Introduction
Peu avant 23 h, le 8 septembre 2023, les caméras de surveillance de Marrakech et des localités au pied du Haut Atlas ont capté quelque chose qu’elles n’étaient pas faites pour enregistrer. Une lueur bleu pâle pulsait le long de l’horizon : une lumière sismique, même si presque aucun de ceux qui regardaient ne connaissait le terme. Quelques secondes plus tard, le sol s’est soulevé. Un séisme de magnitude 6,8, sur une faille jusque-là non cartographiée sous le Haut Atlas, a rasé des villages de montagne et tué au moins 2 946 personnes, selon le ministère marocain de l’Intérieur. En quelques heures, les vidéos circulaient dans le monde entier, et les internautes se posaient une question qui occupe les sismologues depuis plus d’un siècle : qu’est-ce qui fait briller le ciel avant que le sol ne bouge ?
Les éclairs vus au-dessus du Maroc relèvent d’une catégorie que les scientifiques appellent lumières sismiques, ou EQL (de l’anglais earthquake lights). On en trouve des mentions dès l’Antiquité. Pendant presque toute cette histoire, les chercheurs les ont rangées aux côtés des serpents de mer et des présages. Cela a commencé à changer quand les caméras se sont glissées dans toutes les poches et ont fleuri à tous les coins de rue.
Que sont les lumières sismiques ?
Les lumières sismiques sont des phénomènes lumineux signalés dans les heures, les minutes ou les secondes qui entourent un séisme. L’U.S. Geological Survey (USGS) les décrit comme des « éclairs en nappe, des boules de lumière, des traînées lumineuses et des lueurs continues ». Témoins et chercheurs en ont répertorié des formes plus précises : des masses lumineuses globulaires qui restent suspendues ou dérivent, de vastes illuminations atmosphériques et des luminosités semblables à des flammes qui paraissent sortir du sol.
Dans l’étude de référence de 2014 publiée dans Seismological Research Letters, les lumières « apparaissaient le plus souvent sous forme de masses lumineuses globulaires, immobiles ou en mouvement, d’illuminations atmosphériques ou de luminosités semblables à des flammes issues du sol ». Les couleurs vont du blanc au rose violacé en passant par le bleu électrique. La plupart des EQL apparaissent avant et pendant un séisme. Elles se montrent rarement après, une chronologie qui oriente la science vers l’accumulation et la libération des contraintes plutôt que vers les suites du séisme.
Elles sont aussi rares. L’étude de 2014 estime que les conditions nécessaires à des lumières visibles sont réunies dans moins de 0,5 % des séismes dans le monde. La distance varie énormément. L’étude de 2014 a montré que les lumières pouvaient être vues loin de la rupture ; comme l’a rapporté CNN le 14 septembre 2023 en citant ces travaux, le phénomène « était visible jusqu’à 600 kilomètres (372,8 miles) de l’épicentre du séisme ».
Un phénomène écarté pendant des siècles
La trace écrite est longue. L’ingénieur irlandais Robert Mallet, souvent considéré comme le fondateur de la sismologie, a compilé un catalogue en cinq parties des phénomènes liés aux séismes, couvrant la période de 1606 av. J.-C. à 1842 apr. J.-C., et il fourmille de comptes rendus de luminosités. En 1910, le prêtre et naturaliste italien Ignazio Galli a publié une classification des phénomènes lumineux observés pendant les séismes. Avant le grand séisme de San Francisco du 18 avril 1906, un couple installé à environ 100 km au nord-ouest avait signalé des « flots de lumière » courant sur le sol deux nuits consécutives.
Pendant des générations, rien de tout cela n’a compté comme preuve. Les témoins oculaires n’étaient pas fiables, les lumières étaient brèves et rien n’avait été filmé. Le tournant est venu avec l’essaim sismique de Matsushiro, dans le centre du Japon, entre 1965 et 1967, première séquence sismique au cours de laquelle les phénomènes lumineux ont été photographiés. Les images sont attribuées à un photographe amateur local, tandis que Yutaka Yasui, de l’observatoire magnétique de Kakioka, a répertorié et analysé les témoignages dans des articles publiés en 1968 et 1971. Les photographies ont donné à la discipline ses premiers documents tangibles, non sans controverse : le sismologue Tsuneji Rikitake et d’autres ont suggéré par la suite que certaines des images de Matsushiro pourraient être des faux.
