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Un pont sur le détroit de Messine ? Attention aux séismes !

Suite à ma note évoquant le Pont qui joue l’arlésienne sur le détroit de Messine, certains visiteurs de mon blog m’ont fait remarquer qu’un tel ouvrage serait exposé aux séismes qui secouent périodiquement cette région de l’Italie. Cette remarque est tout à fait exacte et la sismicité est l’un des facteurs qui ont entravé la réalisation du projet.

Par sa situation tectonique, le sud de la Sicile est souvent secoué par des tremblements de terre. L’île se situe sur la zone de subduction où la plaque africaine plonge sous la plaque eurasiatique. Cette zone de subduction est par ailleurs responsable de la formation de l’Etna.

La plupart des séismes ont lieu le long de l’arc siculo-calabrais, une zone bien connue où les failles s’étirent sur environ 370 kilomètres en formant trois segments. Le segment calabrais est responsable de la série de séismes qui ont frappé la Calabre en 1783.

Côté sicilien, l’histoire révèle plusieurs séismes dévastateurs.

Un séisme particulièrement destructeur s’est produit le 4 février 1169 à 7 heures du matin à Catane, à la veille des célébrations de Sainte Agathe. Il a été suivi d’un tsunami. La magnitude de cet événement se situait probablement entre M 6,4 et M 7,3. Catane, Lentini et Modica sont les villes qui ont été les plus sérieusement touchées. Le séisme a causé la mort d’environ 15 000 personnes.

Le séisme du 11 janvier 1693 à 21 heures au Val di Noto dans le sud-est de la Sicile fut, lui aussi, suivi d’un tsunami, Avec une magnitude de M 7,4, il est considéré comme le plus puissant séisme dans l’histoire italienne. Il a entraîné la destruction d’environ 70 villes ou villages, provoqué des dégâts sur une zone de 5 600 km2 et causé la mort d’environ 60 000 personnes.

Le séisme du 28 décembre 1908 à 5h20 du matin à Messine a touché le nord-est de la Sicile.   et la pointe Sud-Ouest de la Calabre. Son épicentre se trouvait dans le détroit de Messine. La secousse d’une durée de 30 secondes a été suivie d’un tsunami qui a détruit les villes de Messine, Reggio de Calabre et Palmi. Les câbles téléphoniques et télégraphiques dans le détroit de Messine ont été rompus. La catastrophe a tué entre 75 000 à 200 000 morts, selon les estimations. Les victimes ont été plus nombreuses en Calabre qu’en Sicile. Les autorités italiennes font souvent référence à ce séisme majeur pour justifier leur peu d’empressement à édifier un pont au-dessus du détroit de Messine.

Le séisme de la nuit du 14 au 15 1968, connu aussi sous le terme italien Terremoto del Belice, a touché toute la vallée du Belice, une zone comprise entre les provinces de Palerme, Agrigente et Trapani. Plusieurs localités de cette zone ont été détruites. Le bilan est lourd : officiellement 370 morts, mais en réalité probablement plus de 400, un millier de blessés et plus de cent mille sans abris.

Le 13 décembre 1990, un séisme de magnitude M 5,8 a frappé la Sicile, entre Catane et Raguse, faisant 17 morts et 200 blessés et 2500 sans abris, avec de graves dommages matériels.

Plus près de nous une forte secousse a été enregistrée le 22 décembre 2020 à 21h27 à Raguse. Sa magnitude a été estimée à M 4,6, avec un hypocentre à 30 km de profondeur. L’épicentre a été localise en mer entre Santa Croce Camerina e Gela, dans la province de Raguse. L’événement n’a causé ni victimes, ni dégâts majeurs. .

La nuit du 31 décembre 2020 a été agitée dans la région de Catane! À partir de 20h59, un essaim sismique avec des événements d’intensité croissante a été ressenti par la population. L’épicentre de l’essaim a été localisé à 3 km au nord-est de Ragalna, dans la région de l’Etna. Les deux secousses les plus significatives avaient une magnitude de M 3,5 sur l’échelle de Richter, à une profondeur de 11 et 14 km. Aucun dégât matériel ou humain n’a été signalé. Dans le même temps, l’activité strombolienne se poursuivait au sommet de l’Etna, mais il ne semble pas y avoir de lien entre cette sismicité et l’activité volcanique.

