On dirait une plaque lisse d'acier inoxydable, mais regarde d'un peu plus près, et vous verrez une coupe transversale simplifiée du bassin sédimentaire de Los Angeles.

La chercheuse de Caltech Sunyoung Park et ses collègues impriment des modèles 3D comme le proxy métallique de Los Angeles pour fournir une nouvelle plate-forme pour les expériences sismiques. En imprimant un modèle qui reproduit le bord d'un bassin ou la montée et la descente d'un élément topographique et en dirigeant la lumière laser vers celui-ci, Park peut simuler et enregistrer comment les ondes sismiques pourraient traverser la vraie Terre.

Dans sa présentation à la réunion annuelle 2021 de la Seismological Society of America (SSA), Park a expliqué pourquoi ces modèles physiques peuvent remédier à certains des inconvénients de la modélisation numérique du mouvement du sol dans certains cas.

à petite échelle, des structures complexes dans un paysage peuvent amplifier et modifier le mouvement du sol après un tremblement de terre, mais les sismologues ont du mal à modéliser ces impacts, dit Parc. "Même si nous savons que ces choses sont très importantes pour les tremblements de terre, les effets de la topographie, les interfaces et les bords sont des problèmes difficiles à étudier numériquement."

L'intégration de ces fonctionnalités dans les simulations de mouvement du sol nécessite beaucoup de puissance de calcul, et il peut être difficile de vérifier ces calculs numériques, elle a ajouté.

Pour relever ces défis, Park a commencé à créer des modèles 3D de caractéristiques topographiques et de bassin simples pour explorer ces effets sur les secousses du sol. Le métal est son matériau d'impression préféré, "parce qu'il peut être aussi rigide que les conditions de la croûte inférieure de la Terre, " elle a dit.

En contrôlant les paramètres d'impression, Park peut également contrôler la densité du métal tel qu'il est posé par l'imprimante, créer un matériau avec des vitesses sismiques différentes. Le résultat, dans le cas de l'exemple du bassin de Los Angeles qu'elle a montré lors de la réunion, est un modèle de 20 par 4 centimètres qui représente une section transversale de 50 kilomètres à travers le bassin.

A une échelle d'environ 1:250, 000 pour le paysage imprimé, Park avait besoin de réduire les longueurs d'onde qu'elle utilisait également pour simuler les ondes sismiques, c'est là qu'intervient le système de source et de récepteur laser. Un tir laser sur le modèle imite un événement de source sismique, et les récepteurs laser doppler détectent les vibrations résultantes lorsque les ondes sismiques interagissent avec les caractéristiques du modèle.

Les expériences avec les modèles ont donné des résultats intrigants. Avec une section de bassin peu profonde, par exemple, Park a découvert que certaines des ondes à haute fréquence ne pouvaient pas traverser le bassin.

"Nous savons que les bassins amplifient généralement les mouvements du sol, " elle a dit, "mais cela suggère que nous devrions également y penser en termes de différents contenus de fréquence."

Park a déclaré que les modèles pourraient également être utiles pour étudier la propagation des ondes à travers d'autres caractéristiques sismologiques complexes, comme une roche très endommagée près d'une faille, couches rocheuses injectées de fluides et de gaz lors de l'extraction de pétrole et de gaz ou de la séquestration du carbone, et les caractéristiques de la Terre profonde.

Park rejoindra le département des sciences géophysiques de l'Université de Chicago en juin 2021.