Les habitants de l'Oklahoma ne sont pas étrangers aux caprices de Mère Nature. Des tornades et des inondations aux incendies de forêt et aux tempêtes hivernales, l'État voit plus que sa part de risques naturels. Mais avant 2009, « terra firma » en Oklahoma signifiait exactement cela – les tremblements de terre ont rarement ébranlé l'État.

Puis, après des décennies de calme sismique où l'état a en moyenne moins de deux séismes de magnitude 3 ou plus par an, L'Oklahoma a soudainement vu une forte hausse, à 20 de ces tremblements de terre en 2009. En 2013, il y a eu 109 de ces tremblements de terre. Depuis, les chiffres ont grimpé en flèche, atteignant 903 en 2015 avant de plonger l'année dernière à 623. Dans la foulée, L'Oklahoma a dépassé la Californie pour devenir le plus actif sismiquement des 48 États américains inférieurs.

En 2011, un séisme de magnitude 5,7 et deux séismes connexes de magnitude 5,0 se sont produits près de la ville de Prague en Oklahoma, causant des dommages et des blessures. Puis le 3 septembre dernier, un séisme de magnitude 5,8 a frappé quelques miles au nord-ouest de la ville de Pawnee, population 2, 200. Ce tremblement de terre, qui s'est produit sur un défaut précédemment non mappé, était le plus fort jamais mesuré par des instruments en Oklahoma. Il a secoué une grande partie du centre-nord de l'Oklahoma et a été ressenti dans tout le Midwest et jusqu'à Phoenix et Pittsburgh.

Une histoire de détective sismique, Avec satellite

Avant même que la NASA n'étudie le tremblement de terre de Pawnee, des études publiées depuis la fin de l'année dernière par le United States Geological Survey et d'autres institutions suggèrent que le tremblement de terre a été provoqué par l'homme en raison de l'augmentation des injections d'eaux usées liées aux opérations pétrolières. Les puits d'injection placent des fluides sous terre dans des formations géologiques poreuses, qui, selon les scientifiques, peuvent parfois pénétrer dans des failles enfouies prêtes à glisser.

Pour faire la lumière sur la source du séisme de Pawnee, une équipe dirigée par le géophysicien Eric Fielding du Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, Californie, utilisé des données sismiques améliorées et une analyse d'images satellite pour estimer plus précisément l'emplacement et l'étendue de la faille responsable du séisme, son hypocentre (le point sous la surface de la Terre où le séisme a commencé) et ses répliques, et de mesurer comment la faille s'est déplacée. Les résultats de leur étude ont été publiés récemment dans Lettres de recherche sismologique .

Pour aider à déterminer quelle faille s'est rompue et où le séisme principal a commencé, L'équipe de Fielding a mis à jour les emplacements des tremblements de terre publiés dans un catalogue de répliques de l'Oklahoma Geological Survey. Le catalogue comprenait près de 2, 200 tremblements de terre de magnitude supérieure à 1,0 à environ 50 kilomètres du choc principal du 3 septembre.

Autour de Pawnee, les principales failles sont orientées dans une direction nord-est ou nord. Mais la plupart des répliques du séisme du 3 septembre se sont produites le long d'une ligne orientée est-sud-est à partir de l'épicentre. Comme indiqué dans des études antérieures et confirmé par l'équipe de Fielding, cela a indiqué aux scientifiques que le choc principal ne s'était pas produit sur une faille précédemment cartographiée, mais sur une nouvelle faille appelée la faille du lac plus tôt.

Pour déterminer quelles parties de la faille ont glissé lors du séisme, L'équipe de Fielding a analysé les données du radar interférométrique à ouverture synthétique (InSAR) des satellites Copernicus Sentinel-1A et Sentinel-1B exploités par l'Agence spatiale européenne et McDonald, Satellite RADARSAT-2 de Dettweiler and Associates Ltd. L'équipe a comparé les données InSAR de plusieurs passages supérieurs de satellites avant et après le choc principal pour créer des images de déformation du sol connues sous le nom d'interférogrammes. Le séisme de Pawnee est le premier séisme de l'Oklahoma à être observé à l'aide de données satellitaires radar.

"Les satellites radar nous permettent d'étudier les détails des séismes sur des failles qui n'ont pas été cartographiées auparavant et n'atteignent pas la surface, " Fielding a déclaré. "Cela nous permet d'en apprendre davantage sur les processus qui causent les tremblements de terre."

Les interférogrammes créés par l'équipe à partir des données InSAR ont montré que le sol s'est déformé selon un schéma compatible avec un glissement le long d'une faille orientée est-sud-est. Les interférogrammes ont également montré que le séisme n'a pas rompu la surface de la Terre, conforme aux rapports de terrain.

Voir l'invisible :créer des modèles informatiques d'une faille enfouie

L'équipe de Fielding a ensuite saisi la réplique et les données InSAR dans un ordinateur pour créer des modèles de l'emplacement probable de la faille et des parties de la faille qui ont glissé pendant le séisme.

Leur modèle préféré de la faille du lac Sooner calcule qu'elle plonge verticalement et mesure 18 kilomètres de long et 15 kilomètres de large. Le modèle calcule également que le mouvement sur la faille a eu lieu à plus de 1,4 miles (2,3 kilomètres) sous la surface, et que les parties qui ont le plus bougé étaient situées à plus de 2,8 milles (4,5 kilomètres). Ces découvertes sont cohérentes avec une rupture de faille principale se produisant dans la roche du socle cristallin sous des couches de roche sédimentaire plus peu profondes.

Des indices indiquent un séisme d'origine humaine

Les résultats de l'équipe montrent que le choc principal a commencé à une profondeur d'environ 2,8 milles (4,5 kilomètres) sous la surface et s'est déplacé vers le bas jusqu'à une profondeur d'au moins 6,2 milles (10 kilomètres) et peut-être jusqu'à 8,7 milles (14 kilomètres), dans les roches du socle sous la couche sédimentaire. Cette direction de rupture vers le bas est inhabituelle pour les séismes naturels. La faille a glissé horizontalement d'environ 2 pieds (60 centimètres) à une profondeur de 7,5 milles (12 kilomètres).

"Nos résultats montrant une rupture de faille vers le bas sont cohérents avec un séisme d'origine humaine résultant de l'injection d'eaux usées, plutôt qu'un séisme d'origine naturelle, " dit Fielding.

Fielding a déclaré que la recherche pourrait aider à mieux gérer la sismicité induite. "En comprenant comment et où les séismes sont induits par l'injection d'eaux usées, nous pourrons peut-être atténuer leur risque en identifiant les zones à éviter pour l'injection, " il a dit.

La mission NASA-ISRO SAR (NISAR), lancement prévu en 2021, peut aider les scientifiques à identifier les failles responsables des tremblements de terre et à en savoir plus sur leurs causes, à la fois naturel et anthropique. Il fournira une couverture fréquente de toutes les zones terrestres deux fois tous les 12 jours.