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Posté par Adrien le Lundi 28/11/2016 à 00:00
Détection d'un signal de gravité avant l'arrivée d'ondes sismiques
Une modification du champ gravitationnel terrestre produite pendant une rupture sismique vient d'être pour la première fois détectée pendant le tremblement de terre de Tohoku-Oki, qui s'est produit le 11 mars 2011 avec une magnitude 9.0. Ce travail est le fruit (En botanique, le fruit est l'organe végétal protégeant la graine. Caractéristique des Angiospermes, il succède à la fleur par transformation du pistil. La paroi de...) d'une collaboration internationale comprenant des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le...) de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la...) du Globe de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du...) (IPGP, IPGP / CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) / UPD / Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études...) La Réunion) et du laboratoire Astroparticule et cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système physique.) (APC, CNRS / UPD / CEA / Observatoire de Paris (L'Observatoire de Paris est né du projet, en 1667, de créer un observatoire astronomique équipé de bons instruments permettant d'établir des cartes pour la navigation. Il vient en complément de...) / CNES). Cette nouvelle possibilité de détecter un changement de gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) avant l'arrivée des ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) sismiques pourrait contribuer à terme à améliorer les systèmes d'alerte précoce aux tremblements de terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre...).

En plus de générer des ondes sismiques qui se propagent à partir de la source dans tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) le milieu environnant, les tremblements de Terre s'accompagnent d'une redistribution de masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et...) importante qui génère des modifications significatives du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) gravitationnel terrestre. Alors que les ondes sismiques se propagent dans le milieu à une vitesse (On distingue :) de quelques kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en...) par seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde...), le champ gravitationnel est lui perturbé de manière quasi instantanée (à la vitesse de la lumière). Une modification du champ gravitationnel avait déjà été détectée longtemps après l'occurrence d'un séisme alors que le champ avait atteint un nouvel équilibre, mais jamais encore pendant la rupture, au moment de la perturbation du champ et avant l'arrivée des ondes sismiques au détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change d'état en présence de l'élément ou de la situation...).


Représentation de la rupture lors du tremblement de terre de Tohoku-Oki, dont l'hypocentre (étoile rouge) est représenté sur l'interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque élément a besoin de connaître de...) de subduction (La subduction est le processus d'enfoncement d'une plaque tectonique sous une autre plaque de densité plus faible, en général une plaque océanique sous une plaque continentale ou sous une plaque océanique plus...). Sont représentés 1) la propagation des ondes (La propagation des ondes est un domaine de la physique s'intéressant aux déplacements des ondes électromagnétiques dans les milieux. On distingue généralement deux...) sismiques dans la Terre 10 secondes après l'initiation de la rupture, délimitée par la sphère (En mathématiques, et plus précisément en géométrie euclidienne, une sphère est une surface constituée de tous les points situés à une même distance d'un point...) (zoom en haut à droite) et 2) la distribution de l'anomalie de gravité (carte superposée à la topographie, en haut à gauche). © Joël Dyon, IPGP, 2016
Dans l'espoir de détecter un tel signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux...), une équipe internationale comprenant des chercheurs de l'IPGP et de l'APC s'est intéressée au méga-séisme de magnitude 9.0 de Tohoku-Oki au Japon, qui s'est produit le 11 mars 2011. Les chercheurs ont réalisé une analyse statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon. D'une façon générale, c'est le...) des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) enregistrées par le gravimètre supraconducteur de Kamioka au Japon, situé à environ 500 km de l'épicentre, et complétées par des données de sismomètres large-bande du réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets »,...) japonais F-net. Ils ont ainsi pu mettre en évidence un signal de gravité lié à la rupture sismique, avec une signification statistique supérieure à 99 % et en accord avec un modèle analytique du signal de gravité.

Cette découverte ouvre de nouvelles perspectives. Ce signal pourrait en effet être utilisé par les systèmes d'alerte rapide aux tremblements de terre, dits EEWS (earthquake early warning system). Actuellement, les EEWS reposent sur la détection des ondes sismiques de compression P, qui arrivent avant les ondes de cisaillement S très destructrices. Ce décalage des temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) d'arrivée (de seulement quelques secondes à proximité de la rupture) est exploité pour alerter la population locale et protéger les équipements et infrastructures à risque (coupure de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.), de l'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la branche de la physique qui étudie les...) et du gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de...), 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. Il pourrait également permettre de déterminer la magnitude exacte d'un séisme dès la fin de la rupture, alors que les méthodes actuelles prennent plusieurs dizaines de minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la carte originale, au crayon, levée sur le terrain. ...).

Toutefois, l'implémentation (Le mot implantation peut avoir plusieurs significations :) 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 (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.).

Ce travail a été en partie financé avec le support du Labex UnivEarthS, de l'ANR ainsi que d'une bourse de thèse (Une thèse (du nom grec thesis, se traduisant par « action de poser ») est l'affirmation ou la prise de position d'un locuteur, à...) IDEX-USPC double-culture.

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Source: CNRS-INSU
 
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