À propos du séisme d'Haïti du 12 janvier 2010, replacé dans le contexte tectonique des Caraïbes

L'île d'Hispaniola est située à la frontière des plaques tectoniques Caraïbes et Amérique du Nord. Ces plaques se déplacent l'une par rapport à l'autre à la vitesse d'environ 2 cm/an. Ces déplacements sont pris en compte par des mouvements sismiques localisés essentiellement sur deux zones de failles actives majeures, au sein d'une large zone de déformation en bordure de la plaque Caraïbes (Figure 1).

Source - © 2010 Bernard Mercier de Lépinay

Figure 1. La plaque tectonique Caraïbes et les plaques voisines

La plaque tectonique Caraïbes elle-même montre des déformations internes importantes, notamment marquées par les fronts chevauchants (subductions naissantes) de Colombie-Venezuela, de Panama et de Muertos, au Sud d'Hispaniola. En particulier, sur sa bordure Nord, cette plaque tectonique montre une large zone de déformation en limite de plaque.

Sur l'île d'Hispaniola elle-même, la faille la plus importante en terme de quantité de déplacement estimé est celle du Nord (Septentrional Fault), qui traverse le Nord de la République dominicaine, puis passe juste sous la ville du Cap-Haïtien, entre l'île de la Tortue et Haïti, traverse le Passage du Vent pour ensuite longer le Sud de l'ancienne province de l'Oriente de Cuba (Figure 2).

Source - © 2010 Bernard Mercier de Lépinay

Figure 2. Cadre géodynamique détaillé de l'île d'Hispaniola

On remarque les deux zones de failles importantes, au Nord et au Sud, sur lesquels de nombreux séismes historiques importants ont eu lieu. On distingue parfois une "micro-plaque de la Gonâve", pour tenir compte des déplacements horizontaux (senestres) présents sur les deux zones de faille.

L'autre faille très importante, qui intéresse surtout le territoire haïtien, et celle qui est appelée Enriquillo-Plantain Garden Fault Zone (EPGFZ), (ou encore faille Petionville-Tiburon, ou décrochement senestre Sud-haïtien). Elle prend en écharpe l'ensemble de la presqu'île du Sud d'Haïti. Vers l'Est, elle passe en mer et rejoint l'Est de l'île de la Jamaïque, qu'elle borde au Sud (plaine de Plantain Garden). Vers l'Ouest de la frontière entre Haïti et la République dominicaine, dans la plaine d'Enriquillo, la faille EPGFZ vient se terminer contre un accident d'une toute autre nature, le front de Muertos qui passe ensuite en mer, au Sud de la République dominicaine. Il ne s'agit plus d'un accident accumulant un déplacement uniquement horizontal, mais d'un front chevauchant, certes très oblique. Le long de ce front, le fond océanique caraïbe cherche à s'enfoncer sous le bloc continentalisé de l'île d'Hispaniola dans ce qui est en quelque sorte une subduction naissante, extrêmement oblique. En toute rigueur, ce n'est pas sur cette faille Sud que l'on peut situer la limite de plaque Amérique du Nord/Caraïbes, mais cette faille est un élément majeur de la large zone de déformation (NCPBZ, North-Caribbean Plate Boundary Zone) en limite de plaque.

Les déplacements étant très concentrés le long de ces deux zones de failles, la notion de « microplaque de la Gonâve », pour désigner la partie située entre ces deux fractures majeures, est parfois utilisée (Figure 2, Figure 3).

Source - © 2010 Bernard Mercier de Lépinay Figure 3. Représentation schématique 3D des relations tectoniques entre la faille d'Enriquillo-Plantain-Garden, portée par la plaque Caraïbes, et le bloc continentalisé (chaine ancienne résultant de la collision d'arcs insulaires d'âge crétacé) d'Hispaniola

Source - © 2010 E. Calais, 2008 Figure 4. Déplacement mesuré de stations GPS, en considérant la plaque Caraïbes fixe Sur cette figure, on a reporté le déplacement mesuré de stations GPS, en considérant la plaque Caraïbes fixe, pour mettre en valeur les déformations internes à la plaque. Le déplacement total Caraïbes/Amérique du Nord est de 20 mm/an, répartis entre les différentes failles de la zone de limite de plaque.

