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La Faille de San Andreas refait surface… // The San Andreas Fault resurfaces…

Une étude récente menée par des scientifiques de l’Université d’Hawaï à Mānoa et publiée dans le Journal of Geophysical Research: Solid Earth a révélé que les contraintes tectoniques le long des systèmes de failles de San Andreas et de San Jacinto, en Californie du Sud, ont atteint, voire dépassé par endroits, les niveaux les plus élevés observés au cours des 1 000 dernières années. Cette étude a des implications directes pour l’évaluation des risques sismiques dans l’une des régions les plus densément peuplées des États-Unis.

 Les systèmes de failles de San Andreas et San Jacinto sont représentés par les lignes en caractère gras. Les points de couleur correspondent aux localités impactées par le séisme de 1812 (Source : Science Advances)

Les chercheurs ont élaboré un modèle informatique simulant l’accumulation et la libération des contraintes le long des systèmes de failles de San Andreas et de San Jacinto, notamment au niveau du col Cajon (Cajon Pass) , un point de jonction extrêmement important entre les deux systèmes de failles.

Les auteurs de l’étude ont alimenté le modèle informatique avec un historique sismique de la région sur 1 000 ans, reconstitué à partir de données géologiques telles que la datation au Carbone14 des sédiments déplacés et l’étude des cernes des arbres.
En prolongeant cette simulation jusqu’à nos jours, les scientifiques ont estimé l’ampleur des contraintes accumulées. L’étude indique que « les conditions déterminant l’ouverture ou la fermeture du Col Cajon semblent liées à l’alignement des niveaux de contrainte sur les deux systèmes de failles au moment de la rupture. Actuellement, avec des niveaux de contrainte historiquement élevés dans toute la région et plus de 160 ans écoulés depuis la dernière rupture majeure, le système se trouve dans un état de contrainte critique. » Les résultats de cette étude montrent que la contrainte qui serait normalement libérée lors de grands séismes a continué de s’accumuler et atteint désormais des niveaux sans précédent.

Image illustrant les contraintes le long de la Faille de San Andreas (Source : Université d’Hawaï)

Plus important encore, l’étude montre que le Cajon Pass pourrait favoriser une rupture conjointe des failles de San Andreas et de San Jacinto, un scénario potentiellement beaucoup plus dévastateur qu’une rupture sur une seule faille. Il affecterait des zones densément peuplées comme Los Angeles, San Bernardino, Riverside et la vallée de Coachella.
Ce type de modélisation des contraintes, basé sur la physique, peut permettre d’affiner l’évaluation des risques sismiques et une meilleure planification des infrastructures et les normes de construction dans la région. De plus, le cadre de modélisation utilisé dans cette étude est applicable à d’autres jonctions de failles complexes à travers le monde. Les chercheurs souhaitent donc le développer en tant qu’outil réutilisable pour l’évaluation des risques liés aux failles multiples.
Les chercheurs précisent qu’ils n’ont pas cherché à prévoir la date du prochain séisme. Cependant, des études comme celle-ci constituent une contribution importante à la recherche sur les risques sismiques aux niveaux national et international, car elles utilisent une science rigoureuse et quantitative pour mieux comprendre les risques auxquels sont exposés des millions de personnes.
Dans ce type d’étude, les chercheurs peuvent affirmer qu’un système de failles est soumis à des contraintes critiques et que les modèles physiques comme celui-ci leur offrent une vision plus claire des différents scénarios auxquels se préparer. Pour le reste, c’est la Nature qui décide !
Source : Big Island Now.

L’auteur de ce blog au cœur de la Faille de San Andreas

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Suite à ma note sur les failles californiennes de San Andreas et San Jacinto, Sergio Marchi, un chercheur italien, m’indique qu’après le séisme qui a frappé l’Ombrie en 1997, il a mené une étude sur la possibilité d’interactions entre les systèmes de failles à différentes distances. Le professeur Mantovani de l’Université de Sienne a depuis cette époque élaboré un modèle pour l’ensemble du bassin méditerranéen centre-oriental. Sergio Marchi a calculé l’existence de mouvements de transfert de l’ordre de 50 à 200 kilomètres par an pour la péninsule italienne. Ses études ont été corroborées par une équipe californienne en 2003. Cela lui a permis d’être nommé directeur national du département de recherche historique par le Second Réseau Sismique, poste qu’il a occupé jusqu’en 2009. Depuis, il a donné plusieurs conférences sur ce sujet et d’autres thèmes liés aux phénomènes sismiques.

