La foudre—un, deux, trois—et le tonnerre. Depuis des siècles, les gens ont estimé la distance d'un orage à partir du temps entre la foudre et le tonnerre. Plus l'intervalle de temps entre les deux signaux est grand, plus l'observateur est éloigné de l'emplacement de la foudre. C'est parce que la foudre se propage à la vitesse de la lumière avec presque aucun délai, tandis que le tonnerre se propage à la vitesse du son beaucoup plus lente d'environ 340 mètres par seconde.

Les tremblements de terre envoient également des signaux qui se propagent à la vitesse de la lumière (300, 000 kilomètres par seconde) et peut être enregistré bien avant les ondes sismiques relativement lentes (environ 8 kilomètres par seconde). Cependant, les signaux qui voyagent à la vitesse de la lumière ne sont pas des éclairs, mais des changements soudains de gravité causés par un déplacement de la masse interne de la terre. Seulement récemment, ces signaux dits PEGS (PEGS =prompt elasto-gravity signaux) ont été détectés par des mesures sismiques. A l'aide de ces signaux, il pourrait être possible de détecter un tremblement de terre très tôt avant l'arrivée des vagues destructrices du séisme ou du tsunami.

Cependant, l'effet gravitationnel de ce phénomène est très faible. Elle représente moins d'un milliardième de la gravité terrestre. Par conséquent, Les signaux PEGS n'ont pu être enregistrés que pour les séismes les plus forts. En outre, le processus de leur génération est complexe :ils ne sont pas seulement générés directement à la source du séisme, mais aussi en continu alors que les ondes sismiques se propagent à l'intérieur de la terre.

Jusqu'à maintenant, il n'y a pas eu de méthode directe et exacte pour simuler de manière fiable la génération de signaux PEGS dans l'ordinateur. L'algorithme maintenant proposé par les chercheurs du GFZ autour de Rongjiang Wang peut pour la première fois calculer les signaux PEGS avec une grande précision et sans trop d'effort. Les chercheurs ont également pu montrer que les signaux permettent de tirer des conclusions sur la force, durée et mécanisme des très gros séismes. L'étude a été publiée dans la revue Lettres des sciences de la Terre et des planètes .

Un tremblement de terre déplace brusquement les plaques rocheuses à l'intérieur de la terre, et modifie ainsi la répartition des masses dans la terre. Lors de forts tremblements de terre, ce déplacement peut atteindre plusieurs mètres. « Étant donné que la gravité qui peut être mesurée localement dépend de la répartition des masses au voisinage du point de mesure, chaque tremblement de terre génère un petit mais immédiat changement de gravité, " dit Rongjiang Wang, coordinateur scientifique de la nouvelle étude.

Cependant, chaque tremblement de terre génère également des ondes dans la terre elle-même, qui à leur tour modifient un peu la densité des roches et donc la gravitation pendant une courte période - la gravité terrestre oscille dans une certaine mesure en synchronisation avec le tremblement de terre. Par ailleurs, cette gravité oscillante produit un effet de force à court terme sur la roche, qui à son tour déclenche des ondes sismiques secondaires. Certaines de ces ondes sismiques secondaires déclenchées par la gravitation peuvent être observées avant même l'arrivée des ondes sismiques primaires.

"Nous avons été confrontés au problème d'intégrer ces multiples interactions pour faire des estimations et des prédictions plus précises sur la force des signaux, " dit Torsten Dahm, chef de la section Physique des tremblements de terre et des volcans au GFZ. "Rongjiang Wang a eu l'idée ingénieuse d'adapter un algorithme que nous avions développé plus tôt au problème PEGS et a réussi."

"Nous avons appliqué notre nouvel algorithme pour la première fois au séisme de Tohoku au Japon en 2011, qui a également été à l'origine du tsunami de Fukushima, " dit Sébastien Heimann, développeur de programmes et analyste de données chez GFZ. "Là, des mesures sur la force du signal PEGS étaient déjà disponibles. La consistance était parfaite. Cela nous a donné une certitude pour la prédiction d'autres tremblements de terre et le potentiel des signaux pour de nouvelles applications."

À l'avenir, en évaluant les changements de gravité à plusieurs centaines de kilomètres de l'épicentre d'un tremblement de terre au large des côtes, cette méthode pourrait être utilisée pour déterminer, même pendant le tremblement de terre lui-même, s'il s'agit d'un fort tremblement de terre qui pourrait déclencher un tsunami, selon les chercheurs. "Toutefois, il y a encore du chemin à faire, " dit Rongjiang Wang. " Les instruments de mesure d'aujourd'hui ne sont pas encore assez sensibles, et les signaux d'interférence induits par l'environnement sont trop importants pour que les signaux PEGS soient directement intégrés dans un système d'alerte précoce aux tsunamis fonctionnel. »