Des chercheurs révèlent un stress sismique élevé sous le sud de la Californie

Des scientifiques ont reconstitué un millénaire d’histoire sismique et identifié une accumulation de stress anormalement élevée le long des principales failles du sud de la Californie.

Depuis plus de 150 ans, les failles les plus puissantes de cette région emmagasinent de l’énergie en profondeur. Bien que des tremblements de terre mineurs soient fréquents, les géologues savent que les événements majeurs et destructeurs sont séparés par de longues périodes de calme relatif, durant lesquelles le stress tectonique s’accumule progressivement.

Une grande partie de ce stress est concentrée sur les failles de San Andreas et de San Jacinto, deux systèmes majeurs qui absorbent le mouvement entre les plaques tectoniques pacifique et nord-américaine. Au nord-est de Los Angeles, ces failles convergent près du Cajon Pass, un carrefour géologiquement complexe qui intrigue les chercheurs, car une rupture sur une faille pourrait se propager à l’autre.

Le dernier séisme majeur ayant affecté la région élargie de Los Angeles fut celui de Fort Tejon en 1857, d’une magnitude de 7,9. Depuis, le stress continue de s’accumuler sur ces segments de faille, créant une période de calme exceptionnellement longue, que les chercheurs considèrent de plus en plus préoccupante.

Une étude récente dirigée par la Dr Liliane Burkhard, de la Division de Recherche Spatiale et des Sciences Planétaires (WP) à l’Institut de Physique de l’Université de Berne, a modélisé un millénaire d’activité sismique le long des failles sud de San Andreas et San Jacinto pour estimer le niveau de stress actuel au niveau du Cajon Pass.

Cette équipe internationale comprenait également des chercheurs de l’Université d’Hawaï à Mānoa, du Centre des Sciences des Tremblements de Terre de l’US Geological Survey à Pasadena, et de l’Institut d’Océanographie Scripps à l’Université de Californie à San Diego.

Les résultats montrent que le stress tectonique dans cette zone a atteint, voire dépassé en certains points, les niveaux les plus élevés observés au cours des 1 000 dernières années. L’étude qualifie le Cajon Pass de « porte des tremblements de terre » : un carrefour de failles qui détermine si un séisme majeur reste cantonné à une seule faille ou se propage simultanément aux deux systèmes. Cette recherche vient d’être publiée dans le Journal of Geophysical Research: Solid Earth.

Modélisation d’un millénaire d’activité sismique

Pour analyser l’évolution du stress au fil du temps sur les failles de San Andreas et San Jacinto, ainsi qu’au niveau du carrefour clé du Cajon Pass, l’équipe a construit un modèle physique du cycle sismique en quatre dimensions, simulant les trois dimensions spatiales et le temps. Ce modèle a été alimenté par un historique sismique de 1 000 ans reconstitué à partir d’indices géologiques tels que la datation au radiocarbone, les anomalies dans les cernes des arbres, et les archives historiques de ruptures de terrain.

« Le modèle suit comment chaque séisme modifie le stress sur les segments de faille voisins, comment le stress s’accumule durant les intervalles calmes entre les événements, et comment les couches profondes de la croûte se relâchent lentement après de grandes ruptures », explique Burkhard. « Cette simulation nous permet de comprendre l’accumulation des contraintes dans le système de failles sur plusieurs siècles », ajoute-t-elle. « En reproduisant l’histoire sismique du sud de la Californie, nous pouvons estimer à quel point le système de failles est aujourd’hui chargé en stress. »

Les chercheurs démontrent que les contraintes dans la région sont actuellement au plus haut niveau enregistré depuis 1 000 ans.

Le rôle clé du « portail sismique »

Une conclusion centrale de l’étude est que le Cajon Pass peut agir comme un « portail sismique », un carrefour qui influence si une rupture majeure s’arrête sur une seule faille ou se propage aux deux systèmes. Les séismes passés ont montré les deux cas de figure. Le tremblement de terre de Fort Tejon en 1857 s’est arrêté au niveau du Cajon Pass sans affecter la faille de San Jacinto, tandis que celui de Wrightwood en 1812 a traversé ce carrefour, rompant les deux systèmes en un seul événement continu.

