L'étude est publiée dans la revue Seismological Research Letters.
Les tremblements de terre se sont produits dans le bassin central du lac Érié, près de Conneaut, Ohio; deux des séismes ont enregistré une magnitude de 4,0, tandis que les autres étaient plus petits. Bien que les tremblements de terre mineurs ne soient pas rares dans le nord-est des États-Unis, il s'agit du premier essaim de séismes connu à se produire près du lac Érié, où une telle activité était considérée comme rare, voire inexistante.
Les chercheurs ont initialement examiné plus de 25 ensembles de données géologiques et géophysiques pour déterminer si les tremblements de terre pouvaient être attribués à des failles préexistantes, des structures salines ou d'autres formations souterraines sous le lac. Pour tester la probabilité d'une sismicité induite par les fluides, ils ont exécuté deux types de modélisation :une pour comprendre la réponse des matériaux terrestres à proximité des séismes à divers changements de pression, et une autre pour simuler les changements de contrainte dans la zone, avec certaines des simulations comprenant la pression interstitielle augmente ou diminue.
Pour mieux contraindre leurs modèles, les chercheurs ont également installé six instruments au fond du lac et enregistré l'activité sismique pendant près de neuf mois. D'après les données des nouveaux instruments, les séismes semblent être concentrés près d'une zone d'orientation nord-sud qui s'étend sur 20 kilomètres au sud à partir des environs d'Elk Creek, en Ontario.
L'étude n'a trouvé aucune preuve de failles spécifiques, de structures salines ou de zones de faiblesse souterraines à des profondeurs compatibles avec les emplacements du séisme qui auraient pu être réactivées par des changements de pression.
"La séquence du séisme est encore inexpliquée, mais nous pouvons limiter certaines de ses caractéristiques", a déclaré l'auteur principal de l'étude, Yajing Liu, chercheur scientifique au département de géologie de l'université des arts et des sciences de Buffalo. "Les études futures bénéficieraient d'une surveillance supplémentaire de la sismicité locale et de l'installation d'un réseau sismique dans le lac Érié pour mieux localiser les tremblements de terre."
Bien qu'il n'existe aucune faille active connue dans le bassin du lac Érié qui aurait pu provoquer les tremblements de terre, les chercheurs affirment qu'il est possible qu'il existe encore des failles non découvertes capables de produire de petits séismes.
Les scientifiques affirment que leur étude démontre que les processus liés aux fluides ne peuvent pas être exclus comme cause potentielle des séismes, même s'il est difficile de prouver ce lien. Une possibilité, disent-ils, est que les niveaux d'eau du lac pourraient avoir une influence.
Le lac Érié est un lac peu profond avec une profondeur d'eau maximale de 64 mètres. Ses niveaux d'eau fluctuent naturellement, les relevés du niveau des lacs remontant au début des années 1900. Durant les années humides, le niveau de l'eau monte, inondant les zones humides de la région et augmentant le poids de la colonne d'eau dans les parties profondes du lac. Ce poids supplémentaire peut augmenter la pression des fluides dans les formations souterraines. De plus, les chercheurs notent que le moment des séismes – entre décembre et février – est cohérent avec les niveaux maximaux historiques des lacs qui ont tendance à se produire à la fin de l’hiver.
"Étant donné le changement important de volume dans le lac Érié, même un changement relativement faible du niveau du lac peut créer un changement significatif dans la charge et la pression du fluide interstitiel", a déclaré le co-auteur Hao Zhang, professeur de géologie au Collège des Arts et des Sciences de l'UB.
Même si les séismes étaient faibles, les chercheurs affirment que la séquence était suffisamment importante pour être ressentie sur une vaste région. Le séisme de 2012 a atteint un niveau d'intensité V, suffisamment fort pour causer des dommages à des bâtiments plus anciens ou mal construits, et celui de 2014 a atteint un niveau d'intensité IV. Les chercheurs soulignent que ces intensités peuvent être plus élevées s'il existe des bâtiments fondés sur des sédiments meubles au bord du lac.
« À proximité du lac Érié se trouvent la centrale nucléaire de Perry et, de manière plus dense, des éoliennes construites dans le lac », a expliqué Zhang. "Bien que ces infrastructures soient conçues pour s'adapter à des séismes plus importants, de futures études sur la sismicité dans cette région sont justifiées pour atténuer tout risque."
