Mots clés : séisme - tremblement de terre, mécansisme au foyer, aléa sismique, Alpes
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Le séisme du 11 novembre 2019, Le Teil (Ardèche)

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

Philippe Hervé Leloup

Laboratoire de Géologie de Lyon, Université Claude Bernard - Lyon 1

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

09/01/2020

Résumé

Contexte géologique du séisme du Teil, évaluation de l'aléa sismique et des forces à l'origine du tremblement de terre.


Un séminaire informel s'est tenu au Laboratoire de géologie de Lyon (LGLTPE) le 25 novembre 2019. P.H. Leloup y a présenté le contexte général et les premiers travaux réalisés par plusieurs équipes. Son matériel de présentation et ses travaux sont le point de départ de la rédaction de cet article.

Le séisme du 11 novembre 2019, à l'Ouest de Montélimar

Le lundi 11 novembre 2019 à 11h52, heure locale, la terre a tremblé dans les environs de Montélimar. Ce séisme a été ressenti jusqu'à environ 200 km au Nord (Lyon) et au Sud (Montpellier, Marseille). Il y a eu quelques blessés, des centaines de personnes déplacées et plusieurs centaines de maisons endommagées dont quelques-unes partiellement éboulées sur la commune du Teil et ses environs (à l'Ouest de Montélimar, sur la rive droite du Rhône) (cf., par exemple, Le Monde 11/11).

La magnitude du séisme a été rapidement estimée puis affinée. Une valeur de magnitude locale de l'ordre de ML~ 5,2 à 5,4 a été déterminée, et la magnitude de moment MW est de l'ordre de 5,0 ±0,1. Une très faible profondeur de l'épicentre a aussi été déterminée (1 à 3 km).

Quand un particulier ressent un “tremblement”, il peut se demander s'il s'agit d'un séisme, d'une explosion (accidentelle ou contrôlée dans une carrière voisine)… S'il a accès à internet, il peut rapidement consulter des sites (par exemple, RéNaSS) qui indiquent dans les minutes qui suivent s'il y a eu un séisme, où, ainsi que ses caractéristiques d'abord provisoires. Enseignants, si vous ressentez un léger tremblement de terre pendant un cours, pensez à faire ce type de TP “en direct” qui montrera à vos élèves ou étudiants comment accéder rapidement à des informations scientifiques accessibles à tous.

Contexte géographique et géologique, sismicité passée

Très rapidement, de premières déterminations de l'épicentre, de la magnitude et du mécanisme au foyer ont permis de localiser l'origine du séisme et son contexte géologique. De plus, les données radar du 12 novembre d'un satellite Sentinel 1 qui était passé précédemment le 06 novembre a permis la comparaison des données (interférométrie radar), la cartographie des mouvements de surface montrant une limite de rupture nette entre deux “blocs”, et la précision du secteur de l'épicentre.

Figure 1. Mécanisme au foyer du séisme du 11/11/2019 déterminé par inversion des formes d'ondes

Mécanisme au foyer du séisme du 11/11/2019 déterminé par inversion des formes d'ondes

L'un des mécanisme au foyer calculé. On a un mécanisme au foyer en compression NO-SE et donc un chevauchement avec, ici, une très légère composante en cisaillement. Les plans nodaux sont d'orientation ~N40°.


Figure 2. Interférométrie radar et localisation de la faille de rupture du 11/11/2019

L'un des premiers interférogramme publié sur Twitter grâce aux données des satellites Sentinel 1, comparaison des images prises les 6 et 12 novembre 2019.

L'interférométrie radar (InSAR) compare des images et cartographie les modifications de position par rapport au satellite. Cela permet de mettre en évidence les déplacements : quantité, direction (perpendiculaire aux franges colorées) et sens (selon l'”ordre” des couleurs). Dans le cas présent, l'interférogramme indique un déplacement d'un bloc Sud-Est vers le Nord-Ouest.

En combinant ces informations à celles du mécanisme au foyer, on en déduit que le séisme est un chevauchement légèrement cisaillant avec un épicentre sous le bloc chevauchant, donc au Sud-Est de la zone de rupture mise en évidence.

