Le tremblement de terre de Tohoku-Oki du 11 mars 2011 a été le plus important et le plus destructeur de l'histoire du Japon. Les chercheurs japonais - et leurs partenaires norvégiens - travaillent dur pour essayer de comprendre ce qui l'a rendu si dévastateur.

Le tremblement de terre massif qui a secoué le Japon le 11 mars 2011 a fait plus de 20 morts, 000 personnes, ce qui en fait l'une des catastrophes naturelles les plus meurtrières de l'histoire du pays. Pratiquement toutes les victimes se sont noyées dans un tsunami qui a atteint par endroits plus de 30 mètres de haut.

Le tsunami a également paralysé la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi, provoquant des fusions dans trois des six réacteurs de la centrale et libérant des quantités record de radiations dans l'océan. Les réacteurs étaient si instables à un moment donné que l'ancien premier ministre, Naoto Kan, a admis plus tard qu'il envisageait d'évacuer 50 millions de personnes de la grande région de Tokyo. Finalement, 160, 000 personnes ont dû quitter leur domicile à cause des radiations.

Cette catastrophe nationale, Le plus grand tremblement de terre jamais enregistré au Japon, était un appel à l'action pour les scientifiques de la Terre japonais. Leur mission :comprendre exactement ce qui a rendu ce séisme si destructeur. Pour ça, ils se sont tournés vers JAMSTEC, l'Agence japonaise pour les sciences et technologies marines et terrestres pour sonder les secrets de la tranchée japonaise de 7 000 mètres de profondeur, l'épicentre du tremblement.

Au cours des cinq années qui ont suivi la catastrophe, les chercheurs ont trouvé des indices intrigants sur ce qui a rendu le séisme si dangereux. L'expertise pétrolière norvégienne issue du travail sur le plateau continental norvégien aide maintenant à découvrir de nouveaux détails alors que les scientifiques continuent d'essayer de comprendre quels facteurs contribuent à rendre un tremblement de terre vraiment important dans cette région. Ce faisant, ils espèrent être en mesure de mieux prévoir l'ampleur et l'emplacement des futurs séismes et tsunamis.

Un fouillis de plaques tectoniques

Le Japon se trouve dans ce qui peut être l'un des endroits les plus dangereux possibles en ce qui concerne les tremblements de terre. La partie nord du pays se trouve sur un morceau de la plaque nord-américaine, tandis que la partie sud du pays se trouve sur la plaque eurasienne. Dans le nord, la plaque Pacifique glisse sous la plaque nord-américaine, tandis qu'au sud, la plaque eurasienne chevauche la plaque de la mer des Philippines. Lorsqu'une plaque se déplace par rapport à une autre, le mouvement peut déclencher un tremblement de terre et un tsunami.

Le fouillis complexe de plaques tectoniques explique pourquoi environ 1, 500 tremblements de terre secouent le pays chaque année, et pourquoi il abrite 40 volcans actifs, soit 10 % du total mondial.

Étant donné que le Japon connaît tant de tremblements de terre, le séisme qui a secoué le pays dans l'après-midi du 11 mars n'était pas totalement inattendu. En réalité, les chercheurs ont prédit que la région connaîtrait un tremblement de terre de magnitude 7,5 ou plus au cours des 30 prochaines années.

Les tremblements de terre sont assez courants au Japon pour que le pays ait des codes du bâtiment stricts pour éviter les dommages. La plupart des grands bâtiments se tortillent et se balancent avec les secousses de la terre - un homme à Tokyo a déclaré à la BBC que les mouvements dans le gratte-ciel de son lieu de travail pendant le séisme de 2011 étaient si forts qu'il avait le mal de mer - et même la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi était protégée par 10- digue d'un mètre de haut.

Pourtant, une combinaison de facteurs a rendu le tremblement de terre de Tohoku-Oki plus important et avec un tsunami plus meurtrier que prévu par les scientifiques. Mais quoi?

"C'est ce que nous voulons comprendre et atténuer, " dit Shin'ichi Kuramoto, Directeur général du Center for Deep Earth Exploration de JAMSTEC. « Pourquoi ces grands tremblements de terre se produisent-ils ? »

Une très grosse glissade

Les chercheurs de JAMSTEC se sont mobilisés presque immédiatement après la catastrophe, et a envoyé leur navire de recherche de 106 mètres de long RV Kairei à l'épicentre du séisme quelques jours seulement après qu'il s'est produit.

