Des simulations numériques ont localisé la source des signaux acoustiques émis par les failles sollicitées dans les machines sismiques de laboratoire. Le travail approfondit la physique à l'origine des failles géologiques, connaissances qui pourraient un jour permettre de prédire avec précision les séismes.

"Des études d'apprentissage automatique précédentes ont montré que les signaux acoustiques détectés à partir d'une faille sismique peuvent être utilisés pour prédire quand le prochain tremblement de terre se produira, " a déclaré Ke Gao, un géophysicien computationnel dans le groupe de géophysique du Laboratoire national de Los Alamos. "Ce nouveau travail de modélisation nous montre que l'effondrement des chaînes de contrainte à l'intérieur de la gouge sismique émet ce signal en laboratoire, indiquant des mécanismes qui peuvent également être importants sur Terre. » Gao est l'auteur principal de l'article, "Des chaînes de contraintes à l'émission acoustique, " publié aujourd'hui dans Lettres d'examen physique et sélectionné comme « suggestion des éditeurs ».

Les chaînes de contraintes sont des ponts composés de grains qui transmettent les contraintes d'un côté d'un bloc faillé à l'autre.

Gao travaille au sein d'une équipe de Los Alamos qui a identifié le signal acoustique prédictif dans les données des séismes de laboratoire et des régions de méga-poussée en Amérique du Nord, Amérique du Sud et Nouvelle-Zélande. Le signal indique avec précision l'état de contrainte dans le défaut, peu importe quand le signal est lu.

"En utilisant le modèle numérique que nous avons développé à Los Alamos, nous examinons et connectons la dynamique dans un système granulaire de failles à des signaux détectés sur des moniteurs distants passifs, " a déclaré Gao. La faute à la gouge est la base, matériau rocheux graveleux créé par les contraintes et les mouvements d'une faille.

Pour rechercher la cause des signaux acoustiques, l'équipe a mené une série de simulations numériques sur des superordinateurs à l'aide du code HOSS (Hybrid Optimization Software Suite) développé par Los Alamos. Ce nouvel outil numérique est une méthodologie hybride :la méthode combinée des éléments finis et discrets. Il fusionne des techniques développées sous des méthodes d'éléments discrets, décrire les interactions grain à grain; et sous les méthodes des éléments finis, décrire les contraintes en fonction de la déformation à l'intérieur des grains et de la propagation des ondes en dehors du système granulaire. Les simulations imitent avec précision la dynamique d'évolution des failles sismiques, comme la façon dont les matériaux à l'intérieur de la gouge broient et entrent en collision les uns avec les autres, et comment les chaînes de contraintes se forment et évoluent dans le temps via les interactions entre les matériaux de gouge adjacents.

Los Alamos a financé un projet de plusieurs millions de dollars, programme pluriannuel composé d'expérimentations, modélisation numérique, et des efforts d'apprentissage automatique pour développer et tester une approche très nouvelle pour sonder le cycle sismique et, en particulier, pour détecter et localiser les défauts stressés qui approchent de la défaillance.