A Log-Gaussian Cox process framework for zone-free probabilistic seismic hazard assessment in Sumatra
Cet article propose un cadre d'évaluation probabiliste de l'aléa sismique sans zones pour Sumatra qui intègre un processus de Cox log-gaussien avec des covariables tectoniques et un modèle de répliques ETAS, démontrant que cette approche produit des accélérations de calcul significativement plus élevées que les codes indonésiens actuels en éliminant les limites de zones de sources arbitraires.
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Les tremblements de terre figurent parmi les forces les plus destructrices de notre planète, et depuis des décennies, les ingénieurs s'appuient sur une méthode spécifique pour concevoir des bâtiments capables de les survivre. Cette méthode, connue sous le nom d'analyse probabiliste de l'aléa sismique, tente de prédire l'intensité des secousses du sol en un lieu spécifique sur une longue période. Traditionnellement, les scientifiques abordent cela en divisant une région en grandes zones fixes, comme si l'on traçait des boîtes sur une carte. À l'intérieur de chaque boîte, ils supposent que le risque sismique est le même partout et que les séismes se produisent de manière aléatoire et indépendante les uns des autres. Cependant, dans les régions où des plaques tectoniques massives entrent en collision et s'entrechoquent, ces hypothèses échouent souvent. La tension qui s'accumule sous la terre ne s'arrête pas brusquement aux bords d'une boîte tracée ; elle s'écoule de manière fluide à travers le paysage. De plus, lorsqu'un séisme géant frappe, il ne se produit pas de manière isolée ; il déclenche une longue chaîne de répliques plus petites et regroupées qui suivent un schéma différent de celui d'un simple hasard.
Dans une nouvelle étude axée sur l'île de Sumatra, en Indonésie, des chercheurs ont proposé une manière de dépasser ces boîtes rigides. Au lieu de forcer le risque sismique dans des zones prédéfinies, ils ont utilisé un cadre mathématique flexible qui permet à la carte du risque d'émerger de la réalité physique du sol. En analysant des décennies d'enregistrements de séismes et en les combinant avec des mesures de la façon dont les plaques tectoniques sont verrouillées entre elles, l'équipe a créé une carte de danger sismique continue et fluide. Cette approche a révélé que le risque est bien plus concentré dans certaines zones que ce que l'on pensait auparavant, particulièrement dans les régions qui sont restées calmes pendant longtemps mais qui accumulent en réalité une énergie immense. Les résultats suggèrent que les codes de construction actuels dans la région pourraient sous-estimer considérablement les secousses qui pourraient se produire, surtout dans les zones où le sol est le plus étroitement verrouillé et attend de glisser.
Les chercheurs ont appliqué cette nouvelle méthode à Sumatra, une île longue et étroite située sur l'une des frontières de plaques les plus actives et les plus dangereuses de la Terre. Ici, la massive plaque Indo-Australienne plonge sous la plaque de la Sonde, créant une zone de pression intense. L'équipe a commencé par un catalogue de plus de 5 000 séismes enregistrés entre 1998 et 2024. Pour comprendre le véritable risque de fond, ils ont d'abord dû séparer les séismes principaux des répliques qui les suivent, un peu comme si l'on distinguait l'événement principal de ses échos. Une fois les secousses principales isolées, ils ont cherché les facteurs physiques qui contrôaient l'occurrence de ces séismes. Ils ont trouvé deux moteurs clés : la distance par rapport à la Grande Faille de Sumatra, une faille majeure traversant l'île, et le « couplage inter-sismique », une mesure de la façon dont les deux plaques tectoniques sont bloquées ensemble à leur frontière.
En utilisant ces mesures physiques, l'équipe a construit un modèle qui traite le risque sismique comme une surface invisible et lisse plutôt que comme une collection de zones distinctes. Dans ce modèle, le risque est maximal là où les plaques sont les plus étroitement verrouillées et là où la faille est la plus proche. Cette approche leur a permis de voir des schémas que les méthodes traditionnelles avaient manqués. Par exemple, le modèle a clairement identifié une « lacune sismique » au large des îles Mentawai. Cette zone n'a pas connu de rupture massive depuis plus de deux siècles, pourtant les plaques y sont si étroitement verrouillées que le modèle prédit un risque très élevé d'un futur séisme géant. Comme le modèle ne repose pas sur l'emplacement des séismes passés pour définir les zones, il peut prédire un risque élevé dans des zones qui sont restées calmes pendant longtemps, à condition que les conditions physiques — comme le verrouillage serré des plaques — soient réunies.
Lorsque les chercheurs ont utilisé cette nouvelle carte de risque continue pour calculer l'accélération attendue du sol pour une période de retour de 475 ans — un standard de référence pour la conception de bâtiments — ils ont obtenu des résultats radicalement différents du code national actuel de construction. Dans la ville de Padang, située directement au-dessus de la lacune de Mentawai verrouillée, le nouveau modèle a prédit des accélérations du sol près de trois fois supérieures à ce que le code actuel exige. Dans d'autres villes comme Banda Aceh, la différence était plus faible, mais tout de même significative. Les chercheurs ont attribué cet écart à deux choix spécifiques dans leur modélisation : ils ont pris en compte toute la gamme possible de magnitudes de séismes sans tronquer les plus importantes, et ils ont inclus la variabilité statistique complète de la façon dont les secousses du sol se comportent, ce qui tend à produire des pics plus élevés que les estimations moyennes.
L'étude a également testé si cette nouvelle carte pouvait prédire les futurs séismes. Ils ont entraîné le modèle sur des données allant de 1998 à 2015, puis lui ont demandé de prévoir le schéma des séismes de 2016 à 2024. Le modèle a prédit avec succès les emplacements généraux où les séismes se produiraient, confirmant que les facteurs physiques qu'ils ont utilisés — le verrouillage des plaques et la distance à la faille — sont des guides fiables pour déterminer où le sol est susceptible de trembler. Cependant, le modèle a prédit un nombre total de séismes plus élevé que ce qui s'est réellement produit durant la période de test. Les chercheurs ont expliqué cela en notant que la période d'entraînement comprenait une époque d'activité exceptionnellement élevée suite à un séisme massif en 2004, ce qui a temporairement gonflé le taux de fond. À mesure que la région revient à un rythme normal, les taux prédits devraient diminuer, mais le schéma spatial de l'endroit où le risque est le plus élevé reste stable.
Les implications de ces découvertes sont profondes pour notre façon de concevoir la sécurité dans les régions sujettes aux tremblements de terre. La méthode traditionnelle consistant à dessiner des boîtes sur une carte peut créer un faux sentiment de sécurité dans les zones situées juste à l'extérieur d'une zone à haut risque, ou ignorer un danger dans des zones calmes qui sont physiquement prêtes pour une rupture. En utilisant un cadre qui suit la physique de la terre, les chercheurs ont montré que le risque à Sumatra n'est ni uniforme ni statique. Le danger le plus élevé réside dans la lacune de Mentawai, un endroit qui est resté calme pendant des siècles mais qui est actuellement la partie la plus étroitement verrouillée de la limite des plaques. L'étude suggère que les codes de construction doivent être réévalués pour refléter cette réalité continue basée sur la physique, afin de garantir que les structures soient conçues pour résister au véritable potentiel du sol sous elles. Ce travail ne propose pas seulement une nouvelle carte ; il offre une nouvelle façon de voir la terre, une façon qui reconnaît que le risque d'une catastrophe est un paysage lisse et changeant plutôt qu'un ensemble de frontières fixes.
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