Deux nouvelles études de chercheurs de l'Université de l'Utah montrent ce que l'on peut apprendre d'un court examen sismique des arches rocheuses naturelles et comment l'érosion sculpte certaines arches, comme l'emblématique Delicate Arch, en des formes qui leur confèrent une force supplémentaire.

Une étude publiée dans Geophysical Research Letters commence par des mesures approfondies des vibrations sur une arche de l'Utah, et applique ces mesures pour glaner des informations sur 17 autres arches avec un équipement scientifique minimal requis.

La deuxième étude, publié dans Géomorphologie, compare la force des formes d'arc, des formes spécifiquement en forme de poutre par rapport aux formes de caténaire inversées (comme Delicate Arch ou Rainbow Bridge).

Un stéthoscope sismologique

Le Geohazards Research Group de l'Université de l'Utah mesure de petites vibrations dans les structures rocheuses, qui viennent des tremblements de terre, le vent et d'autres sources à la fois naturelles et artificielles, pour construire des modèles 3-D de la façon dont les structures résonnent.

Retrouvez ici les modèles 3D du groupe.

Une partie de la raison de ces mesures est d'évaluer la santé structurelle de l'élément rocheux. En étudiant 17 arches naturelles, doctorants Paul Geimer, Riley Finnegan et leurs collègues ont installé des sismomètres sur les arches pendant quelques heures à quelques jours. Les données de ces mesures, couplé aux modèles 3D, a donné des informations importantes sur les modes, ou les grandes directions de mouvement, des arcs ainsi que les fréquences de ces modes de vibration.

« Tout cela est possible en utilisant des méthodes non invasives, " Geimer dit, « qui constituent la première étape dans l'amélioration de notre capacité à détecter et à identifier les dommages dans les arches et les caractéristiques similaires. » Le caractère non invasif des tests - avec les sismomètres posés à la surface de l'arche sans endommager la roche - est important, car de nombreuses arches rocheuses de l'Utah sont importantes sur le plan culturel.

Les études des 17 arches n'ont utilisé qu'un ou deux sismomètres chacune, donc avec la permission du National Park Service, les chercheurs se sont rendus à Musselman Arch dans le parc national de Canyonlands pour vérifier leurs mesures antérieures. L'arc est plat sur le dessus et facilement accessible, alors ils l'ont parsemé de 30 sismomètres et ont écouté.

"Cette richesse supplémentaire d'informations nous a aidés à confirmer nos hypothèses selon lesquelles les modes de résonance des arcs suivent de près des modèles prédictifs simples, et le substratum rocheux environnant sert de support rigide, " Geimer dit. " A ma connaissance, c'était la première mesure du genre pour une portée naturelle, après des décennies d'efforts similaires sur des ponts artificiels."

Tous les arcs étudiés présentaient la propriété de faible amortissement, Geimer dit, ce qui signifie qu'ils ont continué à vibrer longtemps après une rafale de vent, par exemple, ou une onde sismique d'un tremblement de terre lointain. Les résultats aident également les chercheurs à déduire les propriétés mécaniques des roches sans avoir à forer dans la roche pour prélever un échantillon. Par exemple, la rigidité du Grès Navajo, répandu dans le sud de l'Utah, semble être lié à la quantité de fer dans la roche.