Voir aussi, entre autres, les images similaires de Raphael Grandin et Emmanuel Mathot.


La direction N30-40° sur la bordure Est du Massif Central, du bassin d'Alès au Vercors, est la direction bien connue de la faille des Cévennes. Cette faille, ou plutôt ce système de failles, a une histoire complexe. Il s'agit sans doute d’anciennes failles tardi-hercyniennes présentes dans le socle. Ces failles ont joué principalement en failles normales lors de la formation de l’océan alpin, puis en décrochements sénestres lors des évènements pyrénéo-provençaux pendant l’Éocène (ce mouvement décrochant est celui qui est indiqué sur la carte géologue au 1/1 000 000). Elles ont rejoué en failles normales pendant l’extension régionale oligocène. Une reprise en compression de certaines de ces failles normales depuis environ 20 Ma est localement décrite (cf. École de Terrain - Histoire tectonique de la faille des Cévennes , [Cevennes]).

Figure 3. Localisation du séisme du Teil, 11 novembre 2019 sur fond géologique de la carte de France

Le petit hexagone rouge, sur la bordure Sud-Est du Massif Central, localise la zone épicentrale.


Figure 4. Localisation régionale du séisme du Teil, 11 novembre 2019 sur fond géologique de la carte de France au millionième

Le petit cadre orange, sur la bordure Sud-Est du Massif Central, indique la position des premières déterminations de l'épicentre par les principaux organismes de surveillance sismique français et européens. À cette échelle, la zone de rupture déterminée par interférométrie radar est indiquée par le petit trait orange au Sud-Est du cadre et de l'inscription “Teil”. Les localisations “rapides” des divers organismes de surveillance sismique apparaissent donc situées sur le bloc chevauché… c'est-à-dire du mauvais côté de la faille.


Figure 5. Localisation du séisme du Teil, 11 novembre 2019, à l'Est de Montélimar, sur fond de carte géologique au 1/50 000

Le cadre rouge indique la zone épicentrale telle que déterminée par la collecte des premiers résultats de localisation de plusieurs organismes de recherche et de surveillance sismique, c'est-à-dire du mauvais côté de la zone de rupture déterminée par intérférométrie radar. La localisation de l'USGS place même l'épicentre encore plus loin, sur le plateau basaltique des Coirons (violet) dont on voit la bordure Sud-Est au Nord.

La cible jaune indique l'emplacement de la grande carrière LafargeHolcim.

Au Nord-Ouest de la carrière, le tracé orange correspond à la frontière, déterminée par interférométrie radar, entre les blocs ayant bougé lors du séisme. C'est le long de ce tracé que les études de terrain ont recherché des traces de surface du séisme. À cette échelle, ce tracé reprend celui d'une faille cartographiée, la faille dite de La Rouvière.


Figure 6. Localisation du séisme du Teil, 11 novembre 2019, à l'Est de Montélimar

Le cadre rouge indique la zone épicentrale telle que déterminée par la collecte des premiers résultats de localisation de plusieurs organismes de recherche et de surveillance sismique, c'est-à-dire du mauvais côté de la zone de rupture déterminée par intérférométrie radar.

La cible jaune indique l'emplacement de la grande carrière LafargeHolcim.

Au Nord-Ouest de la carrière, le tracé orange correspond à la frontière, déterminée par interférométrie radar, entre les blocs ayant bougé lors du séisme. C'est le long de ce tracé que les études de terrain ont recherché des traces de surface du séisme. À cette échelle, ce tracé reprend celui d'une faille cartographiée, la faille dite de La Rouvière.


Les données d'interférométrie radar permettent de tracer la faille ayant joué le 11 novembre, tracé qui se place sur la faille dite de La Rouvière (du nom d'un hameau de la commune du Teil). Le mécanisme au foyer en compression et l'attribution du séisme à la faille de la Rouvière implique un chevauchement du bloc Sud-Est vers le Nord-Ouest et donc un épicentre situé à l'Est de la faille et non pas à l'Ouest. Ce décalage systématique de quelques kilomètres de la localisation de l'épicentre est certainement lié au fait que les modèle de vitesses de propagation des ondes sismiques dans la croute utilisés par les sismologues sont erronés dans cette zone.

