Les dégâts causés par le séisme et le tsunami de 2011 au Japon. © U.S. Navy, Mass Communication Specialist 3rd Class Dylan McCord – domaine public, Wikimedia Commons
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Un algorithme pour détecter le plus vite possible un séisme

ActualitéClassé sous :Terre , Séisme , ondes sismiques

S'il est pour l'instant impossible de prévoir un séisme, les chercheurs tentent de réduire au maximum le délai de détection. Car le temps est précieux, notamment dans le cas de grands séismes capables de produire des tsunamis. Une équipe de chercheurs vient ainsi de mettre au point un algorithme capable de détecter instantanément le signal élastogravitaire produit lors d'un séisme.

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La Terre est secouée chaque jour par de nombreux tremblements de terre, plus ou moins puissants. Si la plupart ne sont même pas ressentis par la population, certains peuvent être très destructeurs et meurtriers, surtout quand ils génèrent des vagues de tsunami.

Pourtant, prévoir les grands tremblements de terre reste pour l'instant du domaine de la fiction. Aujourd'hui, la lutte contre le risque sismique repose principalement sur la détection précoce des tremblements de terre, et la mise en place de systèmes d'alerte. Et dans ce contexte, le temps compte énormément. Par exemple, lors du séisme de Sumatra en 2004, la vague dévastatrice n'est arrivée sur les côtes indonésiennes que quelques minutes seulement après la secousse. Ce cas tragique, qui a causé la disparition de plus de 250.000 personnes, montre à quel point il est crucial de développer des méthodes permettant de caractériser le plus rapidement possible la magnitude d’un séisme et d'émettre une alerte si nécessaire.

Arrivée du tsunami lors du séisme de Sumatra en 2004. Mettre en place des alertes précoces est essentiel pour sauver des vies. © David Rydevik, Wikimedia Commons, domaine public

Des minutes qui comptent

Actuellement, les systèmes d'alerte précoce basés sur la réception et l'analyse des ondes sismiques ne permettent pas d'estimer précisément et rapidement, en quelques secondes ou minutes, la magnitude des grands tremblements de terre. Il s'agit pourtant d'une donnée essentielle qui permet notamment d'estimer le risque de tsunami. Le problème réside dans le fait que les ondes sismiques voyagent à une certaine vitesse dans le sous-sol (6 km/s pour les plus rapides) et qu'il y a donc une latence entre la survenue d'un séisme et sa détection par les stations sismologiques. Il faut ensuite analyser le signal reçu pour estimer les caractéristiques de la rupture. Même si ce procédé ne prend que quelques minutes, il s'agit d'un temps perdu pour l'annonce d'une potentielle alerte.

Lors d'un séisme, les ondes émises mettent un certain temps à voyager jusqu'aux stations sismologiques, induisant un délai dans la détection des tremblements de terre. © Lorangeo, à partir d'un travail de Dollynarak, CC by-sa 3.0, Wikimedia Commons

Avoir accès à la magnitude d'un séisme en temps réel, au moment où il survient, est donc d'une importance capitale pour la sauvegarde des populations situées dans les zones à risques. Certaines études se sont ainsi focalisées sur d'autres méthodes de détection que celles utilisant les ondes sismiques. Récemment, des scientifiques ont ainsi découvert que les grands séismes peuvent produire des perturbations de la gravité terrestre. En effet, un séisme se caractérise par le déplacement brusque d'importantes masses rocheuses. Ce mouvement induit inévitablement une variation de densité au sein du sous-sol, qui, en retour, modifie le champ de gravité terrestre. Cette perturbation de la gravité se fait de manière simultanée au séisme et son signal, qui se propage à la vitesse de la lumière peut être, en théorie, détectée instantanément.

Un signal élastogravitaire qui arrive avant les ondes sismiques

En théorie, car il n'existe actuellement pas d'équipement capable de détecter de manière directe ces infimes variations de gravité. En attendant qu'ils soient développés, des chercheurs de Géoazur, à Sophia Antipolis (dans les Alpes-Maritimes), ont mis au point un système d'intelligence artificielle permettant de traiter les signaux élastogravitaires reçus par les sismomètres déjà en place. Ces instruments, qui enregistrent en temps normal les mouvements du sol, sont en effet également capables de mesurer les perturbations de la gravité combinées à la réponse élastique du sol. La détection de ces signaux est cependant très difficile. L'amplitude de la perturbation de la gravité est en effet très faible et la réponse élastique associée tend à effacer les traces de ce signal sur l'enregistrement des sismomètres. Pourtant, ce signal arrive bel et bien avant les ondes P, qui sont les plus rapides. Un gain de temps qui pourrait aller jusqu'à quelques dizaines de secondes.

Exemple de sismogramme pour le séisme ayant eu lieu au Pakistan en 2005. On voit en premier l’arrivée des ondes P, puis les ondes S. Le fort train d’onde qui arrive ensuite correspond aux ondes de surface. Les ondes élastogravitaires (non visibles sur les sismogrammes) arrivent plusieurs secondes avant les ondes P. © Banque de Schémas de l’académie de Dijon

Obtenir la magnitude d’un séisme en temps réel et lancer immédiatement une alerte au tsunami

Le deuxième avantage de cette méthode est que ces signaux ne peuvent pas saturer les sismomètres et produisent donc une information complète, qui permet d'estimer la magnitude d'un séisme de manière précise. Ce n'est pas toujours le cas des ondes sismiques P, qui ont tendance à saturer les enregistrements des sismomètres localisés à proximité de l'épicentre des grands séismes. L'analyse du signal élastogravitaire d'une seule source permettrait donc d'avoir immédiatement une valeur précise et fiable de la magnitude et du mécanisme de la faille à l'origine du séisme.

Dans un article paru dans la revue Nature, les chercheurs de Géoazur montrent comment ce signal, jusqu'à présent considéré comme du bruit sur les sismogrammes, peut permettre de détecter un séisme en temps réel. Leur méthode se base sur un nouvel algorithme qui permet d'analyser en direct ce signal élastogravitaire pour avoir immédiatement une valeur de magnitude et émettre dans le même temps une alerte au tsunami.

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