Une période de mouvements lents et rampants, sans aucune secousse, peut être un prélude nécessaire à tremblements de terresuggère une nouvelle étude.
La recherche, qui portait sur les principes fondamentaux de la rupture des matériaux, s’est concentrée sur les fissures serpentant à travers des feuilles de plastique en laboratoire. Mais les expériences ont révélé quelques principes physiques de base sur le fonctionnement des fractures, en particulier sur la façon dont une accumulation de friction à l’interface de deux corps se transforme en une rupture soudaine. Et ces résultats s’appliquent aux tremblements de terre réels, a déclaré l’auteur de l’étude. Jay Finebergphysicien à l’Université hébraïque de Jérusalem.
« Le matériau composant les plaques de contact n’aura pas d’importance », a déclaré Fineberg à Live Science. « Le même processus physique aura lieu dans les deux cas : le ressort explosif des plaques pliées se libérera de la même manière. »
Les tremblements de terre se forment lorsque deux plaques tectoniques en mouvement l’une contre l’autre se coincent, permettant à la faille d’accumuler des contraintes. « Les plaques sont de plus en plus sollicitées par les forces qui tentent de les déplacer, mais restent coincées au niveau de la partie fragile de l’interface qui les sépare », a expliqué Fineberg. Cette section fragile, qui ne se déforme pas en réponse aux contraintes, a une épaisseur finie et c’est ce qui se brise lors d’un séisme.
« Le processus de fracture ne se produit pas d’un seul coup. Il faut d’abord créer une fissure », a déclaré Fineberg. Lorsque cette fissure atteint les limites de l’interface fragile, elle accélère rapidement jusqu’à des vitesses proches de la vitesse du son. C’est ce qui fait trembler la terre.
« La question est de savoir comment la nature crée la fissure qui devient ensuite un tremblement de terre ? » Fineberg.
Fineberg et ses collègues ont étudié la question en combinant des mathématiques théoriques et des expériences en laboratoire. Ils reproduisent en laboratoire des fractures semblables à celles d’un tremblement de terre avec des blocs constitués d’un thermoplastique appelé polyméthacrylate de méthyle, mieux connu sous le nom de plexiglas. Les chercheurs serrent les feuilles de plexiglas ensemble et appliquent une force de cisaillement, ou latérale, similaire à celles trouvées dans une faille de décrochement comme celle de Californie. Faille de San Andreas. Même si les matériaux sont différents, la mécanique de la fracture est la même.
Une fois qu’une fissure commence, elle agit comme une ligne unidimensionnelle déchirant le matériau. Fineberg et son équipe avait montré auparavant Mais avant la formation de la fissure, le matériau développe une sorte de phase précurseur appelée front de nucléation. Ces fronts de nucléation – germes des fissures – se déplacent à travers le matériau, mais beaucoup plus lentement que les fissures classiques. Il n’était pas clair comment cette graine pouvait rapidement se transformer en une fracture rapide.
Fineberg et ses collègues étaient perplexes quant à la manière dont cela pouvait se produire. En combinant des expériences en laboratoire et des calculs théoriques, ils ont réalisé qu’ils avaient besoin d’une mise à jour mathématique : les fronts de nucléation doivent être modélisés en 2D et non en 1D.
Au lieu de considérer une fissure comme une ligne séparant le matériau brisé du matériau ininterrompu, a déclaré Fineberg, imaginez la fissure comme une zone qui commence dans le plan où se rencontrent deux « plaques » de plexiglas. L’énergie nécessaire pour briser un nouveau matériau à la limite du patch est liée au périmètre du patch : à mesure que le périmètre s’agrandit, l’énergie nécessaire pour que le nouveau matériau se fissure augmente également.
Cela signifie que la zone se déplace lentement et ne provoque pas encore de fracture rapide qui créerait les ondes sismiques et les mouvements de secousses associés à un tremblement de terre. Alors que l’accélération rapide d’une fissure standard et rapide libère de l’énergie cinétique dans le matériau environnant, le mouvement lent de la pièce initiale ne libère aucune énergie cinétique dans son environnement. Par conséquent, son mouvement est appelé « asismique ».
Finalement, cependant, la zone s’étend en dehors de la zone fragile où les deux plaques se rencontrent. En dehors de cette zone, l’énergie nécessaire pour briser un nouveau matériau n’augmente plus avec la taille de la région brisée, et au lieu d’un équilibre énergétique, il y a maintenant un excès d’énergie qui doit aller quelque part.
« Cette énergie supplémentaire provoque désormais le mouvement explosif de la fissure », a déclaré Fineberg.
Les résultats, publiés le 8 janvier dans la revue Naturemontrent comment un lent fluage avant une fissure peut rapidement se transformer en un tremblement de terre, a-t-il déclaré. Théoriquement, si l’on pouvait mesurer le mouvement asismique avant une rupture – sur une ligne de faille, par exemple, ou même dans un objet mécanique comme une aile d’avion – il serait possible de prédire une rupture avant qu’elle ne se produise. Cela peut être compliqué dans le cas de failles réelles, dont beaucoup subissent un fluage asismique sur de longues périodes. sans déclencher de tremblements de terre.
Néanmoins, Fineberg et son équipe tentent désormais de détecter des signes de transition de l’asismique au sismique dans leurs matériaux de laboratoire.
« Dans le laboratoire, nous pouvons observer cette chose se dérouler et écouter les bruits qu’elle fait », a déclaré Fineberg. « Alors peut-être pouvons-nous découvrir ce que vous ne pouvez pas vraiment faire en cas de faille réelle, car vous n’avez aucune information détaillée sur ce que fait un tremblement de terre jusqu’à ce qu’il explose. »