Des centaines de séismes profonds à 150 km sous l’Antarctique révèlent une activité volcanique cachée qui bouleverse la géologie

Des centaines de séismes profonds, faibles mais nombreux, ont été identifiés sous l’Antarctique à des profondeurs jugées atypiques pour ce continent, entre 100 et 150 km.

La découverte repose sur la réanalyse de décennies d’enregistrements, grâce à des méthodes d’intelligence artificielle capables de repérer automatiquement des signaux noyés dans le bruit. Publiés dans la revue Science par une équipe associant des chercheurs américains et espagnols, ces événements remettent sur la table une question ancienne, que se passe-t-il sous la calotte antarctique, au cur d’une plaque réputée stable, loin des grandes zones de subduction où se produisent d’ordinaire les séismes profonds.

Science publie une détection à 100-150 km au cur de la plaque antarctique

Les séismes profonds sont un objet particulier en sismologie, parce qu’ils ne se produisent pas dans les mêmes conditions que les séismes classiques de la croûte terrestre. À 100 ou 150 km de profondeur, la pression et la température rendent la rupture fragile plus difficile, ce qui explique pourquoi ces événements sont surtout associés à des plaques plongeantes dans les zones de subduction. Or, l’Antarctique est souvent présenté comme l’exemple inverse, une vaste plaque, éloignée de la plupart des frontières actives, dont l’activité sismique paraît limitée comparée au Pacifique ou à la ceinture alpine.

Dans l’étude rapportée, les chercheurs décrivent une série d’événements profonds, nombreux, et détectés dans une zone qui n’est pas, à première vue, l’équivalent d’un Japon ou d’un Chili. Leur intérêt ne tient pas à des dégâts au sol, les magnitudes rapportées sont faibles, mais à leur localisation et à leur répétition. Quand des signaux se répètent, les sismologues se demandent s’ils révèlent une source persistante, un processus de déformation, ou une structure particulière du manteau supérieur.

Le caractère impossible souvent repris dans la presse doit se lire comme une surprise scientifique, pas comme une impossibilité physique absolue. Les événements profonds hors subduction existent, mais ils sont plus rares et plus discutés. Ici, la concentration de détections suggère surtout que les catalogues précédents étaient incomplets, faute d’outils adaptés pour trier des masses d’enregistrements. L’Antarctique dispose de stations sismiques, mais elles sont espacées, parfois temporaires, et les conditions de bruit, vent, température, contraintes logistiques, compliquent l’analyse fine.

Les auteurs insistent sur un point méthodologique, l’accès à des archives longues, parfois de plusieurs décennies, change la donne. Un événement isolé peut être un artefact, une erreur de localisation, ou un signal glaciaire mal identifié. Plusieurs centaines d’événements, détectés de façon cohérente, obligent à reconsidérer les hypothèses et à documenter la robustesse des localisations, des profondeurs et des mécanismes. Le débat se déplace alors vers la source, tectonique interne, volcanisme, ou autre processus du manteau.

Quentin Bletery (IRD, Geoazur) décrit le basculement vers l’analyse automatisée

La réanalyse des données sismiques antarctiques illustre un changement de méthode déjà visible dans d’autres domaines des géosciences. Quentin Bletery, directeur de recherche à l’IRD au laboratoire Geoazur, rappelle que l’identification de séismes a longtemps reposé sur un travail manuel, parfois assisté d’algorithmes simples. Concrètement, des analystes repéraient des arrivées d’ondes P et S sur les sismogrammes, validaient l’événement, puis affinaient sa localisation. Cette approche reste la référence pour des catalogues de haute qualité, mais elle devient difficile quand il faut revisiter des années de données continues, station par station.

Les approches modernes s’appuient sur des modèles entraînés à reconnaître des signatures sismiques, y compris quand les signaux sont faibles. L’objectif n’est pas de remplacer l’expertise humaine, mais d’augmenter la capacité de tri, en passant au crible des volumes de données qui seraient irréalistes à traiter à la main. Dans des régions comme l’Antarctique, où les campagnes de terrain sont coûteuses et où le réseau est hétérogène, cette automatisation permet de tirer davantage d’information des données déjà collectées.

