Glissements de terrain de Storegga

Les deux ou trois glissements de terrain de Storegga (mot signifiant en norvégien : « la grande bordure ») sont considérés comme ayant constitué les plus grands glissements de terrain actuellement connus en Europe. Ils se sont produits en mer de Norvège à une centaine de kilomètres au nord-ouest de Molde. Ils ont causé au moins un tsunami qui, il y a environ 8 150 ans, s'est propagé à des centaines de km[3]. Le second tsunami, il y a environ 7 000 ans, était de moindre importance, mais a quand même produit une vague remarquable[4].

Carte situant le glissement de terrain de Storegga et sa direction par rapport à la Norvège actuelle (en jaune) ;
L'essentiel des matériaux (environ 3 500 km³[1]) a été transporté sur une distance atteignant 290 km de longueur, et jusqu'à environ 800 km pour les plus fins. À l'époque de ces effondrements, le niveau marin était bien plus bas.
En jaune ; hauteur de la vague du tsunami créé par l'effondrement de Storegga, (selon la hauteur des tsunamites) (perturbations et dépôts sédimentaires laissés au moment du retrait de la vague du tsunami)[2]. À cause de la remontée du niveau de la mer, si le même événement se produisait aujourd’hui, la configuration de la vague et sa hauteur seraient différentes.

La partie orientale de cette zone, malgré une sismicité importante, est aujourd'hui exploitée par plusieurs plateformes pétrolières offshore ; elle constitue le champ gazier d'Ormen Lange (découvert en 1997 et exploité depuis septembre 2007)[5], qui est le second champ de gaz norvégien en importance, juste après le champ gazier de Troll également exploité[5]. Non loin se trouve également le champ pétrolifère et gazier de Brent. Norsk Hydro, opérateur sur ce champ gazier a fait étudier le risque d'un nouveau glissement de terrain dans la zone et cherche à comprendre les causes de cet effondrement. Il a dû adapter son design d'installations immergées (pipe-lines notamment) aux fonds marins déstructurés par les nombreuses terrasses successives d'effondrement et zones de fluxions ou de cônes d'éboulement[5].

D'autres cicatrices d'effondrement de ce type sont connues autour de la mer de Norvège (dont deux autres de grande taille, plus au nord et en pleine mer), en Atlantique Nord-Est[6]. Quelques autres zones d'effondrement et/ou riches en tsunamites sont connues au bord du Groenland où existe une couche de 0,72 m de sable probablement apportée par la vague du tsunami de Storegga[7], et en Écosse[6].

Description du complexe d'effondrement de Storegga

Le complexe d'effondrement de Storegga correspond à une zone de remobilisation brutale de plusieurs milliards de mètres cubes de roche et sédiments. Cet effondrement a peut-être été préparé ou causé par un ou plusieurs tremblements de terre, mais il est à ce jour impossible de le démontrer. Il semble résulter d'au moins deux effondrements majeurs de l'escarpement du plateau continental qui ont causé chacun un tsunami dont la force et l'étendue font encore l'objet d'études et de modélisations.

Cet effondrement s'est entièrement ou en grande partie produit sous l'eau, à l'époque mésolithique, soit à la fin de la dernière glaciation, alors que la calotte polaire nord fondait encore rapidement et que le niveau de la mer remontait, il y a environ 8200 ans, au nord-est de la mer du Nord, en mer de Norvège.

Selon les modèles et données disponibles, la vague du tsunami a pris une forme ovoïde ou arrondie[8], à la suite du glissement de terrain qui a charrié d'énormes quantités de pierres, graviers, galets, sable et argile (et peut-être de glace et d'hydrate de méthane). Les plus lourds de ces matériaux ont été déplacés dans un couloir de près de 300 km de large, et des études ont montré que certaines parties de la « cicatrice » du glissement de terrain s'étendent jusque dans les grands fonds marins, jusqu'à environ 800 km du point de départ de l'affaissement[5] pour les plus légers.

