Indicateurs stratigraphiques des paléoséismes

Pour identifier les ruptures sismiques dans une tranchée, il est indispensable de chercher des indicateurs stratigraphiques ou structuraux attestant d’un événement sismique, et de s’assurer de ne pas mélanger ce qui est d’origine tectonique et ce qui est d’origine non tectonique. Par exemple, dans le cas de la tranchée qui a été ouverte au travers de la faille d’Avdar, les déformations cryogéniques (par exemple:

fentes de contraction thermique) résultant des cycles de gel/dégel du sol sont

distribuées sur toute la tranchée. Les indicateurs peuvent être:

x terminaison supérieure de la rupture (événement horizontal = ancienne surface du sol au moment de la rupture): c’est la première évidence à chercher dans les unités stratigraphiques; elle indique le dernier séisme (Figure 1-18: A). Dans certains cas, quand l’érosion affecte la surface de sol après la rupture (le séisme), on ne peut pas considérer cette surface comme événement horizon. Pour assurer que la rupture avec une terminaison supérieure est sismique, il faut identifier cette rupture sur la même unité stratigraphique dans plusieurs sites le long de la tranchée et sur les deux murs, ou regarder si elle est associée avec des fissures ou un colluvium escarpement.

x Discordance angulaire: un séisme peut causer l’inclinaison des couches vers la faille (Figure 1-18: B), mais l’origine de cette discordance peut être non tectonique, par exemple l’inclinaison des couches due au ‘’creep’’ asismique ou dynamique fluviale.

x Coin colluvial: ce type de dépôt se forme quand la faille est associée à un escarpement (composante verticale réelle ou apparente due à un mouvement latéral), avec ‘’free face’’. Ce coin se dépose au niveau de cet escarpement et est associé à son collapse et son érosion. C’est une bonne indication d’un événement sismique (Figure 1-18: C).

x Fissures et injection de sable: ce sont d’excellents indicateurs des paléoséismes. Les fissures sont remplies par des sédiments de la couche supérieure ou par le sable injecté. Les injections de sable sont éoliennes et ce dernier était à la surface au moment du séisme. Le mieux est que ces indicateurs soient associés aux déplacements co-sismiques pour assurer leur origine sismique (Figure 1-18: D et E).

x Liquéfaction: lors du séisme, les sédiments sableux saturés d’eau se liquéfient (passent d’un état solide à un état liquide dû à la variation de la pression interstitielle induite par le passage des ondes sismique) (Figure 1-18: F).

x Croissance des déplacements vers le bas: c’est un marqueur d’un ou de multiples séismes. C’est cependant difficile à identifier quand la faille est décrochante et que les dépôts ne sont ni planaires, ni horizontaux, ni continus. Les déplacements en tranchée ne sont, sauf cas particuliers, que des déplacements apparents. Il est donc préférable de chercher des indicateurs d’événements sismiques.

L’estimation de l’aléa sismique dans une région nécessite la connaissance du temps de récurrence de forts séismes. Le temps de récurrence est l’intervalle entre deux séismes le long du même segment de la faille. La tranchée paléosismologique permet d’identifier les paléoséismes. Une fois que l’indicateur stratigraphique est identifié dans la tranchée, le niveau stratigraphique qui était à la surface pendant le séisme peut être aussi identifié, ce niveau indiquant l’horizon de l’événement. Puis, chaque horizon d’évènement doit être daté pour contraindre l’âge de paléoséismes ; cela se fait en datant les sédiments au-dessus et au-dessous de l’horizon. Ainsi, la

Figure 1-18: Indicateurs stratigraphiques de paléoséismes. Les unités stratigraphiques dans ces exemples sont affectées par un séisme le long de la faille (ligne noire épaisse) ou du dike. A : la terminaison supérieure de la rupture décale les couches et est recouverte par des unités non déformées (âge du séisme compris entre ceux des couches déformées et

des couches non déformées) ; B : escarpement de faille érodé et recouvert parޙun dépôt en

discordance (âge du séisme entre dépôts supérieurs et dépôt en discordance); C : escarpement de faille érodé recouvert par un « coin colluvionnaire » (âge du séisme entre dépôts supérieurs et dépôt du "coin colluvionnaire") ; D : faille qui se termine près de la surface par une fissure remplie par des colluvions issus de la surface (âge du séisme entre dépôt supérieur et dépôt des colluvions dans la fissure) ; E : dike de sable injecté le long de la faille et injection de sable en surface (sand blow) puis recouvert de dépôts plus récents ; F couches déformées dues à la secousse et à la liquéfaction (d’après Allen, 1986 et modifié par Burbank et Anderson, 2001).

tranchée permet de construire une chronologie de l’histoire sismique de la faille. Cependant, plusieurs difficultés existent.

Si le nombre de paléoséismes peut être déterminé à partir d’une analyse de la tranchée, des difficultés peuvent être rencontrées :

- par exemple, quand les déformations co-sismiques sont affectées par des

déformations cryogéniques, comme c’est le cas de la faille d’Avdar étudiée dans cette thèse ;

- lorsque les séismes ne sont pas datés exactement, on essaiera de dater les

sédiments ou le marqueur géomorphologique affecté par la faille. Cela entraîne une certitude sur l’âge des paléoséismes.

Aussi, une bonne estimation du nombre de paléoséismes qui se sont produits sur la faille est difficile quand:

- La tranchée n’est pas creusée assez profondément, à cause de présence de

l’eau (par exemple) comme c’est le cas de la région étudiée dans cette thèse. Dans ce cas le nombre d’évènements est limité.

- En présence de lacunes sédimentaires et d’érosion: une lacune sédimentaire

indique une interruption de la sédimentation, impliquant des discontinuités « temporelles » dans l’enregistrement sédimentaire ; une conséquence est que des séismes ne sont pas enregistrés dans les dépôts. Le processus de l’érosion cause le même problème.

- L’événement horizon est mal identifié: comme dans le cas de la terminaison

supérieure de la rupture, afin d’être sûr que la rupture est d’origine tectonique, il faut l’identifier sur la même unité stratigraphique dans plusieurs sites le long de la tranchée et sur les deux murs.

- Le décalage co-sismique est mal estimé : dans une tranchée ouverte sur une

faille décrochante, il est difficile d’estimer le décalage horizontal, qui est parfois confondu avec le décalage apparent.

- La précision de datation des dépôts : le nombre limité des échantillons, ou une

incertitude de la méthode de datation utilisée, entraine des mauvaises estimations de temps de récurrence.