Les tremblements de terre sont notoirement difficiles à prévoir, tout comme les répliques généralement moins graves qui suivent souvent un événement sismique majeur.
Greg McLaskey, professeur agrégé de génie civil et environnemental à Cornell Engineering, et les membres de son groupe de recherche modélisent les tremblements de terre dans le complexe de laboratoire de Bovay, et ont développé une méthode pour imiter le type d’activité sismique retardée qui suit un tremblement de terre.
À l’aide d’un échantillon hybride combinant des blocs de plastique et de la poudre de roche, l’équipe de McLaskey a étudié le déclenchement retardé d’un tremblement de terre dans le but de mieux comprendre les mécanismes des répliques et, en fin de compte, les forces qui annoncent un tremblement de terre majeur.
McLaskey est l’auteur principal de « Creep Fronts and Complexity in Laboratory Earthquake Sequences Illuminate Delayed Earthquake Triggering », publié le 11 novembre dans Communication Nature.
Les répliques peuvent survenir de quelques heures à plusieurs années après un événement sismique majeur et résultent de mécanismes de déclenchement complexes et mal compris. Et comme ces événements se produisent à des kilomètres sous la surface, la mesure directe de la roche en mouvement est rarement possible.
« Même en laboratoire, il est difficile d’étudier car ils se produisent très rapidement », a déclaré McLaskey. « Le tremblement de terre est fondamentalement comme une rupture, une fissure qui se propage à travers la Terre à 3 kilomètres (1,8 miles) par seconde. »
McLaskey et son laboratoire ont modélisé l’activité sismique à une échelle relativement grande, en pressant une paire de dalles de granit de 3 mètres de long avec plus de 2 millions de livres de force, par exemple. Mais pour ce travail, le modèle a été considérablement réduit.
L’équipe a utilisé des blocs de plastique d’environ 2 ½ pieds de long, avec de la poussière de quartz entre les blocs pour simuler le type de frottement se produisant entre des plaques tectoniques gargantuesques à 15 kilomètres sous la surface de la Terre.
« La poudre de quartz est fondamentalement comme du sable broyé », a déclaré McLaskey. « Si vous aviez du granit broyant contre lui-même, cela créerait quelque chose de similaire, donc nous pensons que c’est assez représentatif. »
Les chercheurs Cebry et Ke ont expérimenté une multitude de matériaux afin de trouver la bonne combinaison de plastique et de poussière de roche qui produirait une activité semblable à une réplique, bien qu’à une échelle beaucoup plus petite. Cebry a qualifié leur formule de « juste ce qu’il faut d’intéressant » pour être utile.
« Ce qui est cool, c’est que nous avons pu faire glisser rapidement une partie de l’échantillon, émettre des ondes sismiques, faire un petit tremblement de terre, puis il y aurait un retard », a déclaré McLaskey. « Et puis l’autre extrémité de l’échantillon se rompait. C’était un peu comme une réplique. »
« Les fronts rampants » – auxquels le titre de l’article fait allusion – sont la clé, a déclaré McLaskey. Ce sont des sections de failles qui glissent très lentement et à des vitesses différentes le long de la faille, mais entraînent des changements importants dans le sous-sol.
« En Californie, par exemple, il y a beaucoup de failles où vous voyez que peut-être que le trottoir, après 10 ans, s’est un peu déplacé, mais il n’y a pas eu de tremblement de terre », a-t-il déclaré. « C’était juste rampant. »
Au lieu que la roche souterraine glisse à une vitesse constante, une partie de la faille glisse plus vite qu’une autre, a déclaré McLaskey, et l’intersection entre les sections de glissement les plus rapides et les plus lentes se déplace. « Le comportement de la roche d’un côté migre pour affecter le comportement de l’autre côté », a-t-il déclaré.
À partir de leur modélisation, le groupe a déterminé que la vitesse et la force des fronts de fluage sont sensibles aux niveaux de contrainte de faille des tremblements de terre précédents. Ceux-ci pourraient être mesurables et pourraient servir de compteurs de stress locaux qui, un jour, pourraient aider à prévoir les événements sismiques.
« La prédiction des tremblements de terre est encore loin », a déclaré McLaskey, « mais avec ce travail, je pense que nous avons une meilleure compréhension d’un aspect clé de la physique. »
Plus d’information:
Sara Beth L. Cebry et al, Les fronts de fluage et la complexité des séquences de tremblements de terre en laboratoire éclairent le déclenchement retardé des tremblements de terre, Communication Nature (2022). DOI : 10.1038/s41467-022-34397-0