Secousses de longue période liées aux émissions mantelliques de CO2 de la Mefite d’Ansanto (Italie)

Gargouillements cachés sous une vallée tranquille

Dans une vallée reculée du sud de l’Italie, un lac étrange exhale silencieusement d’énormes quantités de dioxyde de carbone provenant des profondeurs de la Terre. Alors que le paysage paraît paisible, des instruments sensibles révèlent de faibles frémissements rythmiques du sol. Cette étude explore ces secousses subtiles — qualifiées de séismes de longue période — pour comprendre comment le gaz ascendant et les eaux souterraines interagissent dans les roches en profondeur, et ce que cela implique pour les risques locaux ainsi que pour notre compréhension globale de l’influence des fluides profonds sur les séismes.

Un laboratoire naturel du souffle profond de la Terre

La Mefite d’Ansanto, objet de l’étude, est l’une des plus grandes sources naturelles connues de dioxyde de carbone d’origine mantellique à la surface de la Terre. Le gaz s’échappe par des évents et un petit lac bouillonnant, posés au‑dessus de couches rocheuses plissées et faillées entre deux secteurs sismiquement actifs des Apennins méridionaux. Des travaux antérieurs montraient que la zone bourdonne en permanence d’un tremor hydrothermal — une vibration continue et de faible niveau liée à l’écoulement de gaz et de fluides souterrains. Par‑dessus ce bruit de fond, les chercheurs ont remarqué de brèves impulsions de faible énergie qui différaient : des trains d’ondes courts, de quelques secondes seulement, avec des tonalités simples concentrées entre environ 0,7 et 7 hertz. Ces signaux rappellent les événements de longue période généralement observés dans les volcans actifs, bien que la Mefite n’ait pas de magma en surface.

À l’écoute de notes souterraines répétées

L’équipe a déployé un petit réseau de sismomètres autour des évents pendant plusieurs mois en 2021 et a utilisé un événement particulièrement clair comme « modèle » pour rechercher des signaux similaires dans les enregistrements continus. En corrélant soigneusement l’onde choisie avec les données et en filtrant par amplitude, ils ont constitué un catalogue de près d’un millier de séismes de longue période correspondant à la station la plus proche du lac, et de plusieurs centaines d’autres dans les stations voisines. Une technique avancée de séparation de signaux, l’Analyse en Composantes Indépendantes, a montré que ces événements contiennent systématiquement deux bandes tonales principales : l’une autour de 2–4 hertz, proche du tremor omniprésent, et une autre proche de 6,5–7,5 hertz qui se distingue comme une contribution presque mononote. Ce schéma suggère que les séismes représentent un processus source spécifique capable de basculer entre différents « modes » de vibration.

Fissures, bulles et résonance des roches

Pour sonder ce qui pouvait vibrer, les chercheurs ont analysé la décroissance temporelle des signaux au moyen d’une méthode connue sous le nom d’analyse de Sompi. Les tonalités dominantes, entre environ 3,5 et 10 hertz, décroissent rapidement, indiquant un faible « facteur de qualité » — caractéristique d’un résonateur dissipatif comme un fluide qui clapote dans une fissure rugueuse. En combinant ces valeurs avec des formules physiques simples, ils ont déduit des fissures remplies de fluide longues de quelques mètres mais larges seulement de fractions de millimètre, situées à environ 40 mètres sous la surface, donc plus profondes que les sources principales du tremor continu. Un calcul distinct fondé sur la résonance de bulles suggère que la taille effective des poches de gaz dans l’eau est de l’ordre de quelques centimètres, comparable à la taille des évents visibles sur le lit asséché du lac. L’ensemble des éléments converge vers l’hypothèse d’eaux riches en CO₂ vibrant dans des fractures étroites lorsque des bulles de gaz se forment, croissent et oscillent.

Ondes mixtes en route vers la surface

L’équipe a aussi examiné le mouvement du sol pendant chaque événement. À la station la plus proche, de nombreux séismes plus forts montrent un mouvement des particules presque en ligne droite pointant vers le lac, caractéristique d’ondes de compression qui se propagent le plus vite dans la roche. Plus loin, le mouvement devient plus elliptique, indiquant une contribution croissante d’ondes de surface qui se propagent le long du sol. En mesurant d’infimes retards temporels entre les stations et en utilisant une image de vitesse sismique peu profonde du sous‑sol, les auteurs ont conclu que les séismes de longue période sont composés d’un mélange d’ondes de volume et d’ondes de surface parcourant des roches stratifiées et gorgées d’eau. Leurs vitesses et directions apparentes concordent avec une source compacte sous les évents plutôt qu’avec des séismes lointains.

Pourquoi ces séismes doux comptent

Au total, l’étude montre que les séismes de longue période inhabituels de la Mefite d’Ansanto ne sont pas de petits séismes tectoniques, ni un simple bruit, mais la vibration rythmée d’eaux chargées en gaz dans des fissures étroites, à environ 40 mètres sous le lac bouillonnant. Les variations de pression dans le mélange CO₂–eau montant semblent animer le système : lorsque la pression augmente suffisamment, les fractures et les nuages de bulles réagissent comme des instruments naturels, émettant brièvement des tonalités de basse fréquence que les sismomètres peuvent détecter. Comme le même gaz d’origine profonde est supposé influencer des séismes régionaux de plus grande ampleur, le suivi de ces signaux subtils pourrait offrir une nouvelle manière de surveiller la circulation des fluides dans la croûte. La Mefite sert ainsi de site d’essai rare et non volcanique où les scientifiques peuvent observer — et écouter — le souffle profond de la Terre qui fait doucement vibrer le sol.

Citation: Cusano, P., Morabito, S., Petrosino, S. et al. Long period quakes linked to Mefite D’Ansanto (Italy) mantellic CO₂ emissions. Sci Rep 16, 12453 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42564-2

Mots-clés: sismicité de longue période, dégazage de CO2, tremor hydrothermal, fissures remplies de fluide, Apennins méridionaux