Les données satellitaires gravimétriques mettent en évidence les déformations profondes avant le séisme de Tohoku
Publié par Adrien le 20/04/2018 à 00:00
Source: CNRS-INSU
Grâce aux mesures satellitaires du champ de gravité, des chercheurs français observent les mouvements profonds au sein de notre planète, et proposent donc un meilleur suivi de la déformation précédant les séismes géants des zones de subduction comme celui de Tohoku au Japon en 2011. Réalisée en collaboration entre 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 est un tel...) National de l'Information Géographique et Forestière et l'Institut de Physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) 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 bassin parisien, entre les confluents de la...), et Géosciences Environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux...) Toulouse, cette étude est publiée le 9 avril dans la revue Nature Geoscience.

Les séismes géants, comme celui au large de Tohoku, au Japon, en 2011, sont une manifestation extrême de la tectonique des plaques (La tectonique des plaques (d'abord appelée dérive des continents) est le modèle actuel du fonctionnement interne de la Terre. Elle est l'expression en surface de la convection qui se déroule dans le manteau terrestre.). Ils se produisent le plus souvent dans les zones 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...), lorsqu'une plaque océanique rencontre une plaque continentale et plonge dans le manteau terrestre. Le long de certaines portions, le mouvement de la plaque plongeante déforme la plaque continentale de manière continue durant toute la période inter-sismique. Ces déformations sont mesurées très finement par des mesures géodésiques de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est...). Mais de telles mesures ne permettent malheureusement pas de suivre les déformations profondes au sein du manteau, ni de prédire avec suffisamment de précision la taille des séismes et le moment où ils se produisent.


Figure 1: La zone de subduction japonaise. Les frontières de plaques sont indiquées en lignes orange.

L'observation (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 appropriés. Le plaisir procuré explique la très...) satellitaire offre de nouvelles perspectives. Grâce aux mesures de gravimétrie obtenues par les satellites (Satellite peut faire référence à :) GRACE, une image plus complète des mouvements des plaques à proximité des zones de subduction peut être obtenue. En effet ces mesures du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) permettent de détecter les redistributions de masses en profondeur, liées à ces mouvements tectoniques. Les variations du champ de gravité sont cartographiées chaque mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) avec une couverture spatiale homogène jusqu'à 400 km de résolution. Elles offrent une information sans équivalent pour détecter, à des échelles spatiales et temporelles intermédiaires, les mouvements profonds au sein de notre planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour...).


Figure 2: Séquence spatio-temporelle des signaux gravimétriques régionaux associés au séisme de Tohoku (exprimés en gradients de gravité, voir encart du bas). Les variations de gravité démarrent dans les mois précédant la rupture, et se propagent d'ouest (L’ouest est un point cardinal, opposé à l'est. C'est la direction vers laquelle se couche le Soleil à l'équinoxe, le couchant (ou ponant).) en est tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre...) des frontières de plaques, c'est-à-dire du côté profond de la zone de subduction vers la surface et l'intérieur de deux plaques océaniques. Géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis le XVIIIe siècle, les figures d'autres types d'espaces...) de la plaque Pacifique subduite: Hayes et al. (2012).

L'analyse des données (L’analyse des données est un sous domaine des statistiques qui se préoccupe de la description de données conjointes. On cherche par ces méthodes à donner les liens pouvant exister entre les différentes...) satellitaires du champ de gravité a permis à une équipe de chercheurs français de mettre en évidence et replacer dans un scénario global la séquence de transferts de masses associés au séisme géant de Tohoku (Mw 9.0, 11 mars 2011), et notamment de démontrer qu'ils étaient initiés en profondeur quelques mois avant la rupture. En plus des variations de gravité extrêmes concentrées au voisinage (La notion de voisinage correspond à une approche axiomatique équivalente à celle de la topologie. La topologie traite plus naturellement les notions globales comme la continuité qui s'entend ici comme la...) de l'épicentre, ils ont détecté des changements précurseurs dans la gravité terrestre sur plus de 2000 km tout le long de la subduction des plaques Pacifique et Philippine sous la plaque Eurasienne. Ces signaux nous montrent que la rupture géante (Une étoile géante est une étoile de classe de luminosité II ou III. Dans le diagramme de Hertzsprung-Russell, les géantes forment deux branches...) fait partie d'une déformation à l'échelle régionale, qui migre de la profondeur vers la surface à travers tout le système de subduction, sur des périodes de quelques mois à quelques années. Les anomalies précédant la rupture reflètent probablement un étirement de la plaque Pacifique vers 250 km de profondeur à mesure qu'elle plonge dans le manteau. La dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une pièce de...) spatiale des mouvements précurseurs trouve écho dans les variations de gravité co- et post-sismiques, qui suggèrent une augmentation de la vitesse (On distingue :) de deux plaques océaniques, Pacifique et Philippine, après la rupture, sur une section de 2000-km le long des frontières de plaques.

Ces résultats démontrent le potentiel de la gravimétrie satellitaire pour étudier l'aléa sismique dans le contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui l'entourent. Le concept de contexte issu traditionnellement...) des processus de subduction. Ils fournissent des informations uniques sur des périodes de l'ordre du mois à des échelles régionales (entre 500 et 2000 km). Il est maintenant nécessaire de chercher si de telles variations de gravité existent également avant les autres séismes géants qui se sont produits depuis le lancement de GRACE, ouvrant alors des perspectives nouvelles dans la détection de précurseurs des ruptures géantes.
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