Sismicité du Cézallier et des Régions Limitrophes

Résumé

Cette étude synthétise la sismicité de la région du Cézallier, révélant une dynamique tectonique complexe malgré l'absence d'activité sismique propre au Cézallier même. La région se situe au carrefour de plusieurs directions tectoniques actives : une direction sub-méridienne, une direction NW-SE, et elle est limitée au sud-est par un axe sismique NE-SW. Les caractéristiques du champ de contrainte régional, avec une contrainte maximale orientée N.NW-S.SE, sont propices à la réouverture en tension des fractures sub-méridiennes.

L'analyse met en évidence des indices d'un bombement général du socle du Massif Central, particulièrement marqué à l'est du Sillon Houiller. Ce phénomène est vraisemblablement associé à une structure lithosphérique profondément perturbée, notamment un amincissement crustal et la présence d'un diapir mantellique sous l'Auvergne. Il en résulte deux niveaux de déformations actuelles distincts : des déformations profondes, liées à ces anomalies lithosphériques et générant des foyers sismiques dans la croûte inférieure, et des déformations plus superficielles, qui en sont la conséquence et sont associées à une sismicité plus locale.

1. Introduction

La présente analyse est une étude sommaire réalisée dans le cadre du programme "Géologie profonde de la France", qui prévoyait l'implantation d'un forage dans la région du Cézallier. L'objectif principal est de dresser un inventaire de la sismicité connue dans ce secteur et les régions avoisinantes afin d'en déduire des informations sur les structures tectoniques actives et les déformations actuelles.

L'étude s'appuie sur un ensemble de documents existants élaborés par le Bureau de Recherches Géologiques et Minières (B.R.G.M.), notamment le fichier informatisé de sismicité historique "SIRENE" et la carte sismotectonique de la France. L'analyse de la sismicité permet d'identifier les structures actives, de préciser la typologie des déformations et de déterminer les caractéristiques du champ de contraintes régional. Dans les régions à sismicité modérée comme celle-ci, où les séismes ne produisent que rarement des déformations de surface (généralement pour des magnitudes > 5.0), l'étude se concentre sur la corrélation entre la répartition des foyers sismiques et les accidents tectoniques majeurs.

2. Analyse de la sismicité

L'analyse de la sismicité s'appuie sur des données historiques couvrant cinq siècles et des données instrumentales des vingt dernières années (1962-1984).

2.1. Données de sismicité historique

Les données historiques, extraites du fichier SIRENE, couvrent une large zone incluant les Monts d'Auvergne, le Forez, le Livradois, le Cantal, l'Aubrac et le plateau de Millevaches.

Constat principal : Aucun épicentre de séisme historique n'a été localisé dans les Monts du Cézallier même. Cette absence pourrait être partiellement due à la très faible densité de population historique du secteur.

Cependant, plusieurs zones sismiques actives sont identifiées dans les environs immédiats :

• Au Nord :
  • Bordure occidentale de la Limagne (entre Riom et Clermont-Ferrand) : zone très active, marquée par les deux plus forts séismes de l'histoire de l'Auvergne les 6 août 1477 (intensité VII-VIII) et 1er mars 1490 (intensité VIII). D'autres événements notables incluent un séisme d'intensité VII en 1450/1452 et des séismes d'intensité VI en 1752 et 1765. Les épicentres s'alignent selon une direction N.S à N.NE-S.SW, le long des failles du fossé d'effondrement.
  • Monts Dore et Sancy : caractérisés par des essaims de secousses modérées (1843-1844, 1863, mars-avril 1980), ne dépassant pas une intensité V à l'épicentre.
• À l'Est :
  • Vallée de l'Allier et Monts du Livradois : activité diffuse marquée par des crises sismiques complexes. En octobre 1833, une crise a produit deux chocs principaux : le 9 octobre près d'Issoire (intensité VI) et le 18 octobre près de Massiac (intensité VII). En 1892, une crise majeure a frappé la partie occidentale du Livradois, avec un choc le 26 août caractérisé par une aire pléistoséiste d'intensité VII très étendue, suggérant un foyer profond.
• Au Sud :
  • Environs de Saint-Flour : l'autre choc majeur de la série du 26 août 1892 (4h30) a provoqué des dégâts dans ce secteur. La vallée de l'Alagnon est également une zone d'activité, avec des séismes d'intensité VII. Des séismes induits par le remplissage du barrage de Grandval ont été enregistrés en 1963.
  • Aubrac septentrional : zone d'activité non négligeable, marquée par le tremblement de terre du 8 février 1808 (intensité > VII) dont l'aire macrosismique était très étendue.

En conclusion, bien que le Cézallier soit asismique, il est bordé par des zones d'activité bien individualisées. Deux alignements principaux se dessinent :

1. Un alignement N.S à N.NE-S.SW : des Monts d'Auvergne et de la Limagne jusqu'à l'Aubrac.
2. Un alignement NE-SW : de la vallée de la Dore à celle de l'Alagnon et Saint-Flour.

2.2. Données de Sismicité Instrumentale (1962-1984)

Les données instrumentales, collectées par le C.E.A. (1962-1976) et son Laboratoire de détection et de géophysique (L.D.G.) (1977-1984), confirment et précisent les observations historiques.

