Les tremblements de terre, moteur du cycle du carbone en mer profonde

Dans une étude qui vient d'être publiée dans page externeNature Communications Dans cette publication, le géologue Michael Strasser présente les premiers résultats d'une expédition de recherche d'un mois au Japon, organisée en mars 2012 par le "MARUM - Zentrum für Marine Umweltwissenschaften". Strasser, professeur assistant de dynamique sédimentaire à l'ETH Zurich jusqu'en 2015 et actuellement professeur de géologie sédimentaire à l'Université d'Innsbruck, a étudié sur place, avec une équipe internationale, les processus dynamiques de distribution et de remaniement des sédiments déclenchés par les séismes.

Les chercheurs ont prélevé une carotte à une profondeur de 7542 mètres sous la mer dans ce qu'on appelle la fosse du Japon, un chenal en eaux profondes de 800 km de long dans la partie nord-ouest de l'océan Pacifique. La fosse du Japon est sismiquement active. C'est là que s'est produit, entre autres, le séisme de Tohoku-oki de 2011, qui a surtout fait la une des journaux en raison de la catastrophe nucléaire de Fukushima. Lors de tels séismes, d'énormes quantités de matières organiques sont emportées des eaux peu profondes vers les eaux profondes. Les couches de sédiments ainsi formées fournissent donc plus tard des informations sur l'histoire des tremblements de terre et sur le cycle du carbone en mer profonde.

Nouvelles méthodes de détermination de l'?ge en eaux profondes

Avec l'étude actuelle, les chercheurs ont réussi une percée. Ils ont en effet analysé les sédiments contenant du carbone par la méthode du radiocarbone. Certes, la détermination de la teneur en carbone organique ainsi que la mesure du carbone radioactif (¹⁴C) de composés minéralisés dans des couches de dép?t individuelles est utilisée depuis longtemps pour déterminer l'?ge des sédiments. Mais jusqu'à présent, l'analyse d'échantillons prélevés à plus de 5000 mètres sous la mer n'était pas possible, car les composés minéralisés se dissolvent sous la pression croissante de l'eau.

Strasser et son équipe ont donc d? utiliser de nouvelles méthodes d'analyse. L'une d'entre elles était la méthode dite du radiocarbone gazeux en ligne, développée par le laboratoire de physique des faisceaux d'ions en collaboration avec le doctorant de l'ETH Rui Bao et le Biogeoscience Group de l'ETH Zurich. Pour une seule carotte de forage, il est ainsi possible d'obtenir de manière très efficace plus de cent ¹⁴C-?ge directement sur la matière organique contenue dans les sédiments.

Les chercheurs ont en outre appliqué pour la première fois la méthode des mesures "Ramped PyrOx" (pyrolyse) pour la datation de couches sédimentaires provenant de la mer profonde. Ceci en collaboration avec le Woods Hole Oceanographic Institute américain, qui a développé la méthode. Elle consiste à br?ler des matières organiques à différentes températures. Comme les matériaux organiques plus anciens présentent des liaisons chimiques plus fortes, leur combustion nécessite des températures plus élevées. La nouveauté réside dans le fait que les écarts d'?ge relatifs des différentes fractions de température entre deux échantillons permettent de délimiter très précisément les différences d'?ge entre les couches sédimentaires en mer profonde.

Dater les tremblements de terre pour des prévisions plus précises

Gr?ce à ces deux innovations méthodologiques, l'?ge relatif de la matière organique dans les différentes couches de sédiments a pu être déterminé avec une extrême précision. La carotte de forage examinée présente à trois endroits de la matière organique plus ancienne ainsi que des taux élevés d'apport de carbone dans les eaux profondes. Ces sites correspondent à trois événements sismiques historiquement documentés dans la fosse du Japon, mais dont certains n'ont pas encore été datés avec précision : le tremblement de terre de Tohoku-oki de 2011, un tremblement de terre sans nom de 1454 et le tremblement de terre de Jogan de 869.

Actuellement, Strasser travaille à l'enregistrement géologique à grande échelle de l'origine et de la fréquence des sédiments dans les fosses océaniques. Pour ce faire, il analyse plusieurs carottes prélevées dans la fosse du Japon lors d'une expédition de suivi en 2016. "L'identification et la datation des dép?ts sismiques sont également importantes pour les prévisions futures sur la probabilité des séismes", explique Strasser. "Car gr?ce à nos nouvelles méthodes, nous pouvons déterminer le taux de récurrence des séismes avec beaucoup plus de précision".