Dynamiques sismiques soutenues par le CO₂ issu du séisme

Un gaz caché dans les séismes

La plupart d’entre nous imaginent les séismes comme des roches qui se frottent profondément sous la surface. Cette étude introduit un acteur surprenant dans ce scénario : le dioxyde de carbone ordinaire. Les auteurs montrent que, lors de séismes puissants dans des massifs riches en calcaire, la chaleur produite par le frottement peut brièvement transformer la roche solide en une source de CO₂ à haute pression. Ce gaz, à son tour, facilite le glissement de la faille, ce qui peut rendre les secousses plus importantes et plus destructrices.

Où frappent les séismes

La recherche se concentre sur des failles normales qui traversent des roches carbonatées dans les Apennins italiens, une région qui a produit plusieurs séismes dommageables ces dernières décennies, notamment L’Aquila en 2009 et Amatrice–Norcia en 2016. Ces failles coupent d’épaisses couches de calcaire et de roches associées riches en calcite. À la surface aujourd’hui, les scientifiques peuvent marcher le long des mêmes plans qui ont glissé lors de séismes passés et examiner comment ces cassures anciennes de la croûte ont été altérées par la chaleur et les fluides.

Indices écrits dans la roche fracturée

En combinant observations de terrain, microscopes puissants, diffraction des rayons X et mesures des isotopes stables, l’équipe a identifié des couches ultra‑fines — seulement 2–10 micromètres d’épaisseur — immédiatement sous les surfaces de glissement principales. Ces couches contiennent des grains carbonatés corrodés, parcourus de pores arrondis et de traces qui correspondent à des textures produites lors d’expériences sismiques en laboratoire à grande vitesse. Les surfaces de glissement montrent aussi une teneur en calcite légèrement inférieure à celle de la roche située juste en dessous, et leurs signatures isotopiques du carbone et de l’oxygène évoluent comme on l’attend lorsque la roche chauffée libère du CO₂ puis se « répare » partiellement quand de la nouvelle calcite cimente les cavités. Ensemble, ces indices indiquent des épisodes répétés et rapides de décarbonatation de la roche exactement là où le glissement est le plus intense.

Quelle quantité de gaz et quelle pression

En utilisant ces observations microscopiques comme contraintes, les auteurs ont élaboré un modèle stœchiométrique et thermodynamique pour estimer combien de CO₂ de grands séismes apennins pourraient générer. Même en adoptant des hypothèses délibérément conservatrices — en utilisant les couches de réaction les plus fines observées et la plus petite perte de calcite mesurée — ils trouvent qu’un événement de magnitude 5,9–6,5 peut produire approximativement 6–12 tonnes métriques de CO₂ le long de la section de faille en glissement. Ils ont ensuite calculé les pressions résultantes pour deux situations extrêmes. Si le gaz est brièvement piégé dans une zone de faille presque scellée (condition « non drainée »), les pressions peuvent approcher celles exercées par la roche environnante à plusieurs kilomètres de profondeur, de l’ordre de centaines de mégapascals. Si des voies s’ouvrent et que la faille permet l’écoulement des fluides (conditions « drainées »), les pressions chutent mais restent bien au‑dessus des niveaux habituels d’eau souterraine, se situant dans une gamme hydrostatique à supra‑hydrostatique.

Pourquoi un gaz pressurisé importe

De telles pressions interstitielles élevées réduisent la force effective qui maintient la faille fermée. Autrement dit, le CO₂ généré par un chauffage rapide agit comme un lubrifiant temporaire : il fragilise la faille, favorise la poursuite du glissement et peut même permettre à la rupture de se propager le long de la faille à des vitesses exceptionnellement élevées. Les auteurs suggèrent que les séquences sismiques en terrains carbonatés peuvent donc être fortement influencées par ces impulsions de CO₂ de courte durée. À mesure que l’événement s’essouffle et que les pressions diminuent, des fluides externes peuvent être attirés de nouveau dans la zone chauffée et endommagée, précipitant de la calcite fraîche qui enferme un enregistrement microscopique du séisme.

Ce que cela signifie pour les populations

L’étude conclut que, lors de séismes dans des régions riches en calcaire, le CO₂ sismique n’est pas un simple sous‑produit inoffensif mais un acteur actif de la mécanique des failles. La pressurisation transitoire du gaz peut soutenir un glissement rapide de la faille et amplifier les secousses, tout en transformant temporairement les failles en réservoirs de CO₂ reliant le carbone profond à la surface. Reconnaître ce cycle caché du gaz améliore notre compréhension physique de la façon dont certains séismes prennent de l’ampleur et deviennent destructeurs, et souligne la nécessité d’intégrer l’affaiblissement induit par les fluides dans les modèles futurs d’aléa sismique.

Citation: Curzi, M., Billi, A., Aldega, L. et al. Earthquake dynamics sustained by seismic CO₂. Nat Commun 17, 2766 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69174-w

Mots-clés: séismes, dioxyde de carbone, zones de faille, roches carbonatées, risque sismique