Un modèle d’interaction sismique piloté par la déformation pour la sismicité des Campi Flegrei

Pourquoi ce volcan agité importe

Les Campi Flegrei, une vaste caldeira volcanique juste à l’ouest de Naples, se trouve sous l’une des régions les plus densément peuplées d’Europe. Depuis plus d’un siècle, le sol y monte et descend lentement, parfois de plus d’un mètre, et depuis 2005 tant le relèvement que le nombre de petits séismes s’accélèrent. On se demande naturellement : s’agit‑il d’un signe annonciateur d’une éruption prochaine, ou du souffle bruyant d’un système volcanique de longue durée ? Cette étude s’attaque à la question en construisant un modèle fondé sur la physique qui lie la déformation du sol et les interactions sismiques, dans le but d’améliorer l’évaluation du risque sismique à court terme pour la région.

Le sol agité des Campi Flegrei

Les archives historiques et les mesures modernes montrent que la caldeira des Campi Flegrei a connu des cycles répétés de soulèvement et d’affaissement depuis au moins 1905. Des épisodes majeurs de soulèvement ont eu lieu au début des années 1950, vers 1970, au début des années 1980, puis de nouveau à partir de 2005. Les séismes ont tendance à se regrouper pendant ces phases de soulèvement, mais pas de manière simple et proportionnelle : le nombre de séismes augmente plus vite que le taux de relèvement, et une activité sismique significative commence souvent seulement lorsque le niveau du sol dépasse son précédent sommet. Ce comportement ressemble à un phénomène connu en mécanique des roches sous le nom d’effet Kaiser, où un matériau soumis à des contraintes reste silencieux jusqu’à ce qu’un maximum de contrainte passé soit dépassé. Toutefois, les observations aux Campi Flegrei sont plus graduelles qu’un seuil strict « marche/arrêt », ce qui suggère que des processus physiques plus nuancés interviennent.

Comment les failles qui glissent mémorisent les contraintes passées

Pour rendre compte du schéma à long terme, les auteurs utilisent un cadre appelé frottement à taux et état (rate‑and‑state), qui décrit comment les failles glissent en fonction à la fois de la contrainte actuelle et de leur histoire de chargement. Dans leur modèle simplifié, la contrainte agissant sur les failles peu profondes est supposée proportionnelle au relèvement vertical mesuré par une station GPS à l’intérieur de la caldeira. Cette approche incorpore naturellement de la mémoire : le modèle tient compte de tout le relèvement depuis 1905, de sorte que les épisodes d’inflation antérieurs influencent la facilité avec laquelle les failles commencent à glisser aujourd’hui. Avec des paramètres appropriés, le modèle à taux et état reproduit la tendance globale sur un siècle, y compris le démarrage retardé de la sismicité jusqu’à ce que le relèvement dépasse les pics antérieurs. Il imite le timing suggéré par l’effet Kaiser, mais génère une augmentation plus lisse et accélérative du taux de séismes qui correspond mieux aux observations.

Quand les séismes déclenchent d’autres séismes

À des échelles temporelles plus courtes, d’heures à jours, l’enregistrement sismique paraît très différent. Plutôt que des secousses isolées suivies de séquences d’après‑coups bien ordonnées, les Campi Flegrei produisent souvent des essaims denses d’événements. À première vue ces essaims semblent dépourvus de séismes principaux évidents, mais les auteurs montrent que beaucoup contiennent des cascades d’après‑coups cachées. En empilant l’activité autour des plus grands événements, ils constatent que les taux de séismes bondissent immédiatement après ces chocs puis décroissent avec le temps d’une manière caractéristique des après‑coups. Le nombre d’événements déclenchés croît aussi rapidement avec la taille du choc principal. Ce schéma révèle que les interactions séisme‑séisme sont un ingrédient clé du comportement en essaim, même si les amas sont modulés par des fluides et d’autres processus volcaniques.

Une vision hybride des contraintes et du regroupement

Parce que la seule déformation ne peut expliquer l’intense regroupement à court terme, l’étude combine deux approches de modélisation. Le modèle à taux et état fournit un taux d’activité sismique « de fond » variant dans le temps et entraîné par le relèvement, tandis qu’un modèle statistique de type épidémique d’après‑coups est superposé pour représenter comment chaque événement peut en déclencher d’autres. Ce modèle hybride comporte sept paramètres, calibrés à l’aide de milliers de petits séismes enregistrés depuis 2005. Il réussit là où des alternatives plus simples échouent : il reproduit à la fois la hausse à long terme de la sismicité et les grappes brèves de type essaim, et il restitue le calendrier et l’intensité des épisodes de relèvement passés lorsqu’on le fait remonter jusqu’au milieu du XXe siècle. Notamment, il fournit aussi des estimations réalistes de la durée pendant laquelle les failles « se souviennent » des contraintes antérieures.

Ce que le modèle peut nous dire sur le risque

Pour tester sa valeur pratique, l’équipe a utilisé le modèle hybride de manière pseudo‑prospective : à partir de 2020, elle a posé à plusieurs reprises la question de savoir à quoi ressembleraient la semaine ou le mois suivant en termes de nombre et de taille maximale des séismes, en n’utilisant que l’information qui aurait été disponible à chaque étape. Des milliers de scénarios simulés pour chaque fenêtre de prévision ont produit des plages de probabilité qui ont en grande partie englobé les observations ultérieures, y compris un événement de magnitude 4,6 à la mi‑2025. Pour les habitants et les autorités autour des Campi Flegrei, cela ne fournit pas une prédiction précise d’un séisme ou d’une éruption unique. En revanche, cela offre une façon plus fiable et fondée sur la physique d’estimer à quel point l’activité sismique sera intense et fréquente au cours des semaines à venir, améliorant ainsi la base des évaluations du risque à court terme dans cette région volcanique sensible.

Citation: Hainzl, S., Dahm, T. & Tramelli, A. A deformation-driven earthquake interaction model for seismicity at Campi Flegrei. Commun Earth Environ 7, 244 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03296-3

Mots-clés: Campi Flegrei, tremblements de terre volcaniques, relèvement du sol, prévision sismique, essaims sismiques