Les tremblements de terre sont soudains et leurs secousses peuvent être dévastatrices. Mais il y a une vingtaine d'années, un nouveau type de tremblement de terre a été découvert. Nous ne pouvons pas les sentir, et les géologues les connaissent encore très peu, comme la fréquence à laquelle ils se produisent.

Les tremblements de terre réguliers se produisent lorsque la roche souterraine se brise le long d'une faille - une fissure dans la croûte terrestre qui forme généralement une frontière entre les plaques tectoniques - et glisse à une vitesse d'environ un mètre par seconde.

Précédemment, on pensait qu'à moins qu'il n'y ait un tremblement de terre, les défauts se déplacent très lentement, au taux de croissance des ongles. Puis, de meilleurs instruments de détection des tremblements de terre ont révélé qu'il existe toute une gamme de vitesses de glissement entre les deux. Ceux-ci sont connus sous le nom de tremblements de terre lents et peuvent durer des jours, mois voire parfois des années.

"Le mouvement de la Terre s'accélère mais il n'accélère pas au point de provoquer un tremblement de terre qui peut être ressenti à la surface, " a déclaré le Dr Ake Fagereng, géologue à l'Université de Cardiff au Royaume-Uni.

Cependant, il reste encore beaucoup de questions sans réponse sur les tremblements de terre lents. Comment ils arrivent, par exemple, n'est toujours pas clair, ainsi que quelles pourraient être les répercussions.

Le Dr Fagereng et ses collègues s'intéressent particulièrement à la relation entre les séismes lents et les séismes réguliers et les conditions qui donnent lieu à ces événements, qu'ils étudient dans le cadre d'un projet appelé MICA. "Si nous pouvons comprendre cela, alors nous pouvons aussi, espérons-le, déterminer si ces conditions peuvent changer de sorte qu'un tremblement de terre s'accélère, " a déclaré le Dr Fagereng.

En plus de forer dans une zone offshore en Nouvelle-Zélande qui subit des tremblements de terre lents, l'équipe a visité des régions au Japon, Namibie, Chypre et le Royaume-Uni qui en auraient fait l'expérience dans le passé. Comme ils se produisent profondément sous la surface de la Terre, qui est difficile à étudier, les chercheurs ont choisi des zones qui se trouvaient autrefois aux profondeurs et aux conditions appropriées, mais qui ont été ramenées à la surface au fil du temps en raison de l'érosion et du soulèvement.

"Nous recherchons des structures qui se sont formées (à la suite de tremblements de terre lents) et ce qu'elles nous disent sur la façon dont les roches ont accueilli ce glissement, " a déclaré le Dr Fagereng.

Ramper

Leur théorie est que les tremblements de terre lents se produisent lorsque le fluage - minuscule, mouvements continus dans une faille - accélère dans toute la zone de faille, qui peut atteindre plusieurs kilomètres d'épaisseur. Leurs observations sur le terrain ont montré qu'une faille peut être constituée de différents types de roches de résistance variable, tels que le basalte et le granit solides et les sédiments plus faibles riches en argile. Ils soupçonnaient que les roches plus solides commençaient à se fracturer à mesure que le fluage s'accélère en raison des roches plus faibles se déplaçant autour d'elles, mais ne pouvaient pas expliquer exactement pourquoi.

En utilisant les informations de leur travail de terrain, ils ont maintenant développé un modèle mathématique pour reproduire leur théorie et décrire une partie de la physique qui la sous-tend. Un mélange de roches avec différents styles de déformation, tels que la rupture ou la flexion, semble être la clé. Une proportion de roche faible rampante est requise, ainsi que localement une pression suffisamment élevée pour provoquer la rupture de certaines roches.

"Une possibilité pour ces tremblements de terre lents est que vous ayez une zone rampante épaisse avec des morceaux (de roche) plus solides intégrés, " a déclaré le Dr Fagereng.

L'équipe prévoit d'effectuer davantage d'observations sur le terrain pour affiner son modèle. Ils ne peuvent toujours pas expliquer pourquoi des tremblements de terre lents se produisent à des endroits particuliers, par exemple, et pourquoi ils sont beaucoup plus prévisibles que les séismes ordinaires, se produisant souvent à intervalles réguliers.

