Technischer Bericht NTB 00-05

Le présent rapport retrace un bilan intermédiaire du travail que le service sismologique suisse (SSS) effectue depuis bientôt vingt ans pour la Nagra. Ce travail consiste en une surveillance et une analyse détaillées de l’activité sismique dans le nord et le centre de la Suisse. Ces investigations ont pour objectif la localisation des zones de faiblesse et la connaissance des contraintes régionales de la croûte terrestre, ainsi que la mise en relation de ces faits avec les phénomènes géologiques visibles en surface. Au départ, les recherches ont été focalisées sur le nord de la Suisse, puis elles ont été étendues à la Suisse centrale. Sur le plan des recherches sismo-tectoniques dans le nord de la Suisse, le présent rapport prolonge les résultats de publications antérieures (Mayer-Rosa et al. 1983 et 1984, Deichmann & Renggli 1984, Pavoni 1984, Deichmann 1987b et 1990). Le rapport présente les mécanismes au foyer des tremblements de terre isolés ou en série enregistrés ces 10 dernières années, ainsi qu’une image de l’état actuel des contraintes et des déformations de la croûte terrestre dans le nord de la Suisse, basée sur l’ensemble des données sismologiques disponibles à la fin 1999. En ce qui concerne les activités sismo-tectoniques de la Suisse centrale par contre, le présent rapport constitue la première publication accessible au public.

Nord de la Suisse

L’activité sismique du nord de la Suisse se concentre d’une part dans la région de Bâle, de la partie méridionale du fossé rhénan supérieur et du Dinkelberg jusqu’au sud du Hauenstein, d’autre part sur une large bande qui s’étend de l’extrémité occidentale du lac de Constance (lac d’Überlingen) à la Suisse centrale en passant par la Thurgovie, le Toggenbourg inférieur, l’Oberland zurichois et le lac de Zurich. La partie centrale du nord de la Suisse est relativement plus calme du point de vue sismique. Elle comprend le nord des cantons de Zurich et de Lucerne et tout le canton d’Argovie. La carte des épicentres des séismes enregistrés depuis 1983 fait ressortir avant tout les amas de foyers ponctuels qui dans la plupart des cas correspondent à des séries de tremblements de terre limitées dans le temps. Les profondeurs de foyer se répartissent sur l’ensemble de la croûte terrestre, depuis les couches sédimentaires supérieures jusqu’à la limite croûte – manteau.  

Le plus fort séisme de ces 10 dernières années dans le nord de la Suisse a atteint la magnitude 4.0. Il a eu lieu en 1996 à Kirchberg dans le Toggenbourg inférieur, avec un foyer à une profondeur de 30 km. Le tremblement de terre d’Eglisau en 1999 (magnitude 3.1) présente quant à lui un intérêt particulier, car il permet, du fait de la faible profondeur du foyer (1 à 2 km), une mise en relation directe des mécanismes au foyer avec les mesures disponibles du champ des contraintes près de la surface. 

Sur les mécanismes au foyer connus dans le nord de la Suisse (près de 60), environ les 2/3 sont des décrochements. Les autres sont soit des mouvements d’extension (faille normale), soit des mouvements qui ne peuvent pas être classés de manière univoque. La compilation des directions de tous les plans sismiques montre que les failles actives sont orientées préférentiellement NW-SE ou NNE-SSW, et que les failles orientées ENE-WSW, en particuliers celles bordant le fossé permo-carbonifère du nord de la Suisse, ne sont pas du tout activées. De manière générale, la déformation et le champ des contraintes dérivés des mécanismes sismiques dans le nord de la Suisse se caractérisent par des axes d’extension maximale ou de compression minimale peu inclinés et orientés ENE-WSW. L’analyse des directions de déformation et le procédé d’inversion des contraintes font ressortir une légère tendance à une rotation de la direction de compression maximale, qui passe du NNW-SSE dans le nord-est de la Suisse au NW-SE dans l’ouest de la Suisse. Si l’on prend particulièrement en considération les mécanismes au foyer des tremblements de terre de Ramsen/Diessenhofen, Singen, Frauenfeld et Eglisau, la compression maximale dans le nord-est de la Suisse est orientée plus près d’une direction N-S que NW-SE comme c’est typiquement le cas dans la partie centrale de l’Europe. 

