Mécanique sismique et contexte tectonique en Californie du Sud
Les tremblements de terre se produisent généralement le long des zones de fracture de la croûte terrestre, là où de vastes plaques tectoniques glissent les unes contre les autres et finissent par se bloquer. La contrainte s’accumule sur de longues périodes et est soudainement libérée sous la forme d’un séisme. En Californie du Sud, les failles de San Andreas et de San Jacinto figurent parmi les zones les plus significatives de cette dynamique, absorbant la majeure partie du mouvement des plaques dans la région.
Le col de Cajon, situé au nord-est de Los Angeles, se trouve précisément là où les deux systèmes de failles se rapprochent. Il s’agit d’une jonction tectoniquement complexe où une rupture sur une faille pourrait potentiellement se propager sur l’autre. Depuis le dernier séisme majeur ayant affecté la région élargie de Los Angeles, à savoir le tremblement de terre de Fort Tejon en 1857, d’une magnitude de 7,9, la contrainte tectonique le long des segments de faille s’est accumulée continuellement. Cette période de calme prolongée préoccupe de longue date les chercheurs, compte tenu du potentiel d’une future grande rupture.
Une modélisation inédite sur un millénaire d’histoire sismique
Pour évaluer l’état actuel de la charge de contrainte, une équipe de recherche internationale a modélisé 1000 ans d’histoire sismique le long des systèmes de failles du sud de San Andreas et de San Jacinto. Cette nouvelle étude, récemment publiée dans le Journal of Geophysical Research: Solid Earth, a été dirigée par le Dr Liliane Burkhard de la Division de recherche spatiale et des sciences planétaires (WP) à l’Institut de physique de l’Université de Berne. Des chercheurs de l’Université d’Hawaï à Mānoa, du Centre des sciences sismiques de l’Institut d’études géologiques des États-Unis (USGS) à Pasadena, et de l’Institution Scripps d’océanographie de l’UC San Diego y ont participé.
Pour comprendre l’évolution temporelle de la contrainte, l’équipe a construit un modèle du cycle sismique en quatre dimensions basé sur la physique, simulant les processus dans trois dimensions spatiales et dans le temps. Ce modèle a été alimenté par un registre sismique de 1000 ans reconstitué à partir de preuves géologiques telles que la datation au radiocarbone, les anomalies des cernes d’arbres et la documentation historique des ruptures du sol. « Le modèle suit comment chaque tremblement de terre modifie la contrainte sur les segments de faille voisins, comment la contrainte s’accumule pendant les intervalles calmes entre les événements, et comment les couches plus profondes de la croûte se détendent lentement à la suite de grandes ruptures, » explique le Dr Liliane Burkhard.
Les résultats de ces travaux indiquent que les contraintes tectoniques dans la région ont atteint, et dans certains cas dépassé, les niveaux les plus élevés du dernier millénaire. « Cette simulation nous permet de comprendre comment les contraintes dans le système de failles s’accumulent au fil des siècles, » poursuit le Dr Liliane Burkhard. « En exécutant l’histoire des tremblements de terre de la Californie du Sud comme une simulation, nous pouvons estimer la mesure dans laquelle le système de failles est déjà sous contrainte aujourd’hui. »
Le concept de porte sismique appliqué au col de Cajon
L’une des découvertes fondamentales de l’étude est l’introduction du concept de « porte sismique » pour désigner le col de Cajon. Il s’agit d’une jonction qui détermine si les grandes ruptures restent confinées à une seule faille ou se propagent à travers les deux systèmes simultanément. « Le concept de porte sismique capture quelque chose d’important sur le fonctionnement des jonctions de failles, » précise le Dr Liliane Burkhard.
L’histoire fournit des exemples de ces deux comportements distincts. Le tremblement de terre de Fort Tejon de 1857 s’est arrêté au col de Cajon et n’a pas impliqué la faille de San Jacinto. À l’inverse, le tremblement de terre de Wrightwood de 1812 a rompu à travers la jonction et traversé les deux systèmes en un seul événement continu. « Le col de Cajon ne bloque ni ne canalise simplement les tremblements de terre : il réagit aux conditions de contrainte, et ces conditions changent au fil des siècles, » ajoute le Dr Liliane Burkhard.
