Les séismes de Ridgecrest de « saut de segment » explorés dans une nouvelle étude.

24 mai 2023

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par l'Université de Californie - San Diego

Le matin du 4 juillet 2019, un séisme de magnitude 6,4 a frappé la vallée de Searles dans le désert de Mojave en Californie, avec des conséquences ressenties dans tout le sud de la Californie. Environ 34 heures plus tard, le 5 juillet, la ville voisine de Ridgecrest a été frappée par un séisme de magnitude 7,1, une secousse ressentie par des millions de personnes dans l'État de Californie et dans les communautés voisines en Arizona, Nevada et même en Basse-Californie, au Mexique.

Connu sous le nom de séismes de Ridgecrest - les plus importants séismes à frapper la Californie depuis plus de 20 ans - ces événements sismiques ont entraîné d'importants dégâts structurels, des pannes de courant et des blessures. L'événement M6,4 dans la vallée de Searles a été considéré plus tard comme le séisme annonciateur de l'événement M7,1 à Ridgecrest, qui est maintenant considéré comme le séisme principal. Les deux séismes ont été suivis d'une multitude de répliques.

Les chercheurs étaient perplexes devant la séquence d'activité sismique. Pourquoi a-t-il fallu 34 heures pour que le séisme annonciateur déclenche le séisme principal? Comment ces tremblements de terre ont-ils "sauté" d'un segment d'un système de failles géologiques à un autre? Les tremblements de terre peuvent-ils "se parler" dynamiquement?

Pour répondre à ces questions, une équipe de sismologues de l'Institut Scripps d'océanographie de l'UC San Diego et de l'Université Ludwig Maximilian de Munich (LMU) a mené une nouvelle étude axée sur la relation entre les deux grands séismes, qui ont eu lieu le long d'un système de failles multiples. L'équipe a utilisé un superordinateur puissant qui a incorporé des modèles basés sur des données et la physique pour identifier le lien entre les séismes.

Alice Gabriel, sismologue à Scripps Oceanography, qui a travaillé précédemment à la LMU, a dirigé l'étude. Les résultats ont été publiés le 24 mai dans la revue Nature en ligne et seront publiés dans l'édition imprimée du 8 juin.

"Nous avons utilisé les plus grands ordinateurs disponibles et peut-être les algorithmes les plus avancés pour essayer de comprendre cette séquence de séismes vraiment déroutante qui s'est produite en Californie en 2019", a déclaré Gabriel, actuellement professeur associé à l'Institut de géophysique et de physique planétaire de Scripps Oceanography. "L'informatique à haute performance nous a permis de comprendre les facteurs moteurs de ces événements importants, ce qui peut aider à évaluer et à préparer les risques sismiques."

Comprendre la dynamique des ruptures de failles multiples est important, a déclaré Gabriel, car ces types de tremblements de terre sont généralement plus puissants que ceux qui se produisent sur une seule faille. Par exemple, le doublet de séismes en Turquie-Syrie qui s'est produit le 6 février 2023 a entraîné une perte de vie importante et des dégâts considérables. Cet événement était caractérisé par deux séismes distincts qui se sont produits à seulement neuf heures d'intervalle, les deux traversant plusieurs failles.

Pendant les séismes de Ridgecrest de 2019, qui ont pris leur origine dans la zone de cisaillement de Californie orientale le long d'un système de failles de décrochement, les deux côtés de chaque faille se sont déplacés principalement dans une direction horizontale, sans mouvement vertical. La séquence de séismes a traversé des failles "antithétiques" entrelacées et jusqu'alors inconnues, des failles mineures ou secondaires qui se déplacent à des angles élevés (proches de 90 degrés) par rapport à la faille principale. Au sein de la communauté sismologique, il existe un débat en cours sur les segments de failles actives et sur les conditions favorisant la survenue de séismes en cascade.

La nouvelle étude présente le premier modèle multi-faille qui unifie les sismogrammes, les données tectoniques, la cartographie sur le terrain, les données satellitaires et d'autres ensembles de données géodésiques spatiales avec la physique sismique, tandis que les modèles précédents sur ce type de séisme étaient purement axés sur les données.

"À travers le prisme de la modélisation basée sur les données, renforcée par les capacités de la super-informatique, nous dévoilons les subtilités des séismes conjugués à multiples failles, éclairant la physique qui régit la dynamique de la rupture en cascade", a déclaré Taufiqurrahman.

En utilisant le superordinateur SuperMUC-NG du Leibniz Supercomputing Center (LRZ) en Allemagne, les chercheurs ont révélé que les événements de la vallée de Searles et de Ridgecrest étaient en effet connectés. Les séismes ont interagi sur un système de failles statiquement fort mais dynamiquement faible, entraîné par des géométries de failles complexes et une faible friction dynamique.

La simulation de rupture en 3D de l'équipe illustre comment les failles considérées comme solides avant un séisme peuvent devenir très faibles dès qu'il y a un mouvement sismique rapide et explique la dynamique de la rupture simultanée de plusieurs failles.

'When fault systems are rupturing, we see unexpected interactions. For example, earthquake cascades, which can jump from segment to segment, or one earthquake causing the next one to take an unusual path. The earthquake may become much larger than what we would've expected,' said Gabriel. 'This is something that is challenging to build into seismic hazard assessments.'

According to the authors, their models have the potential to have a 'transformative impact' on the field of seismology by improving the assessment of seismic hazards in active multi-fault systems that are often underestimated.

'Our findings suggest that similar kinds of models could incorporate more physics into seismic hazard assessment and preparedness,' said Gabriel. 'With the help of supercomputers and physics, we have unraveled arguably the most detailed data set of a complex earthquake rupture pattern.'

The study was supported by the European Union's Horizon 2020 Research and Innovation Program, Horizon Europe, the National Science Foundation, the German Research Foundation, and the Southern California Earthquake Center.

In addition to Gabriel and Taufiqurrahman, the study was co-authored by Duo Li, Thomas Ulrich, Bo Li, and Sara Carena of Ludwig Maximilian University of Munich, Germany; Alessandro Verdecchia with McGill University in Montreal, Canada, and Ruhr-University Bochum in Germany; and Frantisek Gallovic of Charles University in Prague, Czech Republic.

Journal information: Nature

Provided by University of California - San Diego