"Rock and Roll" dans les Territoires du Nord-Ouest : les tremblements de terre survenus en 1985 dans la région de la Nahanni.

par R.B. Horner, M. Lamontagne et R.J. Wetmiller Publié en anglais dans GEOS, Vol. 16, no. 2, Printemps 1987
Veuillez voir aussi des recherches nouvelles de A. Öncel, Earthquake-induced static stress of the 1985 Nahanni earthquakes, Northwest Territories, Canada. (anglais)

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Les montagnes situées à l'ouest de Fort Simpson, dans les Territoires du Nord-Ouest, sont l'objet d'une série de tremblements de terre d'une violence inégalée. Sise au coeur des monts Mackenzie, la magnifique et mystérieuse région de la Nahanni a été ébranlée par un séisme de magnitude 6,6, le 5 octobre 1985, et un autre de magnitude 6,9, le 23 décembre 1985. Entre ces séismes, la région a été secouée par une longue succession de répliques sismiques, qu'on ressent encore aujourd'hui.

La série de séismes a étonné le grand public et le milieu des sciences de la Terre. Les vibrations ont fait sursauter des gens dans les Territoires du Nord-Ouest, au Yukon, en Alberta, en Saskatchewan, en Colombie-Britannique et dans le sud-est de l'Alaska. Dans ces régions, les stations radiophoniques, les journaux et les postes de police ont été submergés d'appels de résidents désirant obtenir plus de renseignements sur le phénomène. L'ampleur des séismes a ébahi les sismologues. Partout au Canada, leurs sismographes ont enregistré d'importants mouvements du sol.

Les géoscientifiques ont été surpris non seulement de la magnitude de ces tremblements de terre, mais également de leur épicentre. Des séismes, qui ont atteint la magnitude 6,5, se sont produits plus au nord, dans les monts Richardson, mais aucune secousse de magnitude supérieure à 5 n'a été signalée dans les monts Mackenzie.

Toutefois, on connaît peu l'histoire des tremblements de terre dans le Nord canadien; ce n'est que récemment que les scientifiques ont été en mesure de déceler et de localiser des séismes de faible magnitude dans le Grand nord (fig. 1 et 2). Avant octobre 1985, on croyait que le chaînon Nahanni constituait une zone relativement exempte de séismes.

Figure 1 L'activité sismique dans le nord-est de la Cordillère canadienne s'est fait sentir sur de grandes étendues, mais n'a pas été intense. Les secousses les plus fortes se sont produites en 1944 et 1955 dans les chaînons Richardson, située plus au nord. Dans les monts Mackenzie, l'activité sismique était faible comparativement aux séismes de Nahanni.

Figure 2 Activité sismique dans les monts Mackenzie. Les plus fortes secousses enregistrées avant celle de Nahanni n'atteignaient qu'une magnitude 5. L'activité s'est étendue à de grandes régions et ne présente aucune tendance linéaire qui pourrait confirmer l'existence d'un système actif de failles. La carte montre les emplacements temporaires des stations de sismographes qui servent à enregistrer les répliques sismiques des tremblements de terre de Nahanni.

Les séismes survenus dans la région de la Nahanni ont fourni aux géoscientifiques une occasion exceptionnelle d'examiner deux aspects importants de la sismologie. Premièrement, les scientifiques peuvent étudier les effets de violents mouvements du sol sur les bâtiments et l'environnement - la connaissance de la dynamique des bâtiments pourrait nous aider à concevoir des installations qui résisteraient davantage aux secousses principales. Deuxièmement, l'étude d'importants séismes nous fournit des renseignements utiles dans l'analyse des risques de séismes : où ils peuvent se produire, comment et à quel rythme. Une connaissance plus approfondie des phénomènes sismiques nous permettrait de réviser le Code national du bâtiment du Canada de façon à rendre nos édifices plus sûrs.

Avant octobre 1985, la plupart des habitants des T.N.-O. n'avaient jamais vécu de séismes. La première secousse sismique les a pris tout à fait par surprise. Étant donné que toutes les collectivités sont situées à au moins 100 km des épicentres, aucun dommage important aux constructions n'a été signalé. Cependant, les tremblements de terre ont alarmé les habitants de nombreuses collectivités, particulièrement ceux de Wrigley, de Fort Simpson, de Nahanni Butte et de Fort Liard, qui sont les établisssements les plus près de l'épicentre.