Le tracé “radar” de la faille de rupture a permis des missions fructueuses de recherches d'indices de déformation et de déplacement le long de ce tracé. Des photographies, mesures et relevés ont pu être faits et permettront des travaux postérieurs de recherche basés sur ces indices à récolter au plus tôt avant effacement.

Figure 7. Bourrelet affectant le bitume, bourrelet formé lors du séisme du 11 novembre 2019

Bourrelet d'environ 2m de long et de direction générale N30°. Déformation de surface affectant la route au niveau du hameau de la Rouvière sur la commune du Teil.

D'autres photographies d'indices de terrain sont publiées dans la Note sur le séisme du 11/11/2019 en Ardèche (Le Teil) [w3] et dans Séisme du Teil : rapport de la mission d'expertise du CNRS [w4].


Les différents indices relevés sur le terrain se situent bien sur le tracé “radar” de surface qui s'avère être déporté de quelques dizaines de mètres seulement à l'Est de la faille de la Rouvière dont des miroirs de failles sont visibles sur le terrain.

Figure 8. Sismicité historique de la région de Montélimar, localisation “rapide” (cadre rouge) de la zone épicentrale déterminée juste après le séisme du 11 novembre 2019, et zone de rupture déterminée par intérférométrie radar (trait jaune)

L'épicentre du séisme du Teil du 11 novembre 2019 se situe près du tracé jaune, du côté Sud-Est.

La ligne d'épicentres rouges proches (20 km) de l'épicentre du séisme du Teil correspond à la région du Tricastin. Il y a eu 3 “gros” séismes d'intensités 7 à 8 depuis le XVIIIe siècle ; un séisme dans la région de Montélimar-Le Teil n'est donc pas une “surprise”. Au Sud-Est de la carte, la seconde ligne rouge est proche de Manosque. Le séisme “rouge foncé” (le plus “fort”) daté de 1909 est celui de Lambesc (cf. Le séisme de Lambesc du 11 juin 1909 : contexte géologique et structural du dernier "gros" séisme de France métropolitaine ).


Figure 9. Schéma structural de la carte géologique d'Aubenas sur fond d'image satellite

À l'Est de la vue, la ville de Montélimar.

La ligne verte repère le trait de la coupe présentée ci-dessous. La faille de La Rouvière (numérotée “20”), dont une partie a été réactivée lors du séisme du 11/11/2019 (en rouge), traverse le trait de coupe.


Figure 10. Légende du schéma structural de la carte d'Aubenas


Figure 11. Coupe Nord-Ouest - Sud-Est à travers le système de failles des Cévennes, sur la carte d'Aubenas

Le prolongement Sud de la faille de la Rouvière (n°20) recoupe ce transect NO-SE. Cette faille à jeu cumulé “normal” a été réactivée en “inverse” lors du séisme du Teil du 11/11/2019.


Implications sur l'évaluation du risque sismique et questions sur la possibilité d'une origine anthropique indirecte

Deux questions principales ont rapidement émergé suite au séisme du Teil.

La première question découle de la proximité de deux centrales nucléaires dans un rayon d'une vingtaine de kilomètres autour de l'épicentre, avec le spectre de Fukushima qui est encore dans les esprits : il s'agit de la sécurité, pas seulement nucléaire, et de la carte du zonage sismique de la France.

La seconde question, permettant, pour certains, de détourner l'attention de la question sensible en France du nucléaire, et/ou, plus prosaïquement, de trouver un potentiel “coupable” pour payer les dégâts occasionnés, découle de la présence d'une carrière au Teil, carrière du groupe LafargeHolcim Ciments (indiquée sur les cartes topographiques et géologiques et bien visible sur les vues aériennes, figures 5 et 6) : il s'agit de savoir si l'extraction du calcaire et/ou les tirs de mines ont pu déclencher le séisme du 11 novembre 2019.