Ces différents événements confirment que la Sicile et la Calabre sont des zones très sensibles d’un point de vue sismique et que la construction d’un pont – même répondant aux normes parasismiques – sur le détroit de Messine n’est pas sans risques.

On va me rétorquer que des ponts ont été construits dans d’autres régions sismiques du globe comme la Californie qui est exposée aux frasques de la Faille de San Andreas. Ainsi, le séisme du 17 octobre 1989 a secoué la San Francisco Bay Area. Il a tué 63 personnes et blessé 3800 autres, avec des dégâts estimés à l’époque à 6 milliards de dollars. Avec une magnitude de M 6,9, c’est le plus violent séisme enregistré en Californie depuis celui de 1906. C’est à San Francisco et Oakland que les dégâts les plus importants ont été observés. Dans cette dernière ville, le système de transports a beaucoup souffert, avec l’effondrement du

 Cypress Street Viaduct où de nombreuses personnes ont péri. Le San Francisco–Oakland Bay Bridge a également été endommagé quand le niveau supérieur de circulation s’est effondré. Suite à ce séisme, tous les ponts de la région ont été renforcés àfin de mieux faire face aux prochains séismes.

San Francisco–Oakland Bay Bridge en 1989

(Source : médias américains)

Japon: Exploration des zones de subduction // Japan: Exploring subduction zones

Comme je l’ai écrit à plusieurs reprises, nous sommes capables d’explorer la surface de la planète Mars, mais nous ne savons que très peu de choses sur les profondeurs de nos propres océans, en particulier sur les zones de subduction où se déclenchent les séismes les plus puissants et les plus dévastateurs.

Il y a quelques jours, je regardais sur la chaîne de télévision française France 5 l’émission très intéressante «Science Grand format» qui était consacrée à deux «terres extrêmes»: le Japon et la Californie.

Le Japon doit régulièrement faire face à des événements extrêmes tels que des éruptions volcaniques, des séismes, des lahars, des tsunamis et des typhons. D’un point de vue géologique, le pays se trouve à l’intersection de 4 grandes plaques tectoniques: la plaque d’Okhotsk au nord, la plaque du Pacifique à l’est, la plaque Philippine au sud et la plaque Eurasienne à l’ouest. Les séismes sont le plus souvent provoqués par la subduction des plaques Pacifique et Philippine qui plongent sous les plaques d’Okhotsk et Eurasienne.

Un épisode du documentaire sur le Japon nous explique que le Chikyu, un navire de recherche spécialisé en forage océanique, a foré le plancher océanique dans l’espoir d’atteindre la zone de subduction. Cependant, la mission n’a pas réussi à atteindre son objectif ultime : forer jusqu’à 5 200 mètres sous le fond marin, là où la plaque Philippine plonge sous la plaque Eurasienne, en provoquant de puissants tremblements de terre. En mai 2019, les ingénieurs ont arrêté le processus de forage à cause d’effondrements dans le puits de forage, à une profondeur d’un peu plus de 3250 mètres sous le plancher océanique.

Cet échec marquait la fin de près de dix ans d’efforts pour s’enfoncer à l’intérieur de la Fosse de Nankai, au large de la côte sud-est du Japon. Dans cette région, le processus de subduction déclenche des séismes dévastateurs tous les 100 à 150 ans environ. Par exemple, deux événements d’une magnitude supérieure à M 8 ont été enregistrés en 1944 et 1946.

Atteindre les profondeurs de la zone de subduction n’est pas une tâche facile. La limite entre les plaques tectoniques est si profonde que le Chikyu est le seul navire de forage océanique capable de l’atteindre. Pour stabiliser son équipement de forage et pénétrer le plancher océanique, le navire dispose d’une technologie semblable à celle utilisée sur une plate-forme pétrolière.

