Taiwan Today

De par sa situation géodynamique, Taiwan est un environnement exceptionnel. Au cours des trente dernières années, les concepts développés pour la tectonique des plaques ont conduit la communauté internationale à s’y intéresser de plus près. Par son jeune âge (moins de 4 millions d’années) et la rapidité de ses mouvements horizontaux et verticaux (plusieurs millimètres par an), l’île est considérée comme une référence dans les études consacrées aux chaînes de montagnes. De plus, elle est soumise à un haut niveau de risque sismique (tremblements de terre), gravitaire (glissements de terrain) et climatique (typhons et forte érosion induite par le climat tropical humide), tous intrinsèquement liés à l’activité géodynamique de l’île. Les recherches en sciences de la Terre ont donc connu un essor spectaculaire associé à un besoin crucial d’évaluation des risques naturels. Bénéficiant de cette dynamique, la communauté scientifique franco-taiwanaise s’est ainsi naturellement impliquée dans l’évaluation et l’atténuation de ces risques naturels. En France métropolitaine, les mêmes dangers sont présents mais à des niveaux beaucoup plus bas. Toutefois, les inquiétudes y sont bien présentes et Taiwan fournit de nombreux cas d’étude extrêmes qui permettent d’améliorer les méthodes d’investigation.

La bonne compréhension de ces phénomènes naturels complexes nécessite une étroite collaboration multidisciplinaire. Dans le domaine des sciences de la Terre, la coopération franco-taiwanaise est un partenariat actif depuis 1981, qui implique des géologues, des géophysiciens, des géochimistes, des océanographes et des modélisateurs. Aujourd’hui, elle repose en particulier sur le Laboratoire international associé (LIA) ADEPT (Active Deformation and Environment Programme in Taiwan), financé conjointement par le Centre national de la recherche scientifique (CNRS) français et le ministère des Sciences (NSC) à Taiwan. Ce laboratoire international implique principalement des chercheurs issus de quatre unités de recherche affiliées au CNRS : Géoazur (Université de Nice-Sofia Antipolis), Géosciences Montpellier (Université de Montpellier II), le Laboratoire de géophysique interne et tectonophysique (Université Joseph Fourier, Grenoble) et le Centre européen de recherche et d’enseignement des géosciences de l’environnement (Université Aix-Marseille). Côté taiwanais, le LIA implique également quatre grands centres de recherche : l’Institut des sciences de la Terre de l’Academia Sinica, l’Université nationale de Taiwan, l’Université nationale centrale et l’Université nationale de l’océan de Taiwan. Ce laboratoire international est un outil de collaboration scientifique puissant qui souligne clairement les efforts conjoints du CNRS et du NSC pour soutenir et fédérer la communauté des sciences de la Terre franco-taiwanaise.

Au cœur des séismes

Alors quels sont les phénomènes géodynamiques qui mettent l’île de Taiwan au centre de l’intérêt scientifique ? Pour y répondre, il faut d’abord rappeler que l’intérieur de notre planète est constitué d’une série d’enveloppes solides concentriques dont la plus externe, la lithosphère, inclut la croûte sur laquelle nous marchons. Cette lithosphère est en fait morcelée en plusieurs plaques tectoniques, en mouvement les unes par rapport aux autres sous l’effet de la dynamique interne. Bien qu’apparemment imperceptibles, ces mouvements s’étalent sur des millions d’années, à des vitesses de l’ordre de quelques millimètres à plusieurs centimètres par an, et sont par exemple responsables de la surrection des chaînes de montagnes ou de l’expansion des bassins océaniques. De ce point de vue, Taiwan est le fruit de la rencontre entre les plaques Eurasie et Mer des Philippines (figure ci-dessus). Mais ce qui rend la situation si particulière, c’est la configuration même de cette confrontation tectonique. Au Sud de Taiwan, la plaque Mer de Chine méridionale, qui appartient à la plaque Eurasie, passe sous la plaque Mer des Philippines le long de la zone de subduction de Manille. A l’Est de Taiwan, c’est le contraire ! La Mer des Philippines passe sous la plaque Eurasie le long de la fosse de Ryukyu. Ces deux domaines de subduction sont connectés par une zone de collision très active : l’île de Taiwan.