Le gain se mesure en nombre d’événements détectés, mais aussi en cohérence temporelle. Des séismes de petite magnitude peuvent passer inaperçus, surtout si le bruit de fond est élevé, ce qui arrive avec le vent, les tempêtes, ou les mouvements de glace. Les méthodes d’IA peuvent repérer des motifs récurrents, classer les signaux et proposer des familles d’événements, ce qui aide ensuite les sismologues à vérifier les hypothèses, à recalculer les localisations, et à estimer la profondeur avec des méthodes plus lourdes.

Cette bascule pose aussi des questions de validation. Un modèle peut détecter trop d’événements si le bruit ressemble à un signal, ou s’il confond des séismes tectoniques avec des événements glaciaires. Les équipes doivent donc documenter les taux de faux positifs, comparer les résultats à des événements déjà catalogués, et publier des incertitudes. Dans le cas antarctique, l’enjeu est majeur, parce que l’argument central est la profondeur, et que la profondeur est précisément l’un des paramètres les plus sensibles à la géométrie du réseau et aux modèles de vitesse sismique utilisés.

Des séismes profonds hors subduction relancent la piste du volcanisme antarctique

Une fois la détection posée, la question se concentre sur le mécanisme. À 100-150 km, on se situe dans le manteau supérieur, à des conditions où la rupture fragile est moins intuitive. Dans les zones de subduction, les séismes profonds sont souvent expliqués par des transformations minéralogiques dans la plaque plongeante, ou par des processus de déshydratation qui fragilisent localement les roches. Sous l’Antarctique, l’absence d’une plaque océanique en plongée au même endroit pousse à examiner d’autres scénarios.

La piste volcanique est fréquemment évoquée parce que l’Antarctique n’est pas un désert magmatique. Le continent et ses marges abritent des édifices volcaniques, dont certains sont actifs ou potentiellement actifs, comme le mont Erebus en mer de Ross. D’autres structures, moins visibles sous la glace, sont suspectées à partir de données géophysiques, anomalies gravimétriques, flux de chaleur, ou signaux sismiques. Dans ce cadre, des essaims de petits séismes peuvent correspondre à une migration de fluides, à des ajustements de contraintes autour d’un système magmatique, ou à des ruptures dans des zones fragilisées par la température.

Les scientifiques restent prudents, parce que volcanisme recouvre plusieurs réalités. Un séisme profond peut être lié à la dynamique du manteau, sans qu’il y ait nécessairement une éruption imminente. Il peut aussi signaler une zone de lithosphère amincie, un héritage tectonique ancien, ou une hétérogénéité thermique. Les modèles thermiques sont cruciaux, une région plus chaude peut permettre des mécanismes de rupture différents, par exemple via des instabilités de cisaillement ou des réactions de phase qui libèrent de l’énergie sismique.

Pour trancher, les chercheurs cherchent des indices convergents. La distribution spatiale des événements compte, un alignement peut suggérer une structure, une concentration peut indiquer une source localisée. La répétition temporelle compte aussi, un essaim sur quelques jours n’a pas la même signification qu’une activité diffuse sur des années. Les mécanismes au foyer, quand ils peuvent être estimés, apportent une information sur le type de rupture, compression, extension, cisaillement, et sur l’orientation des contraintes.

Le débat est également alimenté par les limites d’observation. Sous une calotte épaisse, l’accès direct est rare, et les stations sismiques sont parfois à des centaines de kilomètres. Améliorer la résolution impose souvent de densifier le réseau, au moins temporairement, ou de combiner la sismologie avec d’autres méthodes, comme la magnétotellurique pour détecter des zones conductrices associées à des fluides, ou la tomographie sismique pour imager des anomalies de vitesse compatibles avec de la chaleur ou de la fusion partielle.

Réseaux sismiques antarctiques, bruit glaciaire et incertitudes sur la profondeur

Attribuer une profondeur de 100-150 km à un événement sous l’Antarctique n’est pas une formalité. Les sismologues savent que la profondeur est souvent le paramètre le moins bien contraint, surtout quand la couverture de stations est limitée et que les trajets d’ondes traversent des milieux complexes. En Antarctique, la présence de glace, de variations latérales de vitesse, et de structures profondes mal connues peut biaiser les localisations si les modèles utilisés ne sont pas adaptés.

Le bruit est un autre facteur. Les stations installées sur la glace ou à proximité de zones côtières enregistrent des signaux liés à l’océan, aux tempêtes, aux vibrations du vent, et aux mouvements internes de la calotte. Les icequakes, événements glaciaires associés à des fractures, à des glissements, ou à des épisodes de vêlage, peuvent produire des signaux qui ressemblent, à première vue, à de petits séismes. Les algorithmes doivent donc distinguer au mieux ces sources, par leur contenu fréquentiel, leur durée, et la façon dont les ondes se propagent.

