L'analyse de la sismicité dans la région de l'Etna nous permet de connaître la structure de la croûte terrestre à travers laquelle le magma remonte et d'étudier la migration des fluides magmatiques le long du système d'alimentation du volcan. Analyser la sismicité naturelle du volcan Etna sert à étudier la montée des fluides magmatiques le long du "système de plomberie" du volcan, ou le long de ce secteur de la croûte terrestre à travers lequel le magma est transféré des profondeurs de la source magmatique à la surface.
Figure 1 - Distribution de la sismicité (points noirs, dont la taille est fonction de la magnitude) et de la valeur b relative (points colorés) dans la région crustale de l'Etna. Le "système de plomberie" profond du volcan correspond à une zone presque asismique, tandis que l'environnement du réservoir de magma intermédiaire est caractérisé par des valeurs b élevées.
La sismicité de l'Etna et la remontée du magma sous le volcan
C'est l'objet principal de l'étude "La distribution de fréquence-magnitude des tremblements de terre sur le volcan Etna dévoile les changements de stress critiques le long des voies magmatiques" menée par une équipe de chercheurs de l'Institut national de géophysique et de volcanologie (INGV) de Catane et qui vient d'être publiée dans la revue scientifique 'Communications Terre & Environnement' par Nature.
En analysant plus de 13.700 tremblements de terre survenus entre 2005 et 2019, enregistrés par les plus de 30 stations sismiques du réseau de surveillance de l'Observatoire de l'Etna de l'INGV de Catane, les chercheurs ont mis en évidence comment l'analyse de la sismicité naturelle peut être utilisée pour étudier la remontée du magma, ainsi que pour étudier la structure de la croûte sous l'Etna.
"Le secteur crustal qui abrite l'Etna est caractérisé par une forte sismicité, avec de nombreux tremblements de terre liés à des processus de fracturation et des mouvements le long de plans de faille préexistants. Ces événements sismiques peuvent être déclenchés à la fois par la poussée du magma ascendant et par les processus de déformation tectonique de la croûte terrestre", explique Marco Firetto Carlino, chercheur à l'INGV et auteur de l'étude.
"Cependant, les conditions de contraintes locales (comme par exemple la pression exercée par le magma), l'action des gaz magmatiques présents dans le sous-sol, les gradients thermiques et les propriétés mécaniques des différents volumes crustaux susceptibles de générer des séismes affectent la modalités avec lesquelles l'énergie sismique est libérée.
En particulier, en étudiant la relation entre le nombre de tremblements de terre survenant dans une région donnée et la magnitude relative, à travers un paramètre appelé 'b-value', il est possible de définir si cette région tend à libérer de l'énergie sismique préférentiellement à travers de nombreux tremblements de terre de magnitude relativement faible, ou par des événements moins fréquents de plus grande énergie".
Cette étude a permis aux chercheurs d'identifier une zone asismique qui s'étend d'une profondeur de plus de 30 km à environ 10 km sous toute la région de l'Etna, ce qui correspond à la partie la plus profonde du "système de plomberie". Plus en surface, un réservoir magmatique intermédiaire a été identifié, situé entre 1 et 6 km sous le niveau de la mer, autour duquel se produisent de nombreux séismes de faible magnitude, favorisés par la haute pression des fluides magmatiques et par les conditions de fracturation généralisée du croûte.
"L'analyse des variations temporelles de la valeur b le long du 'système de plomberie' de l'Etna a permis d'étudier le mouvement du magma en profondeur", poursuit Firetto Carlino. "En particulier, le 24 décembre 2018, l'activité de l'Etna a été caractérisée par l'un des plus grands événements intrusifs jamais enregistrés, qui est lié à l'ascension d'environ 30 millions de mètres cubes de magma qui ont interrompu leur ascension sous le volcan, à peu près en mer. niveau, déclenchant une modeste éruption qui n'a duré que 4 jours.
Les séries chronologiques montrent une pressurisation autour du réservoir intermédiaire par les gaz magmatiques, tracée par une augmentation marquée de la valeur b, qui s'est produite environ 19 jours avant l'éruption. Ce dernier a ensuite été précédé d'un effondrement de la b-value 2 jours avant l'événement".
"L'analyse de ce paramètre sismologique nous a permis d'émettre l'hypothèse que l'accumulation anormale de magma à l'intérieur du volcan pourrait avoir été causée par une augmentation de la contrainte le long du "système de plomberie", qui peut être attribuée à une dynamique intrinsèque liée au transfert du magma lui-même, ou à des déformations crustales d'origine tectonique.
Dans cette dernière hypothèse, les processus tectoniques seraient capables de produire localement des déformations aussi rapides et intenses qu'elles inhiberaient temporairement le transfert de magma vers la surface", conclut le chercheur.
Figure 2 - Série chronologique montrant l'évolution de la valeur b autour du réservoir magmatique intermédiaire (en jaune) et dans la partie la plus superficielle du "système de plomberie" (en bleu). On note comment les valeurs de b n'augmentent nettement qu'autour du réservoir de magma environ 19 jours avant l'éruption du 24/12/2018, en raison d'une pressurisation du système par les gaz magmatiques. L'éruption est anticipée par un effondrement de la valeur b qui a commencé le 22/12/2018 uniquement autour du réservoir de magma, et s'est poursuivi jusqu'au jour de l'éruption dans les deux séries temporelles.