Bien que les processus géologiques s’établissent sur des échelles de temps dépassant largement l’échelle humaine, les séismes qui frappent régulièrement l’île et ses alentours sont les témoins spectaculaires des phénomènes tectoniques qui y prennent place. D’après le Bureau de la météorologie nationale (CWB), 18 500 séismes environ ont été enregistrés entre 1991 et 2006 dont un millier a été ressenti par la population. Le séisme de Taichung-Hsinchu en 1935 (magnitude=7,1) a causé les plus grosses pertes du XX^e s. (3 276 morts, plus de 12 000 blessés et des destructions massives). Cependant, les Taiwanais ont aujourd’hui surtout en mémoire le fameux séisme du 21 septembre 1999 qui a aussi fait payer un lourd tribut tant sur le plan humain (2 416 morts et 11 443 blessés graves) que d’un point de vue économique (300 milliards de dollars taiwanais de dégâts).

A Taiwan, la sismicité est sur écoute grâce à un réseau de stations distribuées sur l’ensemble du territoire. Composé de 25 stations et capteurs, le premier réseau opérationnel (Taiwan Telemetered Seismographic Network, TTSN) a commencé de fonctionner en 1973 sous la houlette de ce qui deviendra l’Institut des sciences de la Terre de l’Academia Sinica. Créé en 1989, le Centre de sismologie du CWB a pour principale mission de former un réseau d’observation le plus complet possible. Aux côtés du TTSN, il s’est progressivement développé pour atteindre 75 stations. Mis en place à partir de 1992 par l’Institut des sciences de la Terre, le réseau sismologique à large bande BATS (Broadband Array in Taiwan for Seismology) est constitué d’une quinzaine de stations permanentes et d’une quinzaine de stations portables pouvant être déployées à tout moment. Grâce à ce réseau, un des plus denses au monde, la sismicité taiwanaise est enregistrée avec une grande précision. Celle-ci se localise essentiellement sous la chaîne centrale et à l’est de l’île (figures ci-dessous). Marquée par une activité sismique très importante, la région de Hualien est aujourd’hui très étudiée, notamment dans le cadre du projet scientifique ACTS (Active Tectonics & Seismic Risk in Taiwan) financé par l’Agence nationale de la recherche française, et en concertation avec le projet américano-taiwanais TAIGER (TAiwan Integrated GEodynamics Research).

Tectonique des plaques

Pourtant, aussi tangibles qu’ils soient, les séismes ne représentent qu’une partie des phénomènes géodynamiques à l’œuvre. Pour comprendre comment Taiwan résulte de la collision entre les plaques Mer des Philippines et Eurasie, il faut faire un bond en arrière d’environ 15 millions d’années. A cette époque, cette région du monde subit une réorganisation géodynamique majeure : les bassins océaniques qui étaient en cours d’ouverture vont cesser leur expansion (mer de Chine méridionale, mer du Japon, mer de Sulu…). Le système géodynamique complexe qui était alors composé d’une douzaine de plaques tectoniques va brutalement se transformer en un système à trois plaques (Pacifique, Eurasie et Mer des Philippines). C’est à cette époque que la zone de subduction de Manille va apparaître entre les plaques Eurasie et Mer des Philippines.

Dans cette lutte géodynamique, un acteur va jouer un rôle particulièrement important : l’arc de Luzon, un arc volcanique intra-océanique qui appartient à la plaque Mer des Philippines (figures p.35). Au départ, l’arc de Luzon (Luçon) devait avoir une expression topographique relativement modeste et sa partie nord a été digérée par la zone de subduction de Ryukyu. Ce n’est que vers 9 à 6 millions d’années que l’arc de Luzon a acquis une expression topographique suffisante pour résister à la subduction et rentrer en collision avec la bordure orientale de la plaque Eurasie, donnant naissance à une chaîne primitive appelée « proto-Taiwan ». A partir de ce moment, une partie de l’arc de Luzon sera incorporée dans le prisme d’accrétion¹, le reste sera digéré par la subduction de Ryukyu. Du fait d’un mouvement continu vers le nord-ouest, la collision de l’arc de Luzon avec la bordure orientale de la plaque Eurasie perdure depuis environ 6 millions d’années. De plus, du fait de l’obliquité entre la direction de convergence et la limite entre les plaques, le prisme d’accrétion, et donc l’île de Taiwan, se déplace progressivement vers le sud-ouest. Ce déplacement est également intimement lié à l’ouverture du fossé d’Okinawa qui a commencé de s’ouvrir il y a environ 6 millions d’années en relation avec des phénomènes d’extension dans la plaque Eurasie liés à la subduction de Ryukyu. L’extrémité occidentale du Fossé d’Okinawa a migré vers le sud-est, provoquant l’effondrement progressif des reliefs émergés de la chaîne proto-Taiwan.

