Les scientifiques surveillant les vibrations des arches rocheuses naturelles ont découvert que les fréquences de résonance des arches subissent des changements dynamiques de jour en jour, selon les recherches présentées lors de la réunion annuelle de la SSA 2018.

Le doctorant de l'Université de l'Utah, Paul Geimer, et ses collègues analysent ces changements de fréquence pour déterminer s'ils peuvent être utilisés pour prédire quand un pont naturel pourrait être prêt à s'effondrer.

Arches rocheuses naturelles, tels que le pont arc-en-ciel, l'un des plus grands du monde, ou les milliers qui parsèment le désert du sud de l'Utah, vibre comme le vent, les tremblements de terre et les perturbations humaines les secouent de façon infime.

"L'un des principaux moteurs de la recherche a été l'effondrement de Wall Arch en 2008 dans le parc national des Arches [en Utah], tout au long du sentier, " a déclaré Geimer. "Cela s'est produit au milieu d'une nuit calme d'été sans aucune indication que quelque chose était sur le point de se produire."

Le conseiller de Geimer, le géoscientifique de l'Université de l'Utah, Jeff Moore, avait également reçu une demande du National Park Service et des tribus amérindiennes inquiètes pour l'avenir de Rainbow Bridge, où des hélicoptères de tourisme survolent le lac Powell voisin. "Ils voulaient voir si nous pouvions leur en dire plus sur les dangers potentiels des hélicoptères, et sur les niveaux de vibration que le pont pourrait subir à partir de ces sources artificielles, " a déclaré Geimer.

« La surveillance vibratoire des structures artificielles pour détecter et mesurer les dommages est une technique bien établie dans le génie civil, et maintenant nous sommes en mesure d'appliquer bon nombre des mêmes méthodes aux structures naturelles où nous n'avons pas le même niveau de connaissances préalables sur la stabilité de la structure ou les propriétés des matériaux, " il a noté.

L'un des axes du travail de Geimer a été Aqueduct Arch dans l'Utah, où les chercheurs ont collecté une année de données continues sur les fréquences de vibration du pont, détectés par des stations sismiques à large bande placées près de l'arche. L'enregistrement inhabituellement long permet aux scientifiques de corréler les changements de fréquence avec les changements dans l'environnement et de créer des modèles prédictifs de la façon dont les conditions environnementales modifient les contraintes dans la roche.

"J'ai été surpris par la nature dynamique de l'arc et par le décalage des fréquences, " Geimer a dit. " Les changements quotidiens et annuels élastiques ont été vraiment dramatiques. "

Les fréquences de résonance culminent à la fois lorsque les températures descendent en dessous de zéro et lorsque les températures ambiantes sont les plus chaudes en été. Geimer a déclaré que ces conditions modifient la coque du pont et provoquent le raidissement de la masse rocheuse, changer la façon dont l'arc vibre.

Bien que ces changements agissent probablement pour affaiblir l'arc au fil du temps, les chercheurs n'ont pas encore été en mesure d'identifier un changement de fréquence qui indiquerait un effondrement imminent d'une arche. "Nous ne pensons pas avoir mesuré un site avec des changements suffisamment importants pour indiquer un échec - toutes les variations mesurées à ce point ont été causées par des modifications récupérables de la roche, " a déclaré Geimer.

Toutes les arches ne sont pas aussi dynamiques que l'aqueduc, il a noté. "Nous avons mesuré plus d'une douzaine d'arcs, et une question en suspens à laquelle nous travaillons toujours pour répondre est de savoir pourquoi les changements de fréquence élastique ne sont pas communs à toutes les arcades et ce qu'un manque de changement signifie pour la stabilité à long terme."

L'Assemblée annuelle 2018, du 14 au 17 mai à Miami, Floride, est une conférence conjointe entre la Société sismologique d'Amérique et la Commission sismologique d'Amérique latine et des Caraïbes (LACSC).