En ce qui concerne le risque et le zonage sismiques de la France , il est certain qu'une prochaine révision prendra en compte l'existence, la localisation et la magnitude du séisme du Teil. Le dernier zonage étant entré relativement récemment en application (le 1er mai 2011, cf. figure ci-dessous), il n'est pas certain qu'un nouveau soit envisagé sous peu. Même si c'était le cas, on remarque que Le Teil se trouve déjà en zone classée 3 sur 5 (sismicité modérée), la sismicité “forte” n'étant indiquée que pour les Antilles. Il est peu probable qu'une révision fasse passer cette région de sismicité avérée et connue en zone 4 (sismicité moyenne, indiquée pour des régions pyrénéennes, alpines ainsi que les alentours de Mulhouse). Mais cela pose la question plus générale des “indices” pris en compte pour déterminer ce zonage. Actuellement c'est plutôt une approche probabiliste qui est mise en œuvre, on se base sur les localisations, dates et magnitudes des séismes enregistrés ou reconstitués (séismes dits “historiques” dont les “récits” permettent d'estimer les épicentres et, d'après les dégâts décrits, les magnitudes) pour décrire la probabilité d'un séisme et sa gamme de puissance dans une région donnée. La prise en compte des systèmes de failles connus et cartés, ou du moins des failles potentiellement actives (cf. Jomard et al. , 2017 , pour une étude au voisinage de sites nucléaires), comme le sont les failles “décrochantes” (compression pyrénéenne) puis ”normales” (extension oligocène) du système de failles des Cévennes dont plusieurs sont connues comme ayant été reprises en “inverse”, pourrait éventuellement faire passer certaines régions au degré de sismicité supérieur.

À plus court terme, se pose légitimement la question d'un séisme majeur affectant l'une des centrales nucléaires à proximité (Cruas, Tricastin). En effet, suite au relâchement des contraintes sur la faille où le séisme s'est produit, les contraintes sont modifiées dans les zones adjacentes et peuvent déclencher un séisme sur une autre faille. Ce fait est rappelé dans le rapport d'experts du CNRS du 19 décembre 2019 [w4], mais la spécificité du séisme du Teil est alors soulignée : l'hypocentre est très superficiel (1 à 3 km) et le séisme a engendré des répliques peu nombreuses et de faibles magnitudes. Ceci laisse à penser que l'énergie du séisme a été fortement dissipée, certainement en lien avec la faible profondeur du foyer sismique (évacuation facilitée de l'énergie vers la surface) et la nature marneuse des terrains affectés (déformation aisée “absorbant” l'énergie qui ne va pas se propager plus loin et mettre sous contrainte d'autres portions de failles). Il semble donc que le séisme du Teil ne serait pas de nature à augmenter la probabilité d'un séisme à venir à proximité (ce qui ne signifie pas que la zone n'est pas sismique, mais seulement qu'un prochain séisme peu éloigné ne serait à priori pas lié à celui du 11 novembre 2019).

Figure 12. Zonage sismique de la France

Cette carte associe un niveau d'aléa sismique allant de 1 (très faible) à 5 (fort). C'est sur la base de ce zonage probabiliste que s'appliquent les normes parasismiques de construction associées à chaque degré de sismicité (pour les degrés 2 à 5).

À chaque degré correspond, par exemple, des accélérations maximales (horizontales et verticales) auxquelles les constructions doivent pouvoir résister (en fonction, aussi, du type de bâtiment) (cf. Règles parasismiques applicables aux bâtiments ).


Les experts mandatés par le CNRS [w4] se sont aussi penchés sur la potentielle origine anthropique du séisme du Teil. L'idée initiale est que l'excavation de calcaire aurait diminué le poids de la roche exercé sur le plan de la faille de La Rouvière toute proche, poids induisant une force verticale vers le bas et donc opposée à un fonctionnement inverse de la faille. Une telle idée est aussi à relier à la très faible profondeur du foyer du séisme, faible profondeur possiblement liée à une origine elle aussi superficielle, la carrière LafargeHolcim du Teil. L'origine anthropique avérée de séismes en lien avec une activité d'exploitation d'hydrocarbures (pétrole, gaz ou gaz de schiste avec fracturation hydraulique) ou de pompage de nappe phréatique, pouvait aussi appuyer cette suspicion. De plus, certaines déterminations de la position de l'épicentre du séisme placent ce dernier très près de la carrière [w4], ce qui signifie que l'hypocentre (le foyer) pourrait être situé à faible profondeur à l'aplomb de la carrière.