Depuis un peu plus de deux semaines, le navire a navigué au-dessus de la tranchée du Japon au large des côtes de Honshu. Le but était de créer une image bathymétrique du fond marin et de collecter des données sismiques de réflexion, qui permet aux chercheurs de scruter les sédiments et les roches sous le fond marin.

Une croisière ultérieure du RV Kaiyo de JAMSTEC 7 à 8 mois après le séisme a permis de recueillir des images sismiques de réflexion haute résolution supplémentaires dans la région. Heureusement, les chercheurs disposaient également des données d'une étude similaire réalisée en 1999 dans la même région.

Les données leur ont montré que le fond marin vers la terre dans la zone des tranchées a glissé jusqu'à 50 mètres horizontalement, dit Yasuyuki Nakamura, Chef de groupe adjoint au sein du groupe de sismologie structurale du Centre de tremblement de terre et de tsunami de JAMSTEC.

"C'était un gros glissement dans la zone de l'axe de la tranchée, " dit-il. " A titre de comparaison, le tremblement de terre de Kobe en 1995, qui a tué plus de 6000 personnes et était d'une magnitude de 7,3, avait une glissade moyenne de 2 mètres."

Un autre tremblement de terre de magnitude 8 en 1946 dans la région de Nankai au sud du Japon qui en a détruit 36, 000 logements avaient une glissade maximale de 10 mètres, dit Nakamura.

« Donc, vous pouvez voir que 50 mètres, c'est un très gros glissement, " a-t-il dit. Cela explique en partie pourquoi la vague du tsunami était si grande, il a dit.

Création d'images à l'aide d'ondes sonores

Quand Martin Landrø, géophysicien à l'Université norvégienne des sciences et technologies (NTNU), a lu sur le tremblement de terre japonais et a appris que ses homologues japonais avaient collecté des données sismiques avant et après le tremblement de terre, il pensait qu'il pourrait être en mesure d'offrir de l'aide.

Depuis plus de 20 ans, Landrø a travaillé avec l'interprétation et la visualisation des données sismiques. Les compagnies pétrolières et les géophysiciens utilisent couramment cette approche pour collecter des informations sur la géologie sous-marine. Landrø a tout étudié, de la mise en œuvre des données sismiques pour découvrir de nouveaux réservoirs de pétrole sous-marin à la visualisation de ce qu'il advient du CO2 injecté dans un réservoir sous-marin, comme cela se fait actuellement dans le champ Sleipner en mer du Nord.

Cela fonctionne comme ceci :un navire navigue en ligne droite sur 100 kilomètres ou plus, et utilise des canons à air pour envoyer un signal acoustique tous les 50 mètres pendant que le navire navigue. Le navire tracte également un long câble derrière lui pour enregistrer les signaux acoustiques qui sont réfléchis par les sédiments et le substrat rocheux sous le fond marin. Simplement déclaré, les matériaux plus durs renvoient les signaux plus rapidement que les matériaux plus mous.

Les géologues peuvent créer une image en deux dimensions, une coupe transversale de la géologie sous le fond marin, en remorquant un long câble derrière un navire. Une image tridimensionnelle peut être créée en remorquant un certain nombre de câbles munis de capteurs et en combinant essentiellement une série d'images bidimensionnelles en une image tridimensionnelle.

Un type très particulier de données sismiques, cependant, est appelé 4-D, où la quatrième dimension est le temps. Ici, les géophysiciens peuvent combiner des images 2D de différentes périodes, ou des images 3D de différentes périodes pour voir comment une zone a changé au fil du temps. Cela peut être très complexe, surtout si différents systèmes ont été utilisés pour collecter les données sismiques des deux périodes différentes. Mais l'analyse sismique 4-D est l'expertise particulière de Landrø.

Des réservoirs de pétrole de la mer du Nord à la tranchée japonaise

Landrø a contacté Shuichi Kodaira, directeur du Centre sismique et tsunami de JAMSTEC, et a dit qu'il voulait voir si certaines des techniques qui avaient été utilisées à des fins liées au pétrole pouvaient être utilisées pour comprendre les changements de contrainte liés aux tremblements de terre. Kodaira a accepté.