Les équipes qui annoncent des séismes profonds doivent aussi convaincre sur la robustesse statistique. Une détection automatique peut multiplier les candidats, mais la question est de savoir combien résistent à des contrôles plus stricts, recalcul de l’hypocentre avec différentes hypothèses, tests de sensibilité, comparaison entre sous-ensembles de stations. Dans les publications, ces étapes sont centrales, parce qu’une erreur systématique de modèle de vitesse peut pousser artificiellement des événements vers de grandes profondeurs.

Le contexte antarctique impose souvent des compromis. Densifier le réseau demande des campagnes coûteuses, une logistique polaire, et une maintenance difficile. Certaines stations fonctionnent sur des périodes limitées, d’autres ont des interruptions. Les chercheurs compensent en combinant des réseaux internationaux, en partageant des archives, et en exploitant des méthodes de corrélation entre événements similaires. Quand plusieurs signaux se ressemblent fortement, on peut parfois améliorer la précision relative des localisations, même si l’absolu reste incertain.

Ce travail sur l’incertitude n’est pas un détail technique, il conditionne l’interprétation. Si les événements étaient en réalité plus superficiels, leur origine pourrait se rapprocher de processus glaciaires ou de la croûte. S’ils sont à plus de 100 km, la discussion bascule vers le manteau, la chaleur, les fluides, et la structure profonde de la lithosphère antarctique, avec des implications pour l’histoire tectonique du continent.

Glacier Thwaites, séismes glaciaires et liens possibles avec l’océan et le socle

L’actualité scientifique sur l’Antarctique mélange souvent plusieurs types de signaux sismiques, ce qui peut prêter à confusion. Les séismes profonds détectés sous le continent ne sont pas, par nature, les mêmes événements que les séismes glaciaires observés près de certains glaciers rapides. Le glacier Thwaites, en Antarctique occidental, est régulièrement cité parce qu’il concentre des inquiétudes sur la stabilité de la calotte et sur la contribution potentielle à la montée du niveau marin. Dans ce secteur, des signaux sismiques peuvent être liés au vêlage, aux fractures, ou aux variations de frottement à la base du glacier.

Les sismologues utilisent ces événements glaciaires comme des capteurs indirects. Une augmentation de la sismicité glaciaire peut signaler une accélération de l’écoulement, une modification de la zone d’échouage, ou une interaction plus forte avec l’océan, via l’intrusion d’eau chaude sous la plateforme. Ces informations sont précieuses parce qu’elles complètent l’imagerie satellite, qui mesure les vitesses de surface et les changements d’épaisseur, mais ne voit pas directement ce qui se passe au contact entre glace et roche.

Le lien avec les séismes profonds est plus indirect, mais il intéresse les chercheurs. Si une région présente un flux de chaleur plus élevé, lié à un contexte volcanique ou à une lithosphère amincie, cela peut influencer les conditions basales de la glace, en favorisant la présence d’eau et en réduisant le frottement. Dans un tel scénario, la géophysique profonde et la dynamique glaciaire se parlent, non pas parce qu’un séisme à 150 km déclenche un vêlage, mais parce que les propriétés thermiques et mécaniques du sous-sol peuvent peser sur la stabilité à long terme.

Les chiffres de montée du niveau de la mer rappellent l’enjeu. Les projections climatiques s’expriment souvent en dizaines de centimètres à l’échelle du siècle, avec des incertitudes liées aux calottes. Réduire ces incertitudes passe par une meilleure compréhension des processus de déstabilisation, dont la géométrie du lit rocheux, la circulation océanique sous les plateformes, et le régime thermique au socle. Les données sismiques, qu’elles soient glaciaires ou profondes, apportent des contraintes sur ces paramètres.

Dans les programmes de recherche, cette convergence se traduit par des approches multi-instruments, GPS, radar, gravimétrie, sismologie, océanographie. Les séismes profonds inattendus ajoutent une pièce au puzzle, ils incitent à mieux cartographier le manteau sous l’Antarctique, pendant que les séismes glaciaires aident à suivre l’évolution des zones les plus sensibles comme Thwaites. Les deux champs avancent en parallèle, avec une même difficulté, observer un environnement immense, hostile, et encore sous-instrumenté.