Un type spécial d'antenne utilisé pour imager la Terre comme un scanner à ultrasons traîne derrière le navire de recherche Marcus Langseth. Les enquêteurs sismiques de l'Institut de géophysique de l'Université du Texas ont utilisé des superordinateurs du Texas Advanced Computing Center Seismic pour analyser une image sismique d'une zone de subduction avec des détails sans précédent. Crédit :UT Jackson School of Geosciences/UTIG
tremblements de terre à glissement lent, une sorte de tremblement au ralenti, ont été détectés dans de nombreux points chauds des tremblements de terre dans le monde, y compris ceux trouvés autour de la ceinture de feu du Pacifique, mais on ne sait pas comment ils sont liés aux séismes dévastateurs qui s'y produisent. Des scientifiques de l'Université du Texas à Austin ont maintenant révélé le fonctionnement interne des tremblements de terre en utilisant des tomodensitogrammes sismiques et des superordinateurs pour examiner une région au large des côtes de la Nouvelle-Zélande connue pour les produire.
Les informations aideront les scientifiques à déterminer pourquoi l'énergie tectonique dans les zones de subduction telles que la zone de subduction de Hikurangi en Nouvelle-Zélande, une région sismiquement active où la plaque tectonique du Pacifique plonge - ou subduct - sous l'île du Nord du pays, est parfois relâché doucement sous forme de glissement lent, et d'autres fois aussi dévastatrices, tremblements de terre de grande amplitude.
La recherche a été récemment publiée dans la revue Géosciences de la nature dans le cadre d'une édition spéciale consacrée aux zones de subduction.
"Les zones de subduction sont les plus grandes usines de tremblements de terre et de tsunamis de la planète, " a déclaré la co-auteur Laura Wallace, chercheur à l'Institut de géophysique de l'UT Austin (UTIG) et à GNS Science en Nouvelle-Zélande. "Avec plus de recherches comme celle-ci, nous pouvons vraiment commencer à comprendre l'origine des différents types de comportement [séisme] dans les zones de subduction."
La recherche a utilisé de nouvelles techniques de traitement d'images et de modélisation informatique pour tester plusieurs mécanismes proposés sur le déroulement des tremblements de terre à glissement lent, révélant ceux qui ont le mieux fonctionné.
L'auteur principal de l'étude, Adrien Arnulf, un chercheur de l'UTIG, a déclaré que cette ligne de recherche est importante car comprendre où et quand un grand tremblement de terre de zone de subduction pourrait se produire ne peut se produire qu'en résolvant d'abord le mystère du glissement lent.
Dommages causés par le tremblement de terre dans le centre du Japon, 2011. Pour mieux comprendre comment des événements sismiques comme celui-ci peuvent frapper avec suffisamment de puissance pour niveler les bâtiments, Des scientifiques de l'Université du Texas à Austin étudient les mécanismes d'un autre type de tremblement au ralenti connu pour se produire aux mêmes endroits. Crédit :GySgt Leo Salinas/DoD VI
"Si vous ignorez le glissement lent, vous calculerez mal la quantité d'énergie stockée et libérée lorsque les plaques tectoniques se déplacent autour de la planète, " il a dit.
Les scientifiques savent que les événements de glissement lent sont une partie importante du cycle sismique car ils se produisent dans des endroits similaires et peuvent libérer autant d'énergie tectonique refoulée qu'un séisme de grande magnitude, mais sans provoquer de secousse sismique soudaine. En réalité, les événements sont si lents, se dérouler au fil des semaines, qu'ils ont échappé à la détection jusqu'à il y a seulement 20 ans environ.
La zone de subduction de Hikurangi en Nouvelle-Zélande est un site idéal pour étudier les séismes à glissement lent car ils se produisent à des profondeurs suffisamment faibles pour être imagées à haute résolution, soit en écoutant les grondements internes de la Terre, ou en envoyant des ondes sismiques artificielles dans le sous-sol et en enregistrant l'écho.
Transformer les données sismiques en une image détaillée est une tâche laborieuse mais en utilisant des techniques similaires à celles utilisées en imagerie médicale, les géoscientifiques sont capables de séparer la longueur, forme, et la force de l'écho sismique pour comprendre ce qui se passe sous terre.
Dans l'étude actuelle, Arnulf a pu extraire encore plus d'informations en programmant des algorithmes sur Lonestar5, un supercalculateur au Texas Advanced Computing Center, pour rechercher des modèles dans les données. Les résultats ont indiqué à Arnulf à quel point la faille était devenue faible et où la pression se faisait sentir dans les articulations de la Terre.
Il a travaillé avec un étudiant diplômé de l'UT Jackson School of Geosciences, James Biemiller, qui a utilisé les paramètres d'Arnulf dans une simulation détaillée qu'il avait développée pour modéliser le mouvement des failles.
Le soi-disant Ring of Fire est une zone entourant la plaque tectonique du Pacifique où se produisent de nombreux tremblements de terre et éruptions volcaniques dans le monde. Crédit :US Geological Survey
La simulation a montré que les forces tectoniques se construisaient dans la croûte puis se libéraient à travers une série de secousses au ralenti, tout comme les tremblements de terre à glissement lent détectés à Hikurangi au cours des deux dernières décennies.
Selon les scientifiques, le vrai succès de la recherche n'était pas que le modèle fonctionnait mais qu'il leur montrait où se trouvaient les lacunes de la physique.
"Nous n'avons pas nécessairement le clou dans le cercueil de la façon dont se produit exactement le glissement lent peu profond, " dit Biemiller, "mais nous avons testé l'un des clous standard (frottement taux-état) et avons constaté qu'il ne fonctionnait pas aussi bien que prévu. Cela signifie que nous pouvons probablement supposer qu'il existe d'autres processus impliqués dans la modulation du glissement lent, comme des cycles de pressurisation et de libération de fluide.
Trouver ces autres processus est exactement ce que l'équipe espère que leur méthode aidera à faciliter.
Les données sismiques de l'étude ont été fournies par GNS Science et le ministère néo-zélandais du Développement économique. La recherche a été financée par l'UTIG et un fonds MBIE Endeavour pour GNS Science. L'UTIG est une unité de la Jackson School of Geosciences.
