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

5 juin 2024

Cet article a été revu conformément au processus éditorial et aux politiques de Science X. Les éditeurs ont mis en avant les attributs suivants tout en garantissant la crédibilité du contenu :

• fait vérifié
• publication évaluée par des pairs
• source de confiance
• corrigé

par l'Université de Brown

En examinant de près la composition géométrique des roches où se produisent les tremblements de terre, des chercheurs de l'Université de Brown remettent en question une croyance de longue date sur ce qui provoque les séismes en premier lieu.

Le travail, décrit dans la revue Nature, révèle que l'alignement des réseaux de failles joue un rôle crucial pour déterminer où un tremblement de terre se produira et sa force.

Les conclusions remettent en question l'idée plus traditionnelle que c'est principalement le type de friction qui se produit à ces failles qui détermine si les tremblements de terre se produisent ou non, et elles pourraient améliorer notre compréhension actuelle du fonctionnement des tremblements de terre.

'Notre article peint cette image très différente de la raison pour laquelle les tremblements de terre se produisent', a déclaré Victor Tsai, géophysicien à Brown et l'un des principaux auteurs de l'article. 'Et cela a des implications très importantes pour savoir où anticiper les tremblements de terre et où ne pas les anticiper, ainsi que pour prévoir où se produiront les tremblements de terre les plus destructeurs.'

Les lignes de faille sont les frontières visibles à la surface de la planète où les plaques rigides qui composent la lithosphère terrestre se frottent l’une contre l’autre. Tsai dit que pendant des décennies, les géophysiciens ont expliqué les tremblements de terre comme se produisant lorsque la tension aux failles s’accumule jusqu’au point où les failles glissent ou se cassent rapidement l’une par rapport à l'autre, libérant une pression accumulée dans une action connue sous le nom de comportement à coller-décoller.

Les chercheurs ont théorisé que le glissement rapide et les mouvements de terrain intenses qui suivent sont le résultat de la friction instable qui peut se produire aux failles. En revanche, on pense que lorsque la friction est stable, les plaques glissent lentement l'une contre l'autre sans tremblement de terre. Ce mouvement régulier et fluide est également connu sous le nom de fluage.

'Les gens essaient de mesurer ces propriétés de friction, comme si la zone de faille a une friction instable ou une friction stable et ensuite, sur la base des mesures de laboratoire de cela, ils essaient de prédire si vous allez avoir un tremblement de terre là-bas ou non', a dit Tsai.

'Nos résultats suggèrent qu'il pourrait être plus pertinent de regarder 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 considérer comprend des complexités dans les structures de roches sous-jacentes telles que les courbures, les lacunes et les décalages. L’étude se fonde sur la modélisation mathématique et l’étude des zones de faille en Californie à partir de données de Quaternary Fault Database de l’U.S. Geological Survey et de la California Geological Survey.

L'équipe de recherche, qui comprend également l'étudiant diplômé de Brown Jaeseok Lee et le géophysicien de Brown Greg Hirth, offre un exemple plus détaillé pour illustrer comment se produisent les tremblements de terre. Ils disent qu'il faut imaginer les failles qui se frottent les unes contre les autres comme ayant des dents dentelées comme le bord d'une scie.

Quand il y a moins de dents ou des dents qui ne sont pas aussi aiguës, les roches se glissent plus doucement l'une contre l'autre, permettant le fluage. Mais quand les structures rocheuses dans ces failles sont plus complexes et déchiquetées, ces structures s'accrochent les unes aux autres et se bloquent. Lorsque cela se produit, elles accumulent de la pression et finalement, lorsqu'elles tirent et poussent de plus en plus fort, elles se brisent, se séparent l'une de l'autre et provoquent des tremblements de terre.

La nouvelle étude fait suite à des travaux antérieurs cherchant à comprendre pourquoi certains tremblements de terre génèrent plus 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 qui se percutent à l'intérieur d'une zone de faille lorsqu'un tremblement de terre se produit contribuent significativement à la génération de vibrations à haute fréquence, et a suscité l'idée que peut-être la complexité géométrique sous la surface jouait également un rôle dans le lieu et la raison pour laquelle les tremblements de terre se produisent.

En analysant les données des failles en Californie - qui comprennent la célèbre faille de San Andreas - les chercheurs ont constaté que les zones de faille qui ont une géométrie complexe en dessous, ce qui signifie que les structures là-bas n'étaient pas aussi alignées, ont finalement des mouvements de terrain plus forts que les zones de faille moins géométriquement complexes. Cela signifie également que certaines de ces zones auraient des tremblements de terre plus forts, d'autres plus faibles, et certains n'en auraient pas.

Les chercheurs ont déterminé cela en se basant sur le désalignement moyen des failles qu'ils ont analysé. Ce ratio de désalignement mesure à quel point les failles d'une certaine région sont alignées et vont toutes dans la même direction par rapport à celles qui vont dans de nombreuses directions différentes.

The analysis revealed that fault zones where the faults are more misaligned cause stick-slip episodes in the form of earthquakes. Fault zones where the geometry of the faults were more aligned facilitated smooth fault creep with no earthquakes.

'Understanding how faults behave as a system is essential to grasp why and how earthquakes happen,' said Lee, the graduate student who led the work.

'Our research indicates that the complexity of fault network geometry is the key factor and establishes meaningful connections between sets of independent observations and integrates them into a novel framework.'

The researchers say more work needs to be done to fully validate the model, but this initial work suggests the idea is promising, especially because the alignment or misalignment of faults is easier to measure than fault frictional properties. If valid, the work can one day be weaved into earthquake prediction models.

That remains far off for now as the researchers begin to outline how to build upon the study.

'The most obvious thing that comes next is trying to go beyond California and see how this model holds up,' Tsai said. 'This is potentially a new way of understanding how earthquakes happen.'

Journal information: Nature

Provided by Brown University