« Le concept de portail sismique illustre un aspect important du fonctionnement des jonctions de failles », précise Burkhard. « Le Cajon Pass ne bloque pas ou ne canalise pas simplement les séismes : il réagit aux conditions de stress, lesquelles évoluent sur des siècles. »

L’étude révèle que le problème principal ne réside pas uniquement dans la quantité de stress sur une faille, mais dans la synchronisation de ce stress entre les deux systèmes. Lorsque les deux failles accumulent un stress élevé simultanément, les conditions sont plus favorables à une rupture importante traversant les deux systèmes. En revanche, si les niveaux de stress sont décalés, les ruptures ont tendance à s’arrêter au carrefour.

Le modèle estime actuellement un stress de 3,6 MPa sur la section San Jacinto-Bernardino, un niveau supérieur à tout ce qui a été observé dans la simulation sur 1 000 ans. Sur la section Mojave Sud de la faille de San Andreas, le stress atteint 2,8 MPa. Ces deux segments présentent donc un stress élevé et des niveaux relativement proches, un schéma historiquement associé à des ruptures conjointes.

« Il est donc préoccupant non seulement que les contraintes atteignent des sommets historiques », souligne Burkhard, « mais aussi que les conditions relatives de stress entre les deux failles se rapprochent des valeurs associées à des ruptures majeures traversant simultanément les deux systèmes – un scénario aux conséquences beaucoup plus graves pour la région. »

Un risque accru dans des zones densément peuplées

Si une rupture devait traverser le Cajon Pass en impliquant à la fois la faille de San Andreas et celle de San Jacinto, l’impact serait bien plus sévère qu’un séisme limité à une seule faille. La zone à risque englobe certains des couloirs les plus densément peuplés et stratégiques des États-Unis, notamment la grande région de Los Angeles, San Bernardino, Riverside et la vallée de Coachella. Le Cajon Pass lui-même supporte des axes routiers majeurs, des lignes ferroviaires et des infrastructures énergétiques.

« La question du moment et de la manière dont surviendra le prochain grand séisme dans cette région est l’un des défis majeurs des géosciences appliquées. Nos résultats offrent une vision plus claire, fondée sur la physique, de l’état actuel de stress du système de failles, et le cadre que nous avons développé est applicable non seulement à la Californie, mais aussi à d’autres jonctions complexes de failles dans le monde », déclare Burkhard.

Cependant, elle insiste : « Cette étude ne prédit pas quand un séisme aura lieu. Ce que nous pouvons affirmer, c’est que le système est dans un état critique et que des modèles basés sur la physique comme le nôtre donnent une meilleure compréhension des scénarios auxquels il faut se préparer. Ces informations sont essentielles pour l’évaluation des risques, la planification des infrastructures et la préparation aux urgences. »

Référence : « Cajon Pass and the Southern San Andreas Fault System: Earthquake Cycle Stress Accumulation and Present-Day Loading » par Liliane M. L. Burkhard, Bridget R. Smith-Konter, Katherine M. Scharer et David T. Sandwell, 3 juin 2026, Journal of Geophysical Research: Solid Earth. DOI : 10.1029/2025JB033213

Cette recherche a été soutenue par le Statewide California Earthquake Center (Contribution n° 15025) avec les subventions SCEC 17169, 18149 et 19161. Le SCEC est financé par l’accord coopératif NSF EAR-2225216 et l’accord coopératif USGS G24AC00072. Un soutien supplémentaire a été apporté par les subventions NSF EarthScope EAR-0847499 et EAR-1614875, ainsi que par les programmes NASA Earth Surface and Interior 80NSSC19K1043 et 80NSSC23K0744. Cette recherche constitue la contribution SOEST n° 12140.