Puis sont arrivées la vidéosurveillance et le smartphone. Pisco en 2007, L’Aquila en 2009, le Mexique en 2017 et 2021, le Maroc en 2023 : chaque événement s’est accompagné d’images. Comme l’a dit à CNN le physicien péruvien Juan Antonio Lira Cacho : « Il y a quarante ans, c’était impossible. Si vous les voyiez, personne ne croyait ce que vous aviez vu. » Les caméras n’ont pas prouvé la physique, mais elles ont remis la question sur la table.
Ce qu’a montré l’étude de 2014
En janvier 2014, quatre chercheurs ont publié « Prevalence of Earthquake Lights Associated with Rift Environments » dans Seismological Research Letters (volume 85, numéro 1, pages 159–178). Les auteurs étaient Robert Thériault et France St-Laurent, le physicien Friedemann T. Freund et le sismologue John S. Derr. Ils ont passé au crible des siècles de littérature, écarté les témoignages ayant une origine non sismique plausible, comme la fumée sortant du sol ou les halos lunaires, et restreint leur corpus à 65 des cas d’EQL les mieux documentés dans les Amériques et en Europe depuis 1600 apr. J.-C.
Le résultat spatial était très déséquilibré. Environ 85 % des cas se situaient sur des rifts ou à proximité, et 63 des 65, soit 97 %, se trouvaient au voisinage d’une faille subverticale : un rift, un graben, une faille décrochante ou une faille transformante. Ce qui rend ce constat étrange, c’est le contraste avec la sismicité ordinaire. Les failles intraplaques ne représentent que 5 % de l’activité sismique de la planète, et pourtant elles ont accueilli 85 % des lumières sismiques documentées. Les 65 séismes allaient de M3,6 à M9,2, et « 80 % dépassaient M5,0 ».
« Les chiffres sont frappants et inattendus », a déclaré Thériault, géologue au ministère des Ressources naturelles du Québec. La clé, c’est la géométrie. Les failles subverticales montent presque tout droit vers la surface. Comme l’a expliqué Thériault : « contrairement à d’autres failles qui peuvent plonger selon un angle de 30 à 35 degrés, comme dans les zones de subduction, les failles subverticales caractérisent les environnements de rift dans ces cas ». Une faille abrupte offre un trajet court, presque vertical, à tout ce qui voyage de la roche sous contrainte jusqu’à l’air libre.
L’explication dominante : une roche sous contrainte qui produit de l’électricité
L’hypothèse physique la plus élaborée vient de Friedemann Freund, qui a occupé des postes au NASA Ames Research Center, au SETI Institute et à la San Jose State University. Son affirmation est sans détour : comprimez la bonne roche assez fort et assez vite, et elle se transforme en batterie.
Le mécanisme repose sur un défaut présent partout dans la croûte. Dans St-Laurent, Derr & Freund (2006), l’équipe écrivait que « les phénomènes lumineux liés aux séismes (aussi appelés lumières sismiques) peuvent résulter (1) de l’activation sous contrainte de porteurs de charge de type trou positif (trou p) dans les roches magmatiques et (2) de l’accumulation de fortes concentrations de porteurs de charge au niveau d’aspérités de la croûte, où les taux de contrainte augmentent très rapidement à l’approche d’un séisme ». En termes simples : dans les minéraux courants, les atomes d’oxygène sont normalement associés deux à deux par des liaisons « peroxy » dormantes. La contrainte rompt ces liaisons et libère des porteurs de charge mobiles, appelés trous positifs.
Ces charges circulent. « Quand la nature soumet certaines roches à des contraintes, des charges électriques sont activées, comme si l’on enclenchait une batterie dans la croûte terrestre », a confié Freund à National Geographic. Dans un article publié dans The Conversation en 2014, il a décrit la vitesse : « Les charges se déplacent vite, jusqu’à environ 200 mètres par seconde. » Là où le nuage de charges atteint la surface, il peut ioniser l’air et luire. Freund désigne les basaltes et les gabbros, des roches magmatiques denses et riches en fer, comme les plus productifs. La physique détaillée figure dans l’article de Freund de 2002 paru dans le Journal of Geodynamics et dans sa synthèse de 2010 parue dans Acta Geophysica.
