Les tremblements de terre et les glissements de terrain sont difficiles à prévoir et à s’y préparer. En étudiant une version miniature du sol en laboratoire, des scientifiques de l’Institut de physique de l’UvA ont démontré comment ces événements peuvent être déclenchés par une petite onde de choc externe. Apportez un dispositif de flottaison :cela implique que le sol se transforme brièvement en liquide.
Contrairement à un véritable solide, le sol sur lequel nous nous trouvons est généralement constitué de granules tels que des grains de sable ou des morceaux de roche. Plus profondément dans la croûte terrestre, il en va de même pour les lignes de faille où se rencontrent deux plaques tectoniques. Ces types de matériaux granulaires désordonnés ne sont jamais totalement stables. Et lorsqu'ils échouent, cela peut avoir des effets catastrophiques pour nous, vivant à la surface de la Terre.
Le problème est qu’il n’est pas facile de prédire ou de contrôler le moment précis où les forces de friction résistant à un glissement de terrain ou à un tremblement de terre cesseront d’être suffisantes pour maintenir le sol en place. Heureusement, la physique fonctionne exactement de la même manière dans des systèmes plus petits que vous pouvez étudier en laboratoire. Pour reproduire un tremblement de terre, les physiciens Kasra Farain et Daniel Bonn de l'Université d'Amsterdam ont utilisé une couche de 1 mm d'épaisseur composée de minuscules sphères ayant chacune la largeur d'un cheveu humain.
Leur configuration expérimentale leur a permis de suivre avec précision la réponse des granules aux forces externes. Pour simuler les forces qui seraient présentes sur une pente raide de montagne ou sur une faille tectonique, ils ont pressé un disque sur la surface et l'ont fait tourner lentement à une vitesse constante. En faisant ensuite rebondir une balle à côté du dispositif expérimental, déclenchant une petite onde sismique, ils ont vu comment tous les granules se déplaçaient rapidement en réponse :ils avaient déclenché un tremblement de terre miniature.
"Nous avons découvert qu'une très petite perturbation, une petite onde sismique, est capable de provoquer la restructuration complète d'un matériau granulaire", explique Farain. Un examen plus approfondi a révélé que pendant un bref instant, les granules se comportent comme un liquide plutôt que comme un solide. Une fois passée l'onde de déclenchement, la friction reprend le dessus et les granulés se coincent à nouveau, dans une nouvelle configuration.
La même chose se produit lors d’événements sismiques réels. "Les tremblements de terre et les phénomènes tectoniques suivent des lois invariantes à l'échelle, donc les résultats de notre configuration de friction à l'échelle du laboratoire sont pertinents pour comprendre le déclenchement de tremblements de terre à distance par des ondes sismiques dans des failles à beaucoup plus grande échelle dans la croûte terrestre", explique Farain.
Dans leur article, publié dans la revue Science Advances , les chercheurs montrent que le modèle mathématique qu'ils ont déduit de leurs expériences explique quantitativement comment le tremblement de terre de Landers en Californie du Sud en 1992 a déclenché à distance un deuxième événement sismique, à 415 km au nord. De plus, ils montrent que leur modèle décrit avec précision l'augmentation de la pression des fluides observée dans la zone de subduction de Nankai, près du Japon, après une série de petits tremblements de terre en 2003.
Il est intéressant de noter que l’ensemble de ce projet de recherche n’aurait peut-être pas abouti sans les collègues de Farain. "Au départ, mon installation expérimentale se limitait à une table ordinaire, dépourvue de toute l'isolation vibratoire sophistiquée nécessaire pour des mesures précises. Assez vite, j'ai réalisé que des choses simples comme le passage d'une personne ou la fermeture d'une porte pouvaient affecter l'expérience. J'ai dû être un un peu dérangeant pour mes collègues, qui demandent toujours des pas plus silencieux ou des fermetures de portes plus douces."
Inspiré par la façon dont les mouvements de ses collègues perturbaient son installation, Farain a commencé à étudier la physique à l'œuvre. "Après un certain temps, j'ai opté pour une table optique appropriée pour l'installation, et les gens pouvaient sauter ou faire ce qu'ils voulaient sans perturber mon travail. Mais, fidèle à mes tendances perturbatrices, ce n'était pas fini. Un peu tandis que plus tard, je suis retourné au laboratoire avec un haut-parleur pour générer du bruit et voir les effets de perturbations contrôlées."
Plus d'informations : Kasra Farain et al, Fluidisation granulaire induite par perturbation comme modèle pour le déclenchement de tremblements de terre à distance, Science Advances (2024). DOI :10.1126/sciadv.adi7302
Informations sur le journal : Progrès scientifiques
Fourni par l'Université d'Amsterdam
