L’énergie de fracture sismique est liée à la capacité d’arrêt d’un tremblement de terre

En examinant les modèles sismiques sous un nouvel angle, les ingénieurs de Cornell montrent maintenant que l’énergie de fracture sismique, autrefois considérée comme liée à la façon dont les failles de la croûte terrestre s’affaiblissent, est liée à la façon dont elles arrêtent les tremblements de terre.

Cette révélation de la modélisation pourrait aider la science à se rapprocher de la réalisation de prévisions sismiques précises.

« Nous avons réalisé que les observations que nous pensions être liées à la façon dont les failles s’affaiblissent sont en fait des données liées à la façon dont un tremblement de terre s’arrête », a déclaré Greg McLaskey, professeur adjoint à l’École de génie civil et environnemental du Collège des sciences et de l’ingénierie. « Nous avons observé que l’énergie de fracture sismique est plus liée au style général de rupture, comme une rupture semblable à une fissure ou à une impulsion, plutôt qu’à une relation spécifique d’affaiblissement par glissement (la façon dont la croûte s’affaiblit lorsque les plaques glissent les unes sur les autres) . »

L’article, « Scaling Earthquake Decay Energy Malgré Constant Fracture Energy », a été publié le 22 février dans communication nature. En plus de McLaskey, l’auteur principal était Chun-Yu (Huey) Ke, Ph.D. ’21, et David S. Kammer à l’Institut des matériaux de construction, ETH Zürich, Suisse. La recherche a été soutenue par la National Science Foundation.

La recherche au cours des 25 dernières années s’est concentrée sur l’énergie de fracture sismique, ou l’énergie de rupture généralement estimée à partir des secousses du sol, a déclaré McLaskey.

Cette recherche avait lié l’énergie de fracture des tremblements de terre à la façon dont la croûte terrestre s’affaiblit lors d’un tremblement de terre. Mais en étudiant des expériences rocheuses à grande échelle, au complexe du laboratoire de Bovay, entre deux dalles de granit de deux tonnes, les chercheurs de Cornell ont découvert que ces modèles étaient peut-être légèrement de travers.

Les modèles informatiques du laboratoire ont suggéré que ces observations sismiques ne sont pas directement liées à l’énergie de fracture, mais plutôt, selon la nouvelle recherche, les observations sismiques dépendent de la façon dont le tremblement de terre se termine, par rapport à un style de rupture en forme d’impulsion ou à une fissure.

Pour une rupture en forme d’impulsion, la faille ressemble à un ver se déplaçant le long d’une surface. L’inchworm ne saute pas, a déclaré McLaskey, et ne bouge que peu à la fois. Dans une rupture de type fissure, la rupture ressemble à une fermeture éclair.

Les sismologues ont mesuré l’énergie de fracture (parfois appelée énergie de rupture) des tremblements de terre. « Ce paramètre d’un tremblement de terre ne doit pas être interprété comme un affaiblissement de la croûte », a-t-il dit, « mais si la rupture du tremblement de terre est une impulsion ou une fissure ».

Lorsque les tremblements de terre se produisent, ils cessent. La partie glissée de la faille se rétrécit et finit par fusionner avec une partie de la croûte qui n’est pas brisée. « Pensez à une voiture qui s’arrête devant un panneau d’arrêt », a-t-il déclaré. « Vous ne vous arrêtez pas brusquement. Vous voyez le panneau et vous appliquez les freins, mais le facteur que nous avons introduit est de savoir si vous arrivez à un panneau d’arrêt en montée, en descente ou sur une surface plane. »

Les ingénieurs ont découvert que lorsqu’ils frappaient les freins expérimentaux, ils ne pouvaient pas arrêter les ruptures. « La seule façon d’arrêter nos éruptions dans le laboratoire est de faire » une colline « , pour ainsi dire », a déclaré McLaskey. « Nous avons intégré ce facteur dans notre modèle et cela a commencé à avoir du sens. »

Les tremblements de terre sont imprévisibles, a-t-il dit, discutant de la technologie d’alerte précoce utilisée dans le monde au Japon et au Mexique, et actuellement développée en Californie.

« Si vous recevez un avertissement d’une seconde des capteurs indiquant qu’il va y avoir un tremblement de terre, peut-être un avertissement de 10 secondes, vous avez de la chance », a-t-il déclaré.

« L’une des raisons pour lesquelles les tremblements de terre sont difficiles à prévoir est que les équations des modèles scientifiques ne s’additionnent pas toujours », a déclaré McLaskey. « Cet article est un pas dans la bonne direction. Nous acquérons une meilleure compréhension de ces modèles, ce qui, espérons-le, nous permettra de prévoir les tremblements de terre. »