Alors que les plaques tectoniques glissent les unes sur les autres, les rivières qui traversent les lignes de faille changent de forme. Le sol mouvant étire les canaux de la rivière jusqu'à ce que l'eau interrompe son cours et se jette sur de nouveaux chemins.

Dans une étude publiée le 9 juillet dans Science , des chercheurs de l'UC Santa Cruz ont créé un modèle qui aide à prédire ce processus. Il fournit un contexte général sur la façon dont les rivières et les failles interagissent pour façonner la topographie à proximité.

Le groupe avait initialement prévu d'utiliser la faille de San Andreas dans la plaine de Carrizo en Californie pour étudier comment le mouvement des failles façonne les paysages près des rivières. Mais après avoir passé des heures à parcourir des images aériennes et des données topographiques à distance, leur compréhension de l'évolution du terrain a commencé à changer. Ils se sont rendu compte que les rivières jouent un rôle plus actif dans le façonnement de la région qu'on ne le pensait auparavant.

"Les rivières sont leurs propres petites bêtes, et ils interagissent de manière vraiment intéressante avec la cinématique et le mouvement le long de ces failles, " a déclaré Kelian Dascher-Cousineau, doctorat en sismologie étudiant à l'UC Santa Cruz et auteur principal de l'étude.

Au fur et à mesure que le décalage d'un défaut augmente, il allonge les canaux fluviaux et ralentit l'écoulement de l'eau. Avec des vitesses inférieures, la rivière transporte moins de sédiments. Le matériau s'accumule et finit par bloquer le chemin, forcer l'eau à changer de cap dans un processus connu sous le nom d'avulsion.

Cette diversion se produit rapidement, et les inondations inattendues peuvent facilement devenir destructrices pour les communautés voisines.

Au cours des dernières années, les géomorphologues ont une idée plus précise de la manière dont ces avulsions se produisent dans différents types de rivières. Mais identifier des modèles à long terme dans la façon dont les rivières réagissent au mouvement des failles s'avère toujours difficile.

"Vous ne pouvez pas vraiment observer les canaux pendant des milliers d'années à la fois, " dit Dascher-Cousineau. Pour pallier cette incapacité, les chercheurs ont utilisé le passé bien étudié de la faille de San Andreas dans la plaine de Carrizo pour tester leur modèle.

« Nous avons une histoire que nous connaissons très bien grâce aux tremblements de terre, et nous pouvons utiliser cela comme une expérience naturelle pour voir ce que font les canaux sur ces échelles de temps géomorphologiquement pertinentes, " a déclaré Dascher-Cousineau.

Le groupe a examiné de près des images et des cartes de la plaine de Carrizo et a commencé à tester des modèles complexes d'écoulement fluvial et de transport de sédiments. Ils ont lentement supprimé les variables, identifier éventuellement les éléments les plus importants du système. Le modèle résultant introduit un nouveau cadre de réflexion sur la façon dont les rivières et les lignes de faille actives interagissent.

"La plupart des sismologues pensent généralement que la surface de la Terre est une chose passive qui ne fait que réagir à la faille, " dit Noah Finnegan, professeur de sciences de la Terre et des planètes à l'UC Santa Cruz et co-auteur de l'étude.

"Cet article a embrassé le fait que les rivières changent constamment et a pu montrer que la coévolution du décalage de faille et de la rivière nous fournit des informations que nous ne pouvions pas obtenir auparavant, " a-t-il dit. " Vous obtenez une meilleure compréhension du fonctionnement du système en reconnaissant qu'il y a un couplage intéressant en cours là-bas. "

En plus de prédire quand les rivières traversant des failles abandonneront leurs canaux d'origine, le modèle peut également aider les scientifiques à estimer à quelle vitesse les côtés d'une faille se déplacent les uns par rapport aux autres, une question importante pour de nombreux sismologues qui peut être difficile à mesurer avec précision.

"Si vous savez quelque chose sur le fonctionnement de la rivière, vous pouvez obtenir des contraintes quantitatives sur le taux de glissement sur le défaut, qui est quelque chose qui est un objectif commun des études de défauts, " dit Finnegan. " Alternativement, si vous savez quelque chose sur la vitesse à laquelle le défaut glisse, vous pouvez apprendre quelque chose sur l'efficacité de la rivière à déplacer les sédiments, ce qui est une question fondamentale dans presque toutes les études sur les rivières et est presque impossible à savoir de manière vraiment précise."

Bien qu'il aborde des questions complexes, le modèle lui-même est étonnamment simple.

"Comme avec beaucoup de découvertes, une fois que vous le voyez de la bonne manière, il y a une simplicité incroyable, " a déclaré Finnegan. "Je ne regarderai plus jamais ces paysages de la même manière."

Le groupe a créé le modèle tout en travaillant entièrement virtuellement, un défi qui, selon Finnegan, a inspiré la créativité.

"Nous avons été obligés de regarder des données topographiques distantes et des images aériennes qui nous ont fait réfléchir de manière plus synoptique à ce sujet, " il a dit.

Il reste à voir comment le modèle s'adaptera aux différentes régions et à la faille à plus grande échelle.

"Nous avons décrit l'ensemble de la physique qui devrait fonctionner dans une gamme de conditions, " dit Dascher-Cousineau. Ensuite, ils se tourneront vers de nouveaux types de topographie.