Sismicité induite par les eaux souterraines et le changement climatique
Comment l'eau de fonte issue des glaciers peut déclencher des séismes liés aux eaux souterraines dans le massif du Mont-Blanc
De la fonte des glaces aux séismes
Les changements climatiques affectant la neige et les glaciers peuvent modifier l'infiltration des eaux souterraines et la pression interstitielle au sein des roches fracturées des montagnes. Aux Grandes Jorasses, dans le massif du Mont-Blanc, nous avons mis en évidence que l'infiltration saisonnière des eaux de fonte contribue à déclencher une activité sismique.
La question: La fonte des glaces peut-elle provoquer des tremblements de terre ?
La fonte des neiges et des glaciers augmente le débit d'eau qui alimente le système hydrologique de montagne. Mais que se passe-t-il lorsque cette eau s'infiltre en profondeur dans la roche fracturée ? Aux Grandes Jorasses, nous avons découvert des indices montrant que l'eau de fonte atteint une zone de faille majeure et modifie les conditions hydrauliques qui régissent l'activité sismique. Cela apporte une preuve empirique du lien entre les changements de la cryosphère, la circulation des eaux souterraines et la sismicité.
Nous avons analysé 15 ans d’activité sismique aux Grandes Jorasses, de 2006 à 2022, à l’aide d’un catalogue sismique enrichi basé sur la comparaison de modèles. Cette méthode a permis d’identifier 12 303 séismes supplémentaires, améliorant ainsi considérablement la détection des petits événements constituant la séquence. Une forte périodicité annuelle est soudainement apparue à l’automne 2015. Ce changement a coïncidé avec une augmentation de la fonte des glaciers de haute altitude et avec une vague de chaleur intense qui a touché le massif du Mont-Blanc. Cette sismicité saisonnière est compatible avec la propagation, à travers la masse rocheuse fracturée, de variations de pression interstitielle induites par les eaux de fonte, affectant finalement les failles en profondeur.
2006–2015 → faible activité sismique
A partir de 2015 → forte activité saisonnière
Une relation entre eau de surface et sismicité profonde
Les séismes se concentrent le long d'une zone de faille majeure qui apparaît également dans le tunnel du Mont-Blanc. Les observations hydrologiques réalisées dans le tunnel, associées aux données sur l'infiltration et aux données isotopiques, indiquent que les apports d'eau souterraine proviennent en grande partie d'eaux de fonte de surface récentes.
Ceci apporte une importante connexion entre:
- la cryosphère de haute altitude, et
- le massif rocheux profond où les séismes se produisent
The earthquakes follow the water
Meltwater can propagate pressure to depth
The key mechanism is not simply the presence of groundwater. What matters is the propagation of hydraulic pressure changes through the fractured massif. We modelled meltwater infiltration using a one-dimensional hydraulic diffusion model, constrained by the S2M meteorological snowpack model. The model reproduces much of the observed seasonal evolution of the earthquake sequence, supporting a meltwater-induced pore-pressure mechanism.
Seasonal meltwater infiltration can modify pore pressure at depth and influence the activity of faults within a fractured mountain massif.
Les observations hydrologiques indiquent que les eaux de fonte de surface récentes rejoignent le réseau aquifère qui alimente la zone de faille.
Pourquoi cette tendance saisonnière est-elle apparue en 2015 ?
Nos résultats suggèrent que l'apparition de ce nouveau comportement sismique saisonnier est liée à des changements au sein de la cryosphère de haute altitude. L'accélération de la fonte des glaciers, la dégradation du pergélisol et les modifications associées de la surface montagneuse peuvent modifier les voies d'infiltration des eaux de fonte. Ces changements peuvent permettre à de plus grandes quantités d'eau d'atteindre des parties auparavant moins actives du système fracturé, provoquant ainsi des variations de pression interstitielle susceptibles de déclencher des séismes. La vague de chaleur de 2015 semble avoir joué un rôle important dans le déclenchement de ce changement au sein de la séquence sismique des Grandes Jorasses.
Sismicité saisonnière
La majeure partie de la composante saisonnière s'inscrit dans le cadre d'un mécanisme hydraulique lié à l'eau de fonte.
Son calendrier et son évolution s'expliquent en grande partie par la diffusion des variations de pression générées par l'infiltration saisonnière de l'eau de fonte.
Les observations indiquent qu'après un déclenchement hydrologique initial, son évolution ultérieure est principalement régie par un mécanisme tectonique impliquant un glissement asismique et des interactions sismiques.
Conséquences pour le risque sismique
Le contrôle hydrologique de la sismicité a également des implications pour le risque sismique à court terme. Pendant les périodes d’activité intense liée à la fonte des neiges, la probabilité de survenue de séismes augmente considérablement par rapport au niveau observé avant 2015. L’étude apporte donc des preuves observationnelles que les changements dans la cryosphère peuvent modifier le risque sismique local dans les environnements de haute montagne. Ce mécanisme pourrait s’appliquer à d’autres régions montagneuses glaciaires où les eaux souterraines peuvent circuler en profondeur à travers des roches fracturées.
Ma contribution
Ces travaux ont été menés en collaboration avec mes collègues V. Simon et T. Kraft, du Service sismologique suisse de l'EPF de Zurich. Ma contribution à cette étude a porté sur l'étude, l'analyse formelle et la validation de l'interprétation hydrologique et géologique. Ces travaux s'inscrivent dans le prolongement de mes recherches de longue date sur l'écoulement des eaux souterraines dans les massifs montagneux fracturés et sur l'interaction entre la circulation des eaux souterraines et les structures géologiques profondes.
Verena Simon, Toni Kraft, Jean-Christophe Maréchal, Agnès Helmstetter, Tobias Diehl
Earth and Planetary Science Letters, vol. 666, 2025 Sep, p. 119372