En octobre 2018, le Chikyu a effectué sa quatrième mission sur un site de la Fosse de Nankai connu sous le nom de C0002, où il avait déjà effectué le forage le plus profond jamais réalisé. Les ingénieurs savaient que cette mission serait délicate, car le forage devait s’effectuer dans des roches fracturées et litées. L’équipe de forage a pu s’enfoncer jusqu’à 3262 mètres, battant ainsi son propre record de forage océanique à but scientifique. Mais les chercheurs n’ont pas pu descendre davantage à cause des effondrements dans le puits de forage. Grosse déception à bord du navire de recherche !

Après l’échec du forage C0002, le Chikyu a effectué des missions moins profondes. En particulier, les scientifiques ont exploré la géologie de la faille qui a déclenché le séisme dévastateur de Tohoku en 2011 qui s’est accompagné de la destruction de la centrale nucléaire de Fukushima. A côté de ces événements meurtriers, les scientifiques à bord du navire ont également étudié les séismes ‘lents’ que l’on enregistre le long de la Fosse de Nankai.

Source: Nature.

Espérons que le Japon – et d’autres pays – pourront mettre en place dans les prochaines années d’autres initiatives comme la mission dans la Fosse de Nankai. Elles nous permettront de mieux comprendre le comportement de notre planète.

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As I put it several times, we are able to explore the surface of Mars, but we know very little about the depths of our own oceans, especially the subduction zones that trigger the most powerful and devastating earthquakes.

A few days ago, I was watching on the French TV channel France 5 the very interesting programme “Science Grand format” that was dedicated to two “extreme lands”: Japan and California.

Japan regularly has to face extreme events such as volcanic eruptions, earthquakes, lahars, tsunamis and typhoons. From a geological point of view, the country is located at the intersection of 4 major tectonic plates: the Okhotsk Plate to the north, the Pacific Plate to the east, the Philippine Plate to the south and the Eurasian Plate to the west. Earthquakes are usually caused by the subduction of the Pacific and Philippine plates, which dive beneath the Okhotsk and Eurasian plates.

An episode of the documentary about Japan informs us that the nation’s ocean-drilling research vessel, Chikyu, has drilled the ocean floor deeper than ever before in the hope to reach the subduction zone. However, the mission failed to achieve its ultimate goal of penetrating 5,200 metres beneath the sea floor, into the area where the Philippine Sea plate  plunges beneath the Eurasian plate, causing powerful earthquakes. In May 2019, engineers stopped the drilling process after the drill hole kept collapsing, just over 3,250 metres beneath the sea floor.

It was the end to an almost decade-long effort to drill deep into the Nankai Trough off Japan’s southeast coast. In this region, the plate subduction triggers devastating earthquakes roughly every 100 to 150 years. For instance, a pair of earthquakes with magnitudes above M 8 struck in 1944 and 1946.

Reaching the depths of the subduction zone is not an easy job. The plate boundary is so deep that Chikyu is the only scientific ocean-drilling vessel capable of reaching it. The ship uses a structure similar to the technology used on an oil rig, to stabilize its drilling equipment and penetrate the sea floor.

In October 2018, Chikyu made its fourth trip to a site on the Nankai Trough known as C0002, where it had already drilled the deepest-ever hole beneath the sea floor. Engineers knew that the next phase of drilling would be difficult, because the hole penetrates rocks that are fractured and folded. The drilling team was able to deepen the hole from just over 2,900 metres beneath the sea floor to 3,262 metres, breaking its own record for the deepest scientific ocean drilling. But the researchers could not go any farther because the hole kept collapsing at the bottom. There was a general disappointment aboard the research vessel.

After the C0002 hole failed, Chikyu moved on to drill in shallower holes nearby. In particular, scientists explored the geology of the shallow fault that triggered the devastating 2011 Tohoku earthquake that destroyed the Fukushima nuclear plant.. The ship also investigated the many small, slow-motion earthquakes that are recorded along the Nankai Trough, in addition to the large, devastating ones.

Source : Nature.

Let’s hope more initiatives like the Japanese mission in the Nankai Trough will be set up in the next years. They will help us understand better the behaviour of our planet.

