L’ingénierie comme principale prévision des tremblements de terre

Des chercheurs de l’Université Brown ont découvert que la géométrie des failles, y compris les dislocations et les structures complexes au sein des zones de failles, joue un rôle essentiel dans la détermination de la probabilité et de la force d’un tremblement de terre. Cette découverte, basée sur des études sur les lignes de fracture en Californie, remet en question les visions traditionnelles qui se concentrent principalement sur la friction.

En examinant de plus près la composition géométrique des roches à l’origine des tremblements de terre, les chercheurs de l’Université Brown ajoutent une nouvelle ride à la croyance de longue date sur la cause première des tremblements de terre.

La dynamique sismique revisitée

La recherche, décrite dans un article récemment publié dans la revue natureIl révèle que la manière dont les réseaux de failles sont alignés joue un rôle crucial dans la détermination du lieu où se produit un séisme et de sa force. Ces résultats remettent en question l’idée traditionnelle selon laquelle c’est le type de friction qui se produit au niveau de ces failles qui détermine principalement si les tremblements de terre se produisent ou non, et pourraient améliorer la compréhension actuelle du fonctionnement des tremblements de terre.

« Notre article dresse un tableau très différent des raisons pour lesquelles les tremblements de terre se produisent », a déclaré Victor Tsai, géophysicien à l’Université Brown et l’un des principaux auteurs de l’article. « Cela a des implications très importantes pour savoir où les tremblements de terre peuvent se produire par rapport à ceux où on ne peut pas s’y attendre, et également pour prédire où les tremblements de terre seront les plus dommageables. »

Points de vue traditionnels sur la mécanique des tremblements de terre

Les lignes de faille sont les limites visibles à la surface de la planète où les plaques solides qui composent la lithosphère terrestre entrent en collision les unes avec les autres. Pendant des décennies, les géophysiciens ont interprété les tremblements de terre comme se produisant lorsque des contraintes s’accumulent sur des failles au point où les failles glissent ou se brisent rapidement les unes sur les autres, libérant les contraintes refoulées dans une action connue sous le nom de comportement de glissement, explique Tsai.

Les chercheurs ont émis l’hypothèse que le glissement rapide et les mouvements intenses du sol qui en résultent sont le résultat d’un frottement instable pouvant se produire au niveau des failles. En revanche, l’idée est que lorsque le frottement est stable, les plaques glissent lentement les unes contre les autres sans qu’un tremblement de terre ne se produise. Ce mouvement régulier et fluide est également appelé ramper.

Nouvelles perspectives sur le comportement des lignes de faille

« Les gens essaient de mesurer ces propriétés de friction, par exemple si une zone de faille présente un frottement instable ou stable, puis, sur la base de mesures en laboratoire, ils essaient de prédire s’il y aura ou non un tremblement de terre à cet endroit », a déclaré Cai. Il a dit. « Nos résultats suggèrent qu’il pourrait être plus important d’examiner la géométrie des failles dans ces réseaux de failles, car c’est peut-être la géométrie complexe des structures autour de ces limites qui crée ce comportement instable versus stable. »

La géométrie à prendre en compte inclut les complexités des structures rocheuses sous-jacentes telles que les courbures, les interstices et les marches. L’étude est basée sur la modélisation mathématique et l’étude des zones de failles en Californie à l’aide des données de la base de données sur les failles quaternaires de l’US Geological Survey et de la California Geological Survey.

Exemples détaillés et recherches antérieures

L’équipe de recherche, qui comprend également Jaesuk Lee, étudiant diplômé de l’Université Brown, et le géophysicien Greg Hirth, fournit un exemple plus détaillé pour illustrer la manière dont les tremblements de terre se produisent. Ils disent d’imaginer les défauts entrant en collision les uns avec les autres comme ayant des dents dentelées comme le tranchant d’une scie.

Lorsqu’il y a moins de dents ou des dents émoussées, les roches glissent les unes sur les autres plus facilement, permettant ainsi de ramper. Mais lorsque les structures rocheuses de ces failles sont plus complexes et rugueuses, ces structures se collent et se collent. Lorsque cela se produit, ils augmentent la pression et, en tirant et en poussant plus fort, ils se brisent, se séparent et provoquent des tremblements de terre.

Effets de complexité géométrique

La nouvelle étude est basée sur emploi précédent Considérez pourquoi certains tremblements de terre génèrent un mouvement du sol plus important que d’autres tremblements de terre dans différentes parties du monde, et parfois même ceux de même magnitude. L’étude a montré que la collision de blocs dans une zone de faille lors d’un tremblement de terre contribue de manière significative à la génération de vibrations à haute fréquence et a soulevé l’idée que la complexité géométrique du sous-sol peut également jouer un rôle dans le lieu et la raison pour laquelle les tremblements de terre se produisent.

Déséquilibre et intensité des séismes

En analysant les données des failles de Californie – qui incluent la célèbre faille de San Andreas – les chercheurs ont découvert que les zones de failles présentant une géométrie complexe en dessous, ce qui signifie que les structures n’étaient pas cohérentes, se sont révélées avoir des mouvements de sol plus forts que des mouvements moins géométriques. complexe. Zones d’erreur. Cela signifie également que certaines de ces zones connaîtront des tremblements de terre plus forts, d’autres des tremblements de terre plus faibles et d’autres encore n’auront aucun tremblement de terre.

Les chercheurs ont déterminé cela sur la base du déséquilibre moyen des erreurs analysées. Ce taux de désalignement mesure à quel point les failles sont proches dans une zone donnée et vont toutes dans la même direction plutôt que dans des directions différentes. L’analyse a révélé que les zones de failles où les failles sont plus obliques provoquent des épisodes de glissement sous forme de tremblements de terre. Les zones de faille où la géométrie de la faille était plus alignée ont facilité le fluage en douceur de la faille sans tremblements de terre.

« Comprendre comment les failles se comportent en tant que système est essentiel pour comprendre pourquoi et comment les tremblements de terre se produisent », a déclaré Lee, l’étudiant diplômé qui a dirigé les travaux. « Notre recherche suggère que la complexité de l’architecture du réseau d’erreurs est le facteur clé et crée des connexions significatives entre des ensembles d’observations indépendantes et les intègre dans un nouveau cadre. »

Orientations futures de la recherche sur les tremblements de terre

Les chercheurs affirment que des travaux supplémentaires doivent être effectués pour valider pleinement le modèle, mais ces travaux préliminaires suggèrent que l’idée est prometteuse, d’autant plus que le désalignement ou le désalignement est plus facile à mesurer que les propriétés du désalignement. Si ces travaux sont valables, ils pourraient un jour être intégrés aux modèles de prévision des tremblements de terre.

Cela reste encore loin pour le moment, alors que les chercheurs commencent à déterminer comment tirer parti de l’étude.

« La chose la plus évidente à venir est d’essayer d’aller au-delà de la Californie et de voir comment ce modèle résiste », a déclaré Tsai. « C’est potentiellement une nouvelle façon de comprendre comment les tremblements de terre se produisent. »

Référence : « La géométrie du réseau de failles influence le comportement de friction des tremblements de terre » par Jaesuk Lee, Victor C. Tsai, Greg Hirth, Avigyan Chatterjee et Daniel T. Trugman, 5 juin 2024, nature.
est ce que je: 10.1038/s41586-024-07518-6

La recherche a été soutenue par la National Science Foundation. Outre Li, Tsai et Hirth, l’équipe comprenait également Avighyan Chatterjee et Daniel Trugman de l’Université du Nevada à Reno.