes sont toujours portées disparues.
En général, un séisme de magnitude M5,6 ne cause que des dégâts mineurs aux bâtiments et autres structures. A Java, les scientifiques disent que la proximité des lignes de faille, la faible profondeur du séisme (10 km) et la fragilité des infrastructures incapables de résister aux séismes ont contribué à la catastrophe.
Les scientifiques de l’USGS expliquent que les séismes de cette intensité ne causent généralement pas de dégâts majeurs aux infrastructures solidement construites. Selon l’agence, « il n’y a pas une magnitude au-dessus de laquelle les dégâts sont importants. Cela dépend d’autres variables, telles que la distance par rapport à l’épicentre du séisme, le type de sol sur lequel les bâtiments ont été construits, ainsi que d’autres facteurs. »
Des dizaines de bâtiments ont été endommagés à Java, notamment des écoles islamiques, un hôpital et d’autres bâtiments publics. Des routes et des ponts ont également été endommagés, et certaines parties de la région ont connu des pannes d’électricité.
Selon les scientifiques, la proximité des lignes de faille, la profondeur du séisme et les bâtiments qui n’ont pas été construits selon des méthodes parasismiques sont les causes de la destruction. « Même si le séisme était d’intensité moyenne, il était proche de la surface et situé à l’intérieur des terres, près d’un endroit où vivent des gens. L’énergie était encore suffisamment importante pour provoquer des secousses susceptibles d’entraîner des dégâts. »
La zone la plus touchée est proche de plusieurs failles connues. Un géologue a expliqué que la région a probablement plus de failles que n’importe quelle autre partie de Java. En outre, bien que certaines failles bien connues se trouvent dans la région, il existe de nombreuses autres failles actives qui ne sont pas bien étudiées.
Comme je l’ai écrit précédemment, en raison de sa situation sur la Ceinture de Feu du Pacifique, l’Indonésie est fréquemment frappée par des séismes, des éruptions volcaniques et des tsunamis. La zone s’étend sur quelque 40 000 kilomètres et c’est là que se produisent la majorité des séismes dans le monde. Beaucoup sont mineurs et ne causent que peu ou pas de dégâts. Mais il y a aussi eu des événements meurtriers, comme ceux de Sumatra occidental et de Sulawesi occidental (voir ma note précédente).
Source : médias d’information américains.

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The death toll of the earthquake that struck western Java (Indonesia) on Nevember 21st, 2022 is very heavy, with more than 260 dead and hundreds injured as buildings crumbled and terrified residents ran for their lives. Bodies continue to be pulled from the debris in the hardest-hit city of Cianjur, and anumber of people are still missing.

While the magnitude – M5.6 – would typically be expected to cause light damage to buildings and other structures. However, experts say the proximity to fault lines, the shallowness of the quake (10 km deep) and inadequate infrastructure that cannot withstand earthquakes all contributed to the damage.

USGS scientists explain that earthquakes of this size usually don’t cause widespread damage to well-built infrastructure. However, according to the agency, « there is not one magnitude above which damage will occur. It depends on other variables, such as the distance from the earthquake, what type of soil you are on, building construction, and other factors. »

Dozens of buildings were damaged in Java, including Islamic boarding schools, a hospital and other public facilities. Also damaged were roads and bridges, and parts of the region experienced power blackouts.

According to experts, proximity to fault lines, the depth of the earthquake and buildings not being constructed using earthquake-proof methods were factors in the devastation. « Even though the earthquake was medium-sized, it was close to the surface and located inland, close to where people live. The energy was still large enough to cause significant shaking that led to damage. »

The worst-affected area is close to several known faults. One geologist explained that the area probably has the most inland faults compared to the other parts of Java. Besides, while some well-known faults are in the area, there are many other active faults that are not well studied.

As I put it before, because of its situation on the Pacific Ring of Fire, Indonesia is frequently struck by earthquakes, volcanic eruptions and tsunamis. The area spans some 40,000 kilometers and is where a majority of the world’s earthquakes occur. Many of Indonesia’s earthquakes are minor and cause little to no damage. But there have also been deadly earthquakes, like the ones in West Sumatra and West Sulawesi (see my previous post).

