Le tremblement de terre de Charleston en 1886 a été l’un des tremblements de terre les plus puissants à avoir frappé l’est des États-Unis, avec des secousses ressenties jusqu’à Boston, Chicago et la Nouvelle-Orléans. Depuis 1670, date à laquelle les Européens se sont installés pour la première fois à Charleston, la région n'a connu qu'une activité sismique mineure occasionnelle.

Alors que les répliques secouaient la région, des géologues et des ingénieurs se sont précipités sur le terrain, enregistrant des notes détaillées et prenant des photographies des dégâts. Leurs observations ont capturé les perturbations du sol avec des détails impressionnants, mais les scientifiques n'ont pas encore pleinement compris la relation entre les tremblements de terre et les failles, ils n'ont donc pas été en mesure de reconstituer l'histoire complète.

"Le moment du séisme de Charleston était unique", a déclaré Susan Hough, sismologue à l'United States Geological Survey (USGS). "Si cela s'était produit 75 ans plus tôt, nous aurions eu moins de scientifiques formés et capables d'agir. Si cela s'était produit dix ans plus tard, les sismogrammes auraient probablement enregistré les secousses."

Plus d'un siècle après le séisme, Hough et Roger Bilham, chercheur scientifique à l'Université de Boulder, ont retracé la piste, en s'appuyant sur les archives originales et sur des tentatives plus récentes pour reconstituer l'histoire du séisme meurtrier.

"Bien qu'une douzaine de failles possibles aient été identifiées sous les marécages entourant Charleston, la faille réelle qui s'est rompue lors du tremblement de terre est restée un mystère", a déclaré Bilham.

Les recherches de l'équipe dans les documents historiques ont donné lieu à de nouvelles découvertes passionnantes sur le tremblement de terre de Charleston, depuis la faille qui pourrait en être responsable jusqu'à l'ampleur et la déformation du sol.

Leurs travaux, publiés dans une série de quatre articles en 2023 et 2024, fournissent un exemple de la manière dont les scientifiques peuvent utiliser des documents historiques pour dévoiler les couches d’autres mystères géologiques. Et à l'intérieur des plaques continentales, où l'activité sismique est moins fréquente, les travaux pourraient aider les communautés à mieux évaluer leur risque de futurs tremblements de terre.

Les preuves sur le terrain révèlent des failles

Hough et Bilham ont commencé leur enquête sur le tremblement de terre de Charleston en approfondissant les récits écrits de l'événement, y compris ceux d'Earle Sloan, un ingénieur minier qui a pris des notes et des mesures méticuleuses des dommages causés à trois voies ferrées rayonnant depuis Charleston. Ils soupçonnaient que les notes de Sloan contenaient des indices qui pourraient les aider à identifier la faille responsable du tremblement de terre.

Mais il y avait quelques obstacles qu'ils devaient d'abord surmonter.

"Convertir les chiffres en une histoire convaincante s'est avéré être un cauchemar", a expliqué Bilham. "Les notes de 1886 comportaient par inadvertance des erreurs de saisie et des fautes de frappe qui déplaçaient les positions des boucles sans discernement ici et là."

En 2022, l’équipe s’est rendue à Charleston dans l’espoir de dissiper la confusion. Ils se sont concentrés sur une section de la voie ferrée à Summerville où de graves perturbations de la voie avaient été signalées en 1886. Bilham a suggéré d'utiliser des méthodes GPS pour établir les emplacements des observations, que Sloan avait comptées à l'aide de bornes kilométriques ferroviaires.

À leur grande surprise, les scientifiques ont identifié un décalage de 4,5 mètres (14,8 pieds) vers la droite dans ce qui devrait être un kilomètre de voie en ligne droite. Au début, les scientifiques ne parvenaient pas à croire à l'ampleur du décalage, mais en lisant de plus près les notes de Sloan, ils ont découvert que lui aussi avait décrit un décalage au même endroit. Le décalage signifiait probablement qu'une faille sous les voies s'était déplacée. Les géologues modernes avaient identifié la faille de Summerville à cet endroit, mais personne ne l'avait liée au tremblement de terre de 1886.

"C'était un moment de hasard qui a ouvert une toute nouvelle dimension au projet", a déclaré Hough.