Le déclenchement d'un tremblement de terre directement par des explosions liées à l'exploitation peut être écartée par la nature des explosions effectuées, le décalage dans le temps entre les derniers tirs de mine et le séisme, et le fait que le lieu de déclenchement du séisme semble plutôt être au minimum à 1 km de la carrière.

Après reconstitution de la topographie initiale du site de la carrière et calcul du volume de roche extrait, la masse excavée a pu être estimée. D'après les calculs, la diminution de la force exercée sur le plan de faille de La Rouvière du fait de l'activité minière est du même ordre de grandeur que des variations de force ayant pu provoquer des séismes dans d'autres contextes, mais est beaucoup plus faible que les forces cisaillantes relâchées lors du séisme du 11 novembre 2019. Aussi, les experts en concluent-ils que le séisme du Teil est principalement dû à des forces “naturelles”, les forces tectoniques en lien avec la compression alpine à l'origine de la sismicité régionale [w4]. Si on considère que l'activité d'extraction minière au Teil est un facteur ayant favorisé le séisme en abaissant la force opposée au mouvement tectonique, on doit alors non pas incriminer cette activité mais la “remercier” car elle aurait alors peut-être permis que le séisme se déclenche “plus tôt”, avec des forces tectoniques accumulées inférieures, et donc avec une magnitude et des dégâts plus faibles que ceux qui seraient survenus “plus tard”, en l'absence d'extraction minière à l'aplomb du plan de faille de La Rouvière.

On peut aussi noter que le bassin sédimentaire ardéchois est potentiellement l'un des plus “prometteurs” de France en gaz de schiste, et que des permis de recherche avaient été demandés avant l’interdiction de la fracturation hydraulique (cf. Le gaz de schiste : géologie, exploitation, avantages et inconvénients , figure 5). Or la fracturation hydraulique induit des séismes. Le risque sismique devra donc être pris en compte dans cette région si jamais un gouvernement lève un jour l'interdiction de la fracturation hydraulique.

Le séisme du 11 novembre 2019 au Teil (Ardèche) près de Montélimar est un rappel à peu de frais que les Alpes et la Provence sont des zones sismiquement actives et que même si les séismes sont très espacés dans le temps en un lieu donné, un séisme destructeur peut y avoir lieu à tout moment. L'hypothèse d'une facilitation du déclenchement par des activités minières en surface ne doit pas détourner l'attention de la question sensible en France du risque sismique des installations nucléaires existantes et en projet. Les données de localisation et de magnitude ont rapidement été disponibles grâce au travail de plusieurs organismes de veille sismique. Ces données permettent de replacer rapidement un séisme dans son contexte géologique et géodynamique. Cependant, c'est uniquement en les combinant avec des données satellitaires (InSAR en l'occurrence) et par l'intervention de géologues de terrain, le dépouillement approfondi de données locales et la mise en commun de compétences variées que des réponses précises aux questions récurrentes de la population peuvent être apportées et que la connaissance de la géologie régionale progresse.

Références

Fiches des services sismologiques pour le séisme du Teil du 11 novembre 2019

Laboratoire GeoAzur de Nice : SismoAzur

Bureau Central Sismologique Français : BCSF

Réseau National de Surveillance Sismique : RéNaSS

Service Géologique américain : USGS (localisation dans les Coirons, quelques km trop au Nord)

Pages, notes, rapports sur le séisme du Teil (Ardèche)

Note d'information de l'Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire (IRSN) : Séisme du Teil du11 novembre 2019

Département Analyse, Surveillance, Environnement du CEA, 2014 : Séisme de magnitude ML 5,4 le 11/11/2019 près de Le Teil (Ardèche)

Rapport d'experts du CNRS (19 décembre 2019) : Séisme du Teil : rapport de la mission d'expertise du CNRS (page de présentation, résumé et rapport complet à télécharger)

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Mots clés : séisme - tremblement de terre, mécansisme au foyer, aléa sismique, Alpes