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Détection d’un signal de gravité avant l’arrivée des ondes sismiques

Le champ gravitationnel terrestre n'est pas uniforme à la surface du globe mais dépend des masses (épaisseurs et densités notamment) des différentes couches présentes sous la surface. Lors d'un tremblement de Terre, les mouvements du sol s'accompagnent d'une redistribution importante des ces masses, qui génère des modifications significatives du champ gravitationnel terrestre.

Détection d’un signal de gravité avant l’arrivée des ondes sismiques

Subduction à l'origine du séisme de Tohoku

Date de publication : 24/11/2016

Presse, Recherche

Équipes liées :
Sismologie

Thèmes liés : Risques naturels

Une perturbation de ce champ de gravité longtemps après l’occurrence d’un séisme a déjà été observée, mais le changement quasi-instantané de ce champ, pendant la rupture et avant l’arrivée des ondes sismiques, ne l’avait jamais été.

Le mégaséisme de Tohoku-oki (magnitude 9.0, Japon, mars 2011) a fourni une occasion unique de détecter un tel signal. Une équipe internationale, dont plusieurs chercheurs de l’IPGP, a utilisé les données enregistrées par le gravimètre supraconducteur de Kamioka au Japon, situé à environ 500 km de l’épicentre, complétées par des données de sismomètres large-bande du réseau japonais F-net. Une analyse de ces enregistrements montre, avec une signification statistique supérieure à 99 %, qu’un signal de gravité lié à la rupture sismique est bien présent. Cette découverte ouvre de nouveaux champs d’application pour les systèmes d’alerte rapide aux tremblements de terre, dits EEWS (Earthquake Early Warning System).

Schéma du processus de subduction responsable du séisme de Tohoku

 Actuellement, les EEWS reposent sur la détection des ondes sismiques de compression P, qui arrivent très légèrement avant les ondes de cisaillement S, très destructrices. Ce décalage des temps d’arrivée (de seulement quelques secondes à proximité de la rupture) est exploité pour alerter la population locale et protéger tous les équipements et infrastructures à risque (coupure de l’eau, de l’électricité et du gaz, arrêt des trains, des ascenseurs…).

Le signal du champ de gravité concomitant à la rupture pourrait permettre de gagner de précieuses secondes avant l’arrivée des ondes sismiques P et S. Il pourrait également permettre de déterminer de façon plus rapide, dès la fin de la rupture, la magnitude exacte d’un séisme, alors que les méthodes actuelles prennent plusieurs dizaines de minutes.

Toutefois, l’implémentation d’un système d’alerte utilisant la gravité nécessitera le développement de nouveaux instruments capables de mesurer le champ de gravité terrestre de manière beaucoup plus précise que les instruments actuels. De tels instruments pourraient venir de la physique fondamentale.

Réf : Montagner, J.-P. et al. Prompt gravity signal induced by the 2011 Tohoku-Oki earthquake. Nat. Commun. 7, 13349 doi: 10.1038/ncomms13349 (2016).

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