Le Chikyu est un navire japonais de forage en haute mer. Il mesure 210 mètres de longueur, 38 mètres de large, 16,2 mètres de haut pour un tonnage de 57000 tonnes. La partie la plus originale du navire est son derrick de 121 mètres au dessus du niveau de la mer. Il a un équipage de 150 hommes, divisé en 50 scientifiques et 100 opérateurs. (Source : Wikipedia)

Au fond de la Fosse des Mariannes…

La Chine a diffusé en direct le 20 novembre 2020 des images de son nouveau submersible habité au fond de la Fosse des Mariannes dans le cadre d’une mission dans les eaux les plus profondes de la planète.

La Fosse des Mariannes est actuellement l’endroit le plus profond de la croûte terrestre. Elle se trouve dans la partie nord-ouest de l’Océan Pacifique, à l’est des Îles Mariannes et à proximité de l’île de Guam. Le point le plus bas connu de la fosse se situerait selon les relevés à 10 984 ± 25 m. Des organismes piézophiles vivent à cette profondeur, malgré des pressions atteignant l’équivalent de 1 100 atmosphères.

D’un point de vue géologique – le plus important à mes yeux – la Fosse des Mariannes se situe sur une zone de subduction où la plaque Pacifique s’enfonce sous la plaque Philippine.

Le submersible chinois qui répond au nom de « Fendouzhe » – le « lutteur » – est descendu à plus de 10.000 mètres dans la fosse avec trois chercheurs à son bord.

Très peu de personnes ont déjà visité la Fosse des Mariannes. Les premiers explorateurs ont atteint la fosse en 1960 lors d’une brève expédition. Il a ensuite fallu attendre 2012 et la descente effectuée par le cinéaste américain James Cameron, réalisateur de « Titanic », qui a parlé d’un environnement « désolé » et « extraterrestre ».

Les vidéos tournées cette semaine par une caméra sous-marine montrent le submersible chinois vert et blanc se déplaçant dans les eaux obscures, entouré de nuages de sédiments alors qu’il se pose lentement sur le fond marin.

Le but des missions du Fendouzhe est d’observer « les nombreuses espèces et la répartition des êtres vivants dans les fonds marins » et les chercheurs chinois vont collecter des spécimens pour leurs recherches. Des études antérieures ont permis de trouver des communautés florissantes d’organismes unicellulaires survivant sur des déchets organiques qui s’étaient installés sur le fond de l’océan, mais très peu de gros animaux.

La mission actuelle du Fendouzhe permettra également d’effectuer des recherches sur les « matériaux des eaux profondes », alors que la Chine progresse dans l’exploitation minière à grande profondeur. Pékin a mis en place en novembre un centre de formation et de recherche qui initiera les professionnels à la technologie des grands fonds marins et mènera des recherches sur l’exploitation de minéraux précieux au fond de l’océan.

Sources : Médias internationaux.

Comme je l’ai écrit à plusieurs reprises, l’Homme n’a jamais été vraiment attiré par les grandes profondeurs océaniques, endroits obscurs où il n’y a guère de vie. Il est davantage fasciné par les autres planètes du système solaire comme le montre l’attrait exercé par les images envoyées par les robots martiens où les sondes qui voyagent à proximité d’autres planètes.

Pourtant, les abysses de nos océans présentent un intérêt certain. Les Chinois espèrent y découvrir – et un jour y extraire – des minéraux précieux. A côté de cela, il ne faudrait pas oublier que les fosses océaniques comme celle des Mariannes sont des zones de subduction où se déclenchent les séismes les plus puissants et les plus destructeurs sur Terre. Des missions à l’aide de submersibles comme le Fendouzhe permettraient d’y installer des capteurs et autres instruments afin d’étudier le comportement de la croûte terrestre à grande profondeur. Mais bien sûr, les images rapportées par de telles missions ne nous feraient pas rêver….

Source : Wikipedia

Nouvelle lumière sur la collision tectonique au Tibet // New light on tectonic collision in Tibet

De nouvelles données sismiques recueillies par des scientifiques de l’Université de Stanford et de l’Académie Chinoise des Sciences Géologiques montrent que deux processus entrent en action simultanément sous la zone de collision tibétaine. C’est la première fois que des scientifiques disposent d’images fiables des variations longitudinales dans la zone de collision de l’Himalaya. L’étude a été publiée dans les Proceedings of the National Academy of Sciences en septembre 2020.