Le Dr Fagereng pense que les résultats du projet pourraient aider à améliorer la prévision des tremblements de terre et des tsunamis. L'année dernière, les chercheurs ont trouvé la première preuve d'un tremblement de terre lent précédant un tremblement de terre régulier dans une zone à l'ouest de Fairbanks, Alaska, aux Etats-Unis. Mais le lien entre les deux types de tremblements n'est pas bien compris. Dans certains cas, les tremblements de terre lents pourraient également atténuer le stress qui s'accumulerait autrement et provoquerait un tremblement de terre plus important.

"Nous espérons savoir quelle est la relation entre les tremblements de terre lents et les tremblements de terre réguliers, " a déclaré le Dr Fagereng. " Et puis cela pourrait potentiellement alimenter les modèles de la taille des tremblements de terre que vous pouvez obtenir dans différentes régions. "

Des expériences en laboratoire pourraient également faire la lumière sur la physique des tremblements de terre lents. Le Dr Nicolas Brantut de l'University College London au Royaume-Uni et ses collègues utilisent des machines sur mesure qui peuvent déformer des échantillons de roche à des pressions et des températures élevées pour imiter les conditions profondément sous la surface de la Terre.

Transition cassante-plastique

Son équipe s'intéresse particulièrement à la transition cassant-plastique, une région située à environ 10 à 15 kilomètres sous la surface où le comportement des roches change. Au dessus de cette zone ils sont cassants, alors qu'en dessous, ils s'écoulent en raison de la température et de la pression élevées qui augmentent avec la profondeur. "La partie fragile est là où vous avez des tremblements de terre, " a déclaré le Dr Brantut.

Cependant, des tremblements de terre lents semblent se produire dans la zone de plastique cassant, sur la base d'observations sismologiques. Dans de nombreux cas, ils ont également lieu aux mêmes conditions de température et de pression que celles trouvées dans cette région. Mais si loin, Les événements de glissement lent ont généralement été modélisés sur la base des forces de frottement au niveau d'une faille sans tenir compte des particularités de la zone de transition cassante-plastique où les roches commencent à s'écouler.

"Les interactions entre les mécanismes de frottement et les mécanismes d'écoulement plastique ne sont pas suffisamment bien comprises pour les exclure comme mécanismes de séismes lents, " a déclaré le Dr Brantut.

Dans le cadre du projet RockDEaF, Le Dr Brantut et son équipe étudient le mouvement des roches à la transition cassante-plastique. Ils reproduisent les conditions de cette région sur des morceaux de roche de quelques centimètres de long pour voir s'ils se fracturent ou s'écoulent. "Nous voulons comprendre comment ces mécanismes se font concurrence, " a déclaré le Dr Brantut.

Simuler

Jusque là, l'équipe a examiné la transition cassante-plastique en simulant une faille de la croûte terrestre dans un bloc de marbre. Ils ont étudié le comportement de la roche à différentes pressions et s'attendaient à trouver une transition nette entre le comportement fragile et plastique.

Cependant, ils ont été surpris de constater que les deux comportements se produisaient simultanément dans une large gamme de conditions de pression. "C'est quelque chose que je pense que personne n'a réalisé avant, " a déclaré le Dr Brantut. " Le fait que nous puissions avoir à la fois des frottements et des déformations dans un continuum. "

Le Dr Brantut pense que les résultats du projet pourraient aider à déterminer où des tremblements de terre lents pourraient se produire en déterminant les conditions et les propriétés de la roche qui sont requises.

Mais ils pourraient également fournir de nouveaux indices sur les profondeurs auxquelles les séismes réguliers prennent naissance. La température sous la surface de la Terre augmente en fonction de la profondeur, qui est typiquement une augmentation de 10°C à 40°C par kilomètre dans la croûte. On pense que le point d'origine le plus bas d'un tremblement de terre coïncide avec des profondeurs atteignant 600°C, puisque les roches deviennent souples lorsqu'elles dépassent cette température et ne peuvent donc pas se fracturer et générer un séisme. Cependant, une meilleure compréhension de la transition dans le comportement de la roche devrait aider à déterminer si la température est le facteur décisif.

"Nous devrions mieux comprendre ce qui contrôle vraiment la profondeur à laquelle nous pouvons nous attendre à ce que les tremblements de terre se propagent, " a déclaré le Dr Brantut.