Le couloir d'affaissement sous-marin est orienté selon un axe nord-ouest/sud-est, et il est situé entre la côte norvégienne et un point se trouvant à environ 100 km au nord-ouest de la région de Møre. Le premier glissement est estimé s'être produit sur 290 km de large, pour un volume de débris emportés d'environ 3 500 km³. Cette région est encore sismiquement très active.

Datation

On ne dispose pas encore de datation précise pour l'ensemble des séquences, mais grâce à des échantillons de matière organique végétale récupérés dans des sédiments déposés par le tsunami, le glissement de terrain le plus important est actuellement daté (au carbone 14) à environ [9].

Traces et preuves fossiles des tsunamis de Storegga
Dépôts laissés par le tsunami du Storegga (couche supérieure grise, entre deux couches de tourbe), près de la baie de Montrose au Nord-Est de l'Écosse.

Les traces sont surtout sous-marines, mais en Écosse, des traces sédimentaires d'un ou plusieurs tsunamis importants sont encore observables sur certains littoraux et îles, mais aussi jusqu'à plus de 80 km à l'intérieur des terres dans le Firth of Forth (à plus de 4 mètres du niveau moyen actuel des marées ; ce qui signifie que si l'on tient compte du fait qu'au moment du Tsunami, le niveau marin était beaucoup plus bas, on peut estimer que, quand la vague a déferlé dans l'estuaire de South Esk River aux pieds de la partie orientale des Monts Grampians dans l'Angus (Est de l’Écosse, entre Dundee et d'Aberdeen), elle mesurait environ 21 m de hauteur (à comparer au maximum de 39 m du tsunami de 2011 au Japon).

La modélisation ou reconstitution cartographiée du comportement et des impacts des tsunamis post-glaciaires sont rendues délicates en raison du fait que le niveau de la mer a considérablement augmenté depuis ces événements majeurs. De plus, comme le rappelle Fisher en 2004, les rééquilibrages isostatiques ont été très actifs après la fonte rapide de la calotte polaire, mais selon un schéma et un rythme encore mal compris.

La hauteur des tsunamites, dans certaines régions (Jutland, Baltique) doit être corrigée quand le sol ou le fond marin ont depuis 8 à 10 000 ans eux-mêmes subi une élévation ou un enfoncement significatif (ce qui semble être le cas pour le Jutland par exemple). De plus, les premières datations au carbone 14 de sédiments et dépôts susceptibles d'être des tsunamites n'étaient pas toujours précises. Des études sont encore nécessaires pour mieux reconstituer et dater rétrospectivement l'« événement Storegga ».

Impacts sur les populations humaines

Ces impacts sont mal connus, faute de témoignages écrits, et parce qu'une partie des communautés humaines vivaient alors sur des zones qui ont été depuis immergées par la remontée du niveau marin. Les progrès de l'archéologie sous-marine ont néanmoins montré que les populations néolithiques européennes exploitaient abondamment et avec un certain savoir-faire les ressources halieutiques. La plupart des sites encore aujourd’hui connus pour leur richesse en poissons étaient occupés par des communautés de pêcheurs[10]. Cet événement a peut-être tué un grand nombre d'humains près des régions côtières ou à tout le moins les a amené à se déplacer vers l'Ouest et le Sud.

L'effondrement et ses effets sous forme de tsunami se sont indiscutablement fait ressentir sur :

  • le Doggerland : cette région basse (alors habitée) située entre le Danemark et l'Angleterre et maintenant engloutie par la mer du Nord a été balayée par le tsunami induit par cet effondrement[5],[11] ;
  • les îles Féroé : elles étaient alors occupées, et les populations humaines y ont aussi été probablement anéanties. On y trouve encore les preuves du passage du tsunami[12], en particulier dans un lac côtier aujourd'hui situé à 4 m d'altitude sur l'île de Suðuroy dont les profils lithostratigraphiques ont conservé les traces d'un premier tsunami, dévastateur, et d'un second un peu moins puissant, mais qui a érodé une partie des tsunamites laissés par le premier. Dans les couches perturbées, des fragments de coquilles marines et de foraminifères y sont mélangés avec des fragments de bois et des couches de sable fin. L'événement tsunami a été daté entre 7300 et 6400 BP au carbone 14[13] ;
  • l'Islande ;
  • les îles Shetland, constituant les sommets d'un vaste territoire habité[14], en conservent également les traces[15] ;
  • une grande partie de la Grande-Bretagne et de l'Europe continentale actuelle portent encore des traces d'un tsunami[5] ;
  • la Norvège occidentale : des communautés de l'âge de la pierre y vivaient ; certaines ont été dévastées par au moins un tsunami (de 10 à 15 m de haut)[5] ;
  • le Jutland : les chercheurs y ont récemment retrouvé des traces d'effets « étonnamment élevés (...) dans les régions de l'ouest du Jutland »[16].

