Grands séismes de méga-accident (megathrust) dans les coins froids du coin de la calotte mantellique sous la faciès blueschiste à lawsonite

Pourquoi les séismes profonds comptent

La plupart des gens imaginent les séismes comme des ruptures peu profondes de la croûte terrestre sous nos pieds. Mais certains des tremblements de terre les plus puissants de la planète se déchirent en réalité à plus de 50 km de profondeur, dans des conditions de température et de pression extrêmes. Cet article examine pourquoi des séismes exceptionnellement importants peuvent se produire aussi profondément dans certaines zones de subduction — où une plaque tectonique s’enfonce sous une autre — et montre qu’un type particulier de sédiment de plancher océanique transformé pourrait en être la clé.

Où les grands séismes s’arrêtent habituellement

Dans de nombreuses zones de subduction bien étudiées, comme au large du Japon ou du Nord‑Ouest Pacifique, les grands séismes « megathrust » ont tendance à se produire jusqu’à une certaine profondeur. En dessous d’environ 350 °C ou près de la limite croûte‑manteau, les roches se déforment en général trop ductilement pour générer de grandes ruptures. Plutôt que des cassures soudaines, elles glissent lentement ou hébergent des événements faibles et sourds appelés glissements lents et tremblements. Cette limite de profondeur a conditionné la manière dont les scientifiques estiment la taille des futurs séismes et tsunamis.

Une énigme dans les zones de subduction froides

Pourtant, plusieurs séismes récents défient cette règle. Le séisme de magnitude 8,1 des Kermadec en 2021 et des événements profonds de magnitude ~7 sous le nord du Chili et la fosse du Japon ont rompu bien en dessous du point d’arrêt habituel, à l’intérieur d’une région appelée le coin du manteau. Ces zones se situent là où la plaque plongeante se plie sous le manteau sus‑jacent, dans des zones de subduction relativement froides où les roches se transforment en types « blueschiste » à basse température. La fréquence des séismes profonds dans ces secteurs suggère que, sous des conditions appropriées, des portions de l’interface profonde des plaques peuvent se comporter de façon étonnamment fragile, propice aux séismes.

Un examen plus attentif du sédiment de plancher océanique transformé

Pour sonder ce comportement, les auteurs ont testé une roche appelée métagreywacke — un type courant de sédiment océanique subducté qui a été comprimé et chauffé jusqu’à l’état métamorphique de blueschiste à lawsonite. Ils ont prélevé un échantillon sur l’île de Santa Catalina, en Californie, où de l’ancienne subduction a ramené de telles roches en surface. L’analyse microscopique a montré un mélange de quartz, feldspaths et fragments riches en minéraux comme la lawsonite, la chlorite et l’amphibole, cohérent avec des conditions d’environ 330 °C et des profondeurs autour de 37 kilomètres dans un contexte de subduction froide. Cela rend l’échantillon un substitut réaliste pour le matériau actuellement entraîné vers le bas dans des plaques froides modernes comme celles des Kermadec et de la fosse du Japon.

Comment la roche cède sous contrainte

En laboratoire, l’équipe a écrasé la métagreywacke en une poudre fine, l’a placée entre blocs de roche plus résistante et l’a soumis à un cisaillement sous des conditions contrôlées de température, pression et eau. En changeant brusquement la vitesse de glissement et en suivant l’évolution de la résistance, ils ont pu discerner quand le matériau avait tendance à glisser de façon stable plutôt qu’à devenir instable — un ingrédient essentiel des séismes. À basse température, le matériau renforçait principalement lorsque la vitesse de glissement augmentait, signe d’un comportement stable. À mesure que la température augmentait dans la plage des blueschistes à lawsonite sous une contrainte normale modeste, il passait à un régime de « faiblesse en fonction de la vitesse » (velocity‑weakening), où un glissement plus rapide réduit la résistance et favorise un glissement incontrôlé. À des pressions et températures encore plus élevées, le matériau commençait à s’écouler de façon plus ductile, diminuant sa propension à se rompre de manière fragile.

Relier le laboratoire aux failles réelles

En utilisant ces mesures, les auteurs ont construit un modèle de friction qui rend compte de la réponse de cette roche sédimentaire sur une large gamme de profondeurs, températures et vitesses de glissement. Ils ont ensuite appliqué le modèle à des profils réalistes de température et de pression pour la zone de subduction des Kermadec et la fosse du Japon. Les calculs suggèrent que, le long de l’interface des plaques où un méta‑sédiment porteur de lawsonite est présent, une large bande de profondeur reste dans l’état instable de faiblesse selon la vitesse, même en dessous de la limite croûte‑manteau. Des simulations numériques du cycle sismique utilisant ce comportement de roche produisent des ruptures profondes répétées avec des tailles et profondeurs comparables aux événements observés au Japon et aux Kermadec, ce qui implique que de telles roches peuvent effectivement héberger de grands séismes megathrust dans le coin du manteau.

Ce que cela signifie pour le risque sismique

Pour un public non spécialiste, le message clé est que la limite de profondeur des grands séismes de subduction n’est pas fixée uniquement par la température ou par l’entrée dans le manteau. Elle dépend aussi fortement des roches qui tapissent la frontière des plaques et de la manière dont ces roches ont été altérées lors de la subduction. Dans les zones froides où des méta‑sédiments riches en lawsonite forment une couche continue le long de l’interface, les conditions favorisent un glissement fragile et instable sur une plage de profondeur bien plus étendue que ce que l’on supposait auparavant. Cela signifie que certaines fosses peuvent être capables de produire des séismes profonds et puissants de façon inattendue, et que connaître les types de roches enfouies le long des interfaces de plaques est essentiel pour des évaluations plus précises du risque sismique.

Citation: Zhang, H., Barbot, S., Yang, Z. et al. Large megathrust earthquakes in cold mantle wedge corners under lawsonite blueschist facies. Nat Commun 17, 4007 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70315-4

Mots-clés: méga-accident de subduction, séismes profonds, blueschiste à lawsonite, coin du manteau, friction de faille