Ensuite, il s'agissait simplement d'obtenir les données et de les "retraiter, " Landrø a dit, pour rendre les deux périodes différentes aussi comparables que possible.

« Nous pourrions alors estimer les mouvements et les changements causés par le séisme au fond et sous le fond marin, " a déclaré Landrø.

Après près d'un an de travail à distance ensemble sur les données, Landrø et ses collègues norvégiens se sont envolés pour le Japon en novembre 2016 pour rencontrer pour la première fois leurs homologues japonais. Ils sont maintenant en train de rédiger conjointement un article scientifique pour publication, il est donc réticent à décrire leurs nouvelles découvertes en détail avant qu'elles ne soient publiées.

"Le but ultime ici est de comprendre ce qui s'est passé pendant le tremblement de terre de la manière la plus détaillée possible. La vue d'ensemble est plus ou moins la même, " a déclaré Landrø. "C'est plus comme si nous examinions des détails mineurs qui pourraient être importants en utilisant une technique utilisée dans l'industrie pétrolière depuis de nombreuses années. Peut-être que nous verrons des détails qui n'ont jamais été vus auparavant."

Un système d'alerte précoce

Landrø s'intéresse également à un système que JAMSTEC a installé dans l'océan au sud du pays, appelé le système Dense Oceanfloor Network pour les tremblements de terre et les tsunamis, plus communément appelé DONET.

Le système DONET (il y en a maintenant deux) est une série de capteurs de pression reliés installés au fond de l'océan dans la fosse de Nankai, une zone qui a été frappée par des tremblements de terre dangereux répétés, dit Nakamura de JAMSTEC.

La fosse de Nankai est située là où la plaque de la mer des Philippines glisse sous la plaque eurasienne à une vitesse d'environ 4 cm par an. En général, il y a eu de grands tremblements de terre le long du creux tous les 100 à 150 ans.

DONET 1 comprend également une série de sismomètres, des inclinomètres et des indicateurs de déformation qui ont été installés dans une fosse à 980 mètres sous un centre de tremblement de terre connu dans la fosse de Nankai. Les capteurs de la fosse et du fond marin au-dessus sont tous reliés dans un réseau de câbles qui envoie des observations en temps réel aux stations de surveillance ainsi qu'aux gouvernements locaux et aux entreprises.

Essentiellement, s'il y a un mouvement suffisamment important pour provoquer un tremblement de terre et un tsunami, les capteurs le signaleront. Les chercheurs de JAMSTEC ont mené des études qui montrent que le réseau DONET pourrait détecter un tsunami à venir jusqu'à 10 à 15 minutes plus tôt que les stations de détection terrestres le long de la côte. Ces minutes supplémentaires pourraient signifier sauver des milliers de vies.

"L'un des principaux objectifs ici est de fournir un système d'alerte précoce aux tsunamis, " a déclaré Nakamura. "Nous avons collaboré avec les gouvernements locaux pour établir cela."

D'autres applications une possibilité

Landrø dit qu'il pense que l'utilisation de techniques d'imagerie sismique 4-D pourrait également être utilisée avec les données collectées par tous les capteurs DONET.

L'approche DONET, ou une variante de celui-ci, pourrait également être utile à l'avenir alors que la Norvège et d'autres pays envisagent d'utiliser des réservoirs de pétrole pour stocker le CO2. L'une des principales préoccupations concernant le stockage du CO2 dans des réservoirs sous-marins est de surveiller la zone de stockage pour s'assurer que le CO2 reste en place. Un système de surveillance de type DONET pourrait être intéressant ici, dit Landr.

Landrø dit également qu'il pense que les techniques de l'imagerie sismique 4-D pourraient être utilisées avec les données collectées par tous les capteurs DONET pour obtenir une meilleure compréhension de l'évolution de la zone au fil du temps.

DONET "est une donnée passive, écouter le rock, " a déclaré Landrø. "Mais ici, vous pouvez également utiliser certaines des mêmes techniques que pour l'analyse 4-D pour en savoir plus."