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Posté par Redbran le Mercredi 06/12/2017 à 12:00
De nouveaux signaux précoces pour quantifier la magnitude des forts séismes

Schéma de principe du sismomètre. ©IPGP
A la suite d'un tremblement de terre, une perturbation du champ de gravité se produit quasi-instantanément, et pourrait donc être enregistrée avant les ondes sismiques habituellement analysées par les sismologues. Dans une étude publiée dans la revue Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient...) le 1er décembre 2017, une équipe constituée de chercheurs du 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).), de l'IPGP, de l'université 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...) Diderot (1) et de Caltech, est parvenue à observer ces faibles signaux liés à la gravité et à comprendre leur origine. De par leur sensibilité à la magnitude des séismes, ces signaux pourront jouer un rôle important dans l'identification précoce de l'occurrence d'un séisme majeur.

Ce sujet d'étude est né de l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose...) entre des sismologues voulant mieux comprendre les séismes et de physiciens développant des mesures fines de la gravité en vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) de la détection des ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de...) gravitationnelles. Les 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...) changent brutalement l'équilibre des forces dans la Terre et émettent ainsi des ondes sismiques dont les conséquences peuvent être dévastatrices. Mais ces mêmes ondes ont aussi l'effet de perturber faiblement le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de gravité terrestre, ce qui est à l'origine de l'émission d'un autre signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont...). Ce dernier est particulièrement intéressant dans une perspective de quantification rapide des séismes car il se transmet à la vitesse (On distingue :) de la lumière, contrairement aux ondes sismiques qui se propagent à des vitesses entre 3 et 10 km/s. Ainsi, pour une station située à 1000 km de l'épicentre, les sismomètres peuvent potentiellement détecter ce signal plus de deux 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,...) avant l'arrivée des ondes sismiques.

Les travaux présentés ici, qui font suite à la première mise en évidence de ce signal en 2016 (2), permettent d'en approfondir grandement les connaissances. Dans un premier temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), les scientifiques sont en effet parvenus à observer ces signaux sur les données d'une dizaine de sismomètres situés entre 500 et 3000 km de l'épicentre du séisme du Japon de 2011 (magnitude 9.1). A partir de leurs observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude...), les chercheurs ont ensuite démontré que ces signaux sont dus à deux effets. Le premier effet est le changement de gravité se produisant à l'emplacement du sismomètre, qui modifie la position d'équilibre de la 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 l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la masse...) de l'instrument. Le deuxième effet, indirect, est dû au changement de gravité partout dans la Terre, qui perturbe l'équilibre des forces et produit de nouvelles ondes sismiques qui atteindront le sismomètre.

En prenant en compte ces deux effets, les chercheurs ont montré que ce signal lié à la gravité est très sensible à la magnitude du tremblement (Les tremblements sont des mouvements anormaux involontaires, rythmiques et oscillatoires, de faible amplitude. Ils peuvent être uni ou bilatéraux.) de terre, ce qui fait de lui un bon candidat pour quantifier rapidement la magnitude des forts séismes. Le défi futur est de parvenir à exploiter ce signal pour des magnitudes inférieures à 8-8.5 car en-dessous de ce seuil, le signal est trop faible par rapport au bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une sensation auditive.) sismique naturellement émis par la Terre, et le dissocier de ce bruit est compliqué. Plusieurs technologies, dont certaines inspirées des instruments développés pour la détection des ondes gravitationnelles, sont ainsi envisagées pour faire un nouveau pas en avant dans la détection de ces précieux signaux.

Notes:
(1) Les laboratoires français impliqués dans cette étude sont:
- l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics...) 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...) du globe de Paris (CNRS/IPGP/Université Paris Diderot)
- le laboratoire Astroparticule et cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système physique.) (CNRS/Université Paris Diderot/CEA/Observatoire de Paris)
(2) J.-P. Montagner et al., Nat. Commun. 7, 13349 (2016).


Références publication:
Observations and modeling of the elastogravity signals preceding direct seismic waves. Martin Vallée, Jean Paul Ampuero, Kévin Juhel, Pascal Bernard, Jean-Paul Montagner, Matteo Barsuglia. Science, le 1 décembre 2017, DOI: 10.1126/science.aao0746

Contacts chercheurs:
- Chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le...) IPGP | Martin Vallée
- Presse CNRS l Anaïs Culot

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Source: CNRS