Fabriquer des nanoséismes en laboratoire

Publié par Adrien le 24/05/2021 à 09:00
Source: CNRS INP
A l'aide d'un simple assemblage de billes de verres comprimé, des chercheurs sont parvenus à reproduire précisément le glissement de deux plaques tectoniques l'une contre l'autre, un phénomène à l'origine des tremblements de terre.

Le glissement des plaques tectoniques le long des failles sismiques engendre des tremblements de terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) parfois dévastateurs. Encore essentiellement imprévisibles de nos jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) malgré plus d'un siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui...) d'études, les séismes obéissent pourtant à des lois statistiques (La statistique est à la fois une science formelle, une méthode et une technique. Elle...) universelles. L'origine de ces lois, établies empiriquement au XXème siècle, reste en partie obscure. La création en laboratoire de failles modèles reproduisant les caractéristiques statistiques des tremblements de terre naturels constitue donc un enjeu fondamental pour leur compréhension.


Gauche: bandes de cisaillement dans un milieu granulaire comprimé.
Droite: faille de San Andreas (La faille de San Andreas , située en Californie, est une faille géologique, en décrochement, à...).Centre: Corrélation des déformations pour ces deux systèmes.
© Jérôme Crassous, IPR.

Une équipe pluridisciplinaire associant des physiciens de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) de Rennes (IPR, CNRS/Univ. Rennes 1) à des géophysiciens de l'Institut des sciences de la Terre (ISTERRE, CNRS/Univ. Savoie Mont Blanc/IRD/Univ. Grenoble Alpes) a mis au point (Graphie) dans une expérience une faille modèle reproduisant fidèlement, à l'échelle du laboratoire, les propriétés des failles terrestres naturelles.

Dans cette expérience, un milieu granulaire composé de billes de verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile...) est lentement comprimé. Après une phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) transitoire, un plan de glissement se forme spontanément entre deux blocs frottant l'un contre l'autre, à la manière de deux plaques tectoniques de la croûte terrestre (La croûte terrestre est la partie superficielle et solide du matériau dont est faite la Terre....). Grâce à une méthode interférométrique, les chercheurs ont montré que le glissement le long de cette faille modèle s'opère sous la forme d'une succession de petits glissements assimilables à des nanoséismes. Ils sont de vingt ordres de grandeur (1020) moins énergétiques que les séismes naturels, mais caractérisés par des lois statistiques en tous points similaires à celles des tremblements de terre, que ce soit les distributions des magnitudes (loi de Gutenberg-Richter), l'occurrence de répliques (loi d'Omori et loi de productivité), et les corrélations existantes entre occurrences de séismes. Par exemple, la succession des tremblements de terre dans une même région est comparable temporellement à la succession des nanoséismes en laboratoire (figure). Comparée à d'autres techniques, l'interférométrie (L'interférométrie est une méthode de mesure qui exploite les interférences intervenant entre...) permet à la fois de mesurer ces très petits déplacements, mais aussi de les visualiser, ce qui serait impossible avec des méthodes plus classiques, notamment acoustiques. Ces travaux sont publiés dans la revue Communications Earth & Environment le 14 mai 2021.

En modélisant la croûte terrestre avec de simples billes de verre, les chercheurs sont parvenus à une description la plus simple qui soit d'un tel système. Ce modèle de faille sismique réaliste et élémentaire permet des études jusqu'ici inenvisageables à l'échelle de la tectonique (La tectonique (du grec « τ?κτων » ou « tekt?n »...) terrestre. Par exemple, l'origine de la dépendance temporelle des répliques est toujours débattue. Ce dispositif permettrait d'estimer l'implication des vitesses relatives des plaques dans l'occurrence des répliques, et de la distinguer d'une dépendance purement temporelle. Il offre également la possibilité d'étudier l'effet d'un bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son....) mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) (par exemple de la fracturation hydraulique) comme source possible de déclenchement de tremblements de terre.

Référence:
Micro-slips in an experimental granular shear band replicate the spatiotemporal characteristics of natural (Natural est un langage de programmation semi-compilé, édité par la société...) earthquakes.
D. Houdoux, A. Amon, D. Marsan, J. Weiss et J. Crassous,Communications Earth & Environment.Publié le 14 mai 2021.
DOI: 10.1038/s43247-021-00147-1
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