Si un tel événement devait se reproduire, ses conséquences sur les réseaux de pipelines, de câbles et sur les installations offshore et littorales (ports, industries, tourisme…) seraient aujourd'hui catastrophiques. C'est une des raisons qui motivent les études rétrospectives le concernant[5].

Causes

Les causes de ces glissements de terrain semblent liée à l'histoire paléoclimatique et géologique de la mer du Nord et à celle de la mer de Norvège (en particulier concernant les hydrates de méthane, l'isostasie et les rééquilibrages liés aux cycles de glaciations et déglaciations…). Elles font encore l'objet d'études[6] visant notamment à mieux comprendre la géologie et l'évolution récente du Moho ou des réservoirs d'hydrocarbures de cette zone :

  • les études géologiques le permettant n'ont pu vraiment commencer que de 1999 à 2006 avec des investigations sismiques et géotechniques (tests in situ, analyse d'échantillons de fond et de carottes de forage prélevées jusqu'à 200 m, bien que le champ s'étende sur une profondeur de 250 à 1 600 m ;
  • plus récemment, NGI a développé un dispositif de mesure de la pression dans les pores de la roche, dispositif qui pourrait être placé au fond des tubes de forage jusqu'à à 1 100 m au-dessous du niveau de la mer[5] ;
  • l'étude du contexte paléoclimatique et géographique a montré qu'il était celui d'une fonte rapide de la calotte glaciaire, associée à une remontée, également rapide, du niveau marin (qui était 120 à 130 m plus bas qu’aujourd’hui à l'apogée de la glaciation, il y a environ 18 000 ans) : Alors que l'océan remontait (en pesant sur le fond marin), la fonte des glaces apportait sur le plateau continental des quantités considérables de sédiments, pierres, graviers et sables provenant des parties émergées de la Scandinavie, via les fleuves à régime torrentiel, mais aussi via les mouvements d'icebergs et de glaciers. À la hauteur de la Norvège, des torrents ou coulées minérales de roches et graviers s'écoulaient vers la mer, ce mouvement se poursuivant sous la mer. Leurs traces fossiles sont aujourd’hui étudiés via les études sismiques qui montrent de nombreuses coulées de 15 à 50 m d'épaisseur[6]) et pouvant s'étaler sur une largeur de 2 à 40 km[6]. D'immenses dépôts morainiques pouvaient aussi être périodiquement remodelés par les glaciers, les flux d'eau, la cryoturbation ou des ruptures de barrages naturels, toujours en interaction avec les courants marins de l'époque, et la montée de la mer dans le « ventilateur de la mer du Nord » (« Nordsjøvifta »). La sismique a révélé de très importants apports macrosédimentaires noyés dans des sédiments plus fins (alors susceptibles de « lubrifier » d'éventuels effondrements). Ces dépôts atteignent 150 à 200 mètres d'épaisseur sur la pente continentale. Les glissements de terrain qui y sont intervenus ont des largeurs qui atteignent 200 à 300 km[6].