En examinant les cartes historiques de la région, Bilham et Hough ont également constaté que Summerville semblait s'être élevée d'un mètre (3,3 pieds) après le tremblement de terre, alors que les quais de Fort Dorchester, à proximité, étaient restés intacts depuis leur construction au 17e siècle. Les résultats ont confirmé que quelque chose d'important s'était produit près de Summerville en 1886.

Un nouveau modèle pour identifier le coupable

Pour identifier la faille responsable du tremblement de terre de Charleston en 1886, les scientifiques ont construit un modèle mathématique de rupture pour le mouvement sur la faille de Summerville qui pourrait expliquer à la fois les preuves archéologiques et géologiques, y compris le décalage correct des voies ferrées et le soulèvement à Summerville. P>

Bilham et Hough ont découvert que le mouvement le long d'une faille de Summerville orientée vers l'ouest pourrait expliquer pourquoi la ville est située plus haut que les marécages environnants. Le modèle indique une magnitude de 7,3, ce qui est cohérent avec la vaste zone « ressentie » du séisme et les estimations précédentes. Ils ont publié leurs résultats dans The Seismic Record en 2023.

"Il s'avère que vous pouvez assembler les pièces pour identifier la faille qui a causé le tremblement de terre et proposer un modèle détaillé de la manière dont la faille s'est rompue", a déclaré Hough. "C'était la première fois que quelqu'un faisait cela pour le tremblement de terre de Charleston."

Après avoir identifié le coupable potentiel, Hough et Bilham ont ensuite reporté leur attention sur les impacts sur le terrain. En utilisant l'emplacement de la faille, ils ont simulé à quoi auraient pu ressembler les secousses à différents endroits et ont comparé les résultats aux observations des anciens enregistrements. La comparaison, publiée dans le Bulletin de la Seismological Society of America en janvier 2024, soutient la magnitude proposée de 7,3.

Les pistes déformées préservent les ondes sismiques

Bilham a continué à fouiller dans les documents historiques pour comprendre pourquoi les voies ferrées à 20 miles de Summerville avaient été déformées et déchirées.

"C'était une entreprise monumentale", a déclaré Hough. "C'était comme si Sloan avait passé le flambeau à Roger à travers les âges."

Une vieille photographie, prise le lendemain du tremblement de terre de Charleston, montrait ce qui semblait être un décalage de la voie ferrée à l'endroit où elle traversait un marécage de basse altitude. De nombreux scientifiques ont utilisé la photo pour déduire des failles dans la région.

Les scientifiques ont construit une vue virtuelle en 3D de la voie ferrée déformée en utilisant des mesures précises d'un millier de points sur la photo originale, qui avait survécu dans les archives du musée de Charleston. Le travail a conduit à une autre réalisation étonnante :les voies déformées autour de Charleston avaient collectivement enregistré la contraction et la compression des ondes sismiques provenant de l'épicentre du tremblement de terre.

"Nous avons pu montrer que des boucles se produisaient partout où la ligne avait été comprimée plus que ce qui était permis par ses joints de dilatation, et que la ligne s'était séparée là où les boulons de dilatation s'étaient cassés", a déclaré Bilham.

Le travail a également été publié dans le Bulletin de la Seismological Society of America. .

Vue d'ensemble

Les efforts de Hough et Bilham montrent que même après 137 ans, les scientifiques peuvent encore apprendre de nouvelles choses sur le tremblement de terre de Charleston et contribuer à une compréhension plus large de l'activité sismique dans la région.

"Charleston est une brique dans le mur", a déclaré Hough. "Maintenant, nous comprenons qu'il s'agit d'un événement en un seul endroit, mais il reste encore beaucoup de travail à faire pour reconstituer la situation dans son ensemble."

Les tremblements de terre intraplaques comme celui de Charleston diffèrent de leurs homologues, qui se produisent lorsque de gros morceaux de la croûte terrestre se frottent les uns contre les autres. Il n’existe pas de modèle unique pour expliquer pourquoi ils se produisent et, souvent, chaque événement nécessite une enquête unique. Mais Hough espère que leurs travaux inciteront les scientifiques à approfondir leurs recherches sur le passé et le futur.

"Il y a une tendance à supposer que toutes les connaissances se trouvent sur Internet et sont facilement accessibles", a déclaré Hough. "Nos efforts confirment à quel point il peut être utile de prendre en compte les sources de données originales poussiéreuses."