C'est un trope courant dans les films catastrophe :un tremblement de terre frappe, le sol se déchire et engloutit des personnes et des voitures entières. La terre béante pourrait faire du drame cinématographique, mais les scientifiques sismiques ont longtemps soutenu que cela ne se produisait pas.

Sauf, ça peut, selon de nouvelles recherches expérimentales de Caltech.

L'oeuvre, parait dans la revue La nature le 1er mai montre comment la terre peut s'ouvrir, puis se refermer rapidement, lors de tremblements de terre le long de failles de chevauchement.

Les failles de poussée ont été le site de certains des plus grands tremblements de terre au monde, comme le tremblement de terre de Tohoku en 2011 au large des côtes du Japon, qui a endommagé la centrale nucléaire de Fukushima. Ils se produisent dans les zones faibles de la croûte terrestre où une plaque de roche se comprime contre une autre, glisser de haut en bas lors d'un tremblement de terre.

Une équipe d'ingénieurs et de scientifiques de la Caltech et de l'École normale supérieure (ENS) de Paris a découvert que des ruptures rapides se propageant vers la surface de la Terre le long d'une faille chevauchante peuvent éloigner un côté d'une faille de l'autre, ouvrant un espace pouvant aller jusqu'à quelques mètres qui se referme ensuite.

Les séismes de faille de chevauchement se produisent généralement lorsque deux plaques de roche se pressent l'une contre l'autre, et la pression surmonte la friction qui les maintient en place. On a longtemps supposé que, à faible profondeur, les plaques glissent les unes contre les autres sur une courte distance, sans ouverture.

Cependant, les chercheurs enquêtant sur le tremblement de terre de Tohoku ont découvert que non seulement la faille glissait à faible profondeur, il l'a fait jusqu'à 50 mètres à certains endroits. Cet énorme mouvement, qui s'est produit juste au large, a déclenché un tsunami qui a endommagé des installations le long de la côte du Japon, notamment à la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi.

Dans le journal Nature, l'équipe émet l'hypothèse que la rupture du tremblement de terre de Tohoku s'est propagée jusqu'à la faille et, une fois qu'elle s'est approchée de la surface, a provoqué la torsion d'une dalle de roche l'une de l'autre, ouvrant un espace et supprimant momentanément tout frottement entre les deux parois. Cela a permis à la faille de glisser de 50 mètres.

Cette ouverture de la faille était censée être impossible.

"Ceci est en fait intégré dans la plupart des modèles informatiques de tremblements de terre en ce moment. Les modèles ont été programmés de manière à ce que les parois de la faille ne puissent pas se séparer les unes des autres, " dit Arès Rosakis, Theodore von Kármán Professeur d'aéronautique et de génie mécanique à Caltech et l'un des auteurs principaux de l'article Nature. "Les résultats démontrent la valeur de l'expérimentation et de l'observation. Les modèles informatiques ne peuvent être aussi réalistes que ce que leurs hypothèses intégrées leur permettent d'être."

L'équipe internationale a découvert le phénomène de torsion en simulant un tremblement de terre dans une installation de Caltech qui a été officieusement surnommée la « tunnel à vent sismologique ». L'installation a commencé comme une collaboration entre Rosakis, un ingénieur étudiant la défaillance des matériaux, et Hiroo Kanamori, un sismologue explorant la physique des tremblements de terre et co-auteur de l'étude Nature. "L'environnement de recherche Caltech nous a beaucoup aidé à avoir une collaboration étroite entre différentes disciplines scientifiques, " a déclaré Kanamori. "Nous, les sismologues, avons beaucoup bénéficié de la collaboration avec le groupe du professeur Rosakis, car il est souvent très difficile de faire des expériences pour tester nos idées en sismologie."

Dans l'établissement, les chercheurs utilisent des diagnostics optiques avancés à grande vitesse pour étudier comment se produisent les ruptures sismiques. Pour simuler un séisme de faille de chevauchement en laboratoire, les chercheurs ont d'abord coupé en deux un bloc de plastique transparent aux propriétés mécaniques similaires à celles de la roche. Ils recollent ensuite les morceaux cassés sous pression, simuler la charge tectonique d'une ligne de faille. Prochain, ils placent un petit fil fusible nickel-chrome à l'endroit où ils veulent que l'épicentre du séisme soit. Quand ils ont déclenché le fusible, le frottement à l'emplacement du fusible est réduit, permettant à une rupture très rapide de se propager vers le haut de la faille miniature. Le matériau est photoélastique, ce qui signifie qu'il montre visuellement - par l'interférence de la lumière lorsqu'il se déplace dans le matériau clair - la propagation des ondes de contrainte. Le séisme simulé est enregistré à l'aide de caméras à grande vitesse et le mouvement qui en résulte est capturé par des vélocimètres laser (capteurs de vitesse de particules).

"C'est un bel exemple de collaboration entre sismologues, tectoniques et ingénieurs. Et pour ne pas trop insister là-dessus, Collaboration américano-française, " dit Harsha Bhat, co-auteur de l'article et chercheur à l'ENS. Bhat était auparavant chercheur postdoctoral à Caltech.

L'équipe a été surprise de voir que, alors que la rupture touchait la surface, le défaut s'est ouvert puis s'est refermé. Des simulations informatiques ultérieures - avec des modèles qui ont été modifiés pour supprimer les règles artificielles contre l'ouverture de faille - ont confirmé ce que l'équipe a observé expérimentalement :une dalle peut se tordre violemment l'une de l'autre. Cela peut se produire à la fois sur terre et sur des failles de chevauchement sous-marines, ce qui signifie que ce mécanisme a le potentiel de changer notre compréhension de la façon dont les tsunamis sont générés.

L'article s'intitule « preuve expérimentale que les ruptures de tremblement de terre de poussée pourraient ouvrir des failles ».