Des habitants de Wrigley, localité qui se trouve à environ 115 km au nord de l'épicentre, ont dit qu'ils avaient vu le sol rouler. Des véhicules ont bondi sur la route, et des arbres et des lignes d'électricité ont oscillé. Par endroits, les berges du fleuve Mackenzie se sont affaisées dans l'eau. Dans des maisons, des meubles ont bougé, de la vaisselle est tombée des armoires, des étagères sans supports sont tombées, des liquides se sont renversés de leur contenant, des portes se sont ouvertes et fermées d'elles-mêmes, et des murs ont bombé et se sont creusés. Une lampe est tombée sur la tête d'un dormeur. Plusieurs personnes ont éprouvé des vertiges. À cette violente activité sismique, se sont ajoutés des bruits sourds et fracassants qui ont duré environ 30 secondes.

Le séisme d'octobre a été ressenti à plus de 1 500 km. La carte des isoséistes montre que l'intensité du séisme n'était pas répartie uniformément (fig. 3). Le degré IV a été signalé à au moins 1 000 km au sud-est de l'épicentre, mais seulement 500 km environ à l'ouest. À Yellowknife, qui est situé à environ 500 km à l'est de l'épicentre, l'intensité n'a atteint que le degré III. À Inuvik, qui se trouve à quelque 300 km au nord de l'épicentre, personne n'a dit avoir eu connaissance du tremblement de terre. L'étirement marqué de l'intensité dans la direction nord-ouest--sud-est, soit parallèlement à la Cordillère, caractérise également d'autres tremblements de terre dans l'Ouest canadien. L'intensité du séisme de magnitude plus élevée, survenu en décembre, était répartie à peu près de la même façon, mais les secousses ont été ressenties légèrement plus loin et des mouvements du sol ont été signalés dans le Nord-Ouest des États-Unis.

Figure 3 Régions où on a ressenti les deux secousses principales. La violence des secousses est donnée au moyen de l'échelle modifiée de Mercalli depuis le degré I - pour une intensité à peine perceptible à l'homme mais enregistrable par les appareils - au degré XII - pour une intensité qui entraîne la destruction totale des oeuvres humaines et des bouleversements de la morphologie du terrain.

Le peu de dommages graves est attribuable aux faits que la population est clairsemée dans la zone épicentrale et que la plupart des bâtiments y sont en rondins ou ont une charpente en bois et ne comportent qu'un ou deux étages. Ce type de bâtiments s'est avéré des plus résistants aux tremblements de terre parce qu'il peut ployer sans subir de dommages.

Afin de mieux connaître les causes et les effets des secousses principales, des géoscientifiques ont effectué des travaux sur le terrain immédiatement après les deux séismes. Des sismologues de la Commission géologique du Canada (CGC) et des techniciens du Centre géoscientifique du Pacifique à Sidney, en Colombie-Britannique, et de la Division de la géophysique, à Ottawa et à Yellowknife, ont effectué des levés après les deux secousses principales (fig. 4). À partir de Fort Simpson, des hélicoptères ont déployé des sismographes portatifs dans la région épicentrale. Chaque levé a duré environ une semaine. Les scientifiques ont pu maintenir en opération seulement cinq ou six stations d'enregistrement en raison des longues distances les séparant de Fort Simpson, des températures de -40C et des journées très courtes en janvier (fig. 5). Ils ont tout de même pu déterminer l'emplacement des secousses principales grâce aux sismographes et observer les effets de violents mouvements du sol au cours des levés sur le terrain. Figure 4 Équipe de travail à un emplacement de sismographes en janvier. De gauche à droite: MM. R.J. Wetmiller, M. Lamontagne, D. Monsees de la CGC et M.J. Phillips, pilote de l'hélicoptère Lakeland (Photo par R.B. Horner).

Figure 5 M. Lamontagne, en expédition au chaînon Nahanni, règle un sismographe numérique (Photo par R.B. Horner).

