Le matin du 4 juillet 2019, un tremblement de terre de magnitude 6,4 a frappé la vallée de Searles dans le désert de Mojave en Californie, avec des impacts ressentis dans le sud de la Californie. Environ 34 heures plus tard, le 5 juillet, la ville voisine de Ridgecrest a été frappée par un tremblement de terre de magnitude 7,1, une secousse ressentie par des millions de personnes dans tout l’État de Californie et dans les communautés voisines de l’Arizona, du Nevada et même de la Basse-Californie, au Mexique.
Connus sous le nom de tremblements de terre de Ridgecrest – les plus grands tremblements de terre à avoir frappé la Californie en plus de 20 ans – ces événements sismiques ont entraîné d’importants dommages structurels, des pannes de courant et des blessures. L’événement M6.4 à Searles Valley a ensuite été considéré comme le choc de l’événement M7.1 à Ridgecrest, qui est maintenant considéré comme le choc principal. Les deux tremblements de terre ont été suivis d’une multitude de répliques.
Les chercheurs ont été déconcertés par la séquence de l’activité sismique. Pourquoi a-t-il fallu 34 heures pour que le choc précurseur déclenche le choc principal ? Comment ces tremblements de terre ont-ils « sauté » d’un segment d’un système de failles géologiques à un autre ? Les tremblements de terre peuvent-ils « parler » entre eux dans un sens dynamique ?
Pour répondre à ces questions, une équipe de sismologues de la Scripps Institution of Oceanography de l’UC San Diego et de l’Université Ludwig Maximilian de Munich (LMU) a mené une nouvelle étude axée sur la relation entre les deux grands tremblements de terre, qui se sont produits le long d’un système à plusieurs failles. L’équipe a utilisé un superordinateur puissant qui a incorporé des modèles basés sur des données et basés sur la physique pour identifier le lien entre les tremblements de terre.
Alice Gabriel, sismologue de Scripps Oceanography, qui travaillait auparavant au LMU, a dirigé l’étude avec son ancien doctorant au LMU, Taufiq Taufiqurrahman, et plusieurs co-auteurs. Leurs conclusions ont été publiées le 24 mai dans la revue Nature en ligne et paraîtra dans l’édition imprimée du 8 juin.
« Nous avons utilisé les plus gros ordinateurs disponibles et peut-être les algorithmes les plus avancés pour essayer de comprendre cette séquence vraiment déroutante de tremblements de terre survenus en Californie en 2019 », a déclaré Gabriel, actuellement professeur agrégé à l’Institut de géophysique et de physique planétaire de Scripps. Océanographie. « Le calcul haute performance nous a permis de comprendre les facteurs déterminants de ces grands événements, ce qui peut aider à éclairer l’évaluation et la préparation des risques sismiques. »
Comprendre la dynamique des ruptures multi-failles est important, a déclaré Gabriel, car ces types de tremblements de terre sont généralement plus puissants que ceux qui se produisent sur une seule faille. Par exemple, le doublet séisme Turquie-Syrie qui s’est produit le 6 février 2023 a entraîné d’importantes pertes en vies humaines et des dégâts considérables. Cet événement a été caractérisé par deux tremblements de terre distincts qui se sont produits à seulement neuf heures d’intervalle, les deux traversant plusieurs failles.
Lors des tremblements de terre de Ridgecrest de 2019, qui ont pris naissance dans la zone de cisaillement de l’est de la Californie le long d’un système de failles décrochantes, les deux côtés de chaque faille se sont déplacés principalement dans une direction horizontale, sans mouvement vertical. La séquence du tremblement de terre a cascadé à travers des failles « antithétiques » entrelacées et jusque-là inconnues, des failles mineures ou secondaires qui se déplacent à des angles élevés (près de 90 degrés) par rapport à la faille majeure. Au sein de la communauté sismologique, il reste un débat en cours sur les segments de faille qui ont activement glissé et sur les conditions qui favorisent l’apparition de tremblements de terre en cascade.
La nouvelle étude présente le premier modèle multi-défauts qui unifie les sismogrammes, les données tectoniques, la cartographie de terrain, les données satellitaires et d’autres ensembles de données géodésiques spatiales avec la physique des tremblements de terre, alors que les modèles précédents sur ce type de tremblement de terre étaient purement basés sur les données.
« À travers le prisme de la modélisation infusée de données, renforcée par les capacités du supercalcul, nous démêlons les subtilités des séismes conjugués multi-défauts, faisant la lumière sur la physique régissant la dynamique de rupture en cascade », a déclaré Taufiqurrahman.
En utilisant le supercalculateur SuperMUC-NG du Leibniz Supercomputing Center (LRZ) en Allemagne, les chercheurs ont révélé que les événements de Searles Valley et de Ridgecrest étaient en effet connectés. Les tremblements de terre ont interagi à travers un système de failles statiquement fort mais dynamiquement faible, entraîné par des géométries de failles complexes et un faible frottement dynamique.
La simulation de rupture 3D de l’équipe illustre comment les failles considérées comme fortes avant un tremblement de terre peuvent devenir très faibles dès qu’il y a un mouvement rapide du tremblement de terre et explique la dynamique de la façon dont plusieurs failles peuvent se rompre ensemble.
« Lorsque des systèmes de failles se rompent, nous assistons à des interactions inattendues. Par exemple, des cascades de tremblements de terre, qui peuvent sauter d’un segment à l’autre, ou un tremblement de terre entraînant le suivant à emprunter une trajectoire inhabituelle. Le tremblement de terre peut devenir beaucoup plus important que ce que nous aurions ‘ je m’y attendais », a déclaré Gabriel. « C’est quelque chose qui est difficile à intégrer dans les évaluations des risques sismiques. »
Selon les auteurs, leurs modèles ont le potentiel d’avoir un « impact transformateur » sur le domaine de la sismologie en améliorant l’évaluation des risques sismiques dans les systèmes actifs multi-fautes qui sont souvent sous-estimés.
« Nos résultats suggèrent que des types de modèles similaires pourraient intégrer davantage de physique dans l’évaluation et la préparation des risques sismiques », a déclaré Gabriel. « Avec l’aide de superordinateurs et de la physique, nous avons sans doute dévoilé l’ensemble de données le plus détaillé d’un modèle complexe de rupture de tremblement de terre. »
L’étude a été soutenue par le programme de recherche et d’innovation Horizon 2020 de l’Union européenne, Horizon Europe, la National Science Foundation, la German Research Foundation et le Southern California Earthquake Center.
En plus de Gabriel et Taufiqurrahman, l’étude a été co-écrite par Duo Li, Thomas Ulrich, Bo Li et Sara Carena de l’Université Ludwig Maximilian de Munich, Allemagne ; Alessandro Verdecchia de l’Université McGill à Montréal, au Canada, et de l’Université de la Ruhr à Bochum en Allemagne ; et Frantisek Gallovic de l’Université Charles de Prague, en République tchèque.
