L’Agence météorologique japonaise a récemment appelé le tremblement de terre M7.1 du 13 février 2021, une réplique de l’événement Mw9.0 de Tohoku du 11 mars 2011, près de 10 ans après le choc principal initial. Combien de temps une communauté doit-elle attendre après un tremblement de terre avant de retourner chez elle ou de commencer à reconstruire? Quand le risque de répliques est-il terminé?
La prise de conscience des répliques a traversé les siècles. Le concept de « quarantaine sismique » était évident dans la ville italienne de Pistoia, en Toscane, à environ 16 kilomètres au nord-ouest de Florence, lorsqu’elle a été frappée par un fort tremblement de terre en mars 1293. De nombreux bâtiments en maçonnerie de la ville ont été laissés dans un état précaire, et les survivants ont traîné leurs lits à ossature de bois hors des ruines dans des hangars assemblés à la hâte et des tentes entreposées pour une telle urgence. Pendant une semaine de répliques, ils ont vécu loin de leurs bâtiments. Le huitième jour, ils sont rentrés chez eux.
Cette semaine de quarantaine sismique était une tradition transmise de génération en génération dans le centre de l’Italie. Comme les 40 jours de quarantaine pour un navire soupçonné d’être porteur de la peste, le temps d’attente a été fondé sur des siècles d’observation empirique astucieuse. Nous savons maintenant comment calculer l’économie de risque.
Diminution de l’activité des répliques
La semaine de quarantaine du tremblement de terre a-t-elle sauvé des vies? Selon le sismologue japonais Fusakichi Omori en 1894, l’activité de réplique se désintègre proportionnellement à 1 / t, ce qui est maintenant connu sous le nom de Loi d’Omori. Il a également identifié que l’activité diminue rapidement en s’éloignant de la source principale. Après une semaine, la réduction supplémentaire des risques pour rester dehors une autre nuit ne représente qu’un huitième du risque économisé en campant la première nuit.
Près de la moitié du risque total sur 100 jours après le choc principal se produit au cours de la première semaine. Avec rien d’autre que l’expérience empirique, accumulée à diverses époques et villes, une politique rationnelle a été formulée depuis le XIIIe siècle qui impressionnerait un économiste comportemental du XXIe siècle.
Répliques de Tohoku
Suite au tremblement de terre de Tohoku Mw9.0 le 11 mars 2011, trois des huit plus grandes répliques de M7.0+ se sont produites au cours des sept premiers jours. Dans un précédent blog portant sur les répliques après les tremblements de terre de Christchurch, en Nouvelle-Zélande, en 2011, j’ai décrit le travail de Markus Båth. La « Loi de Båth » prédit que la plus grande réplique est généralement de 1,1 à 1,2 unités de magnitude plus petite que la réplique principale.
Avec Tohoku, la plus grande réplique avait une magnitude de moment de 7.7 et s’est produite dans les 29 minutes suivant le choc principal, prolongeant la rupture de la faille limite de la plaque vers le sud. En 24 heures, il y a eu deux autres séismes de magnitude supérieure à 7,0, puis les écarts intermédiaires se sont allongés de manière exponentielle: Avril 2011, Juillet 2011, décembre 2012, octobre 2013 et, plus récemment, en février 2021, presque au 10e anniversaire. À ce moment-là, selon la loi d’Omori, l’activité quotidienne était de 0, 03% du premier jour.
Le nombre de répliques se compte en milliers avec 82 chocs de M6.0 et plus et 506 chocs de M5.0 et plus. À l’exception de la plus grande réplique qui a poursuivi la rupture de la faille vers le sud, ces tremblements de terre initiaux, situés dans un nuage de réplique autour de la rupture de la faille principale, n’ont pas grandement ajouté aux dommages. La disposition de la rupture de la faille, en plongeant vers la terre, signifie que de nombreuses répliques avaient tendance à être plus profondes avec des secousses de surface réduites.
La réplique la plus dommageable s’est produite le 7 avril 2011, à proximité de la côte et en aval de l’épicentre d’origine. Trop tôt après le choc principal pour distinguer les nouveaux dommages aux bâtiments, les répliques d’avril ont apporté des dommages supplémentaires, ce que nous savons des impacts sur les infrastructures. Cela comprenait, par exemple, le déplacement de 620 sections de voie ferrée, contre 2 200 sections déplacées dans le choc principal. Tout dommage supplémentaire causé par les répliques initiales est pris en compte dans l’analyse des pertes – l’Agence japonaise de reconstruction a classé 122 000 maisons comme « complètement détruites » et 282 000 comme « à moitié détruites » – et le développement des fonctions de vulnérabilité.
Cependant, au moment de la dernière réplique, l’événement Mw7.1 du 13 février 2021, situé à 37 miles (60 kilomètres) au large et à une profondeur de 31 miles (50 kilomètres) du choc principal, tout a été reconstruit et réapprovisionné. Dans les villes côtières, le choc a endommagé des toits de tuiles traditionnels, déplacé des meubles et des étagères, et blessé 185 personnes, dont beaucoup de verre brisé.