En plus d’être un lieu idéal pour les aventuriers et les personnes à la recherche d’une retraite spirituelle, la région de l’Himalaya est un endroit extraordinaire pour comprendre les processus géologiques. Elle abrite des gisements de cuivre, de plomb, de zinc, d’or et d’argent, ainsi que des éléments plus rares comme le lithium, l’antimoine et le chrome. Le soulèvement du plateau tibétain affecte même le climat car il influence la circulation atmosphérique et le développement des moussons.
Cependant, les scientifiques ne maîtrisent pas totalement les processus géologiques qui contribuent à la formation de la région. L’étude de l’Himalaya est rendue difficile par les problèmes d’accès physique et politique au Tibet. En conséquence, la plupart des missions sur le terrain ont été trop limitées dans l’espace pour comprendre la situation dans son ensemble, ou bien elles n’ont pas eu suffisamment de résolution en profondeur pour bien comprendre les processus en jeu.
Aujourd’hui, les nouvelles données sismiques collectées par des géophysiciens de la School of Earth, Energy & Environmental Sciences de Stanford offrent la première vue ouest-est du sous-sol de la région où s’affrontent l’Inde et l’Asie. L’étude participe au débat en cours sur la structure de la zone de collision himalayenne, source de catastrophes comme le séisme de Gorkha en 2015 qui a tué environ 9 000 personnes et en a blessé des milliers d’autres.
Les nouvelles données sismiques montrent que deux processus concurrents entrent probablement en action simultanément sous la zone de collision: 1) le mouvement d’une plaque tectonique sous une autre, ainsi que 2) l’amincissement et l’effondrement de la croûte.
C’est la première fois que des scientifiques recueillent des images vraiment fiables de la variation longitudinale de la zone de collision de l’Himalaya. Lorsque la plaque indienne entre en collision avec l’Asie, elle forme le Tibet, le plus haut et le plus vaste plateau de haute montagne de la planète. Ce processus a commencé très récemment dans l’histoire géologique, il y a environ 57 millions d’années. Les chercheurs ont proposé diverses explications pour sa formation, comme un épaississement de la croûte terrestre qui serait causé par la plaque indienne en se frayant un chemin sous le plateau tibétain.
Pour vérifier ces hypothèses, les chercheurs ont installé de nouveaux sismomètres en 2011 afin de rechercher des détails qui auraient pu passer inaperçus auparavant. Surtout, les nouveaux sismos ont été installés d’est en ouest à travers le Tibet. Auparavant, ils n’avaient été déployés que du nord au sud parce que c’est dans cette direction que les vallées du pays sont orientées et c’est aussi la direction dans laquelle les routes ont été historiquement construites.
Au final, les images reconstituées à partir d’enregistrements par 159 nouveaux sismomètres étroitement espacés le long de deux profils d’un millier de kilomètres de long, révèlent les endroits où la croûte indienne présente des déchirures profondes provoquées par la courbure de l’arc himalayen.
Tandis que la plaque tectonique indienne se déplace à partir du sud, le manteau, qui constitue la partie la plus épaisse et la plus solide de la plaque, plonge sous le plateau tibétain. Les dernières analyses révèlent que ce processus provoque la rupture de petites parties de la plaque indienne sous deux des rifts de surface, ce qui crée probablement des déchirures dans la plaque, de la même manière qu’un camion traversant un espace étroit entre deux arbres arrache des morceaux d’écorce. L’emplacement de ces déchirures semble essentiel pour comprendre jusqu’à quelle distance un séisme majeur comme celui Gorkha va se propager.
La survenue de séismes très profonds, à plus de 60 kilomètres sous la surface, est un aspect surprenant du Tibet. En utilisant leurs données sismiques, les chercheurs ont détecté des relations entre les déchirures de la plaque et la survenue de ces séismes profonds.
La dernière étude explique également pourquoi la force de la gravité varie dans différentes parties de la zone de collision. Les co-auteurs ont émis l’hypothèse qu’après que les petits morceaux se soient détachés de la plaque indienne, un matériau plus tendre car plus chaud est remonté des profondeurs, créant des déséquilibres de masse dans la zone de collision Inde-Tibet.
Source: Université de Stanford.
Référence: « Localized foundering of Indian lower crust in the India–Tibet collision zone » – Shi, D. et al. – Proceedings of the National Academy of Sciences – https://doi.org/10.1073/pnas.2000015117

