Observation de signaux précoces de perturbation du champ de gravité terrestre liés à de multiples séismes
Ces nouvelles observations des perturbations de gravité, précédant les ondes sismiques, confirment le potentiel de ces signaux pour les systèmes d’alerte précoce aux tremblements de Terre.
Lorsque de grands séismes se produisent, ils déplacent d’énormes quantités de masse. Ces mouvements créent de minuscules perturbations du champ gravitationnel de la Terre, auxquelles les sismomètres sont immédiatement sensibles. Ces signaux d’élastogravité (PEGS – « Prompt elastogravity signals ») arrivent ainsi avant les ondes sismiques, et ont donc le potentiel d’améliorer les systèmes d’alerte précoce en réduisant le temps nécessaire à l’estimation de la taille des forts séismes.
La faible amplitude de ces signaux d’élastogravité les a toutefois rendus difficiles à détecter : les premières observations des PEGS remontent seulement à 2016 et 2017. À présent, Martin Vallée et Kevin Juhel, chercheurs à l’IPGP et auteur d’une étude parue en février dans Journal of Geophysical Research, rapportent de nombreuses nouvelles observations de ces signaux provenant de cinq séismes d’une magnitude comprise entre 7.9 et 8.8, d’une taille ainsi nettement inférieure au séisme de Tohoku (magnitude 9.1) à partir duquel leur existence a été découverte.
Les chercheurs ont identifié ces signaux en utilisant une approche en plusieurs étapes. Tout d’abord, pour mieux comprendre les configurations dans lesquelles les PEGS sont observables de manière optimale, des simulations numériques ont été réalisées afin d’évaluer l’impact de la profondeur et du type de séisme sur l’amplitude attendue des signaux. Les résultats indiquent qu’à magnitude égale, les séismes décrochants superficiels et les séismes profonds ont plus de chances d’être enregistrés que les séismes de subduction. Ces informations ont guidé les auteurs dans leur analyse des enregistrements des grands séismes des 25 dernières années.
Cette analyse a directement révélé la présence de PEGS lors de plusieurs grands séismes : le séisme de 2012 dans le bassin de Wharton (magnitude 8.6, ce qui en fait le plus grand séisme décrochant jamais enregistré) et deux tremblements de terre profonds de magnitude 8.2 (Fidji, 2018 et Bolivie, 1994).
En combinant les observations de plusieurs instruments, les chercheurs ont également été en mesure d’améliorer suffisamment les rapports signal-sur-bruit pour détecter les ondes d’élastogravité de deux événements supplémentaires : le séisme décrochant de magnitude 7.9 au large de l’Alaska (2018) et le séisme de subduction de Maule (Chili, 2010, magnitude 8.8).
Ces résultats montrent ainsi que les observations des PEGS ne se limitent pas à des séismes exceptionnels (magnitude > 9). De plus, dans tous les cas d’études, les observations sont très bien reproduites par les simulations numériques, et ces dernières montrent que les PEGS ont une sensibilité naturelle aux caractéristiques globales du processus sismique. Les signaux d’élastogravité ont donc le potentiel d’améliorer la vitesse et la fiabilité des systèmes d’alerte précoce dans de nombreux contextes. Les deux applications les plus concrètes sont d’accélérer les interventions d’urgence et d’anticiper plus précisément et plus rapidement l’ampleur du tsunami à venir.
Réf :
- Texte traduit et adapté du “Research Spotlight” réalisé par l’AGU sur cette étude
- Vallée et Juhel, Journal Geophysical Research: Solid Earth, doi:10.1029/2018JB017130, 2019
- L’article sur la publication de 2017 dans Science : De nouveaux signaux précédant les ondes sismiques : comment les perturbations précoces de gravité permettent de quantifier la magnitude des forts séismes