D'un point de vie cinématique, les mesures GPS réalisées récemment par l'équipe de E. Calais (Purdue University, Indiana, USA) ont montré qu'on pouvait estimer qu'environ 7(±4) mm/an de déplacement latéral s'accumulait sur la faille Sud, alors qu'il semble s'en accumuler 9(±2) mm/an sur la faille Nord (Figure 5).

Source - © 2010 E. Calais, 2008

Figure 5. Répartition des quantités de déplacement des plaques mesurées par des campagnes GPS sur le territoire de la République dominicaine

E. Calais, 2008. Risque Sismique en Haïti : Fondements Scientifiques et Nature du Risque, conférence présentée à Port-au-Prince.

Ces deux zones de failles ont été le lieu de séismes historiques majeurs. Ces failles résistent d'abord au déplacement inexorable des plaques en accumulant de l'énergie élastique pendant plusieurs dizaines, ou centaines d'années, avant de céder et de relâcher brutalement toute cette énergie.

Pour ce qui est de la partie haïtienne, la faille d'Enriquillo-Plantain Garden (Figure 6) est depuis longtemps identifiée comme une zone de risque de premier ordre. Déjà, Moreau de Saint-Méry, (Description topographique, physique, civile, politique et historique de la partie française de l'isle Saint-Domingue, Philadelphie, Paris, Hambourg, 1797-1798) décrit avec force détails comment les villes du pays (Port-au-Prince et Léogâne) avaient été complètement détruites lors de séismes catastrophiques, respectivement en 1751 et 1770. À son extrémité jamaïcaine, on peut aussi se souvenir de la complète destruction en juin 1692, de Port-Royal, la capitale des Caraïbes britanniques : la ville détruite s'est trouvée engloutie par les flots, et a du être reconstruite ailleurs, sous le nom de Kingston. Depuis, la zone est régulièrement le lieu de séismes. En 1862, un séisme majeur (M>7 estimé) s'était d'ailleurs produit au centre de la presqu'île du Sud.

Source - © 2010 E. Calais, 2008

Figure 6. La faille Enriquillo-Plantain Gardendans sa partie orientale, au travers de l'ensemble de la Presqu'île du Sud d'Haïti

Les enregistrements des stations mondiales concernant ce séisme semblent indiquer que le tronçon de faille activé se trouve en gros entre Carrefour et Léogâne, allant peut-être un peu plus vers l'Ouest, selon la répartition actuellement connue des répliques (nombreuses) du séisme. Il correspondrait à la rupture d'environ 60 à 80 km de faille, à une vingtaine de kilomètres à l'Ouest de Port-au-Prince, et à une profondeur de l'ordre de 10 (12?)km, ce qui est très peu, et explique l'important mouvement du sol généré en surface, et donc les destructions importantes. Les modélisations de mouvement du sol effectuées confirment un déplacement maximal autour de la ville de Léogâne, ce qui est hélas confirmé par les nouvelles qui nous parviennent de cette ville (détruite à près de 90%).

Toutes les modélisations préliminaires effectuées confirment que le plan de mouvement est celui de la faille, orienté N80°, presque verticale. La plupart des modélisations calculent un plan penté légèrement vers le Nord (70/75°), quelques-unes vers le Sud.

Martin Vallée, chercheur de l'IRD à Géoazur (Université de Nice-Sophia-Antipolis) décrit les signaux reçus ainsi : « Grand tremblement de terre transpressif superficiel (Mw=7.2-7.3). L'événement apparaît complexe. Il commence par une première relaxation pendant à peu près 10s (équivalent à Mw 7.1). À peu près 60s après l'initiation de la rupture, on repère une autre source d'émission, qui augmente le moment sismique. Au total, la durée globale du tremblement de terre est d'environ 75s ». Le plan de mouvement, situé entre 0 et 13,7 km de profondeur aurait une direction N255 (= N75) et un pendage d'environ 72° vers le N (Figure 7).