La zone des séismes, qui s'étire sur environ 50 km dans la direction nord-sud, a une largeur de quelque 15 km. Les deux secousses principales étaient centrées près du milieu de la zone et séparées de quelques kilomètres seulement. Les séismes forment une pointe asismique inclinée vers l'ouest.

Dans la région centrale, les scientifiques ont découvert le type de traces que laissent les forts mouvements du sol accompagnant les tremblements de terre importants. Bien qu'ils n'aient trouvé aucun affaissement de surface, ils ont pu observer d'importants glissements de terrain et éboulis de roches. Un éboulement, provoqué par le tremblement de terre d'octobre, a constitué le glissement le plus considérable. L'éboulement a créé un gradin de 70 mètres (fig. 6) - témoin silencieux de l'énorme quantité de roches déplacées. On estime que de 5 à 7 millions de mètres cubes de roches ont glissé sur une distance de 1,6 km.

Figure 6 Un des plus imposants éboulements survenus au Canada et le premier provoqué par un tremblement de terre: il est attribuable au séisme de Nahanni survenu le 5 octobre 1985 (Photo par R.B. Horner).

Au moyen des données provenant des réseaux sismographigues canadiens et internationaux, des sismologues d'EMR ont défini les mécanismes au foyer des deux tremblements de terre. Chacune des deux secousses principales pouvait être expliqué par deux plans de faille possibles (fig. 7). La direction des deux plans de faille possibles était presque nord-sud; l'une des failles était légèrement inclinée vers l'ouest, et l'autre avait un pendage plus prononcé vers l'est.

Figure 7 Plans de failles probables de deux secousses principales. Les diagrammes représentent un tracé d'une région, à la même échelle,de lapartie inférieure des deux plans de failles qui confirme la polarité,la compression ou la dilatation de la secousse, enregistrée à toutes les stations de sismographes. Ces deux dispositions probables sont pratiquement identiques et montrent que les deux principaux tremblements de terre ont été provoqué par une poussée. L'orientation et l'inclinaison du plan d'inclinaison ouest sont presque identiques à celles des pricipaux failles de chevauchement de cette zone (les failles Iverson et Nahanni). Cependant, le pendage du plan ouest de la secousse de décembre est moins prononcée que celle du plan de la secousse d'octobre.

Après avoir comparé ces données avec les cartes géologiques de la région, les sismologues ont conclu que le plan à pendage vers l'ouest était le plan de faille. Les principales failles de la région datent de la phase laramienne et ont été créées lorsque les monts Mackenzie se sont formés. Les tremblements de terre se sont probablement produits le long d'un plan de faille qui est parallèle à la principale direction structurale de la région. Le fait que les tremblements de terre ne soient pas survenus à l'emplacement de failles visibles à la surface du sol laisse les scientifiques perplexes, mais ils n'écartent pas la possibilité d'une faille souterraine.

Une analyse de l'emplacement des nombreuses répliques fait ressortir les relations entre les mécanismes des secousses principales et les plus importantes failles de la région (fig. 8). Le réseau temporaire de stations portatives a enregistré un grand nombre de répliques. A partir de ces enregistrements, les sismologues ont localisé 288 répliques, qui avaient, pour la plupart, une magnitude inférieure à celle de 3,5 enregistrée en octobre 1985 et en janvier 1986 (fig. 9).

Figure 8 Géologie de la région épicentrale de Nahanni. Les séismes se sont produits dans la plaine de Mackenzie, un plateau qui n'est presque pas déformé et est situé entre le chaînon Nahanni et les monts Mackenzie. Des carbonates et des roches détritiques, datant du Paléozoïque et du Protérozoïque, recouvrent le Bouclier canadien; elles se trouvent à une profondeur de 8 à 10 km. Cette zone a été très faillée et plissée lors de l'orogénèse laramienne; c'est à cette époque que les failles de chevauchement de Iverson, de Battlement et de nahanni se sont formées.

Figure 9 La répartition des répliques sismiques de la secousse d'octobre est indiquée en rouge, et celle de la secousse de décembre en bleu. Les zones des répliques sont identiques dans les failles de chevauchement et traversent la colonne sédimentaire pour pénétrer dans les roches du Bouclier. En moyenne, les répliques de décembre semblent plus profondes et se déplacent de quelques kilomètres à l'ouest des répliques d'octobre.