Aujourd’hui, la très jeune chaîne de Taiwan culmine à environ 4 000 m d’altitude (le mont Yushan, 3 952 m, est le plus haut sommet d’Asie de l’Est). C’est donc un endroit clef pour étudier les processus qui contrôlent la croissance des montagnes depuis la subduction océanique jusqu’à la subduction continentale. La structuration de l’île en plusieurs unités tectoniques reflète les processus géodynamiques qui y sont à l’œuvre (figure p. 33). A l’est, la Chaîne côtière représente la portion de l’arc de Luzon accrétée à la marge de la plaque Eurasie. La faille de la Vallée longitudinale marque donc la limite entre les plaques Mer des Philippines (arc de Luzon) et Eurasie (Chaîne centrale). Plus on va vers l’ouest, plus les failles et les déformations qui en résultent sont récentes. Les piémonts occidentaux de la chaîne sont composés des dépôts issus de l’érosion de la Chaîne centrale lors de son soulèvement au cours des deux derniers millions d’années, eux-mêmes déformés et incorporés au prisme orogénique² taiwanais. Aujourd’hui, l’essentiel du raccourcissement est accommodé par quelques failles actives localisées à l’avant de la chaîne, dans les piémonts occidentaux, et à l’arrière de la chaîne, le long de la bordure ouest de la Chaîne côtière dans la Vallée longitudinale, ainsi qu’en mer à l’est de la Chaîne côtière. En fait, le prisme orogénique se déforme essentiellement par accrétion frontale dans les piémonts occidentaux et par sous-placage d’unités tectoniques en profondeur sous la chaîne centrale (figures p. 36), impliquant de forts taux de soulèvement et d’exhumation des roches (plusieurs mm par an). Du fait de l’obliquité de la collision entre la marge continentale eurasiatique et l’arc de Luzon, la déformation se propage vers le sud. Ainsi, alors que le nord de Taiwan a commencé la collision il y a environ 4 millions d’années, le sud de l’île n’en est qu’aux prémices, et la continuation sud de la limite de plaques est toujours une zone de subduction. La chaîne taiwanaise offre donc une opportunité rare : étudier l’évolution des processus d’élaboration des reliefs et de leur dénudation en remplaçant le temps par l’espace. Taiwan est également un lieu privilégié pour étudier les couplages entre processus géodynamiques et climatiques. Tout d’abord, cette région du monde est soumise à un régime de moussons vigoureux avec en moyenne trois typhons par an. L’influence des pluies sur le débit des rivières est immédiate et les inondations sont fréquentes. Par conséquent, la combinaison des processus tectoniques rapides et des phénomènes climatiques sévères a conduit à une topographie élevée, accusée et profondément incisée.

Recherche franco-taiwanaise

Cette région est donc la cible de nombreuses études et collaborations fructueuses entre les équipes de recherche françaises et taiwanaises. Parmi les chantiers en cours, le projet ACTS, dirigé par Serge Lallemand (Géosciences Montpellier, Université de Montpellier II), rassemble une vingtaine de chercheurs français et implique de nombreuses collaborations avec Taiwan. Centré sur la caractérisation, le fonctionnement et les relations qui existent entre les failles actives à terre et en mer au voisinage de la zone de poinçonnement entre l’arc volcanique de Luzon et la bordure orientale de la plaque Eurasie (région de Hualien), il cherche à comprendre comment s’accommode la convergence oblique entre le segment nord de la Faille de la Vallée longitudinale et les structures chevauchantes situées en mer. Il s’intéresse également à l’impact des processus de surface sur la dynamique du prisme orogénique, aux relations entre la déformation tectonique et le cycle sismique des failles actives, à l’aléa gravitaire dans la chaîne, ou encore à la quantification des mouvements verticaux par la méthode de la gravimétrie absolue. Par ailleurs, le Laboratoire de géophysique interne et tectonophysique (Université Joseph Fourier, Grenoble) et le département Géosciences et Environnement de l’Université Cergy Pontoise collaborent activement avec les équipes taiwanaises au projet international TCDP (Taiwan Chelungpu Fault Drilling Program). Les deux forages qui ont été réalisés ont permis de percer au travers de la zone de faille de Chelungpu et de récupérer des échantillons de la faille où des déplacements de grande ampleur sont survenus lors du séisme de 1999. La mesure des propriétés physiques et du comportement mécanique des roches au-dessus et en dessous de la zone de faille permet de documenter de manière détaillée l’état des contraintes qui existent dans ces roches suite à un tel épisode de glissement important. Enfin, la collaboration entre le Centre européen de recherche et d’enseignement des Géosciences de l’environnement (Université Aix-Marseille) et les partenaires taiwanais (Institut des sciences de la terre de l’Academia Sinica et Central Geological Survey of Taiwan) concerne la mise en œuvre de la méthode des nucléides cosmogéniques pour préciser le cadre chronologique de terrasses alluviales déformées par les failles actives et déterminer la vitesse des processus de dénudation qui affectent la chaîne. Ce travail de recherche bénéficie en France des installations au sein du Laboratoire national des nucléides cosmogéniques constitué du laboratoire national de préparation des échantillons et de l’équipement national ASTER (Accélérateur pour les sciences de la Terre, environnement, risques).