Source - © 2010 M. Vallée : IRD, Géoazur

Figure 7. Analyse des signaux enregistrés correspondant au séisme d'Haïti

Une question revient souvent dans les commentaires à propos de ce séisme : la faille semble s'arrêter droit sur la frontière, et épargner ainsi la République dominicaine. En effet, le tracé historique de la faille traverse la frontière, puis une petite partie de la plaine d'Enriquillo, pratiquement déserte (en dessous du niveau de la mer), mais s'arrête presque aussitôt, à moins de 10 km de la frontière. En réalité, c'est la frontière que les développements de l'histoire ont placée sur une caractéristique topographique (les lacs saumâtres qui occupent le fond de cette plaine située sous le niveau de la mer), qui découle elle-même de particularités géologiques : la prise en relais des accidents décrochants (dont EPGFZ) par un front de subduction naissant (Muertos), passant très vite en mer, au large de Barahona. Les conséquences sismologiques du type de structure présent au large de la République dominicaine ne sont pas à négliger, mais elles procèdent d'un mécanisme différent, qui n'est pas celui qui était en jeu lors du séisme du 12 janvier 2010. D'ailleurs, le risque sismique qui prévaut en République dominicaine, en particulier lié à la faille Nord, mais aussi à la subduction Sud, découle également d'un aléa très important, et, historiquement, ce pays n'a pas non plus été épargné.

En Haïti donc, cette faille et ses dangers immenses, au moins dans ses grandes lignes, était bien connus, même si l'absence de réseau sismologique moderne, dans un pays depuis longtemps en crise, et dans lequel régnait une très grande pauvreté, n'avait pas permis d'en identifier tous les détails. Comme le faisait remarquer en 2008 M. Claude Prépetit, Conseiller Technique au Bureau des Mines et de l'Énergie d'Haïti, dans une conférence destinée à faire prendre conscience du grand danger que représentait cette faille, il est effet important de remarquer qu'un aléa sismique élevé ne correspond pas systématiquement à un risque sismique élevé si cet aléa sismique est bien maîtrisé et si des mesures de prévision et de prévention sont envisagées pour atténuer efficacement le risque. En s'appuyant sur des travaux d'étude d'aléa sismique en Haïti coordonnés par Éric Calais, il cherchait alors à alerter l'opinion et les responsables sur l'impréparation de la population face aux séismes et des institutions chargées d'intervenir en cas de catastrophe. En effet, on ne peut pas empêcher un tremblement de terre de se produire, car c'est un phénomène naturel. Par contre, sur la base des données fournies par l'évaluation de l'aléa, il est possible de limiter les dégâts, d'atténuer les impacts en réduisant la vulnérabilité de la population et du bâti, et en garantissant les conditions d'une intervention rapide et efficace des secours.

Le site concernant l'analyse des signaux du séisme d'Haïti par le laboratoire Géoazur, Université de Nice-Sophia Antipolis

E. Calais, Y. Mazabraud, B. Mercier de Lépinay, P. Mann, G.S. Mattioli, P.E. Jansma, 2002. Strain partitioning and fault slip rates in the northeastern Caribbean from GPS measurements. Geophys. Res. Letters, 29(18), 1856, DOI: 10.1029/2002GL015397

P. Mann, E. Calais, J.-C. Ruegg, C. DeMets, T.H. Dixon, P.E. Jansma, G.S. Mattioli, 2002. Oblique collision in the northeastern Caribbean from GPS measurements and geological observations. Tectonics, 21(6), 1057. DOI: 10.1029/2001TC001304

S.T. Ali, A.M. Freed, E. Calais, D. Manaker, W.R. McCann, 2008. Coulomb stress evolution in Northeastern Caribbean over the past 250 years due to coseismic, postseismic and interseismic deformation. Geophys. J. Int., 174-3, 904-918. DOI: 10.1111/j.1365-246X.2008.03634.x

D.M. Manaker, E. Calais, A.M. Freed, S.T. Ali, P. Przybylski, G. Mattioli, P. Jansma, C. Prépetit, J.B. de Chabalier, 2008. Interseismic Plate coupling and strain partitioning in the Northeastern Caribbean. Geophysical Journal International, 174-3, 889-903. DOI : 10.1111/j.1365-246X.2008.03819.x

C. Prépetit, 2002. Conditions sismotectoniques dans l'île d'Hispaniola. Registres historiques, entourage et conséquences pour la société.