Évolution spatiotemporelle des déformations crustales précédant des séismes destructeurs à partir du GNSS

Observer le sol respirer avant un séisme

Imaginez que nous puissions voir la croûte terrestre se tendre et se relâcher lentement dans les années précédant un grand séisme, comme un médecin surveille les signes vitaux d’un patient. Cette étude se demande si des changements subtils de la forme du sol — mesurés par positionnement satellite — peuvent révéler des motifs d’alerte fiables avant des séismes destructeurs comme celui de la péninsule de Noto en 2024 au Japon. En transformant des mesures GPS de longue durée en cartes montrant où la croûte s’étire et se comprime, les auteurs examinent si les séismes laissent des signatures reconnaissables dans le terrain avant de frapper.

Comment de minuscules mouvements révèlent des contraintes cachées

Les satellites de navigation modernes permettent aux scientifiques de localiser des stations au sol avec une précision de quelques millimètres. Le Japon a construit l’un des réseaux les plus denses au monde, appelé GEONET, avec plus d’un millier de stations GNSS réparties sur le territoire. Plutôt que de suivre seulement le déplacement de chaque station, cette étude étudie comment des groupes de stations se déplacent les unes par rapport aux autres. En reliant les stations voisines par des maillages triangulaires et en appliquant une méthode utilisée en génie pour les ponts et les bâtiments, l’équipe convertit les variations quotidiennes de position en « déformations crustales » — des mesures de l’étirement, de la compression ou du cisaillement de la surface du sol.

Un examen approfondi du séisme de la péninsule de Noto

Les chercheurs se sont concentrés sur trois séismes japonais endommageants de la dernière décennie, en portant une attention particulière au séisme de magnitude 7,5 qui a frappé la péninsule de Noto le 1er janvier 2024. Autour de l’épicentre, ils ont construit une toile de triangles reliant les stations GEONET et ont suivi l’évolution de la déformation au jour le jour pendant environ 13 ans précédant l’événement. Les déplacements du sol ordinaires — combien chaque station s’est déplacée vers l’est, l’ouest, le nord, le sud ou verticalement — semblaient pour la plupart lisses et sans particularité. Même si l’activité sismique locale a augmenté après la fin 2020, les courbes de déplacement laissaient peu de signes qu’une rupture majeure se préparait.

Voir les signes d’alerte dans l’expansion et la compression

La déformation racontait une histoire très différente. L’équipe s’est focalisée sur un type particulier de déformation appelé dilatation, qui décrit dans quelle mesure la surface se dilate ou se contracte. À partir de décembre 2020 environ, des régions triangulaires proches du futur épicentre de Noto ont montré un changement lent et persistant de dilatation qui a duré plusieurs années. Certaines zones se sont étendues de façon continue, d’autres se sont contractées, formant un motif spatial distinct qui s’est renforcé au plus près de la future faille. En ajustant des droites sur ces tendances pluriannuelles, les chercheurs ont constaté que les régions présentant les plus grands changements de dilatation coïncidaient avec la zone de rupture ultérieure et correspondaient approximativement au schéma final de déformation observé lors du séisme. Cela suggère que l’emplacement et la taille globale du séisme imminent étaient encodés dans le champ de déformation en évolution.

Des scintillements à court terme avant la rupture

Au-delà de la tendance lente de fond, les auteurs ont étudié à quel point le signal de dilatation devenait « bruyant » avec le temps. Ils ont comparé la valeur quotidienne à une moyenne mobile hebdomadaire et suivi l’amplitude des écarts. Pendant des années, ces fluctuations se comportaient de façon assez régulière, dépendant des saisons, avec une activité un peu plus vive en été. Mais en 2023, l’année précédant le choc principal de Noto, les écarts sont devenus exceptionnellement importants autour de deux événements clés : un séisme précurseur de magnitude 6,5 en mai et le séisme principal de magnitude 7,5 le jour de l’An. Dans les semaines précédant ces deux séismes, la dispersion de la dilatation a nettement dépassé sa plage statistique à long terme, surtout dans les éléments les plus proches de l’épicentre, suggérant un « tressaillement » à court terme de la croûte à l’approche de la rupture.

Indices issus d’autres catastrophes récentes

Pour vérifier si Noto était unique, l’étude a comparé l’histoire de la déformation à Noto à celle de deux autres événements destructeurs : les séismes de Kumamoto en 2016 et d’Iburi Est (Hokkaido) en 2018. Chacun s’est produit dans un contexte tectonique et à une profondeur différents, et pourtant tous ont montré une accumulation pluriannuelle spécifique de dilatation près de la zone de rupture ultérieure. La durée et le style de l’augmentation progressive semblaient évoluer avec la magnitude du séisme, ce qui suggère que les grands événements peuvent être précédés de périodes plus longues de déformation lente. Les différences entre les régions ayant hébergé ou non des séismes majeurs renforcent l’idée que ces motifs ne sont pas de simples bruits de fond.

Ce que cela pourrait signifier pour les alertes à venir

Pour un public non spécialiste, l’essentiel est que le sol au Japon ne s’est pas simplement rompu sans avertissement lorsque le séisme de la péninsule de Noto a frappé. Au contraire, la croûte de cette zone semble s’être déformée lentement d’une manière distinctive pendant plusieurs années, et ses fluctuations quotidiennes sont devenues anormalement agitées dans les semaines précédant les plus forts secousses. Bien que cela ne fournisse pas une recette pour des prévisions à court terme précises, cela suggère que la surveillance attentive des déformations crustales — en particulier la dilatation — sur de vastes régions pourrait aider à identifier où les gros séismes deviennent plus probables, quelle pourrait être leur ampleur et peut-être quand la croûte entre dans une fenêtre de risque accru. L’étude soutient qu’avec des réseaux GNSS denses et des analyses de déformation affinées, la sismologie pourrait se rapprocher d’outils d’alerte précoce pratiques fondés sur la manière dont la surface terrestre « respire » silencieusement avant de se rompre.

Citation: Kamiyama, M., Mikami, A., Sawada, Y. et al. Spatiotemporal evolution of crustal strains preceding destructive earthquakes using GNSS. Sci Rep 16, 9708 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38681-7

Mots-clés: précurseurs sismiques, surveillance GNSS, déformation crustale, séisme de la péninsule de Noto, glissement lent