D'abord vint le feu, puis la pluie et enfin, la boue dévastatrice.

À la suite du plus grand incendie de forêt de l'histoire de la Californie, le feu Thomas de décembre 2017, une puissante tempête a déversé environ cinq pouces de pluie sur les collines dénudées du comté de Ventura, déclenchant des coulées de débris le 9 janvier qui ont tué 21 personnes et détruit des centaines de maisons dans les régions de Montecito et de San Ysidro Creek.

Les sismologues de Caltech ont remarqué que le grondement et le rugissement de la coulée de boue ont été détectés par un sismomètre à environ 1,5 kilomètre du point le plus endommagé. Significativement, ils ont découvert que le sismogramme généré par l'événement révèle des informations sur la vitesse des coulées de débris, la largeur de l'écoulement et la taille des rochers qu'il a transportés, et l'emplacement de l'événement - des résultats suggérant que la génération actuelle de sismomètres sur le terrain pourrait être utilisée pour fournir un avertissement précoce d'une coulée de débris entrante aux résidents des zones sujettes aux glissements de terrain.

Leur étude, qui a été publié en ligne le 30 mai par Lettres de recherche géophysique , montre que les relevés des sismomètres auraient pu potentiellement offrir à certains habitants de Montecito entre 5 et 10 minutes d'avertissement le 9 janvier.

La recherche a été dirigée par Victor Tsai (BS '04), auteur correspondant de l'article et professeur de géophysique.

Tsai s'intéresse depuis longtemps à l'exploration des informations pouvant être recueillies à partir des sismomètres au-delà des signaux sismiques habituels qu'ils ont été conçus pour détecter. "Le mouvement du sol peut indiquer beaucoup de choses, de la détonation d'une ogive au mouvement d'un glacier. L'astuce consiste à déterminer ce que signifie le signal, " dit-il. En tant que tel, il avait déjà commencé à travailler sur un modèle qui prédisait à quoi devrait ressembler une coulée de boue sur un sismomètre, sur la base de modèles existants de sédiments transportés par l'eau.

Collaborer avec Tsai, L'étudiant diplômé Voon Hui Lai a recueilli les données des trois sismomètres situés à quelques kilomètres de la coulée de boue pour rechercher le signal prédit par le modèle de Tsai. En raison de la proximité et des problèmes techniques, deux des sismomètres n'ont pas enregistré de manière robuste le glissement. Le troisième, cependant, fait. "Ce n'était pas immédiatement évident, mais après un certain temps, nous l'avons trouvé, " dit Lai.

Le signal, un grondement durant près de 20 minutes, est apparu dans la bande de fréquence 5-10 hertz, qui est au seuil inférieur de l'audition humaine. L'équipe a pu déterminer que le signal était bien la coulée de boue en fonction de son timing et en excluant d'autres sources potentielles. Il correspondait presque parfaitement aux prédictions faites par le modèle de Tsai.

Analyser le sismogramme résultant, Tsai et Lai ont en outre pu montrer comment le signal pouvait être utilisé pour estimer les éléments clés d'une coulée de débris (taille, la vitesse, et intensité) en fonction de leur influence sur les secousses du sol. Le signal indiquait que la coulée de débris « museau » (où se trouvent les plus gros rochers) couvrait une zone d'environ 50 mètres sur 50 mètres ; que les blocs rocheux transportés par l'écoulement atteignaient jusqu'à environ 1,3 mètre de diamètre; et que la vitesse d'écoulement était d'environ 2,4 mètres par seconde.

Maintenant qu'ils savent quoi chercher et qu'ils ont un modèle pour ce que le sismogramme indique, les scientifiques peuvent l'utiliser pour développer un système d'alerte précoce basé sur les sismomètres existants, dit Tsaï. "Les coulées de débris se déplacent beaucoup plus lentement que les tremblements de terre, afin que nous puissions potentiellement développer un système d'alerte précoce qui offrirait des alertes importantes pour les résidents et les premiers intervenants, " il dit.

"Comme les tremblements de terre, les coulées de débris se produisent rarement et sont dangereuses à observer directement, " ajoute le co-auteur Michael Lamb, professeur de géologie. "En mesurant les secousses du sol à une distance de sécurité, notre étude montre que la sismologie a un grand potentiel pour améliorer notre compréhension du moment, où, et pourquoi les coulées de débris se produisent.

Les chercheurs prévoient de continuer à tester et à affiner le modèle à l'aide d'expériences contrôlées qui donnent des mesures plus précises.

L'étude s'intitule « La signature sismique des flux de débris :mécanique des écoulements et avertissements précoces à Montecito, Californie." Les co-auteurs incluent Thomas Ulizio, responsable de laboratoire et assistant de recherche au Caltech, et Alexandre Bière, chercheur postdoctoral en géologie. Cette recherche a été soutenue par le Fonds national de la recherche scientifique et le Fonds national suisse de la recherche scientifique.