Reproduire en laboratoire les lois statistiques des tremblements de Terre
Publié par Isabelle le 24/06/2019 à 14:00
Source: CNRS INP

©CNRS/ILM
Des physiciens viennent de réaliser une expérience de laboratoire qui reproduit les principales lois statistiques qui caractérisent les séismes.

L'instant de déclenchement des séismes ainsi que l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) qu'ils libèrent sont des grandeurs aléatoires décrites par des lois statistiques. Ces dernières années, des expériences de laboratoire ont reproduit qualitativement l'une ou l'autre de trois lois principales: la loi de Gutenberg-Richter qui caractérise le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) des événements en fonction de leur énergie, la loi d'Omori pour la distribution temporelle des répliques ou encore la distribution statistique (La statistique est à la fois une science formelle, une méthode et une technique. Elle comprend la collecte, l'analyse, l'interprétation de données ainsi que la...) des durées séparant deux séismes successifs.

Pour la première fois, des physiciens de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet)...) matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière occupe de l'espace...) (ILM, CNRS/Univ. Lyon 1) viennent de réaliser une expérience qui reproduit simultanément de façon quantitative ces différentes statistiques. Pour cela, ils compressent et cisaillent un empilement bidimensionnel de grains millimétriques. La géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis le XVIIIe siècle, les...) circulaire de l'expérience permet un fonctionnement en continu et produit ainsi plus d'un million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui précède un...) de séismes artificiels par jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure...). La reproduction (La Reproduction. Eléments pour une théorie du système d'enseignement est un ouvrage de sociologie co-écrit par Pierre Bourdieu et Jean-Claude Passeron paru en 1970 aux...) par cette expérience de l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble),...) des lois statistiques observées sur les séismes naturels indique une physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique...) sous-jacente similaire. Ceci a permis aux auteurs d'identifier l'ingrédient physique essentiel: c'est le caractère multi échelle du réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un...) de chaînes de force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les...) dans le milieu qui entraine l'hétérogénéité émergente et dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) des seuils d'énergie de rupture. La structure, dynamique et taille de ces hétérogénéités dans les failles naturelles restent des questions ouvertes.

Ces résultats expérimentaux devraient en revanche aider à les découvrir. Grâce au taux d'événement très élevé qui est 10 000 fois plus important que pour une faille réelle, cette expérience pourrait également aider à la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également le cadre...) des possibles précurseurs des événements catastrophiques et proposer des solutions visant la prédiction et éventuellement le contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) des séismes réels. Ce travail est publié dans la revue Physical Review Letters.

Dispositif expérimental pour simuler des séismes en laboratoire 20.06.2019 Un empilement bidimensionnel de grains millimétriques est cisaillé par la rotation de la partie inférieure du dispositif. Chaque réorganisation des grains provoque un l'équivalent d'un séisme. Le dispositif permet de visualiser les grains qui supportent les contraintes mécaniques: ils se colorent en blanc. A chaque séisme, les lignes de forces constituées par les grains blancs changent de position. Partager Audiodescription (L'audiodescription est une sorte de sous-titrage[1] adapté aux déficients visuels (non-voyants et malvoyants).)

Référence:

Continuously sheared granular matter reproduces in detail seismicity laws

S. Lherminier, R. Planet (Un Planet est un site Web dynamique qui agrège le plus souvent sur une seule page, le contenu de notes, d'articles ou de billets publiés sur des blogs ou sites...), V. Levy dit Vehel, G. Simon, L. Vanel, K. J. Maloy et O. Ramos, Physical Review Letters, le 31 mai 2019. DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.218501.
Lire l'article sur la base d'archives ouvertes arXiv.

Contact chercheur:
- Osvanny Ramos - Enseignant-chercheur à l'ILM - osvanny.ramos at univ-lyon1.fr
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