De nouvelles découvertes remettent en question les croyances traditionnelles sur la cause des tremblements de terre

En examinant de près la composition géométrique des roches à l'origine des tremblements de terre, des chercheurs de l'Université Brown ajoutent une nouvelle ride à une croyance de longue date sur la cause initiale des tremblements de terre.

L'œuvre, décrite dans la revue Naturerévèle que la façon dont les réseaux de failles sont alignés joue un rôle essentiel dans la détermination du lieu où se produira un tremblement de terre et de sa force.

Les résultats remettent en question la notion plus traditionnelle selon laquelle c'est principalement le type de friction se produisant au niveau de ces failles qui détermine si les tremblements de terre se produisent ou non, et ils pourraient améliorer la compréhension actuelle du fonctionnement des tremblements de terre.

“Notre article dresse un tableau très différent des raisons pour lesquelles les tremblements de terre se produisent”, a déclaré Victor Tsai, géophysicien de Brown, l'un des principaux auteurs de l'article. “Et cela a des implications très importantes pour savoir où s'attendre à des tremblements de terre et où ne pas s'attendre à des tremblements de terre, ainsi que pour prédire où se produiront les tremblements de terre les plus dévastateurs.”

Les lignes de faille sont les limites visibles à la surface de la planète où les plaques rigides qui composent la lithosphère terrestre se frôlent. Tsai dit que depuis des décennies, les géophysiciens expliquent les tremblements de terre comme se produisant lorsque les contraintes au niveau des failles s'accumulent au point où les failles glissent ou se brisent rapidement les unes sur les autres, relâchant la pression refoulée dans une action connue sous le nom de comportement de stick-slip.

Les chercheurs ont émis l’hypothèse que le glissement rapide et les mouvements intenses du sol qui s’ensuivent sont le résultat d’un frottement instable qui peut se produire au niveau des failles. En revanche, l’idée est que lorsque le frottement est stable, les plaques glissent lentement les unes contre les autres sans tremblement de terre. Ce mouvement régulier et fluide est également connu sous le nom de fluage.

“Les gens ont essayé de mesurer ces propriétés de friction, par exemple si la zone de faille présente un frottement instable ou stable, puis, sur la base de mesures en laboratoire, ils essaient de prédire si vous allez y avoir un tremblement de terre ou non”, a déclaré Tsai. dit.

“Nos résultats suggèrent qu'il pourrait être plus pertinent d'examiner la géométrie des failles dans ces réseaux de failles, car c'est peut-être la géométrie complexe des structures autour de ces limites qui crée ce comportement instable versus stable.”

La géométrie à prendre en compte inclut les complexités des structures rocheuses sous-jacentes telles que les courbures, les interstices et les enjambements. L'étude est basée sur la modélisation mathématique et l'étude des zones de failles en Californie à l'aide des données de la base de données sur les failles quaternaires de l'US Geological Survey et de la California Geological Survey.

L'équipe de recherche, qui comprend également Jaeseok Lee, étudiant diplômé de Brown, et Greg Hirth, géophysicien de Brown, propose un exemple plus détaillé pour illustrer comment les tremblements de terre se produisent. On dit d'imaginer les défauts qui se frôlent comme ayant des dents dentelées comme le tranchant d'une scie.

Lorsqu’il y a moins de dents ou des dents moins pointues, les roches glissent les unes sur les autres plus facilement, permettant ainsi le fluage. Mais lorsque les structures rocheuses de ces failles sont plus complexes et irrégulières, ces structures s'accrochent les unes aux autres et restent coincées. Lorsque cela se produit, ils accumulent de la pression et finissent par tirer et pousser de plus en plus fort, ils se brisent, s'écartant les uns des autres et provoquant des tremblements de terre.

La nouvelle étude s'appuie sur des travaux antérieurs examinant pourquoi certains tremblements de terre génèrent davantage de mouvements du sol par rapport à d'autres tremblements de terre dans différentes parties du monde, parfois même ceux de magnitude similaire.

L'étude a montré que les blocs entrant en collision à l'intérieur d'une zone de faille lors d'un tremblement de terre contribuent de manière significative à la génération de vibrations à haute fréquence et ont suscité l'idée que la complexité géométrique sous la surface jouait également un rôle dans le lieu et la raison des tremblements de terre.

En analysant les données des failles de Californie, parmi lesquelles la célèbre faille de San Andreas, les chercheurs ont découvert que les zones de failles présentant une géométrie complexe en dessous, ce qui signifie que les structures n'y étaient pas aussi alignées, se sont révélées avoir des mouvements de sol plus forts que des zones de failles moins complexes géométriquement. zones de failles. Cela signifie également que certaines de ces zones connaîtraient des tremblements de terre plus forts, d’autres des tremblements de terre plus faibles et d’autres encore n’auraient aucun tremblement de terre.

Les chercheurs ont déterminé cela sur la base du désalignement moyen des failles analysées. Ce taux de désalignement mesure à quel point les failles dans une certaine région sont alignées et vont toutes dans la même direction plutôt que dans de nombreuses directions différentes.

L'analyse a révélé que les zones de failles où les failles sont plus mal alignées provoquent des épisodes de stick-slip sous forme de tremblements de terre. Les zones de failles où la géométrie des failles était plus alignée ont facilité un fluage fluide des failles sans tremblements de terre.

“Comprendre comment les failles se comportent en tant que système est essentiel pour comprendre pourquoi et comment les tremblements de terre se produisent”, a déclaré Lee, l'étudiant diplômé qui a dirigé les travaux.

“Notre recherche indique que la complexité de la géométrie du réseau de failles est le facteur clé et établit des connexions significatives entre des ensembles d'observations indépendantes et les intègre dans un nouveau cadre.”

Les chercheurs affirment que des travaux supplémentaires doivent être effectués pour valider pleinement le modèle, mais ces premiers travaux suggèrent que l'idée est prometteuse, notamment parce que l'alignement ou le désalignement des failles est plus facile à mesurer que les propriétés de friction des failles. S’ils sont valides, les travaux pourront un jour être intégrés dans des modèles de prévision des tremblements de terre.

Cela reste encore loin pour l’instant, alors que les chercheurs commencent à définir comment tirer parti de l’étude.

“La chose la plus évidente à venir est d'essayer d'aller au-delà de la Californie et de voir comment ce modèle résiste”, a déclaré Tsai. “C'est potentiellement une nouvelle façon de comprendre comment les tremblements de terre se produisent.”