Source: American news media.

Source: La BBC

Etude des failles sous-marines de l’Etna // Study of Mt Etna’s submarine faults

Afin d’étudier l’évolution de la croûte terrestre dans l’une des zones géologiques les plus actives au monde, celle du complexe volcanique de l’Etna, plusieurs instituts de recherche viennent de lancer le projet «Focus.» Il suppose l’installation d’un nouveau système de surveillance des failles sous-marines à 2000 mètres de profondeur au large de Catane.

Le projet, financé par le Conseil Européen de la Recherche (ERC), est conduit par l’Université française de Brest en collaboration avec le CNRS, l’IFREMER et l’IDIL, avec le soutien de l’INGV, des Laboratoires Nationaux du Sud (LNS) et de l’Institut National de Physique Nucléaire (INFN). Le projet est en effet en relation avec le réseau optique sous-marin exploité par les LNS dans le cadre du projet IDMAR – financé par la région de Sicile – pour le développement d’infrastructures de recherche stratégiques.

Afin de détecter les déplacements de la croûte terrestre entre la côte et la structure sous-marine du Monte Alfeo, en relation avec une faille cartographiée il y a à peine quelques années à l’est de Catane, le projet Focus utilisera une technique innovante appelée BOTDR (Réflectométrie Optique avec technique Brillouin) capable de détecter tout mouvement des fibres sous-marines électro-optiques accrochées aux 25 kilomètres de câble qui composent l’infrastructure LNS. De cette manière les chercheurs pourront observer les déplacements des câbles sur le long terme et donc surveiller le glissement des failles sur lesquelles ils se trouvent. Ils pourront détecter des variations submillimétriques impossibles à observer avec les techniques de réflectométrie classiques.

Source: La Sicilia.

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In order to study the evolution of the Earth’s crust in one of the most active geological zones in the world, that of Mt Etna’s volcanic complex, several research institutes have just launched the « Focus. » Project. It involves the installation of a new monitoring system for submarine faults 2000 metres deep off the coast of Catania. The project, funded by the European Research Council (ERC), is led by the French University of Brest in collaboration with the CNRS, IFREMER and IDIL, with the support of INGV, National Laboratories of South (LNS) and the National Institute of Nuclear Physics (INFN). The project is in fact in relation to the underwater optical network operated by LNS within the framework of the IDMAR project – funded by the region of Sicily – for the development of strategic research infrastructures.

In order to detect the shifts of the Earth’s crust between the coast and the submarine structure of Monte Alfeo, in relation to a fault mapped just a few years ago east of Catania, the Focus project will use an innovative technique called BOTDR (Optical Reflectometry with Brillouin technique) capable of detecting any movement of electro-optical submarine fibers attached to the 25 kilometres of cable that make up the LNS infrastructure. In this way, researchers will be able to observe the movements of the cables over the long term and therefore monitor the sliding of the faults on which they are located. They will be able to detect submillimetre variations that are impossible to observe with conventional reflectometry techniques.

Source: La Sicilia.

Source : LNS

Failles et sismicité sur le Kilauea (Hawaii) // Faults and seismicity on Kilauea Volcano (Hawaii)

Outre l’activité volcanique, la sismicité est présente sur la Grande Ile d’Hawaï. En particulier, le flanc sud du Kilauea est l’une des régions les plus sismiquement actives des États-Unis. Chaque année, le HVO enregistre des milliers de secousses dans cette partie de l’île.