Suisse centrale

Depuis le 14^ème siècle, on a répertorié en Suisse centrale 10 séismes d’une intensité d’au moins Io = VII, dont la moitié se sont produits dans les régions d’Altdorf et de Sarnen entre 1774 et 1777. La région de Sarnen a été secouée par deux autres séries de séismes en 1917 et en 1964, qui se sont étendues sur plusieurs mois et ont causé des dommages considérables. Les deux tremblements de terre les plus forts de ces 25 dernières années en Suisse centrale ont été ceux du Schächental (1994.08.28, M 3.9) et de Iberg (1995.11.16, M 4.0). Ce sont les seuls séismes qui atteignent une magnitude comparable aux nombreux événements (plus de 40) survenus dans les 33 années précédentes. Ainsi, l’activité sismique en Suisse centrale a été extrêmement réduite depuis la mise en place des observations au moyen d’instruments modernes. De plus, les épicentres des séismes majeurs indiquent une concentration de l’activité dans les régions d’Altdorf et de Sarnen, tandis que la répartition spatiale des microséismes observés ces dernières années apparaît uniforme. La période d’observation à l’aide d’instruments modernes est ainsi trop courte pour livrer une image représentative de l’activité sismique en Suisse centrale. Les concentrations spatiale et temporelle de séismes observées dans le passé à plusieurs reprises rendent probable le fait que dans le futur il faut s’attendre au moins par moments à une activité sismique accrue, notamment dans la région de Sarnen.

En raison du petit nombre de résolutions de plans au foyer disponibles, il n’est pas judicieux d’appliquer à la Suisse centrale le procédé d’inversion des contraintes comme cela a été fait dans le nord de la Suisse. Par rapport à la direction générale des axes P et T dans le nord de la Suisse, les données dans l’Helvétique de Suisse centrale révèlent une légère rotation de ces axes dans le sens contraire des aiguilles d’une montre. Cette rotation est particulièrement bien marquée pour le mécanisme de chevauchement du tremblement de terre de Kerns, qui montre une compression maximale orientée WNW-ESE. Dans cette comparaison, il faut toutefois tenir compte du fait que tous les séismes du nord de la Suisse dont le mécanisme au foyer a été déterminé ont leurs épicentres situés dans le socle cristallin, à l’exception possible de celui d’Eglisau. A l’opposé, le foyer des tremblements de terre de Suisse centrale est situé dans la couverture sédimentaire, avec certitude pour 4 d’entre eux (ceux de Kerns, Sachseln, Schächental et Oberrickenbach), de manière probable pour les autres. Au contraire de ce qui se passe dans le nord de la Suisse, l’activité sismique prise dans son ensemble, en Suisse centrale ainsi que dans tout le domaine alpin, se limite aux premiers 15 à 20 km de la croûte terrestre.  

Les deux petits tremblements de terre (M 1.1 und M 2.5) survenus le 7 décembre 1996 environ 2.5 km au nord d’Oberrickenbach offrent un intérêt particulier, car ils fournissent une information sur les caractéristiques sismo-tectoniques au voisinage immédiat du site de stockage envisagé au Wellenberg : le foyer se trouve à une profondeur de quelques kilomètres dans les roches sédimentaires recouvrant le socle, et le mécanisme de rupture correspond à un décrochement sénestre avec une légère composante chevauchante sur une faille subverticale orientée N-S. Il est également intéressant de constater avec les séismes de Kerns et de Sachseln la coexistence des mécanismes d’extension (faille normale) et de compression (chevauchement) à une distance de seulement 5 km et à une profondeur comparable (1 – 2 km). La coexistence de mécanismes en principe incompatibles est un indice soit d’un champ des contraintes très hétérogène, soit d’un contraste faible entre les contraintes principales maximale et minimale.