Dans une grande partie du Japon, de Kyushu à Hokkaido, l’activité sismique de fond a augmenté après le choc principal du 11 mars 2011. Un petit ensemble de tremblements de terre M6 ont été déclenchés bien au-delà du nuage de répliques. Un situé sous le mont. Fuji a fait craindre une éruption. On craignait également que des tremblements de terre plus importants migrent vers les environs de Tokyo, mais aucun consensus n’a été atteint quant à la structure des trois plaques tectoniques sous la ville.
Un groupe a proposé qu’une dalle de 100 kilomètres de long se soit complètement détachée de la plaque de la mer des Philippines, et ils prévoyaient une augmentation de 250% des tremblements de terre autour de la ville pendant cinq ans à partir de mars 2013. Pendant ce temps, un autre groupe de sismologues, qui ont constaté une continuité dans la dalle descendante, a constaté que toute augmentation de la sismicité était susceptible d’être « insignifiante ». Pendant ce temps, les tremblements de terre sont restés à l’écart.
Modélisation des répliques
Le tremblement de terre de Tohoku de 2011 pose une fois de plus la question suivante: Les répliques doivent-elles être modélisées indépendamment pour leur contribution à la perte? En Nouvelle-Zélande en 2011, nous avons vu la situation extraordinaire où une réplique a causé de multiples dégâts par rapport à la réplique principale d’origine – en savoir plus sur mon récent blog. Depuis Tohoku en mars 2011, et bien plus généralement, les répliques les plus importantes au Japon ont eu un impact modeste – au cours des premiers mois, elles ont contribué à une faible proportion des dommages globaux et en février 2021, elles ont causé des dommages mineurs généralisés aux réparations.
Une fois de plus, nous pouvons nous poser la question suivante: la contribution potentielle à la perte des répliques est-elle quelque chose que nous devrions modéliser dans l’espace et le temps après tous les principaux tremblements de terre? RMS® le croit, et nous avons mis à jour les probabilités d’événements à court terme dans le modèle RMS® Japan Earthquake and Tsunami HD à la suite du tremblement de terre de Tohoku pour capturer cette augmentation du risque.
L’excédent standard des structures de réassurance des pertes et une clause d’heures de trois jours ne correspondent pas à la réalité d’une séquence de répliques de longue durée. Une fois qu’il y a eu un choc important, pourrait-on souscrire une assurance, soutenue par une réassurance stop-loss, pour couvrir toute l’activité potentielle de réplique? Cela rassurerait utilement ceux qui cherchent à reconstruire, au cas où une forte réplique suivrait.
Peut-être qu’un produit pourrait être développé via un marché secondaire de l’assurance, ou à partir de l’utilisation d’une structure paramétrique de titres liés à l’assurance (ILS), anticipant la possibilité lointaine d’un événement de queue dommageable, comme en février 2011 à Christchurch. Avec l’utilisation de modèles pour évaluer rapidement les pertes d’un nuage de répliques anticipé, les émetteurs et les investisseurs pourraient répondre à une demande si nécessaire.
Omori, F. (1894) Sur les répliques des tremblements de terre. J. Collège Sci. 7, 521–605.
Henry, C., & Das, S. (2001). Zones de répliques de grands tremblements de terre peu profonds: Dimensions des failles, expansion de la zone de répliques et relations d’échelle. Geophysical Journal International 147(2), 272-293 https://academic.oup.com/gji/article/147/2/272/717516
Il s’agit de la première édition de la série. A post-Tohoku earthquake review of earthquake probabilities in the Southern Kanto District, Japon. Lettres géoscientifiques 1 (10). https://doi.org/10.1186/2196-4092-1-10
Toda, S., Stein, R., Kirby, S., et al. (2008). Un fragment de dalle coincé sous Tokyo et ses implications tectoniques et sismiques. Nature Geoscience 1, 771-776. https://doi.org/10.1038/ngeo318
Toda, S., & Stein, R. (2013). Le tremblement de terre de Tohoku-oki de 2011 M = 9,0 a plus que doublé la probabilité de chocs importants sous Tokyo. Geophysical Research Letters 40 (11), 2562-2566. https://doi.org/10.1002/grl.50524
Nanjo, K. Z., Sakai, S., Kato, A., Tsuruoka, H., & Hirata, N. (2013). Calculs de probabilité de tremblement de terre en fonction du temps pour le sud du Kanto après le tremblement de terre de Tohoku de 2011 M9.0. Geophysical Journal International 193 (2), 914-919. https://doi.org/10.1093/gji/ggt009; Uchida, N., & Matsuzawa, T. (2013). Glissement lent pré- et post-sismique entourant la rupture du tremblement de terre de Tohoku-oki de 2011. Earth and Planetary Science Letters 374, 81-91. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2013.05.021