Le réseau de failles de Koa’e relie les zones de Rift Est et de Rift Sud-ouest du Kilauea au sud de la caldeira. Cette zone de faille recoupe le Rift Est près du cratère Pauahi et s’étire sur près de 12 km dans une direction est-nord-est vers l’ouest, jusque près du Mauna Iki et la zone de Rift Sud-Ouest (voir carte ci-dessous).
Les failles apparaissent sous forme de petites falaises ou d’escarpements le long de Hilina Pali Road dans le Parc des volcans d’Hawaï. Ces falaises le long des failles glissent lors de séismes majeurs, comme celui du 4 mai 2018, avant le début de l’éruption du Kilauea.
Les mouvements des failles de Koa’e ont fait se déplacer de 1,50 mètre d’anciennes coulées de lave sur une période de plusieurs siècles. Cette zone fournit de bonnes indications sur les mouvements de failles sur le long terme car les coulées de lave ne l’ont pas recouverte, ce qui permet une bonne lisibilité du mouvement du flanc sud du Kilauea. Plus récemment, des failles ont décalé des routes ainsi que sentiers utilisés par les premiers Hawaïens. Il était donc intéressant de savoir si les failles avaient bougé pendant et après l’éruption de 2018.
La géodésie est encore utilisée pour étudier la morphologie des volcans hawaïens, même si les géologues ont souvent recours à des technologies plus modernes, telles que l’interférométrie par satellite et le GPS.
Une approche plus ancienne, le «nivellement», reste une méthode géodésique précieuse quelque 170 ans après son invention. Les scientifiques du HVO l’utilisent depuis des décennies pour étudier les volcans, avec des résultats intéressants.
Depuis l’éruption de 2018, le département de géologie de l’Université d’Hawaï à Hilo a collaboré avec des scientifiques du HVO pour effectuer des opérations de nivellement là où cette technique est la plus adaptée. Le nivellement utilise des théodolites pour mesurer avec précision les différences d’élévation entre des stations marquées par des repères ancrés dans le substrat rocheux. Si les altitudes et les distances entre les stations de mesure ont changé pendant le temps écoulé depuis les mesures précédentes, une répétition du nivellement détecte le changement jusqu’à l’échelle millimétrique. Le nivellement nécessite des équipes de personnes travaillant le long d’une grille établie sur le terrain, ce qui demande beaucoup de temps. Les stations de mesure sont généralement espacées d’environ 90 mètres.
Les scientifiques de l’USGS ont commencé le nivellement le long des failles de Koa’e dans les années 1960, ce qui a permis d’obtenir des mesures sur le long terme. Dans les années 1960, la bande de terre d’environ trois kilomètres au coeur du système de failles de Koa’e s’est élargie d’environ 1,5 cm chaque année. Les failles individuelles ne jouent en général que de quelques millimètres chacune. En revanche, lors des séismes de 2018, on a enregistré le plus important mouvement vertical le long d’une seule faille, avec un déplacement de plus de 40 cm.
Lorsque les failles de Koa’e bougent, elles glissent verticalement ou s’ouvrent en créant de profondes fissures. Un exemple spectaculaire de ce phénomène a été observé au niveau d’Hilina Pali Road en 2018 quand la faille a coupé la route en deux. Peu de temps après la fin de l’éruption de 2018, le nivellement a révélé que les mouvements le long des failles de Koa’e avaient retrouvé leur rythme normal, beaucoup plus lent.
La campagne de nivellement actuelle sur le réseau de failles de Koa’e a révélé que la majeure partie du relief le long de ces falaises est modelée par des événements majeurs. Très peu de nouvelles fissures se sont formées à la suite des grands événements géologiques de 2018. Au lieu de cela, le mouvement a tendance à se poursuivre de manière répétitive le long des fissures existantes ; elles s’ouvrent plus largement et augmentent leurs escarpements avec le temps. Le comportement du réseau de failles de Koa’e est également étroitement lié à ce qui se passe ailleurs sur le volcan, comme les séismes de 2018 sous le flanc sud du Kilauea et l’effondrement à répétition de la caldeira sommitale.
Source: USGS / HVO.

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Beside volcanic activity, seismicity is present on Hawaii Big Island. In particular, Kilauea’s south flank is one of the most seismically active regions in the United States. Each year, HVO records thousands of earthquakes occurring beneath the flank.