Plusieurs hypothèses explicatives des affaissements ou glissements prédominent, ne s'excluant pas nécessairement. Elles peuvent au contraire se compléter, traduisant un phénomène synergique :

  1. un effondrement brutal et spontané est plausible (en un ou plusieurs épisodes étalés sur quelques heures ou tout au plus quelques jours selon l'Institut norvégien de géotechnique NGI[5]), à partir de grandes quantités de sédiments trop rapidement déposés sur la pente du plateau continental pour pouvoir se stabiliser[6] (phénomène de solifluxion sous marine au-delà d'un certain seuil d'épaisseur/pression/pente…) ;
  2. un séisme ou une suite de séismes pourraient avoir déclenché l'effondrement, mais il est également possible que l'instabilité sédimentaire était telle qu'un séisme n'ait pas même été nécessaire ; l'hypothèse d'un séisme déclencheur reste néanmoins crédible, cette zone précise étant encore actuellement celle où les sismographes enregistrent le plus grand nombre de tremblement de terre en Europe du Nord et en mer du Nord (dont des séismes induits ?) ;
  3. une « fuite » massive et brutale de gaz naturel (« Méthane Blast ») à partir d'un gisement sous-jacent et/ou un phénomène de solifluxion pourrait avoir été déclenchée par la dissociation chimique d'hydrate de méthane[17] ; c'est une hypothèse plus récente, en cours d'étude.

L'étude bathymétrique et par la sismique de réflexion des marges et pentes continentales de l'Atlantique, du Pacifique, de l'océan Indien et de la Mer Noire a révélé d'autres importantes cicatrices d'anciens affaissements tsunamigènes sur des zones recouvrant des dépôts d'hydrates de gaz[17]. Ces dépôts sont très nombreux et importants sur les bordures de plateaux continentaux[18]. Ils ont été à l'origine de transfert massifs et brutaux d'énormes quantités de matériaux et sédiments vers l'océan profond. La durée de chaque « événement » se compte généralement en heures ou en années[17]. Selon J. Mienert, professeur en géologie marine arctique et en géophysique appliquée à l'université de Tromsø, Norvège, une libération massive et rapide de gaz et/ou d'eau de décompositions d'hydrate de méthane peut déclencher une instabilité majeure en bordure de marge continentale[17]. La stabilité des clathrates piégés dans le sédiment dépend de la température de l'eau et du contexte géothermique, mais aussi de la pression (qui varie là où la mer monte et sous les calottes qui fondent)[19],[17]. La solubilité du méthane dans l'eau varie également selon des paramètres proches. De plus, chaque affaissement majeur de ce type est aussi source d'un important relargage de méthane (puissant gaz à effet de serre) dans l'eau et l'atmosphère[17], un puissant gaz à effet de serre qui peut accélérer le réchauffement.

Il est encore difficile de quantifier l’importance relative de ce facteur parmi les autres causes (à échelle régionale ou mondiale).

La modélisation thermodynamique de ces processus doit être couplée à des outils de monitoring de la pression dans les pores de la roche et au suivi des phénomènes de « dissipation » dans les zones présentant des signes d'évolution en présence d'hydrates de méthane[17]. Alors l'évaluation du risque actuel et futur en sera améliorée (dans un contexte de réchauffement et de montée de la mer). J. Mienert estime que des progrès viendront de l'étude combminée ou couplée des hydrates de méthane océaniques, des glissements de terrain sous-marins, et du climat, à partir des enregistrements du méthane dans les bulles de la glace.

On sait déjà que l'exploitation active de gaz naturel et/ou de pétrole déclenchent de nombreux petits tremblements de terre induits, tout comme le font les grandes retenues d'eau. On a récemment montré que la remontée vers la surface de méthane sous pression dans des failles (actives ou devenues inactives) peut les réactiver[20]. Or il existe des réservoirs d'hydrocarbures très importants sous cette zone (dont le champ gazier d'Ormen Lange, en exploitation depuis peu). Des tremblements de terre induits ou facilités par une brutale remontée de gaz sont possibles. De telles remontées auraient pu être induites par des phénomènes de mouvements du sous-sol (compensation isostatique : la terre remonte à certains endroits quand le poids de la calotte glaciaire diminue). Dans une zone hautement instable comme l'était le Storegga il y a 8000-9000 ans, un effondrement tsunamigène peut s'ensuivre. C'est une hypothèse qui n'est pas à ce jour confirmée par les études de Norsk Hydro, qui a par ailleurs jugé le risque de renouvellement d'un tel effondrement aujourd'hui peu probable « au large ouest de la Norvège »[17]. La modélisation numérique calée sur les analyses de données de terrain se poursuit. Selon les modèles, deux paramètres influent sur le potentiel tsunamigène d'un effondrement de ce type. Ce sont d'une part le volume de matériau qui s'effondre, et d'autre part sa vitesse initiale (qui dépend de la pente et profondeur et de la décohérence du substrat). Le produit de l'accélération initiale et du volume du glissement est la quantité la mieux corrélée avec l'élévation et la surface[17].

