Un pas de plus vers une prévision fiable des tremblements de terre

Les tremblements de terre – comme la foudre – frappent de manière imprévisible. Les plaques tectoniques de la Terre, cependant, cachent des avertissements subtils qu’une faille majeure pourrait bientôt éclater. Comme prévoir un orage, savoir lire les avertissements pourrait aider les communautés à protéger les vies, les infrastructures et les économies locales.

Pendant des décennies, les scientifiques ont lutté pour donner des prévisions fiables pour les principaux points chauds des tremblements de terre, mais maintenant, une équipe internationale de scientifiques dirigée par l’Université du Texas à Austin s’est lancée dans une nouvelle initiative pour faire exactement cela.

« Les prévisions basées sur la physique sont ce que nous essayons de réaliser », a déclaré le chef de projet Thorsten Becker, professeur à la Jackson School of Geosciences de l’UT.

Le projet de cinq ans, financé par la National Science Foundation, développera de nouveaux outils informatiques, logiciels et matériel pédagogique axés sur la modélisation des prévisions. L’équipe formera également des étudiants, organisera des ateliers et recrutera de nouveaux géoscientifiques computationnels en s’appuyant sur des bassins de talents négligés et en s’adressant aux communautés mal desservies.

Le but ultime : des modèles informatiques capables de prévoir les chances qu’un tremblement de terre se produise et son impact probable, similaires à ceux utilisés pour prédire le temps mais sur des échelles de temps plus longues.

« Les examinateurs et le programme NSF Frontier Research in the Earth Sciences sont vraiment enthousiasmés par le potentiel d’un modèle de méga-poussées basé sur la physique et la perspective de modèles prédictifs », a déclaré Dennis Geist, directeur de programme à la Division des sciences de la Terre de la NSF. .

Becker ne s’attend pas à voir des prévisions « météo » sismiques d’ici cinq ans, mais il pense que l’idée est désormais techniquement possible. L’essentiel de ce qui reste est de comprendre la physique régissant les tremblements de terre et leurs incertitudes inhérentes : des ingrédients clés dans le processus de prévision.

« Chez UT, nous avons l’avantage d’avoir des gens formidables qui travaillent déjà sur différentes parties du problème », a-t-il déclaré. Becker est rejoint sur le projet par des scientifiques de la Jackson School, de son institut de géophysique, de l’institut d’ingénierie et des sciences informatiques d’Oden et des superordinateurs du Texas Advanced Computing Center (TACC).

Les scientifiques de l’UT feront équipe avec des chercheurs d’universités et de laboratoires nationaux travaillant sur trois des points chauds des tremblements de terre dans le monde : le nord-ouest du Pacifique américain, la Nouvelle-Zélande et le Japon.

L’un de ces chercheurs est la co-responsable du projet Alice Gabriel, physicienne sismique à la Scripps Institution of Oceanography et au LMU Munich, en Allemagne. Selon Gabriel, la physique est la clé pour résoudre l’énigme du tremblement de terre.

« En adoptant une approche basée sur la physique, nous pouvons nous concentrer sur les conditions importantes pour le cycle sismique et trouver des emplacements optimaux pour placer de nouveaux capteurs », a-t-elle déclaré.

Les sites sélectionnés sont tous des zones de subduction – des endroits où les plaques tectoniques se rencontrent. Les différences entre eux permettront aux chercheurs de tester leurs modèles et de déterminer les conditions à rechercher pour décider si un tremblement de terre est probable.

Les zones de subduction sont importantes car elles sont les sites des séismes les plus puissants au monde et peuvent déclencher des tsunamis dangereux, comme celui qui a suivi le séisme de 2004 dans l’océan Indien qui a tué près d’un quart de million de personnes dans 14 pays.

Ils sont cependant un défi à étudier, car ils sont généralement situés au large et entraînés par des forces géologiques profondes qui mettent des centaines à des millions d’années à se déployer, à des échelles allant de quelques fractions de pouce à des milliers de kilomètres. C’est pourquoi les scientifiques sismiques se tournent vers les ordinateurs pour simuler les failles et leurs paramètres tectoniques. Le nouveau projet cherchera des lacunes dans la physique et déterminera ce qui doit être mesuré pour rendre les simulations plus utiles aux prévisionnistes.

« C’est un peu comme calculer la probabilité d’une pandémie », a déclaré Laura Wallace, chercheuse à l’Institut de géophysique de l’Université du Texas, basée en Nouvelle-Zélande. « Vous ne pouvez pas savoir quand et où la prochaine aura lieu, mais vous pouvez examiner les facteurs qui la rendent plus probable et modéliser comment elle pourrait se dérouler. »

La simulation d’événements dans le monde naturel a un grand potentiel, mais nécessite une compréhension à la fois des géosciences et de l’informatique, une combinaison qui reste rare. C’est pourquoi une grande partie des ressources du projet est affectée à la formation d’une nouvelle génération d’étudiants qui profitera non seulement au projet mais aux géosciences dans leur ensemble.

Pour ce faire, Dana Thomas, coordinatrice de sensibilisation à la Jackson School et l’un des co-responsables du projet, conçoit des programmes éducatifs pour montrer aux étudiants d’autres domaines comment leurs compétences peuvent être utilisées pour répondre à des questions sur le fonctionnement de la Terre.

« Les étudiants ne devraient pas penser qu’ils ont besoin de mettre un sac à dos pour étudier notre Terre », a déclaré Thomas. « Nous pouvons atteindre beaucoup plus de géoscientifiques informatiques potentiels en nous appuyant sur les talents des mathématiques, de la physique et d’autres domaines STEM connexes, et en tendant la main aux communautés mal desservies. »

Les plans de Thomas comprennent un programme de transition pour les étudiants de première année entrants, des opportunités de recherche d’été rémunérées pour les étudiants de premier cycle talentueux dans des collèges et universités historiquement noirs, tels que Fort Valley State University, et une école d’été avec TACC qui formera les étudiants à utiliser Frontera, le plus puissant du monde supercalculateur universitaire. Les programmes s’intègrent dans un pipeline de la première année à l’école supérieure : c’est un modèle que Thomas espère être reproduit dans tout le pays.

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