Après le tremblement de terre de Kumamoto (Japon), une élévation anormale du niveau des eaux souterraines a été perceptible dans la zone de recharge du système d'écoulement des eaux souterraines à grande échelle dans la région de Kumamoto. Crédit :Professeur agrégé Takahiro Hosono
Des augmentations des niveaux et des volumes des eaux souterraines après de grands tremblements de terre ont été observés dans le monde, mais les détails de ce processus sont restés flous en raison d'un manque de données sur les eaux souterraines directement avant et après un tremblement de terre. Heureusement, des chercheurs des universités Kumamoto et Kwansei Gakuin (Japon) et de l'UC Berkley (États-Unis) ont réalisé qu'ils avaient une opportunité de recherche unique pour analyser les changements de niveau des eaux souterraines autour de la ville de Kumamoto après que de grands tremblements de terre ont frappé la région en 2016.
Modifications de l'environnement hydrologique après un séisme, comme des étangs ou des puits qui s'assèchent, l'apparition soudaine d'eau courante, ou une élévation des niveaux d'eau ont été enregistrées depuis l'époque romaine. Diverses théories ont été proposées pour la cause de ces changements, telles que les fluctuations de la pression de l'eau interstitielle (la pression des eaux souterraines retenues dans les pores ou les interstices des roches et du sol), augmentation de la perméabilité à l'eau, et le mouvement de l'eau à travers de nouvelles fissures.
Pour identifier la cause réelle, les données doivent être collectées à partir de sites d'observation dans des puits, sources d'eau, et rivières. Cependant, surtout dans le cas de tremblements de terre intérieurs, il est généralement rare que ces sites soient disposés spatio-temporellement dans une zone où un grand séisme s'est produit. En outre, il est encore plus rare d'avoir suffisamment de données pour comparer avant et après la catastrophe. Ces difficultés ont été un obstacle à l'obtention d'une image claire de la façon dont les environnements hydrologiques changent après les tremblements de terre.
Ville de Kumamoto, sur l'île de Kyushu, au sud du Japon, est célèbre pour son eau. Près de 100 % de l'eau potable de la ville provient des eaux souterraines de la région. Il existe donc de nombreux puits d'observation dans la région qui enregistrent en permanence les données sur le niveau et la qualité de l'eau. Au petit matin (heure japonaise) du 16 avril, 2016, un séisme de magnitude 7,0 a frappé la ville, ce qui a entraîné une multitude de données sur les eaux souterraines avant et après le séisme. Les chercheurs de l'Université de Kumamoto ont reconnu cette opportunité unique d'évaluer comment les tremblements de terre peuvent modifier les environnements hydrologiques plus en détail que jamais auparavant, ils ont donc établi une collaboration internationale pour étudier l'événement.
Avant le tremblement de terre, Les eaux souterraines de la région de la ville de Kumamoto avaient de larges caractéristiques de composition isotopiques stables qui comprenaient des sources de montagne à faible altitude, recharger les eaux du sol de la zone, et les eaux de la rivière Shirakawa (cadre noir de b, c). Crédit :Professeur agrégé Takahiro Hosono
Une élévation anormale du niveau des eaux souterraines s'est produite après le choc principal et était particulièrement visible dans la zone de recharge du système d'écoulement des eaux souterraines. Les niveaux d'eau ont culminé moins d'un an après le choc principal à environ 10 mètres et, même si ça s'est calmé par la suite, les niveaux d'eau étaient encore élevés plus de trois ans plus tard. On pensait que cela était dû à un afflux d'eau d'un endroit ne faisant pas partie du cycle hydrologique d'avant le séisme, les chercheurs ont donc tenté de déterminer les sources en utilisant des rapports isotopiques stables de l'eau.
Les rapports d'isotopes stables de l'eau à la surface de la Terre changent légèrement avec divers processus (évaporation, condensation, etc.) de sorte qu'ils deviennent des valeurs de marqueur uniques en fonction de l'emplacement. Ces marqueurs permettent de déterminer les processus qui ont affecté un échantillon d'eau ainsi que sa source.
Une comparaison des ensembles avant et après de rapports d'isotopes stables a révélé que, avant le tremblement de terre, les eaux souterraines de la région de la ville de Kumamoto provenaient principalement des aquifères des montagnes de basse altitude, l'eau du sol dans les zones de recharge, et les infiltrations de la région centrale de la rivière Shirakawa. Après le tremblement de terre, les chercheurs pensent que les fractures sismiques du côté ouest du mont Aso ont augmenté la perméabilité de l'aquifère de la montagne qui a libéré des eaux souterraines vers la zone de recharge du système d'écoulement et augmenté les niveaux d'eau. Par ailleurs, les niveaux des eaux souterraines dans la zone d'écoulement qui avaient baissé immédiatement après le choc principal ont été presque rétablis en un an seulement.
"Notre recherche est la première à capturer en détail les changements de l'environnement hydrologique causés par un grand séisme, " a déclaré le directeur de l'étude, le professeur agrégé Takahiro Hosono. " Le phénomène que nous avons découvert peut se produire n'importe où sur Terre dans des régions dont le climat et les conditions géologiques sont similaires à ceux de Kumamoto. Nous espérons que nos recherches seront utiles à la fois pour les universitaires et pour l'établissement de lignes directrices pour l'utilisation régionale de l'eau en cas de catastrophe."
