L'intelligence artificielle peut-elle prédire les séismes ? Ici, l'effet d'un tremblement de terre sur une route. © puckillustrations, Fotolia

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L'intelligence artificielle peut-elle prédire les séismes ?

Des décennies de recherche n'ont pas permis de faire progresser significativement la prévision des séismes. Mais une intelligence artificielle (IA), nourrie des données collectées lors d'expériences de simulation de tremblements de terre en laboratoire, semble prometteuse.

  • Lorsque des roches cassent ou se frottent les unes sur les autres dans une faille, des ondes sonores sont générées, et accompagnent les différents types d'ondes sismiques.
  • L'analyse des spectres de ces ondes, réalisée depuis des décennies, n'a pas permis d'en tirer des signaux précurseurs des tremblements de terre permettant de prédire le phénomène à temps pour sauver des vies.
  • Des modèles en laboratoire reproduisant les foyers et les causes des séismes ont fourni des ondes similaires analysables par une intelligence artificielle (IA). Cette dernière semble avoir compris comment il fallait faire pour lire dans ces ondes l'occurrence rapprochée d'un tremblement de terre. Reste à faire des tests dans le monde réel.

Chaque année, environ 10.000 personnes meurent à cause d'un tremblement de terre — que celui-ci se produise sur les continents ou dans les océans, déclenchant alors un tsunami (230.000 personnes ont trouvé la mort de cette façon en 2004 à cause d'un tsunami qui a pris naissance à Sumatra). En 1906, la ville de San Francisco, aux États-Unis, fut frappée par un séisme qui fit des milliers de morts et des centaines de milliers de sans-abri du fait de la fameuse faille de San Andreas ; il existe aussi des bilans équivalents en Chine ou au Japon. Voilà donc pourquoi ces pays possèdent une population importante de sismologues qui étudient les causes et les mécanismes des tremblements de terre, avec l'espoir de les prédire un jour.

Au cours de ces dernières décennies, les chercheurs ont beaucoup appris sur les mécanismes à l'œuvre, mais force est de constater qu'ils ont très peu progressé dans le domaine de la prédiction. Tout ce qui a vraiment pu être fait, c'est l'identification des régions à risque et l'estimation des fréquences — et donc des probabilités de l'occurrence d'un séisme (on sait ainsi qu'il s'en produit un d'important grossièrement tous les vingt ans avec la faille de San Andreas en Californie). Surtout, il est possible d'établir des techniques de construction parasismique pour limiter les dégâts quand il s'en produit un.

Concernant la prédiction, de nouveaux espoirs semblent prendre forme, comme l'explique un article déposé sur arXiv par un groupe de chercheurs du fameux laboratoire de Los Alamos (États-Unis). Le Français Bertrand Rouet-Leduc a en effet entrepris avec des collègues d'utiliser les progrès de l'intelligence artificielle. Une IA a ainsi été nourrie des données collectées en laboratoire par des expériences de simulation analogiques. Et, bien qu'il ne s'agisse pour le moment que d'expériences de laboratoire, justement, avec des modèles qui, comme tous les modèles, ont leur limite de validité et ne peuvent capturer qu'un aspect seulement des phénomènes étudiés, les résultats obtenus sont très encourageants.

Une vidéo de sécurité a filmé les premières secondes du tremblement de terre du 27 avril 2015 à Katmandou, au Népal. On se rend compte de la puissance du séisme lorsqu'un édifice s’effondre après seulement quelques secondes. © Euronews

Le bruit de fond sismique, la clé de la prédiction des séismes ?

En effet, les chercheurs ont, en quelque sorte, reproduit une faille avec des blocs de roches capables de glisser les uns sur les autres quand ils sont soumis à certaines contraintes analogues à celles existant dans un contexte tectonique donné. Au contact de ces blocs formant un sandwich, les physiciens et géologues ont mis des brèches tectoniques, encore appelées « gouges » ou « fault gouges » en anglais. Il s'agit de conglomérats, des fragments de roches détritiques liés entre eux par un ciment naturel.

Sous l'effet des contraintes, de petits séismes se forment, parfois de gros, dans cette faille artificielle. Des ondes sonores se produisent donc, qui peuvent être analysées et mises en corrélation avec les mouvements observés. En soi, ce type d'expérience n'est pas nouveau et les sismologues analysent depuis longtemps les signaux sismiques générés de cette façon, aussi bien en laboratoire que dans le monde réel.

Mais, dans le cas présent, l'IA a fait mieux que l’intelligence humaine en détectant des corrélations passées jusque-là inaperçues entre les signaux enregistrés et l'occurrence d'un séisme. Ce faisant, on obtenait des succès indéniables dans la prédiction des séismes en laboratoire. Paradoxalement, il semble que l'information la plus importante se trouvait cachée dans les ondes sonores produites par les petits séismes et qui avaient été plus ou moins négligées, parce qu'on considérait qu'il s'agissait seulement d'une sorte de bruit de fond.

Reste à savoir ce que l'IA pourra faire en analysant cette fois-ci les données fournies par de nombreux séismes naturels. Bertrand Rouet-Leduc et ses collègues sont prudents à cet égard. Ils soulignent que les expériences en laboratoire reposent sur un modèle analogique qui diffère parfois de manière importante des phénomènes impliqués dans les tremblements de terre réels. Ainsi, les contraintes dites « de cisaillement » sont des ordres de grandeurs plus grands que dans les tremblements de terre réels et les températures des roches impliquées sont également différentes. Dans le meilleur des cas, il faudra attendre quelques années au moins avant d'avoir des résultats.

Pour en savoir plus

Des satellites pour prédire les tremblements de terre

Article du Cnes publié le 27/08/2003

Certains scientifiques pensent pouvoir prédire les tremblements de terre en analysant les petites variations de champ magnétique terrestre. Cette hypothèse va être testée par deux nouveaux satellites.

Le premier, Quakesat, construit par la société privé Quakefinder a été lancé le 30 juin dernier et vient de passer en mode opérationnel. Le deuxième, Demeter, beaucoup plus ambitieux, construit par le CNES (Centre National d'Etudes Spatiales), sera lancé en avril prochain. D'après la théorie, la compression des roches cristallines et le mouvement des eaux souterraines feraient varier le champ magnétique local. Ces variations pourraient être observées depuis l'espace.

Cependant, beaucoup de chercheurs sont sceptiques car les variations du champ magnétique lors d'un tremblement de terre se mesurent en milliardième de tesla (10-9 T). Les fluctuations préliminaires seraient donc encore plus faibles, d'autant plus qu'elles s'atténuent avant d'atteindre le satellite.

Les instruments de Quakesat peuvent mesurer des variations allant jusqu'au millième de milliardième de tesla (10-12 T). La Nasa et l'Usaf ne semblent pas totalement convaincus par le projet mais ont quand même participé à hauteur d'un million de dollars pour le traitement des données au sol.

La sismologie, le stéthoscope qui écoute le cœur de la Terre  « La Terre est opaque mais elle est transparente aux ondes sismiques » nous explique Jean-Paul Montagner, chercheur à l'IPGP (Institut de physique du Globe de Paris), en préambule de cette vidéo. Nous plongeons grâce à elle dans les entrailles de la Terre, pour y observer sa structure et comprendre l'origine des séismes.