Parfois à peine perceptible, et à d'autres moments dévastateurs, les tremblements de terre sont un phénomène géologique majeur qui rappellent brutalement que notre planète est en constante évolution. Les scientifiques ont fait des progrès significatifs dans la compréhension de ces événements au cours des 50 dernières années grâce aux capteurs mis en place dans le monde entier. Et bien que nous sachions que les tremblements de terre sont causés par des déplacements des plaques tectoniques, il reste encore beaucoup à apprendre sur comment et pourquoi ils se produisent.

Passelègue, chercheur au Laboratoire de Mécanique Expérimentale des Roches (LEMR) de l'ENAC, a étudié la dynamique des failles - ou les zones entre les plaques tectoniques, là où se produisent la plupart des tremblements de terre, au cours des dix dernières années. Il a récemment fait une percée dans la compréhension des mécanismes de rupture qui conduisent finalement à des déplacements sismiques le long des lignes de faille. Ses découvertes ont été publiées dans le prestigieux Communication Nature le 12 octobre 2020.

"Nous savons que les vitesses de rupture peuvent varier de quelques millimètres par seconde à quelques kilomètres par seconde une fois que la nucléation se produit [le processus par lequel un glissement se développe de manière exponentielle]. Mais nous ne savons pas pourquoi certaines ruptures se propagent très lentement et d'autres se déplacent rapidement , " dit Passelègue. " Cependant, c'est important à savoir car plus la propagation est rapide, plus vite l'énergie qui s'accumule le long de la faille est libérée."

Un tremblement de terre libère généralement la même quantité d'énergie, qu'il se déplace lentement ou rapidement. La différence est que s'il se déplace lentement, ses ondes sismiques peuvent être absorbées par la terre environnante. Ces types de séismes lents sont tout aussi fréquents que les séismes réguliers; c'est juste que nous ne pouvons pas les sentir. Dans les tremblements de terre extrêmement rapides, qui se produisent beaucoup moins souvent, l'énergie est libérée en quelques secondes à travers des ondes haute fréquence potentiellement dévastatrices. C'est ce qui arrive parfois en Italie, par exemple. Le pays est situé dans une zone de friction entre deux plaques tectoniques. Alors que la plupart de ses tremblements de terre ne sont pas (ou sont à peine) perceptibles, certains d'entre eux peuvent être mortels, comme celui du 2 août 2016 qui a fait 298 morts.

Dans son étude, Passelègue a développé une faille expérimentale avec les mêmes conditions de température et de pression qu'une faille réelle de 8 km de profondeur. Il a installé des capteurs le long de la faille pour identifier les facteurs provoquant une propagation de rupture lente ou rapide. "Il existe de nombreuses hypothèses - la plupart des scientifiques pensent que cela est lié au type de roche. Ils pensent que le calcaire et l'argile ont tendance à se propager lentement, alors que les roches plus dures comme le granit sont propices à une propagation rapide, " dit-il. Le modèle de Passelègue utilise une roche complexe semblable au granit. Il a pu reproduire différents types de glissement sur son appareil de test, et a constaté que "la différence n'est pas nécessairement due aux propriétés de la roche environnante. Une seule faille peut démontrer toutes sortes de mécanismes sismiques".

Les expériences de Passelègue ont montré que la quantité d'énergie libérée lors d'un glissement, et la durée de sa sortie, dépendent de la déformation initiale exercée le long de la faille; C'est, la force appliquée sur la ligne de faille, généralement du déplacement des plaques tectoniques. En appliquant des forces de différentes grandeurs à son modèle, il a découvert que des contraintes plus élevées déclenchaient des ruptures plus rapides et des contraintes inférieures déclenchaient des ruptures plus lentes. "Nous pensons que ce que nous avons observé en laboratoire s'appliquerait également dans des conditions réelles, " il dit.

En utilisant les résultats de son modèle, Passelègue a développé des équations qui prennent en compte la contrainte initiale sur un défaut et pas seulement la quantité d'énergie accumulée juste avant un glissement, qui était l'approche utilisée dans d'autres équations jusqu'à maintenant. « François est l'un des premiers scientifiques à mesurer les vitesses de rupture des roches dans les mêmes conditions de température et de pression que celles que l'on trouve dans la nature. Il a développé un moyen de modéliser physiquement les mécanismes, ce qui n'avait jamais été fait auparavant. Et il a montré que tous les tremblements de terre suivent les mêmes lois de la physique, " dit Marie Violay, chef du LEMR.

Passelègue prévient que son modèle ne peut pas être utilisé pour déterminer quand et où un tremblement de terre se produira. Puisque les failles sont trop profondes, les scientifiques ne sont toujours pas en mesure de mesurer en permanence la contrainte exercée sur la roche le long d'une faille. « Nous pouvons identifier l'effort nécessaire pour provoquer une rupture, mais comme nous ne savons pas à quel point une faille est "chargée" d'énergie profondément sous terre, nous ne pouvons pas prédire la vitesse de rupture."

Une implication de la recherche de Passelègue est que les tremblements de terre peuvent ne pas être aussi aléatoires que nous le pensions. "La plupart des gens pensent que des failles qui sont stables depuis longtemps ne causeront jamais de tremblement de terre grave. Mais nous avons constaté que tout type de faille peut déclencher de nombreux types d'événements sismiques. Cela signifie qu'une faille apparemment bénigne pourrait soudainement se rompre, résultant en une propagation rapide et dangereuse des ondes."