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Des tremblements de terre au ralenti? Analyser les tremblements de terre silencieux avec un algorithme d’apprentissage automatique

À l’aide d’un modèle de calcul, une équipe internationale de chercheurs a examiné les étapes de formation des ruptures lentes dans la croûte terrestre avant la détection d’une secousse.

Recherche fondamentale

Les sismologues ne peuvent pas prédire les tremblements de terre, mais ils peuvent calculer la probabilité de séismes majeurs le long d’une certaine faille sur une période donnée. Communément appelés séismes lents, ces tremblements de terre semblables aux séismes soudains ordinaires mais qui se produisent sur des périodes beaucoup plus longues (généralement de quelques jours à quelques mois) sont fréquemment étudiés par les géoscientifiques. La compréhension de ces séismes modérés, apparemment ralentis, permet de faire la lumière sur la mécanique des tremblements de terre et la physique qui régit leur synchronisation et leur magnitude. Une équipe de scientifiques, en partie soutenue par le projet GEO-4D financé par l’UE, a révélé des caractéristiques statistiques distinctes marquant la période qui conduit à des ruptures lentes dans la croûte terrestre, des mois avant que la secousse ou les données du système de positionnement mondial (GPS) ne détectent un glissement dans les plaques tectoniques. Un communiqué de presse du Laboratoire national de Los Alamos résume l’étude qui a été publiée dans la revue «Nature Communications». «Compte tenu de la similitude entre les séismes lents et les tremblements de terre classiques, ces signatures distinctes pourraient également aider les géophysiciens à comprendre le timing des tremblements de terre plus rapides et tellement dévastateurs.»

Des séismes lents prévisibles

L’équipe a étudié, à l’aide d’un modèle d’apprentissage automatique, des ondes sismiques continues sur la période allant de 2009 à 2018, à partir des données du Pacific Northwest Seismic Network qui suit les mouvements de la terre dans la région des Cascades. L’auteur principal, Claudia Hulbert, de l’École normale supérieure et du Laboratoire national de Los Alamos, coordinatrice du projet GEO-4D, commente: «Le modèle d’apprentissage automatique a permis de constater que, vers la fin du cycle de séisme lent, un instantané des données s’imprègne d’informations fondamentales concernant la défaillance prochaine du système.» Selon Claudia Hulbert, les conclusions de l’équipe «permettent de penser qu’il pourrait bien être possible de prévoir les ruptures lentes et, parce que les séismes lents ont beaucoup en commun avec les tremblements de terre, ils pourraient fournir un moyen plus commode d’étudier la physique fondamentale de rupture de la croûte terrestre.» Les chercheurs ont calculé plusieurs «caractéristiques statistiques liées à l’énergie des signaux de faible amplitude», selon le même communiqué de presse qui précise: «La caractéristique la plus importante pour la prédiction du séisme lent dans les données des Cascades est la puissance sismique, qui correspond à l’énergie sismique, dans des bandes de fréquences particulières associées aux événements de séisme lent.» L’étude a également révélé qu’un «séisme lent commence souvent par une accélération exponentielle sur la faille, une force si faible qu’elle échappe à la détection des capteurs sismique.» Le communiqué de presse du Laboratoire national de Los Alamos ajoute que «les algorithmes d’apprentissage automatique supervisés par l’équipe sont transparents, ce qui signifie que l’équipe peut voir les caractéristiques que l’apprentissage automatique utilise pour prédire à quel moment la faille va glisser. Cela permet également aux chercheurs de comparer ces caractéristiques avec les caractéristiques les plus importantes des expériences effectuées en laboratoire pour estimer les temps de défaillance.» Des séismes lents ont été observés pour la première fois il y a environ vingt ans par des géoscientifiques qui, grâce à la technologie GPS, ont suivi des glissements de l’écorce terrestre autrement indétectables. Ces événements se produisent lorsque les plaques tectoniques se déplacent extrêmement lentement les unes par rapport aux autres, comme une secousse au ralenti. Un phénomène de séisme lent qui se produit sur plusieurs semaines peut libérer la même quantité d’énergie qu’un tremblement de terre de magnitude 7,0 et d’une durée d’une minute. Cependant, ces séismes récurrents libèrent très lentement cette énergie, de sorte que la déformation qu’ils provoquent à la surface est de l’ordre du millimètre. Le projet GEO-4D (Geodetic data assimilation: Forecasting Deformation with InSAR) se concentre sur le développement d’un outil basé sur des procédures d’apprentissage automatique qui combine les capacités de détection de diverses données, notamment les informations fournies par la mission satellitaire Sentinel-1, afin de construire des séries chronologiques des mouvements du sol. Pour plus d’informations, veuillez consulter: le projet GEO-4D

Mots‑clés

GEO-4D, tremblement de terre, séisme lent, apprentissage automatique, Laboratoire national de Los Alamos

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