La théorie est élégante, et elle relie les lumières à la même charge qui pourrait expliquer d’autres signaux rapportés avant des séismes. Mais elle a des points faibles. Les expériences de laboratoire produisent des courants mesurables, mais pas la lumière visible et durable observée sur le terrain. Et si la roche magmatique sous contrainte est courante, la rareté des lumières exige un ingrédient supplémentaire : le pic de contrainte rapide et localisé au niveau d’une aspérité, que la théorie invoque mais ne sait pas encore prédire.
L’Aquila, Italie, 6 avril 2009
Quelques secondes avant que le séisme de magnitude 6,3 ne frappe la région des Abruzzes, un témoin se trouvant sur la place du Duomo a vu de petites flammes, hautes d’environ 10 centimètres, vaciller à quelques centimètres au-dessus des pavés du viale Francesco Crispi, dans le centre historique. La lumière était terne et a duré plusieurs secondes. Cristiano Fidani, dans un article de 2010 paru dans Natural Hazards and Earth System Sciences, a dressé un catalogue de 241 phénomènes lumineux autour de cette séquence, dont au moins 99 avant le choc principal. Thériault a mis en avant un témoignage : celui d’un habitant qui avait vu des éclairs depuis l’intérieur de sa maison deux heures avant le choc principal et avait mis sa famille à l’abri dehors, « l’un des très rares témoignages documentés d’une personne ayant agi en fonction de la présence de lumières sismiques ».
Saguenay, Québec, novembre 1988
Le 12 novembre 1988, des témoins ont signalé un globe de lumière d’un rose violacé vif qui traversait le ciel le long du Saint-Laurent, près de la ville de Québec. Moins de deux semaines plus tard, le 25 novembre, un séisme de magnitude 5,9 a frappé la région du Saguenay. France St-Laurent a documenté toute la séquence dans Seismological Research Letters en 2000 (volume 71, pages 160–174), à partir de 46 témoignages suffisamment détaillés pour être analysés. La plus ancienne observation lumineuse remonte à 25 jours avant le choc principal, un intervalle que les auteurs interprètent comme la lente accumulation de contraintes à l’échelle régionale.
Pisco, Pérou, 15 août 2007
Au moment où le séisme de magnitude 8,0 a frappé, un officier de marine a vu des colonnes de lumière bleu pâle jaillir de l’eau à quatre reprises successives, scène enregistrée par des caméras de surveillance. Un enregistrement sismométrique réalisé au même endroit a permis aux chercheurs de caler avec précision le moment de ces éclats lumineux par rapport au mouvement du sol, une association rare de données lumineuses et instrumentales.
Les explications concurrentes
Aucun mécanisme unique n’est admis. Le modèle des trous positifs de Freund est le plus ambitieux, mais il est en concurrence avec des idées plus anciennes et avec des explications prosaïques, confirmées à maintes reprises.
Le premier modèle physique sérieux a été celui de l’échauffement par frottement. En 1983, D.A. Lockner, M.J.S. Johnston et J.D. Byerlee ont soutenu dans Nature (volume 302, pages 28–33) que les explications antérieures « ne parvenaient pas à montrer comment de fortes densités de charge peuvent se concentrer et se maintenir dans une Terre conductrice », et ont proposé à la place un modèle fondé sur l’échauffement de la faille par frottement. L’idée piézoélectrique est plus ancienne encore : en 1973, David Finkelstein, R.D. Hill et James R. Powell ont exposé une théorie piézoélectrique des éclairs sismiques, selon laquelle une roche contenant du quartz génère une tension lorsqu’on la comprime. Une étude de laboratoire de 2014 a compliqué les deux : des grains de farine, des disques de plastique et du plâtre ont produit des pics de tension du simple fait d’être secoués, un effet que les auteurs ont attribué au frottement entre les grains plutôt qu’à la structure cristalline.
Il y a ensuite la vérité peu glorieuse que l’USGS met toujours en avant. Certaines lumières signalées n’ont rien de géophysique. C’est le réseau électrique qui défaille. Des lignes qui font des arcs et des transformateurs qui explosent projettent de vifs éclairs pendant les fortes secousses, et on les a pris à plusieurs reprises pour quelque chose de plus profond.
