Chaque année, les tremblements de terre dans le monde font des centaines voire des milliers de vies. L'avertissement permet aux gens de se diriger vers la sécurité et quelques secondes pourraient faire la différence entre la vie et la mort. Les chercheurs d'UTokyo ont démontré une nouvelle méthode de détection des tremblements de terre :leur technique exploite de subtils signaux gravitationnels révélateurs se déplaçant avant les tremblements. Les recherches futures pourraient renforcer les systèmes d'alerte précoce.

Le choc du tremblement de terre de Tohoku en 2011 dans l'est du Japon résonne encore pour beaucoup. Cela a causé une dévastation inimaginable, mais a également généré de grandes quantités de données sismiques et d'autres types de données. Des années plus tard, les chercheurs exploitent encore ces données pour améliorer les modèles et trouver de nouvelles façons de les utiliser, qui pourrait aider les gens à l'avenir. Une équipe de chercheurs de l'Institut de recherche sur les tremblements de terre (ERI) de l'Université de Tokyo a trouvé quelque chose dans ces données qui pourrait faire avancer la recherche sur la prévision des tremblements de terre et pourrait même un jour sauver des vies.

Tout a commencé lorsque le professeur agrégé de l'ERI, Shingo Watada, a lu un article de physique intéressant sur un sujet sans rapport par J. Harms de l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare en Italie. L'article suggère que les gravimètres, des capteurs qui mesurent la force de la gravité locale, pourraient théoriquement détecter les tremblements de terre.

"Cela m'a fait réfléchir, " a déclaré Watada. " Si nous avons suffisamment de données sismiques et gravitationnelles du moment et du lieu où un grand tremblement de terre frappe, nous pourrions apprendre à détecter les tremblements de terre avec des gravimètres ainsi qu'avec des sismomètres. Cela pourrait être un outil important pour de futures recherches sur les phénomènes sismiques. »

L'idée fonctionne comme ceci :les tremblements de terre se produisent lorsqu'un point le long du bord d'une plaque tectonique comprenant la surface de la Terre fait un mouvement soudain. Cela génère des ondes sismiques qui rayonnent à partir de ce point à une vitesse de six à huit kilomètres par seconde. Ces ondes transmettent de l'énergie à travers la Terre et modifient rapidement la densité de la matière souterraine qu'elles traversent. Un matériau dense confère une attraction gravitationnelle légèrement supérieure à un matériau moins dense. Comme la gravité se propage à la vitesse de la lumière, des gravimètres sensibles peuvent capter ces changements de densité avant l'arrivée des ondes sismiques.

"C'est la première fois que quelqu'un montre des signaux sismiques définitifs avec une telle méthode. D'autres ont étudié l'idée, pas encore trouvé de signaux fiables, " a déclaré Masaya Kimura, diplômé de troisième cycle de l'ERI. " Notre approche est unique, alors que nous avons examiné une gamme plus large de capteurs actifs lors du tremblement de terre de 2011. Et nous avons utilisé des méthodes de traitement spéciales pour isoler les signaux gravitationnels silencieux des données bruyantes."

Le Japon est très actif sur le plan sismique, il n'est donc pas surprenant qu'il existe de vastes réseaux d'instruments sismiques sur terre et en mer dans la région. Les chercheurs ont utilisé une gamme de données sismiques de ces derniers, ainsi que des gravimètres supraconducteurs (SG) à Kamioka, Préfecture de Gifu, et Matsushiro, Préfecture de Nagano, au centre du Japon.

L'analyse du signal qu'ils ont effectuée était extrêmement fiable, marquant ce que les scientifiques appellent une précision 7-sigma, ce qui signifie qu'il n'y a qu'une chance sur un milliard qu'un résultat soit incorrect. Les chercheurs disent que cela prouve le concept et sera utile dans l'étalonnage des futurs instruments construits spécifiquement pour détecter les tremblements de terre. Le professeur agrégé Masaki Ando du Département de physique a inventé un nouveau type de gravimètre, l'antenne barre de torsion (TOBA), qui vise à être le premier instrument de ce type.

"Les SG et les sismomètres ne sont pas idéaux, lorsque les capteurs qu'ils contiennent se déplacent avec l'instrument, qui annule presque les signaux subtils des tremblements de terre, " a expliqué le professeur agrégé de l'ERI Nobuki Kame. " C'est ce qu'on appelle l'ascenseur d'Einstein, ou le principe d'équivalence. Cependant, le TOBA surmontera ce problème. Il détecte les changements de gradient de gravité malgré le mouvement. Il a été conçu à l'origine pour détecter les ondes gravitationnelles du Big Bang, comme des "tremblements de terre" dans l'espace, mais notre objectif est plus terre-à-terre."

L'équipe rêve d'un réseau de TOBA répartis autour de régions sismiques actives, un système d'alerte précoce qui pourrait alerter les gens 10 secondes avant que les premières vagues de secousses au sol n'arrivent d'un épicentre situé à 100 kilomètres. De nombreux tremblements de terre se produisent lorsque les gens sont pris au dépourvu à l'intérieur de bâtiments qui s'effondrent sur eux. Imaginez la différence que 10 secondes pourraient faire. Cela prendra du temps, mais les chercheurs affinent continuellement les modèles pour améliorer la précision de la méthode pour une éventuelle utilisation sur le terrain.