Trois enregistrements d'un accélérographe pour secousses fortes, représentant la séisme du 21 décembre, constituent peut-être les données les plus importantes parmi toutes celles qui ont été recueillies au sujet des tremblements de terre dans la région de la Nahanni. Les instruments qui ont enregistré ces données avaient été laissés en opération dans la zone épicentrale après la séisme d'octobre, dans l'espoir qu'ils capteraient de puissantes répliques au cours des mois suivonts. Ces appareils sont équipés d'un mécanisme qui les met en marche lorsque survient une forte secousse.

Les instruments ont fourni aux scientifiques un enregistrement remarquable du séisme de décembre. Deux des trois enregistrements sont représentés à la figure 10; l'enregistrement supérieur (une série de trois traces) montre des accélérations des mouvements du sol plus de deux fois supérieurs à celle due à la gravité. On n'avait encore jamais enregistré une accélération aussi élevée dans le cas d'un tremblement de terre. Les ingénieurs et les scientifiques réfléchissent maintenant à la portée de ces enregistrements et ils les utiliseront dans l'avenir afin d'améliorer la sécurité d'installations importantes réparties dans toute l'Amérique du Nord.

Figure 10 Accélérogrammes montrant la puissance de la secousse de décembre enregistrée à deux des trois sites. Les trois tracés supérieurs représentent le schéma du mouvement du sol en trois composantes lors d'une secousse à un emplacement situé à environ 8 km au nord et à l'ouest de l'épicentre. La secousse a consisté en un mouvement fort du sol d'environ 10s; le mouvement a atteint son point maximal en fin de trace avec une accélération en raison de la gravité de plus de 2 g. Le pic maximal a dépassé le champ d'enregistrement de l'instrument et a été évalué d'après l'état de la trace avant et après la secousse. Les trois traces du bas montrent un autre enregistrement de la même secousse survenu à environ 8 à 10 km au nord de l'épicentre. Les accélérations n'ont pas dépassé ici 0,3 g.

En nous fondant sur nos études des répercussions, sur le nord-est de la Cordillère, des séismes de magnitude élevée survenus dans la région de la Nahanni, nous prévoyons que les prochains séismes d'envergure dans les monts Mackenzie se caractériseront par des chevauchements, des secousses peu profondes, de vastes zones de répliques et, bien que nous n'en ayons pas trouvé dans ce cas-ci, des failles visibles à la surface du sol.

Les renseignements obtenus en étudiant les tremblements de terre de la région de la Nahanni auront d'importantes répercussions sur la conception de certains ouvrages d'ingénierie destinés aux Territoires du Nord-Ouest, entre autres, les pipelines et les barrages. La relation possible entre les séismes de la région de la Nahanni et les failles de la phase laramienne signifie que des tremblements de terre semblables peuvent se produire à n'importe quel endroit où se trouvent ces failles le long de la marge de la Cordillère canadienne.

L'étude de ces importantes secousses permettra d'établir une carte plus exacte et plus détaillée des zones sismiques du Canada. À long terme, nous saurons mieux comment protéger la population contre les risques de séismes.

Biographies

Photo

Robert B. Horner (au centre) est sismologue à la Division de la Cordillère et de la marge du Pacifique (CGC) et spécialiste des tremblements de terre au Yukon. Il travaille au Centre géoscientifique du Pacifique à Sidney (Colombie-Britannique), où il est chargé principalement de l'observation des séismes en Colombie-Britannique et au Yukon. Il possède un diplôme en géophysique de l'Université du Manitoba.

Maurice Lamontagne (à droite) est un sismologue qui travaille à la Division de la géophysique (CGC), à Ottawa. Depuis qu'il a obtenu une maîtrise en sciences de l'University of Western Ontario en 1985, il s'occupe de la reconnaissance sur le terrain des séismes survenant en Ontario, au Québec, au Nouveau-Brunswick et dans les Territoires du Nord-Ouest.

Robert J. Wetmiller (à gauche) oeuvre dans le cadre du programme canadien d'observation des tremblements de terre depuis 15 ans. Il possède des diplômes en géophysique des universités du Manitoba et de la Colombie-Britannique et travaille à la Division de la géophysique (CGC) en qualité de sismologue.