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New seismic data collected by scientists at Stanford University and the Chinese Academy of Geological Sciences suggests that two competing processes are simultaneously operating beneath a collision zone in Tibet. The research marks the first time scientists have gathered credible images of along-strike or longitudinal variation in the Himalaya collision zone. Itwas published in the Proceedings of the National Academy of Sciences in September 2020..

In addition to being the place to be for adventurers and spiritual seekers, the Himalaya region is a wonderful place for understanding geological processes. It hosts mineral deposits of copper, lead, zinc, gold and silver, as well as rarer elements like lithium, antimony and chrome. The uplift of the Tibetan plateau even affects global climate by influencing atmospheric circulation and the development of seasonal monsoons.

However, scientists still don’t fully understand the geological processes contributing to the region’s formation. The study of the Himalayas is made difficult by the physical and political inaccessibility of Tibet. As a consequence, most field experiments have either been too localized to understand the big picture or they have lacked sufficient resolution at depths to properly understand the processes.

Now, new seismic data gathered by geophysicists at Stanford’s School of Earth, Energy & Environmental Sciences provides the first west-to-east view of the subsurface where India and Asia collide. The research contributes to an ongoing debate over the structure of the Himalaya collision zone, the source of catastrophes like the 2015 Gorkha earthquake that killed about 9,000 people and injured thousands more.

The new seismic images suggest that two competing processes are simultaneously operating beneath the collision zone: 1) movement of one tectonic plate under another, as well as 2) thinning and collapse of the crust.

The study marks the first time that scientists have collected truly credible images of an along-strike, or longitudinal, variation in the Himalaya collision zone. As the Indian plate collides with Asia it forms Tibet, the highest and largest mountain plateau on the planet. This process started very recently in geological history, about 57 million years ago. Researchers have proposed various explanations for its formation, such as a thickening of the Earth’s crust caused by the Indian plate forcing its way beneath the Tibetan Plateau.

To test these hypotheses, researchers installed new seismic recorders in 2011 in order to resolve details that might have been previously overlooked. Importantly, the new recorders were installed from east to west across Tibet; traditionally, they had only been deployed from north to south because that is the direction the country’s valleys are oriented and thus the direction that roads have historically been built.

The final images, pieced together from recordings by 159 new seismometers closely spaced along two 1,000-kilometre long profiles, reveal where the Indian crust has deep tears associated with the curvature of the Himalayan arc.

As the Indian tectonic plate moves from the south, the mantle, the thickest and strongest part of the plate, is dipping beneath the Tibetan plateau. The new analyses reveal that this process is causing small parts of the Indian plate to break off beneath two of the surface rifts, likely creating tears in the plate, similar to how a truck barreling through a narrow gap between two trees might chip off pieces of tree trunk. The location of such tears can be critical for understanding how far a major earthquake like Gorkha will spread.

The occurrence of very deep earthquakes, more than 60 kilometres below the surface, is an unusual aspect of Tibet. Using their seismic data, the researchers found associations between the plate tears and the occurrence of those deep quakes.

The research also explains why the strength of gravity varies in different parts of the collision zone. The co-authors hypothesized that after the small pieces dropped off from the Indian plate, softer material from underneath bubbled up, creating mass imbalances in the India-Tibet collision zone.

Source: Stanford University.

Reference: « Localized foundering of Indian lower crust in the India–Tibet collision zone » – Shi, D. et al. – Proceedings of the National Academy of Sciences – https://doi.org/10.1073/pnas.2000015117

Environnement tectonique du Népal avec le séisme de Gorkha (Source : IPG, USGS)