Il est facile de penser que les tours de roche rouge sculpturales de l’Utah sont immobiles, voire inamovibles. Pourtant, les tours rocheuses se tordent, se balancent et se balancent imperceptiblement en réponse aux vibrations et à l’activité sismique.

Récemment, un étudiant diplômé en géophysique à l’Université de l’Utah Riley Finnegan mesuré les vibrations ambiantes de 14 structures à grande échelle dans le sud de l’Utah, puis inclus ces mesures dans un nouvel ensemble de données de 32 structures similaires dans l’Utah et au-delà. l’étude a été publié dans Cartes d’investigation sismologique.

« Ces données fournissent des informations pour comprendre comment ces reliefs pourraient réagir aux travaux de dynamitage effectués pour construire des routes ou d’autres entrées pour les évaluations des dommages ou des risques liés aux vibrations. »

« Quoi [the researchers have] vraiment fait est de nous aider à avoir confiance dans nos prédictions sur les fréquences spécifiques auxquelles ces tours rocheuses résonneront », a-t-il déclaré. Devin McPhillipsun géologue sismique du US Geological Survey qui n’a pas participé à l’étude.

En plus de l’évaluation des risques vibratoires, les tours rocheuses ont une signification spirituelle et culturelle pour les premiers occupants de ces terres, y compris les membres des tribus Shoshone de l’Est, Hopi, Navajo, Paiute du Sud, Ute et Zune. « Ce sont des reliefs culturellement précieux », a déclaré Finnegan. Elle espère que les données seront utilisées non seulement pour prédire les impacts des catastrophes naturelles et des vibrations d’origine humaine, mais aussi pour préserver les structures impressionnantes.

« Ces données fournissent des informations pour comprendre comment ces reliefs pourraient réagir aux travaux de dynamitage effectués pour construire des routes ou d’autres intrants pour évaluer les dommages ou les risques liés aux vibrations », a déclaré Finnegan.

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Les grimpeurs aident à la collecte de données

Des recherches antérieures ont découvert l’impact des vibrations des vols d’hélicoptères sur les structures de l’Utah, et des études similaires ont mesuré la fréquence naturelle des montagnes. Ces mesures éclairent les évaluations des risques sismiques ainsi que les risques liés à d’autres types de vibrations. Mais la collecte des mesures est un défi.

« Les données individuelles pour chaque fonctionnalité peuvent être incroyablement difficiles à obtenir, impliquant souvent une escalade technique », a-t-il déclaré. Jeff Mooreco-auteur de la nouvelle étude.

Les grimpeurs descendent de la tour Eagle Plume dans l’Utah après avoir placé des sismomètres sur la formation rocheuse. Crédit : Eric Albright

Pour l’étude actuelle, les scientifiques ont fait équipe avec des grimpeurs accomplis dirigés par les co-auteurs Kathryn Vollinger et Jackson Bodtker, qui ont suivi des voies d’escalade établies jusqu’à 120 mètres (~ 400 pieds) de hauteur pour placer des sismomètres, qui fonctionnent comme des accéléromètres sophistiqués, sur haut des formations rocheuses. À l’aide de photographies, d’images de drones et de données de sismomètres, les chercheurs ont créé des modèles 3D de 10 des 14 formations rocheuses qu’ils ont tentées, en examinant des fréquences fondamentales de 0,8 à 15 hertz, ou cycles par seconde, qui étaient inversement proportionnelles à la taille de la formation. .tour. Ils n’ont pas été en mesure de modéliser quatre tours en raison de l’exposition de la caméra à la lumière du soleil et de mouvements de rotation difficiles à mesurer tels que la torsion.

« Vous pouvez penser à une tour comme une corde de guitare qui est retournée », a déclaré Finnegan. « Vous pincez la corde de la guitare, et elle vibre et résonne à certaines fréquences, et nous écoutons ces fréquences. » De même, les tours vibrent à certaines fréquences, bien qu’elles ne soient pas audibles sur le terrain. Les chercheurs ont créé amplifié enregistrements audio des tours avec leurs modèles 3D.

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Ce modèle exagéré montre les modes, ou directions de mouvement prédominantes, de la tour Eagle Plume. Crédit : Groupe de recherche sur les risques géologiques, Université de l’Utah

Modélisation prédictive avec potentiel sismique

En plus de mesurer les fréquences, les formes de mode et les taux d’amortissement (une mesure de la diminution du mouvement oscillant au fil du temps) sur les 14 structures, Finnegan et son équipe ont collecté des données de fréquence et des hauteurs de tour à partir d’études précédentes et de rapports de consultation pour des structures ailleurs dans l’Utah. . ainsi qu’en Arizona, en France et en Israël. En combinant les données collectées avec leurs propres mesures, les chercheurs ont confirmé une formule permettant de déterminer la fréquence fondamentale d’une structure compte tenu de sa largeur, de sa hauteur et de sa composition. En utilisant cette relation, les chercheurs ont découvert qu’ils pouvaient prédire approximativement la fréquence naturelle de structures inconnues de grès ou de conglomérat.

Les chercheurs espèrent que cette confirmation aidera d’autres personnes à prédire les propriétés dynamiques et de résonance d’autres tours rocheuses sans problèmes de mise à l’échelle ; le calcul ne nécessite que des mesures de largeur et de hauteur qui peuvent être prises à partir du sol.

« Si nous savons quelque chose sur la composition de la caractéristique et que nous connaissons sa forme, nous pouvons faire une assez bonne estimation de ce que sera la fréquence fondamentale », a déclaré McPhillips. Et ces mesures apparemment basiques peuvent avoir des implications considérables, allant de l’affinement des modèles de risque sismique à l’élaboration de codes de construction dans les régions sujettes à l’activité sismique, comme le nord-ouest du Pacifique. Une telle prévisibilité devient encore plus importante lorsque des scientifiques comme McPhillips sont chargés de prédire les résultats dans des régions qui n’ont jamais connu de méga-séismes.

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« L’extrapolation à partir des données historiques limitées dont nous disposons est potentiellement dangereuse », a déclaré McPhillips. Ainsi, des données comme celles de Finnegan offrent une certitude et une prévisibilité supplémentaires. « Si nous connaissons l’âge de ces tours rocheuses et pouvons estimer le nombre de secousses qu’elles peuvent supporter, nous pouvons attribuer une valeur maximale à la force des secousses passées, et c’est vraiment utile pour affiner les modèles de risque sismique. »

—Robin Donovan@RobinKD), écrivain scientifique

Citation: Donovan, R. (2022), Musique rock dans l’Utah, éos, 103, https://doi.org/10.1029/2022EO220224. Publié le 3 mai 2022.
Texte © 2022. Les auteurs. CC BY-NC-ND 3.0
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