Tangshan, Chine, 28 juillet 1976
Le séisme de Tangshan a frappé à 3 h 42 du matin, heure locale, et a rompu une faille décrochante verticale, de direction nord-est, la géométrie subverticale que l’étude de 2014 avait signalée. Des témoins éloignés de la ville ont décrit un spectacle de lumières colorées et clignotantes dans le ciel. Il reste l’un des séismes les plus meurtriers jamais enregistrés ; le bilan était, selon les termes de l’Encyclopaedia Britannica, « officiellement établi à 242 000 personnes, mais il a pu atteindre 655 000 ».
Mexico, 2017 et 2021
Le Mexique a produit deux des vidéos de lumières les plus partagées et l’une des mises en garde les plus claires. Après le séisme de magnitude 8,1 du Chiapas, le 8 septembre 2017, des images de ciels zébrés d’éclairs au-dessus de la capitale se sont rapidement diffusées. Le séisme du Guerrero de septembre 2021 a déclenché une seconde vague de vidéos virales. Cette fois, les sismologues ont réagi avec vigueur. Miguel Ángel Santoyo, de l’UNAM, a attribué les lumières de 2021 à la combinaison de la foudre d’un orage en cours et d’arcs électriques provoqués par des lignes électriques qui oscillaient. Son collègue Víctor Manuel Cruz Atienza, qui considère bel et bien les lumières sismiques comme un phénomène réel, est resté prudent dans ce cas : il a déclaré à NPR que le ciel nocturne était plein d’activité électrique due à l’orage, et qu’il ne pouvait pas, au vu de la météo, rattacher avec certitude le séisme au spectacle lumineux. Certains éclairs ont été attribués à des transformateurs qui ont explosé pendant les secousses. L’épisode est un avertissement. De vraies lumières sismiques existent peut-être, et pourtant une vidéo virale donnée a bien plus de chances de montrer un réseau électrique défaillant en pleine tempête.
Marrakech, Maroc, 8 septembre 2023
Les images du séisme d’Al Haouz ont ravivé le débat auprès d’un public mondial. Des caméras de vidéosurveillance autour du Haut Atlas ont capté de puissants éclairs juste avant les secousses de magnitude 6,8. John Derr, géophysicien de l’USGS à la retraite, a fait remarquer que la vidéo du Maroc ressemblait aux lumières sismiques enregistrées par des caméras de surveillance lors du séisme de 2007 à Pisco, au Pérou. D’autres ont appelé à la prudence, en évoquant de nouveau les effets du réseau électrique et les artefacts des caméras. Les vidéos étaient saisissantes, mais elles ne constituaient pas, à elles seules, une preuve. Il y a aussi une difficulté plus profonde que les images ne peuvent lever : le Haut Atlas est une chaîne de montagnes en compression, et non un rift, et la rupture a mis en jeu une faille inverse plutôt que la géométrie abrupte, en extension, que l’étude de 2014 associait à la plupart des lumières documentées. Si les éclairs du Maroc étaient de véritables lumières sismiques, ils cadrent mal avec ce schéma — une raison de plus de suspendre son jugement.
Les lumières sismiques pourraient-elles un jour prédire un séisme ?
C’est ici que l’espoir dépasse les preuves, et la réponse honnête compte. Certains chercheurs pensent que les lumières, ou la charge électrique qui les sous-tend, pourraient un jour contribuer à la prévision. Freund espère qu’on pourra un jour utiliser les lumières sismiques, en combinaison avec d’autres facteurs, pour aider à anticiper un séisme majeur. Thériault l’a formulé de la même manière : les EQL, « en tant que phénomène précurseur de séisme, associés à d’autres types de paramètres qui varient avant l’activité sismique, pourraient un jour aider à prévoir l’approche d’un séisme majeur ».
Ces deux phrases sont au conditionnel, et aucune ne revendique un système opérationnel. Le consensus plus large en sismologie est que la prévision des séismes à l’échelle de temps d’une prévision météorologique reste lointaine, à supposer qu’elle soit atteignable. Les lumières sismiques ne sont, au mieux, qu’un signal faible et irrégulier parmi beaucoup d’autres, et elles n’apparaissent que dans une infime fraction des événements. Considérez toute affirmation selon laquelle elles peuvent prédire les séismes aujourd’hui comme du marketing, pas de la science.