• Confirmation de l'absence d'épicentre au cœur du Cézallier.
• Précision des axes sismiques :
• L'axe nord-sud des Monts d'Auvergne est nettement plus visible, caractérisé par des essaims de secousses (jusqu'à 60-80 secousses en quelques jours) dans le Sancy et près de Saint-Gervais-d'Auvergne. Les magnitudes restent faibles (max 3.2 en avril 1980) et les profondeurs variables (5 à 20 km).
• Une bande d'épicentres s'étendant du nord au sud de la Limagne à l'Aubrac est confirmée.
• La direction NE-SW (Ambert, Brioude, Saint-Flour) est également confirmée, avec un prolongement possible jusqu'à Decazeville.
• Nouvelles directions identifiées :
  • Un axe NW-SE le long de la vallée de l'Allier qui, via le Cézallier, rejoint la zone du Mont-Dore et du Sancy.
  • D'autres zones apparaissent dans le Forez méridional et au sud-ouest du Cantal.

Foyers profonds : Une conclusion majeure de l'analyse instrumentale est la proportion anormalement élevée de foyers profonds. Sur les séismes localisés en profondeur, 23% ont un foyer à plus de 15 km. Ces foyers profonds ne sont pas répartis aléatoirement mais se situent majoritairement sous les édifices volcaniques les plus récents des Monts d'Auvergne (Sancy, Mont-Dore, Chaîne des Puys), dans la croûte inférieure.

3. Interprétation sismotectonique

La confrontation des données sismiques avec les structures géologiques révèle l'activité de plusieurs accidents tectoniques majeurs.

• Failles sub-méridiennes :
  • Faille de Limagne (bordure Ouest) : les épicentres historiques et instrumentaux s'alignent le long de cette faille, qui présente des indices de rejeu récent (plio-quaternaire à holocène).
  • Sillon Houiller : Le rameau occidental est corrélé avec l'essaim de Saint-Gervais (30/07/1978, magnitude 3,5), dont le mécanisme au foyer indique un jeu décrochant sénestre. Le rameau oriental est aligné avec les forts séismes de 1477 et 1490.
  • Faille de l'Allier (bordure Est de la Limagne) : Son activité est confirmée par le séisme de Varennes/Allier (30/03/1978, magnitude 3,3), qui montre aussi un jeu décrochant sénestre.
  • Fractures sous les volcans : L'alignement des volcans (Chaîne des Puys, Mont-Dore) et les essaims de secousses associés suggèrent l'activité de fractures sub-méridiennes profondes ayant guidé l'ascension des magmas.
• Failles d'orientation NW-SE : plusieurs failles majeures (faille Saint-Flour - Saint-Chely-d'Apcher, faille au sud de l'Allier) coïncident avec les alignements sismiques de même orientation.
• Champ de contraintes régional : les solutions de mécanisme au foyer dans la partie nord-occidentale du Massif Central sont très cohérentes. Elles indiquent :
  • Une contrainte principale maximale (σ₁) orientée N.NW-S.SE (N 170°E) à NW-SE (N 145°E).
  • Une contrainte principale minimale (σ₃) orientée NE-SW (N 65°E) à E.NE-W.SW (N 80°E).
  • Ce champ de contraintes est compatible avec le rejeu en faille normale des structures sub-méridiennes à NW-SE (fossés des Limagnes) et favorise une réouverture en tension des fractures sub-méridiennes.

4. Structure profonde et anomalies lithosphériques

Les particularités sismiques de la région s'expliquent par une structure crustale et lithosphérique profondément anormale.

• Amincissement crustal : en Auvergne, la croûte est fortement amincie. Le Moho est localement à moins de 24 km de profondeur. La vitesse des ondes P dans le manteau supérieur est anormalement faible à cette profondeur, alors qu'elle n'est atteinte que vers 60 km sous une croûte "normale".
• Diapir mantellique : une anomalie régionale à plus grande échelle a été identifiée dans la lithosphère sub-crustale, s'étendant de la Vendée au Massif Central. Elle consiste en une couche à faible vitesse (7.7 km/s) dont la base remonte vers l'Auvergne. Ceci suggère l'existence d'un diapir mantellique sous l'Auvergne, ayant contrôlé l'évolution structurale de la croûte.
• Orientation des structures profondes : contrairement aux fossés sédimentaires de surface, allongés sub-méridiennement, les domaines où la croûte consolidée est fortement amincie sont allongés selon des axes NE-SW. Cette orientation, visible sur des centaines de kilomètres, relie l'Auvergne au fossé du Rhin et rappelle les directions varisques du bâti hercynien.

L'existence de foyers sismiques profonds, en particulier sous l'Auvergne, traduit l'existence de déformations liées à ces anomalies structurales majeures de la lithosphère. Le rejeu des fractures plus superficielles (sub-méridiennes et NW-SE) avec une sismicité propre ne serait que la conséquence de ces processus profonds.

5. Conclusions

Ce bilan de la sismicité et du contexte tectonique du Cézallier et de ses régions périphériques aboutit à plusieurs conclusions fondamentales :

1. Le Cézallier ne présente pas d'activité sismique propre mais se situe dans le prolongement de directions tectoniques marquées par une activité non négligeable : sub-méridienne et NW-SE. Il est également limité au sud-est par un axe sismique NE-SW.
2. Le champ de contrainte régional est propice à une réouverture en tension des fractures sub-méridiennes, ce qui explique l'activité observée le long de ces structures.
3. Il existe de multiples indices d'un bombement général du socle du Massif Central, vraisemblablement associé à une structure lithosphérique très perturbée (diapir mantellique, amincissement crustal).
4. Deux niveaux de déformations actuelles doivent être distingués :
   • Déformations profondes : liées aux anomalies de la structure lithosphérique et associées à des foyers sismiques dans la croûte inférieure.
   • Déformations superficielles : considérées comme la conséquence des premières, associées à une sismicité plus locale et diffuse.