Le séisme et le tsunami de Tohoku-oki en 2011 ont tué près de 20 000 personnes et causé plus de 200 milliards de dollars de dégâts. Le séisme était de magnitude 9,1, bien plus élevée que ce que les modèles japonais de risques sismiques avaient prédit pour la fosse du Japon, et le tsunami qu’il a généré a été dévastateur parce que la rupture du fond marin s’est propagée jusqu’à la surface.
Pendant 14 ans, les sismologues se sont demandé pourquoi. Une nouvelle étude, publiée dans Science et basée sur la plus profonde expédition de forage océanique scientifique jamais tentée, apporte la réponse : une couche de 30 mètres d’argile pélagique molle et glissante qui a agi comme une ligne de déchirure naturelle, concentrant la rupture le long d’un chemin étroit et lui permettant d’atteindre le fond marin.
L’Expédition
En 2024, une équipe internationale de plus de 60 scientifiques à bord du navire de forage D/V Chikyu, exploité par le JAMSTEC (Agence japonaise pour les sciences et technologies marines et terrestres), a entrepris de forer dans la zone de faille de la fosse du Japon à une profondeur jamais tentée auparavant. L’expédition, IODP Expedition 405 (JTRACK), a déployé une longueur totale de train de tiges de forage de 7 906 mètres sous la surface de la mer, un record reconnu par le Guinness World Records comme le projet de forage océanique scientifique le plus profond de l’histoire.
La cible était la partie superficielle du mégachevauchement, la limite de plaque où la plaque Pacifique plonge sous la plaque d’Okhotsk. C’est la région qui a glissé de façon catastrophique le 11 mars 2011, générant le tsunami.
La Couche d’Argile
Ce que le forage a révélé était inattendu. Pris en sandwich entre des couches rocheuses beaucoup plus résistantes se trouvait un dépôt d’argile pélagique d’environ 30 mètres (100 pieds) d’épaisseur, formé sur des millions d’années à partir de particules microscopiques se déposant dans la colonne d’eau. L’argile est extrêmement molle et glissante, mécaniquement, elle n’a presque aucune résistance.
Lorsque le séisme a frappé, cette couche d’argile a offert une surface exceptionnellement faible pour que la rupture de faille se propage. Plutôt que de s’arrêter plus profondément dans la croûte (la plupart des séismes de zone de subduction se produisent à des profondeurs d’environ 50 kilomètres, soit environ 32 miles), la rupture de Tohoku a suivi la couche d’argile vers le haut le long d’un chemin focalisé, atteignant le fond marin à une profondeur d’environ 15 miles.
« Le plan de rupture de la faille n’avait qu’un centimètre environ d’épaisseur dans cette couche d’argile », a déclaré Christine Regalla, professeure associée à l’Université du Nord de l’Arizona et co-chef scientifique de l’expédition, dans des commentaires au bureau de presse de l’université. L’argile « est une surface extrêmement focalisée et extrêmement faible qui prédétermine l’endroit où la faille se formera. »
Six Minutes de Déplacement
Le résultat a été un déplacement du fond marin de 40 à 60 mètres (130 à 200 pieds) en seulement six minutes. À titre de comparaison, le séisme de Nisqually en 2001 dans l’État de Washington n’a déplacé sa faille que de quelques mètres. Le séisme de Tohoku a déplacé tout le fond marin sur une zone de la taille du corridor entre Los Angeles et San Francisco sur cette distance en le temps de faire cuire un œuf.
« Ce glissement de 50 à 70 mètres sur la partie la plus superficielle du mégachevauchement est ce qui a généré le tsunami dévastateur », écrivent les auteurs dans l’article de Science, dont le premier auteur est J. D. Kirkpatrick (Université de l’Illinois à Urbana-Champaign).
L’implication est préoccupante. Les couches d’argile pélagique sont courantes dans les zones de subduction autour du Pacifique. Partout où elles sont présentes, elles peuvent créer le potentiel d’une propagation de rupture superficielle et focalisée, et des tsunamis qui s’ensuivent.
Avertissement pour l’Avenir
Cette découverte ne signifie pas que chaque zone de subduction contenant de l’argile pélagique produira un séisme de magnitude 9. Les conditions de contrainte, le taux de convergence des plaques et la structure thermique contribuent tous. Mais elle fournit un marqueur géologique qui peut aider à évaluer le risque de tsunami : si une épaisse couche d’argile pélagique est présente dans la partie superficielle d’une zone de subduction, le potentiel d’une rupture superficielle tsunamigène est plus élevé qu’on ne le supposait auparavant.
Regalla et ses collègues préconisent désormais des campagnes de forage élargies dans d’autres zones de subduction, y compris la zone de subduction de Cascadia au large de la côte du Pacifique Nord-Ouest, où une couche d’argile similaire pourrait exister. Le séisme de Tohoku de 2011 a été une surprise parce que les modèles n’incluaient pas l’argile. Le prochain ne devrait pas l’être.
Traduit par Lydie
Divulgation : Basé sur un article évalué par les pairs dans Science, décembre 2025 (en ligne), janvier 2026 (imprimé). DOI : 10.1126/science.ady0234. Titre : « Extreme plate boundary localization promotes shallow earthquake slip at the Japan Trench. » Auteur principal J. D. Kirkpatrick. Première auteure Christine Regalla (NAU) est la co-chef scientifique affiliée à la NAU.