Pourquoi les scientifiques ne sont toujours pas d’accord
La position officielle est celle d’un doute prudent. L’USGS l’énonce sans détour :
« Les phénomènes tels que les éclairs en nappe, les boules de lumière, les traînées lumineuses et les lueurs continues, signalés en association avec des séismes, sont appelés lumières sismiques (EQL). Les géophysiciens ne s’accordent pas sur la mesure dans laquelle les témoignages isolés d’éclairages inhabituels, au moment et près de l’épicentre d’un séisme, représentent réellement des EQL : certains doutent qu’un seul de ces témoignages constitue une preuve solide de l’existence des EQL, tandis que d’autres estiment qu’au moins certains correspondent plausiblement à des EQL… certains témoignages d’EQL se sont révélés liés à des arcs électriques provenant de lignes électriques agitées par les secousses. »
Ce désaccord ne tient pas à l’entêtement. Il tient à la nature même des preuves. Les EQL sont rares, brèves et, historiquement, captées par hasard plutôt que par des instruments. Les images existantes sont rarement horodatées par rapport à un sismomètre proche, et le problème des défaillances du réseau électrique contamine les observations modernes. Quant aux théories, elles continuent de prédire des effets à la mauvaise échelle. Les travaux de laboratoire de Freund produisent un courant mesurable mais aucune lumière visible durable ; les mécanismes plus anciens sont si courants qu’ils ne peuvent pas expliquer pourquoi les lumières sont si rares.
Ce qui trancherait la question, c’est un type de données bien précis : une capture instrumentée et horodatée de la lumière, accompagnée de mesures sismiques et électromagnétiques de référence, répétée sur de nombreux événements en contexte de rift, avec les effets du réseau électrique et de la météo écartés à la source. L’enregistrement sismométrique de Pisco laisse entrevoir à quoi cela ressemblerait. Tant qu’un tel jeu de données n’existera pas, les lumières sismiques resteront là où elles se trouvent depuis des siècles : suffisamment documentées pour que des scientifiques sérieux les étudient, mais toujours sans cause admise.
Questions fréquentes
Les lumières sismiques existent-elles vraiment ?
De nombreux cas documentés semblent correspondre à de véritables phénomènes lumineux, consignés depuis des siècles et, aujourd’hui, filmés. L’USGS note que les géophysiciens ne sont pas d’accord : certains doutent qu’un seul témoignage constitue une preuve solide, tandis que d’autres admettent qu’au moins certains témoignages correspondent plausiblement à des EQL. Une part non négligeable des vidéos virales de « lumières sismiques » est attribuée, après coup, à des lignes électriques qui font des arcs ou à de la foudre ordinaire.
Qu’est-ce qui provoque les lumières sismiques ?
Aucun mécanisme unique n’est admis. L’hypothèse dominante, développée par Friedemann Freund, veut que la contrainte rompe des liaisons « peroxy » dans la roche magmatique et libère des porteurs de charge mobiles de type trou positif, qui remontent vers la surface et ionisent l’air. Parmi les idées concurrentes figurent l’échauffement de la faille par frottement, la piézoélectricité dans les roches contenant du quartz et la triboluminescence due au frottement entre les grains.
Les lumières sismiques peuvent-elles prédire les séismes ?
Pas pour l’instant. Certains chercheurs, dont Freund et Thériault, espèrent que les lumières ou la charge qui les sous-tend pourraient un jour contribuer à la prévision, aux côtés d’autres signaux. Cela reste une aspiration de recherche, et non une capacité opérationnelle, et la plupart des sismologues jugent la prédiction à court terme très lointaine.
Les lumières sismiques sont-elles la même chose que les aurores ou la foudre ?
Non. Les aurores sont produites par des particules solaires chargées qui frappent la haute atmosphère près des pôles et n’ont rien à voir avec les séismes. La foudre ordinaire est une décharge électrique atmosphérique issue des nuages d’orage. Les lumières sismiques sont engendrées au niveau du sol ou près de celui-ci, en lien avec les contraintes dans la croûte, et la plupart apparaissent avant ou pendant les secousses plutôt qu’après.
Où signale-t-on le plus souvent des lumières sismiques ?
L’étude de 2014 a relevé 85 % des cas bien documentés sur des rifts ou à proximité, et 97 % au voisinage de failles subverticales. Au-delà de cet échantillon central, les témoignages se sont regroupés dans des régions comme l’Italie, la Grèce, la France, l’Allemagne, la Chine et certaines parties de l’Amérique du Sud, avec des cas notables au Japon et en Amérique du Nord. Les contextes de rift intraplaque sont fortement surreprésentés par rapport à leur part dans la sismicité mondiale.