Tout au long des trente dernières années de collaboration entre la France et Taiwan, les réunions scientifiques ont toujours été des événements majeurs. Non seulement elles ont toujours apporté une importante évaluation du travail scientifique effectué au travers de publications dans des numéros spéciaux de journaux internationaux, mais ont également permis de définir à chaque fois les nouveaux objectifs scientifiques à atteindre. Du 5 au 9 juillet 2010, la prochaine édition du colloque franco-taiwanais en sciences de la Terre (GEEA 2010) se tiendra à Aix-en-Provence, en France. La précédente s’était tenue en 2005 à Taitung, à Taiwan, et avait réuni près de 170 participants. Les principaux objectifs de ce colloque sont de dresser un bilan de ces 5 dernières années de recherche, et notamment dans la compréhension scientifique du système actif de convergence de plaques et de croissance de la chaîne taiwanaise. Il devrait entraîner des progrès significatifs dans l’analyse des zones de failles actives et des relations entre la tectonique, l’érosion et l’évolution morphologique de la chaîne de montagnes, tout en contribuant à l’évaluation des aléas naturels associés à cette activité géodynamique.

L’analyse de la déformation active à différentes échelles temporelles et spatiales est une affaire cruciale pour comprendre et quantifier la déformation dans une chaîne de montagnes et mieux en évaluer les aléas naturels associés. La collaboration franco-taiwanaise en sciences de la terre est à l’orée d’une ère nouvelle. Si la France et Taiwan veulent continuer à jouer un rôle majeur sur la scène internationale sur ce plan, il convient de maintenir et de renforcer leurs échanges actifs de compétences et de connaissances complémentaires, et ce grâce à une coopération scientifique étroite et continue. En outre, parce que les réponses aux principaux problèmes scientifiques ne peuvent pas provenir d’une approche unique, la multidisciplinarité doit être encouragée et renforcée. Il est également nécessaire, malgré les difficultés que cela implique, de renforcer les liens entre recherche fondamentale et recherche appliquée, notamment en ce qui concerne l’évaluation et l’atténuation des risques naturels.

(*) Maître de conférences à l’Université Paul Cézanne (Aix-Marseille), chercheur au Centre européen de recherche et d’enseignement des géosciences de l’environnement (CEREGE), coordinateur du congrès GEEA 2010.
www.geea2010.org
(1) Prisme d’accrétion : bourrelet sédimentaire qui correspond à l’accumulation et à la compression des sédiments marins auprès de la fosse de subduction.
(2) Prisme orogénique : en géologie, ce terme désigne une chaîne de montagnes en prenant en compte le relief mais aussi la racine lithosphérique se trouvant dessous.

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Hommage à Jacques Angelier

Jacques Angelier, un acteur majeur de la collaboration scientifique franco-taiwanaise, est décédé le 31 janvier 2010. Professeur de l’Université Pierre et Marie Curie (Paris VI), correspondant élu de l’Académie des sciences depuis 1997, il a consacré toute sa carrière à l’étude de la déformation récente de l’écorce terrestre. Ses recherches l’ont conduit dans de nombreuses régions du monde dont Taiwan pour laquelle il a passionnément contribué à en comprendre le fonctionnement géodynamique. Pendant toute sa carrière, il fut un des piliers de la collaboration franco-taiwanaise en sciences de la terre. Ses nombreux étudiants en thèse taiwanais sont aujourd’hui chercheurs en poste dans les principales universités et instituts de recherche de l’île. Ces dernières années, il conduisait le Laboratoire international associé ADEPT, soutenu par le CNRS et le NSC. Les travaux de Jacques Angelier ont reçu une reconnaissance internationale et de nombreux prix sont venus les couronner : Prix Victor Raulin de l’Académie des sciences (1991), Prix Fourmarier de l’Académie royale des sciences de Belgique (1996), Prix de la fondation franco-chinoise de l’Institut de France (1999). Géologue de terrain passionné, Jacques Angelier était avant tout un scientifique enthousiaste qui prenait énormément de plaisir à partager et diffuser ses connaissances, ce qui l’a conduit à enseigner dans de nombreuses universités françaises et étrangères.