The Koa‘e fault system connects Kilauea’s East and Southwest Rift Zones south of the caldera. The fault zone intersects the East Rift near the Pauahi Crater and extends nearly 12 km in an east-northeast direction towards the westernmost boundary near Mauna Iki and the Southwest Rift Zone (see map below).

Faults here appear as low cliffs, or “scarps” along Hilina Pali Road in Hawai‘i Volcanoes National Park. These fault-cliffs slip during major earthquakes, such as those of May 4th, 2018, before the beginning of Kilauea’s 2018 eruption.

Koa‘e fault movements have offset ancient lava flows by as much as 1.50 metres over a period of centuries. This area provides an important long-term record of motion due to the lack of recent lava flows covering the faults, which makes it an ideal location to study the motion of Kilauea’s south flank. More recently, faults have offset roads and footpaths used by early Hawaiians. So, it is interesting to know how much fresh offset took place during and after the 2018 eruption.

Geodesy is still used to measure the shape of Hawaiian volcanoes. New technologies, such as satellite interferometry and the Global Positioning System (GPS), depend on satellites to make geodetic measurements.

One older approach, “levelling,” remains a valuable geodetic method some 170 years after it was invented. HVO scientists have used it for decades to study volcanoes, with significant results.

Since the 2018 eruption, the Geology Department at the University of Hawaii at Hilo has collaborated with HVO scientists to perform levelling where it is the best approach available. Levelling uses theodolites to precisely measure elevation differences between stations marked by stainless steel bolts cemented into bedrock. If elevations and distances have changed during the time since the previous measurements, repeat levelling will detect it even down to the millimetre scale. Levelling requires teams of people working along an established grid in the field, and this work demands quite a lot of time. Field stations are commonly set around 90 metres apart.

USGS scientists first began levelling along the Koa‘e faults in the 1960s, providing a long-standing record of data and field stations already in place. In the 1960s, the roughly three-kilometre land strip encompassed by the Koa‘e fault system widened by about 1.5 cm each year. Individual faults move only a few millimetres each.. In contrast, the largest vertical movement recorded during the 2018 earthquakes along a single fault was over 40 cm.

When the Koa‘e faults move, they either slide vertically or open to create a deep crack. A dramatic example of opening occurred at the Hilina Pali Road 2018 faulting which split the road. Shortly after the end of the 2018 eruption, levelling revealed that the rates of change along the Koa‘e faults quickly returned to the much slower normal pace.

The current Koa‘e levelling campaign has revealed that most of the relief along these cliffs is created by large events. Very few new cracks formed as a result of the large geologic events of 2018. Instead, motion tends to continue repeatedly along existing cracks, opening them wider and making their scarps taller over time. The motions along the Koa‘e faults are also sensitively tied to what happens elsewhere on the volcano, such as the 2018 earthquakes underneath Kilauea’s south flank and the repeated collapse of the summit caldera.

Source : USGS / HVO.

Carte géologique de la zone sommitale du Kilauea, avec le système de failles de Koa’e (Source : USGS)

