Les stations GPS révèlent une activité sous Cascadia où le fond océanique glisse sous l'Amérique du Nord. L'interface de la plaque est verrouillée à faible profondeur (la zone ombrée), mais nous voyons des événements de glissement lent récurrents (en bleu) qui décompressent l'interface de la plaque, générant des tremblements (les points noirs). Crédit : Institut de technologie de Californie
S'il y a un mot que vous n'êtes pas censé utiliser lorsque vous discutez de la science sérieuse des tremblements de terre, c'est "prévoir". Les sismologues ne peuvent pas prédire les tremblements de terre; au lieu de cela, ils calculent la probabilité que des tremblements de terre majeurs se produisent le long d'une certaine faille sur une période de temps donnée.
C'est un sujet de débat parmi les sismologues si le processus qui entraîne les tremblements de terre - le chargement de la contrainte le long d'une faille suivi du soudain, libération brutale d'énergie lorsque deux plaques tectoniques se frottent l'une contre l'autre - est un processus stochastique (aléatoire), pour laquelle seule une estimation de la probabilité d'occurrence peut être faite, ou s'il s'agit d'un déterministe, et potentiellement prévisible, traiter.
Les sismologues de Caltech ont étudié pendant une décennie ce qu'on appelle des « événements à glissement lent, " qui résultent de glissements de failles épisodiques comme les séismes réguliers mais ne génèrent que des secousses à peine perceptibles, dans la région de Cascadia du nord-ouest du Pacifique. Leur analyse montre que ce type particulier d'événement sismique est déterministe et pourrait potentiellement être prévisible des jours, voire des semaines à l'avance.
Un article sur le travail a été publié dans la revue Avancées scientifiques le 1er juillet.
"Systèmes chaotiques déterministes, malgré le nom, ont une certaine prévisibilité. Cette étude est une preuve de concept pour montrer que le frottement à l'échelle naturelle se comporte comme un système chaotique, et a par conséquent un certain degré de prévisibilité, " dit Adriano Gualandi, l'auteur principal et correspondant de l'article. Gualandi était chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Jean-Philippe Avouac, le professeur Earle C. Anthony de géologie et de génie mécanique et civil, tout en travaillant sur cette recherche. Gualandi et Avouac ont collaboré avec Sylvain Michel, qui a travaillé sur ce projet en tant qu'étudiant diplômé à Caltech, et Davide Faranda de l'Institut Pierre Simon Laplace en France sur l'étude.
Les événements de glissement lent ont été notés pour la première fois il y a environ deux décennies par des géoscientifiques qui ont suivi des changements autrement imperceptibles dans la terre à l'aide de la technologie du système de positionnement global (GPS). Les événements se produisent lorsque les plaques tectoniques se frottent incroyablement lentement les unes contre les autres, comme un tremblement de terre au ralenti. Un événement à glissement lent qui se produit au cours des semaines pourrait libérer la même quantité d'énergie qu'un séisme de magnitude 7,0 d'une minute. Cependant, parce que ces tremblements de terre libèrent de l'énergie si lentement, la déformation qu'ils provoquent en surface est de l'ordre du millimètre, en dépit d'affecter des zones qui peuvent s'étendre sur des milliers de kilomètres carrés.
En tant que tel, Les événements de glissement lent n'ont été découverts que lorsque la technologie GPS a été affinée au point de pouvoir suivre ces changements très infimes. Les événements de glissement lent ne se produisent pas non plus le long de chaque défaut ; jusque là, ils ont été repérés dans une poignée d'endroits, y compris le nord-ouest du Pacifique, Japon, Mexique, et la Nouvelle-Zélande.
Les événements à glissement lent sont utiles aux chercheurs car ils s'accumulent et se reproduisent fréquemment, permettant d'étudier comment la déformation se charge et se relâche le long d'une faille. Sur une période de 10 ans, 10 séismes de magnitude 7,0 ou plus peuvent se produire le long d'une faille donnée. Par contre, la plupart des tremblements de terre réguliers de cette magnitude ne se reproduisent que sur des centaines d'années. En raison de ce décalage entre les grands tremblements de terre réguliers et le manque d'enregistrements instrumentaux d'il y a des centaines d'années, il est impossible de comparer précisément les événements passés avec les récents.
Malgré leur nom, Les événements de glissement lent offrent aux sismologues un moyen d'appuyer "en avance rapide" sur le processus de chargement/dérapage qui entraîne les tremblements de terre. Dans un court laps de temps d'environ 10 ans, les sismologues utilisant un équipement GPS de pointe peuvent observer le cycle se répéter plusieurs fois.
Les événements à glissement lent représentent ce que l'on appelle un « système dynamique non linéaire forcé ». Le mouvement des plaques tectoniques est la force motrice du système, tandis que le frottement entre les plaques, ce qui provoque une accumulation de pression puis éventuellement un relâchement en cas de glissade, rend le système non linéaire ; dans un système non linéaire, le changement de sortie n'est pas proportionnel au changement d'entrée. Malgré le fait que le mouvement et le frottement peuvent être modélisés à l'aide d'équations différentielles entièrement déterministes, les conditions de démarrage du système - à quel point le défaut est-il déjà soumis à une contrainte, par exemple, avoir un impact significatif sur les résultats à long terme. Ne pas connaître ces conditions de départ exactes est l'une des raisons possibles pour lesquelles le système global est imprévisible à long terme. Cependant, un examen de l'historique des défaillances peut révéler à quelle fréquence et pendant combien de temps des schémas similaires se répètent dans le temps. De cette façon, l'équipe a pu évaluer l'horizon de prévisibilité des événements à glissement lent.
"Ce résultat est très encourageant, " dit Gualandi. " Cela montre que nous sommes sur la bonne voie et, si nous parvenons à obtenir des données plus précises, nous pourrions tenter des expériences de prédiction en temps réel pour les tremblements de terre lents."
Gualandi compare la prédiction potentielle d'un événement à glissement lent à la science actuelle de la prévision du temps, qui implique également des prédictions sur un complexe, processus chaotique (et diminue de la même manière en précision après environ une semaine). "Nous savons déjà qu'environ tous les 12 à 14 mois, il y aura un nouveau tremblement de terre lent, mais nous ne savons pas exactement quand cela arrivera. Ce que nous avons montré, c'est qu'il semble possible de déterminer quand le défaut glissera quelques jours avant qu'il ne se produise, similaire à la façon dont la météo peut être prévue assez précisément quelques jours à l'avance."
Une question clé est de savoir si les résultats des tremblements de terre à glissement lent peuvent se traduire par des tremblements de terre réguliers qui secouent les villes et mettent en danger des vies et des biens. L'an dernier Michel, Avouac, et Gualandi a rapporté des preuves que les tremblements de terre à glissement lent sont un bon analogue pour leurs cousins plus destructeurs.
"Si l'analogie que nous faisons entre les tremblements de terre lents et les tremblements de terre réguliers est correcte, alors des tremblements de terre réguliers sont prévisibles, " dit Avouac. " Mais même si les séismes réguliers sont déterministes, l'horizon de prévisibilité peut être très court, éventuellement de l'ordre de quelques secondes, qui peut être d'une utilité limitée. On ne sait pas encore."
L'article s'intitule "Le chaos prévisible des tremblements de terre lents".