L’étude démontre que le facteur décisif n’est pas seulement la quantité de contrainte accumulée sur une seule faille, mais la manière dont les contraintes sur les deux systèmes sont alignées. Lorsque la contrainte sur les deux failles augmente de concert au fil du temps vers des niveaux similairement élevés, les conditions favorisent une grande rupture conjointe traversant les deux systèmes. Si les niveaux de contrainte évoluent de manière désynchronisée, les ruptures ont plus de chances de se terminer à la jonction plutôt que de se propager plus loin.
Des niveaux de contrainte chiffrés et des scénarios à haut risque
Actuellement, la contrainte modélisée a atteint 3,6 MPa sur la section San Jacinto-Bernardino, dépassant la valeur la plus élevée observée nulle part ailleurs dans la simulation de 1000 ans. Sur la section voisine de Mojave South de la faille de San Andreas, elle s’établit à 2,8 MPa. Ces deux segments sont par conséquent soumis à des contraintes élevées et relativement similaires, plaçant le système dans une configuration qui, historiquement, a précédé des ruptures conjointes.
Cette situation soulève de vives interrogations pour la région. « Donc, non seulement il est préoccupant que les contraintes atteignent des sommets historiques, » souligne le Dr Liliane Burkhard, « mais aussi que les conditions de contrainte relatives entre les deux systèmes de failles s’approchent de la plage que nous associons à des ruptures majeures traversant les deux failles simultanément — et c’est un scénario avec des conséquences beaucoup plus importantes pour la région. »
Une rupture conjointe de la faille de San Andreas et de la faille de San Jacinto traversant le col de Cajon représenterait un événement beaucoup plus grave qu’une rupture limitée à une seule faille. La zone concernée englobe des corridors parmi les plus densément peuplés et les plus critiques en termes d’infrastructures aux États-Unis, notamment la grande région de Los Angeles, San Bernardino, Riverside et la vallée de Coachella. Le col de Cajon lui-même est traversé par des autoroutes majeures, des voies ferrées et des infrastructures énergétiques de premier plan.
Prévention, planification et accès aux données interactives
L’évaluation de la menace repose sur des données physiques concrètes, mais ne permet pas de dater précisément l’événement. « La question de savoir quand et comment le prochain tremblement de terre majeur se produira dans cette région est l’un des problèmes les plus urgents en géoscience appliquée. Nos résultats fournissent une image plus claire, basée sur la physique, de l’état de contrainte actuel du système de failles, et le cadre que nous avons développé est applicable non seulement à la Californie, mais aussi à d’autres jonctions de failles complexes dans le monde, » indique le Dr Liliane Burkhard.
La chercheuse insiste toutefois sur les limites prédictives du modèle : « L’étude n’est pas une prédiction du moment où un tremblement de terre se produira. Ce que nous pouvons dire, c’est que le système est soumis à une contrainte critique et que des modèles basés sur la physique comme le nôtre donnent une image plus claire de la gamme de scénarios auxquels nous devrions être préparés. Ces informations sont importantes pour l’évaluation des risques, la planification des infrastructures et la préparation aux situations d’urgence. »
L’étude menée par Liliane M. L. Burkhard et ses collègues, intitulée « Cajon Pass and the Southern San Andreas Fault System: Earthquake Cycle Stress Accumulation and Present-Day Loading », fait l’objet d’une publication datée de 2026 dans le Journal of Geophysical Research: Solid Earth, accessible via son DOI : 10.1029/2025jb033213. En complément de ces recherches, le Dr Liliane Burkhard a développé un outil en ligne interactif nommé « LA-GRID » (Los Angeles Geospatial Risk and Infrastructure Dashboard). Accessible au grand public et aux professionnels, cet outil web disponible en ligne permet de visualiser la sismicité et les données relatives aux failles pour la région de Los Angeles, tout en proposant des mises à jour en direct sur les tremblements de terre et les incendies de forêt.
Selon la source : phys.org
Californie : les tensions tectoniques atteignent un niveau record selon un nouveau modèle scientifique