Nouvelle carte sismique des Etats Unis // New seismic map of the United States

Des scientifiques de l’Université de Stanford ont compilé la carte la plus détaillée à ce jour des contraintes sismiques en Amérique du Nord. La carte et l’étude qui l’accompagne fournissent des informations précises sur les régions les plus exposées aux séismes ainsi que les types de séismes susceptibles de se produire.
La nouvelle carte est apparue dans une étude publiée le 22 avril 2020 dans la revue Nature Communications. Grâce à l’incorporation de près de 2 000 «orientations de contraintes» (mesures indiquant la direction dans laquelle la pression s’exerce sous terre) ainsi que 300 mesures non incluses dans les études précédentes, la carte fournit une image de bien meilleure résolution de l’activité sismique régionale.
Pour élaborer la carte, les chercheurs ont compilé des mesures nouvelles et anciennes obtenues à partir de forages, puis ils ont utilisé des informations relatives aux séismes passés pour en déduire quels types de failles étaient susceptibles de se trouver en différents endroits.
Connaître l’orientation d’une faille et le niveau de contrainte à proximité permet de savoir dans quelle mesure elle est susceptible de s’activer et si les gens doivent s’inquiéter, que ce soit dans le cadre de scénarios de séismes naturels ou de ceux déclenchés par l’industrie. L’expression « séismes déclenchés par l’industrie» fait référence à l’activité sismique causée par l’homme, en particulier dans certaines parties de l’Oklahoma et du Texas où la fracturation hydraulique est monnaie courante. Il est utile de rappeler que cette méthode d’extraction du pétrole et du gaz consiste à injecter de l’eau en profondeur dans des couches de roches pour forcer l’ouverture de crevasses et extraire le pétrole ou le gaz qui se trouve à l’intérieur. Le risque, c’est que cette technique déstabilise le sol. En 2018, l’USGS a constaté que le niveau de risque sismique dans l’Oklahoma était à peu près le même qu’en Californie.
Tout en confirmant les connaissances existantes, certaines caractéristiques de la nouvelle carte donnent des indications supplémentaires sur les types de séismes les plus susceptibles de se produire à travers le continent. Ces informations peuvent jouer un rôle majeur dans la façon dont les régions se préparent aux catastrophes. Dans l’ouest des États-Unis, par exemple, les chercheurs ont observé que la direction des contraintes sous la surface de la Terre avait changé jusqu’à 90 degrés sur des distances de seulement 10 kilomètres. Cela signifie que les fluides injectés dans le sol dans le processus de fracturation hydraulique peuvent être chahutés, même à une courte distance de l’endroit où ils sont injectés.

Sur la carte ci-dessous, des lignes noires indiquent la direction de la pression dans les zones de contrainte maximale. Les zones bleues représentent des failles d’extension où la croûte s’étire horizontalement. Les zones vertes représentent des failles transformantes, comme la faille de San Andreas. Les zones rouges représentent les failles de chevauchement, où la Terre se déplace sur elle-même.
Source: Business Insider.

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Scientists at Stanford University have compiled the most detailed map to date of seismic stress across North America. The map and accompanying study offer precise information about the regions most at risk of earthquakes, and which types of quakes are likely to occur.

The new map was described in a study published on April 22nd, 2020 in the journal Nature Communications. By incorporating nearly 2,000 « stress orientations » (measurements indicating the direction that pressure gets exerted underground in high-stress areas) as well as 300 measurements not included in previous studies, the map provides a higher-resolution picture of regional seismic activity than ever before.

To make the map, the researchers compiled new and previously published measurements from boreholes, then used information about past earthquakes to infer which types of faults were likely to be found in different locations.

Knowing the orientation of a fault and the state of stress nearby allows to know how likely it is to fail and whether people should be concerned about it in both naturally triggered and industry-triggered earthquake scenarios. The term « industry-triggered » earthquakes refers to seismic activity caused by humans, which is most common in parts of Oklahoma and Texas where hydraulic fracturing, or « fracking, » commonly occurs. This method of oil and gas extraction involves injecting water deep into the Earth’s layers of rocks to force open crevices and extract the oil or gas buried inside. But it destabilizes the ground. In 2018, USGS found that Oklahoma’s earthquake threat level was roughly the same as California’s.

While some of the researchers’ findings in the new map reaffirm existing knowledge, they also reveal new discoveries about the types of earthquakes that are most likely to occur across the continent. That information could have profound implications for how regions prepare for disasters. In the Western US, for example, the researchers observed that the direction of pressure under the Earth’s surface changed by up to 90 degrees over distances as short as 10 kilometres. That means the fluids injected into the ground in the fracking process could get pushed around in completely different ways even just a short distance from where they get injected.

In the map below, black lines indicate the direction of pressure in maximum stress areas. Blue areas represent extensional, or normal faulting, where the crust extends horizontally. Green areas represent strike-slip faulting, where the Earth slides past itself, like the San Andreas fault. Red areas represent reverse, or thrust faulting, where the Earth moves over itself.

Source: Business Insider.

Source : Stanford University