Une nouvelle étude suggère qu’une période de mouvement lent et rampant sans aucune secousse pourrait être un prélude nécessaire aux tremblements de terre. La recherche, qui a porté sur les principes fondamentaux de la rupture des matériaux, s’est concentrée sur les fissures serpentant à travers les 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 Fineberg, physicien à l’Université hébraïque de Jérusalem.
“Peu importe le matériau dont sont faites les plaques de contact”, a déclaré Fineberg à Live Science. « Le même processus physique aura lieu dans les deux cas : le ressort explosif des plaques pliées se déclenchera 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 dans 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 en cas de tremblement de terre.
« Le processus de fracture ne se produit pas d’un seul coup. Premièrement, une fissure doit être créée », 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 : comment la nature crée-t-elle la fissure qui se transforme ensuite en tremblement de terre ? » Fineberg.
Fineberg et ses collègues ont étudié la question en combinant mathématiques théoriques et 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 attachent des feuilles de plexiglas ensemble et appliquent une force de cisaillement ou latérale similaire à celles trouvées sur une faille de décrochement comme la faille de San Andreas en Californie. Même si les matériaux sont différents, la mécanique de rupture est la même.
Une fois qu’une fissure commence, elle agit comme une ligne unidimensionnelle qui déchire le matériau. Fineberg et son équipe avaient déjà montré qu’avant la formation de la fissure, le matériau développait 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. On ne savait pas 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. Grâce à une combinaison d’expériences en laboratoire et de calculs théoriques, ils ont réalisé qu’ils avaient besoin d’une mise à jour mathématique : les fronts de nucléation devaient être modélisés en 2D et non en 1D.
-Au lieu de considérer une fissure comme une ligne séparant un matériau brisé d’un matériau ininterrompu, a déclaré Fineberg, imaginez la fissure comme un point qui commence à l’intérieur du plan où se rencontrent deux « plaques » de plexiglas. L’énergie nécessaire pour casser un nouveau matériau au bord de la plaque est liée au périmètre de la plaque : à mesure que le périmètre augmente, l’énergie nécessaire pour casser un nouveau matériau augmente également.
Cela signifie que la plaque se déplace lentement et ne provoque pas encore de fracture rapide qui créerait les ondes sismiques et les tremblements ultérieurs associés à un tremblement de terre. Alors que l’accélération rapide d’une fissure standard libère de l’énergie cinétique dans le matériau environnant, le mouvement lent de la tache initiale ne libère aucune énergie cinétique dans son environnement. Son mouvement est donc dit « asismique ».
Cependant, la tache finit par s’étendre en dehors de la zone fragile où les deux plaques se rejoignent. 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 bilan énergétique, il existe désormais 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 Nature, montrent à quel point un glissement lent avant qu’une fissure puisse rapidement se transformer en 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. produire. Cela peut être compliqué dans les failles du monde réel, 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 dans leurs matériaux de laboratoire les signes d’une transition de l’asismique à la sismique.
“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. »
