Le sud de la Californie a le risque de tremblement de terre le plus élevé de toutes les régions des États-Unis, mais exactement comment risqué et où se trouvent les plus grands risques reste une question ouverte.

Les tremblements de terre se produisent rarement et dépendent de facteurs géologiques complexes en profondeur, les rendant difficiles à prévoir de manière fiable à l'avance. Pour cette raison, prévoir les séismes, c'est s'appuyer sur des modèles informatiques massifs et des simulations multiformes, qui recréent la physique des roches et la géologie régionale et nécessitent de gros supercalculateurs pour être exécutés.

En juin 2017, une équipe de chercheurs du U.S. Geological Survey et du Southern California Earthquake Center (SCEC) a publié un article majeur dans Lettres de recherche sismologique qui résumait les résultats scientifiques et les risques de l'un des projets de simulation de tremblement de terre les plus importants et les plus connus au monde : UCERF3 (Uniform California Earthquake Rupture Forecast).

Les résultats se sont appuyés sur des calculs effectués sur le supercalculateur Stampede d'origine au Texas Advanced Computing Center, ressources du Centre de calcul haute performance de l'Université de Californie du Sud, ainsi que le supercalculateur Stampede2 nouvellement déployé, auquel l'équipe de recherche a eu un accès rapide. (Stampede 1 et Stampede2 sont soutenus par des subventions de la National Science Foundation.)

"Calcul haute performance sur le système Stampede de TACC, et pendant la première période d'utilisation de Stampede2, nous a permis de créer ce qui est, par toutes les mesures, la prévision sismique la plus avancée au monde, " a déclaré Thomas H. Jordan, directeur du Southern California Earthquake Center et l'un des principaux auteurs de l'article.

La nouvelle prévision est le premier modèle basé sur les failles à fournir des probabilités de rupture auto-cohérentes du très court terme - sur une période de moins d'une heure - au très long terme - jusqu'à plus d'un siècle. C'est aussi le premier modèle capable d'évaluer les aléas à court terme qui résultent de séquences multi-événements de failles complexes.

Pour dériver le modèle, les chercheurs ont couru 250, 000 scénarios de rupture de l'état de Californie, beaucoup plus que dans le modèle précédent, qui simulait 8, 000 ruptures.

Parmi ses nouvelles découvertes, les simulations des chercheurs ont montré que dans la semaine suivant un séisme de magnitude 7,0, la probabilité d'un autre séisme de magnitude 7,0 serait jusqu'à 300 fois supérieure à celle de la semaine précédente. Ce scénario de ruptures « en cascade » a été démontré dans la magnitude de 2002, 7,9 Denali, Alaska, et le Kaikoura de magnitude 7,8 en 2016, tremblements de terre en Nouvelle-Zélande, selon David Jacobson et Ross Stein de Temblor.

L'augmentation spectaculaire de la probabilité de répliques puissantes est due à l'inclusion d'une nouvelle classe de modèles qui évaluent les changements à court terme de l'aléa sismique sur la base de ce que l'on sait du regroupement des tremblements de terre et des excitations des répliques. Ces facteurs n'ont jamais été utilisés dans un modèle à l'échelle de l'État comme celui-ci.

Le modèle actuel prend également en compte la probabilité de ruptures sautant d'une faille à une faille voisine, ce qui a été observé dans le système de failles hautement interconnecté de la Californie.

Sur la base de ces facteurs et d'autres nouveaux, le nouveau modèle augmente la probabilité de répliques puissantes mais réduit la fréquence prévue des tremblements de terre entre les magnitudes 6,5 et 7,0, qui ne correspondait pas aux archives historiques.

Surtout, UCERF3 peut être mis à jour avec la sismicité observée (données en temps réel basées sur les tremblements de terre en action) pour capturer les effets de déclenchement statiques ou dynamiques qui se produisent au cours d'une séquence particulière d'événements. Le cadre est adaptable à de nombreux autres systèmes de failles continentaux, et la composante à court terme pourrait s'appliquer à la prévision de tremblements de terre et de secousses mineures causés par l'activité humaine.

L'impact d'un tel modèle amélioré va au-delà de l'amélioration scientifique fondamentale qu'il représente. Il a le potentiel d'avoir un impact sur les codes du bâtiment, taux d'assurance, et la réponse de l'État à un puissant tremblement de terre.

dit Jordan, "Le US Geological Survey a inclus UCERF3 en tant que composante californienne du modèle national d'aléa sismique, et le modèle est en cours d'évaluation pour une utilisation dans la prévision opérationnelle des tremblements de terre sur des échelles de temps allant de quelques heures à plusieurs décennies. »

ESTIMATION DU COT DE RECONSTRUCTION

En plus de prévoir la probabilité d'un tremblement de terre, des modèles comme UCERF3 aident à prédire les coûts associés aux tremblements de terre dans la région. Ces derniers mois, les chercheurs ont utilisé UCERF3 et Stampede2 pour créer un prototype de modèle de perte opérationnelle, qu'ils ont décrit dans un article publié en ligne sur Earthquake Spectra en août.

Le modèle estime les pertes financières à l'échelle de l'État pour la région (les coûts de réparation des bâtiments et autres dommages) causées par un tremblement de terre et ses répliques. La mesure du risque est basée sur une fonction de vulnérabilité et le coût de remplacement total des types d'actifs dans un secteur de recensement donné.

Le modèle a révélé que la perte attendue par an, en moyenne sur de nombreuses années, serait de 4,0 milliards de dollars dans tout l'État. Plus important, le modèle a pu quantifier l'évolution des pertes attendues avec le temps en raison de l'activité sismique récente. Par exemple, les pertes attendues dans un an après un pic de choc principal de magnitude 7,1 à 24 milliards de dollars en raison de répliques potentiellement dommageables, un facteur six de plus qu'en temps « normal ».

Pouvoir quantifier ces fluctuations permettra aux institutions financières, tels que les fournisseurs d'assurance contre les tremblements de terre, d'ajuster leurs décisions commerciales en conséquence.

« Il s'agit de fournir des outils qui aideront à rendre la société plus résiliente aux séquences de tremblements de terre dévastatrices, " dit Ned Field de l'USGS, autre auteur principal des deux études.

Bien qu'il y ait beaucoup d'incertitude dans les estimations de la sismicité et des pertes, le modèle est une étape importante pour quantifier le risque sismique et potentiellement dévastateur dans la région, aidant ainsi les décideurs à déterminer si et comment réagir.