La première carte des processus géologiques actifs en Sicile par satellites
Il existe une carte des processus tectoniques actifs en Sicile, grâce au traitement sophistiqué effectué sur une série d'images satellites capturées par le satellite Sentinel-1 au cours des 5 dernières années, qui a conduit à la production de la première carte sur une échelle régionale.
L'étude, intitulée "Present-Day Surface Deformation of Sicily Derived from Sentinel-1 InSAR Time-Series", a été publiée dans le prestigieux "Journal of Geophysical Research: Solid Earth".
L'article scientifique, fruit d'une collaboration internationale franco-italienne, a impliqué les chercheurs Giovanni Barreca et Carmelo Monaco du Département des Sciences Biologiques, Géologiques et Environnementales de l'Université de Catane, Maxime Henriquet du CEREGE d'Aix-Marseille Université et Stéphane Dominguez, Michel Peyret et Stéphane Mazzotti du CNRS UMR-5243 de l'Université de Montpellier.
La carte (Figure 1) a été créée grâce à un traitement sophistiqué appelé "PS-InSAR" qui utilise des techniques de télédétection pour comparer des images satellites d'une même zone, mais acquises à des époques différentes (en l'occurrence entre 2015 et 2020).
L'élaboration de la carte est le résultat d'une mesure différentielle entre la distance satellite-sol mesurée en 2015 et celle mesurée en 2020 et montre avec différentes couleurs où et de combien le sol sicilien s'est déplacé au cours des 5 dernières années.
La technique, grâce également à l'étalonnage au sol avec des récepteurs de positionnement par satellite GNSS (Global Navigation Satellite System) répartis sur tout le territoire sicilien, est capable de quantifier avec une précision millimétrique le mouvement vertical (Figure 1A) et horizontal (Figure 1B) des "cibles" situées au sol, mettant également clairement en évidence les limites entre zones de vitesses différentes.
La localisation sur la carte des limites a ensuite été superposée aux principales discontinuités tectoniques (failles) reconnues en Sicile, obtenant pour ces dernières également le taux de déformation dans l'intervalle de temps considéré.
L'interprétation tectonique des mouvements détectés a donc conduit à une mise à jour de l'image sismique-tectonique de la Sicile et à de nouvelles contraintes sur les taux de déformation actuellement en place avec des implications importantes sur l'aléa sismique de l'île.
"Les résultats les plus pertinents concernent la partie orientale et occidentale de la Sicile, toutes deux théâtre historique d'événements sismiques destructeurs", expliquent les chercheurs en illustrant le tableau de l'île.
La partie nord-est de la Sicile (Nebrodi-Peloritani) s'élève à une vitesse moyenne de 1 à 2 millimètres par an et se déplace vers l'est, se détachant du reste de l'île (Sicile centrale - relativement stable) à une vitesse d'environ 3 millimètres par année (figure 1B).
La ligne de démarcation entre les deux blocs en retrait est identifiée comme la zone de déformation la plus active de Sicile et consiste en une caractéristique tectonique régionale qui traverse, avec une direction Nord / Ouest-Sud / Est, toute l'île de Cefalù à l'Etna (hachuré sur les figures 1A et 1B).
L'étude confirme le mouvement continu de l'Etna
En particulier, son flanc Est glisse vers la mer avec des vitesses importantes (jusqu'à plus de 5 centimètres par an), mais s'étend sur une zone plus large que ce qui était connu jusqu'à présent. Glissant vers la mer, la partie orientale du volcan se fragmente en une série de blocs délimités par des failles actives (Figure 2).
Parmi celles-ci figure la faille de Flandaca à l'origine du séisme du 26 décembre 2018. La zone immédiatement au nord-ouest de Catane, en revanche, s'élève à une vitesse de plus de 5 millimètres par an.
Une autre donnée significative ressort de l'estimation des mouvements de sol enregistrés dans le sud-est de la Sicile (secteur d'Ibleo - provinces de Syracuse et de Raguse), théâtre de nombreux tremblements de terre destructeurs survenus dans le passé (rappelons-nous seulement les phénomènes du 4 février 1169, 10 décembre 1542 et du 11 janvier 1693).
Les données satellitaires indiquent que le secteur côtier syracusain diminue par rapport à la zone de Raguse, à un rythme d'environ 2 millimètres par an (Figure 3). L'abaissement se produit à proximité d'une importante discontinuité tectonique, l'escarpement ibléo-maltais (Figure 3), à la base duquel, selon de nombreux scientifiques, se trouve la faille responsable du tremblement de terre dévastateur du 11 janvier 1693.
Des mouvements de terrain importants ont également été enregistrés dans l'ouest de la Sicile dans la vallée du Belice (Figure 4), une zone connue pour le tremblement de terre du 15 janvier 1968. "L'étude publiée démontre comment l'utilisation d'outils d'investigation modernes, tels que les satellites, peut fournir des informations précieuses sur le mouvement des failles et donc mieux comprendre leur propension future à déclencher des tremblements de terre à haute énergie, avec des implications importantes sur le risque sismique de l'Isola. », concluent les chercheurs.
