Interpretation of the piezometric fluctuations and precursors associated with the November 29, 2007, magnitude 7.4 earthquake in Martinique (Lesser Antilles)

On November 29, 2007, a 7.4 earthquake occurred near the volcanic island of Martinique (French West Indies). It was widely felt in the Caribbean. Piezometric level changes correlated with the earthquake were recorded by 12 of the 24 piezometers in the groundwater monitoring network. A methodology has been developed for the interpretation of long-duration piezometric anomalies. It enables us to demonstrate that the hydraulic conductivity increased at the scale of the whole aquifer, by an order of magnitude of 5 to 10%, as a consequence of the earthquake. With this methodology, it is possible to compute either the aquifer hydraulic conductivity increase during the earthquake or its hydrodynamic parameters: diffusivity and relative location of the piezometer along a flow line. It shows, for instance, that the amplitude of the piezometric change due to the earthquake is not directly related to its intensity, but rather to the structure and hydrodynamic properties of the aquifer and also to the location of the piezometer. It also proves that a piezometric increase due to an earthquake cannot be straightforwardly related to a decrease in the hydraulic conductivity of the aquifer. Consequently, in such an active geodynamical context, tectonic processes appear to be among the factors responsible of the magnitude of the hydraulic conductivity of shallow aquifers. Piezometric precursors of the earthquake were definitely observed, but the operational use of such signals is, as yet, far from obvious.

RésuméLe 29 novembre 2007, un séisme de magnitude 7,4 s’est produit à 30 km au nord de l’île volcanique de la Martinique et a été ressenti dans toute la Caraïbe. Des variations du niveau piézométrique associées au séisme ont été enregistrées par 12 des 24 piézomètres du réseau d’observation régional. Une méthodologie a été développée pour l’interprétation des anomalies piézométriques de longue durée, dues au séisme. Elle permet de démontrer que l’augmentation de la perméabilité de l’ensemble de l’aquifère étudié due au séisme est d’environ 5 à 10 %. Cette méthodologie permet de calculer, soit l’augmentation de la perméabilité due au séisme, soit les paramètres hydrodynamiques de l’aquifère (diffusivité) et de préciser son fonctionnement (localisation relative du piézomètre le long d’une ligne de courant). Elle montre, entre autres, que l’amplitude de la variation du niveau piézométrique due au séisme ne dépend pas directement de l’intensité du séisme, mais plutôt de la structure et des propriétés hydrodynamiques de l’aquifère et aussi de la localisation du piézomètre au sein de celui-ci. Elle montre aussi qu’une augmentation du niveau piézométrique à la suite d’un séisme ne peut pas être reliée de manière évidente à une diminution de la perméabilité. Ainsi, dans un tel contexte géologique et géodynamique, on montre que la tectonique constitue l’un des facteurs explicatifs de la valeur de la perméabilité des aquifères. Des précurseurs piézométriques du séisme ont été clairement mis en évidence ; néanmoins, leur utilisation opérationnelle est encore loin d’être évidente.