Enjeux contemporains
Champ pétrolifère et gazier de Brent.

Outre des enjeux de connaissance scientifique (archéopaléontologique, géologique, historique, etc.), il est utile de bien comprendre ce qui s'est passé là il y a environ 8000 ans, afin de mieux anticiper les impacts d'un éventuel nouveau tsunami, ou d'autres effondrements de ce type, même de moindre importance. La gestion du risque tsunami implique de comprendre leur dynamique et vélocité[21] afin de prévoir comment la sécurité maritime, les ports, les populations littorales et l'environnement pourraient gravement pâtir d'un événement de ce type, même plus modeste.

Dix ans de surveillance sismique du nord de la mer du Nord et du sud de la mer de Norvège ont clairement montré que cette zone est encore sismiquement très active[22]. Or elle fait l'objet d'une exploitation gazière intense.

De plus, une étude de 1999-2000[20] qui a porté sur une « faille inverse » située dans le nord de la mer du Nord (faille normale et restée longtemps inactive) en combinant des images sismiques à des mesures (in situ) de pression et de contraintes a conclu que cette faille était en cours de réactivation. Trois raisons semblent pouvoir expliquer cette réactivation, raisons qui additionnent leurs effets :

  1. une augmentation récente de la contrainte de compression dans la zone, associée à un « rebond post-glaciaire »,
  2. une pression interstitielle localement élevée dans la roche, en raison de la présence de gaz naturel dans un réservoir d'hydrocarbures situé sur le côté d’une des parois de la faille,
  3. une orientation de faille presque optimale pour le glissement (dans le contexte du champ de contrainte actuelle).

Dans ce cas précis, la combinaison de ces trois facteurs induit d'une part une reprise du glissement le long de la faille, et d’autre part une fuite de gaz le long de la section de faille, qui délimitait la faille et assurait l’étanchéité du réservoir.

Les auteurs de cette étude affirment que l'accumulation de colonnes de gaz (CO2 par exemple) dans le voisinage de failles tectoniques peut contribuer à remettre ce type de faille en mouvement[20]. Or la zone de naissance de l'affaissement de Storegga et le plateau continental, très court (par rapport à ce qu'il est en mer du Nord) dans cette région sont outre sismiquement actif, une zone très riche en ressource en gaz, et il y a maintenant de nombreuses plateformes offshore opérant en mer du Nord et mer de Norvège, ainsi que des centaines de kilomètres de câblages, pipelines et de gazoducs qui sont conçus pour résister aux petits et moyens séismes, mais non à des phénomènes tels que celui de « Storegga ».

Tout comme les activités minières ou les grands barrages hydroélectriques, l'exploitation (notamment offshore) d'hydrocarbures peut induire de petits séismes.

Ceci se fait suite aux décompressions induites par les prélèvements pétroliers ou gaziers et/ou à la suite des remises en pression ou en surpression (par exemple quand il y a injections souterraines de fluides liquides ou gazeux pour décolmater un gisement, le réactiver ou y stocker du CO2 ou du soufre récupérés à partir du traitement primaire du gaz).

C'est aussi en bordure de plateau continental qu'ont été faits certains dépôts de munition immergées.

Les installations gazières ont été précédées d'études sur les géorisques liés à la cicatrice de l'effondrement de Storegga[23].

Références
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Voir aussi

Bibliographie
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