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Recent research led by University of Hawai‘i at Mānoa scientists and published in the Journal of Geophysical Research: Solid Earth, found tectonic stress along the San Andreas and San Jacinto fault systems in Southern California has reached, and in some places exceeded, the highest levels seen in the past 1,000 years. The study has direct implications for seismic hazard assessments in one of the most densely populated in the United States.

The researchers built a physics-based computer model that simulates how stress builds up and releases along the southern San Andreas and San Jacinto fault systems, including at Cajon Pass, which is a critical junction between the two fault systems. They fed the model a 1,000-year record of earthquake history of the region reconstructed from geological evidence, such as radiocarbon dating of displaced sediments and tree-ring records.

By running this simulation forward to the present day, the scientists estimated how much stress has built up. One can read in the study that “the conditions that determine whether the ‘earthquake gate’ at Cajon Pass opens or stays closed appear to be related to how closely the stress levels on the two fault systems are aligned with each other at the time of rupture. Right now, with stress at historically high levels across the region and more than 160 years elapsed since the last major rupture, the system is in a critically loaded state.” Results from this study suggest the stress that would normally be released in large earthquakes has continued to accumulate and is now at unprecedented levels.

Perhaps most importantly, the study showed that Cajon Pass could facilitate a joint rupture of the San Andreas and San Jacinto faults simultaneously, which is a scenario that could be significantly more damaging than a single-fault event. It would affect densely populated areas including Los Angeles, San Bernardino, Riverside and the Coachella Valley.

This kind of physics-based stress modeling can help refine seismic hazard assessments and inform infrastructure planning, emergency preparedness and building codes in the region. Additionally, the modeling framework used in this study is applicable to other complex fault junctions globally, so the researchers are interested in developing it as a reusable tool for multi-fault hazard assessments.

The researchers warn that this is not a prediction of when an earthquake will happen. However, studies like this are important contributions to national and global earthquake hazard research in that we are using rigorous, quantitative science to better understand the risk facing millions of people.

In this kind of study, researchers can say that the system is critically stressed, and that physics-based models such as this one give them a clearer picture of the range of scenarios for which to be prepared. For the rest, Nature will decide !

Source : Big Island Now.

Le Kilauea (Hawaii) il y a un siècle // Kilauea Volcano (Hawaii) a century ago

Il y a un siècle, il n’y avait pas de drones ou de satellites pour fournir des images aériennes des volcans. De telles représentations posaient d’énormes problèmes, y compris pour le Kilauea à Hawaii. L’image ci-dessous, qui montre la caldeira sommitale, n’a pas été prise depuis un avion. En effet, elle a été réalisée six ans avant le premier survol par un aéronef. L’image montre une maquette du volcan exposée dans un musée de l’Université de Harvard pendant de nombreuses décennies.
Voici une petite histoire de cette image:
Elle commence en mars 1913, lorsque George Carroll Curtis, artiste, géologue, géographe et expert en production de maquettes en relief, s’est rendu à Hawaï pour procéder à un examen attentif de la caldeira sommitale du Kilauea. Il a disposé tout un ensemble de points de repère et a pris des photos au niveau de chacun d’eux en utilisant une caméra panoramique tournante qui lui a permis d’obtenir une vue complète de la caldeira. Malgré tout, la réalisation de la maquette a pris beaucoup de temps car Curtis n’avait pas de perspective en hauteur du sommet du Kilauea.
Pour résoudre ce problème, Curtis a demandé à J.F. Haworth, un riche homme d’affaires de Pittsburg, de se rendre sur le Kilauea pour y pratiquer sa passion pour le cerf-volant. Toutefois, il ne s’agissait pas de cerfs-volants ordinaires. Chacun d’eux mesurait plus de 3,40 mètres de long et 2,70 mètres de large. Au lieu d’une ficelle pour les piloter, Haworth utilisait une bobine motorisée de corde à piano. Ainsi, les cerfs-volants étaient capables de soulever une charge utile d’environ 45 kilogrammes. Pour l’étude du Kilauea, la charge utile était une caméra positionnée à l’extrémité d’un fil d’une soixantaine de mètres sous le cerf-volant. Un petit appareil était installé sur la corde à piano pour déclencher l’appareil photo.
Lorsque Haworth est arrivé sur Kilauea en 1915, il a constaté que la photographie à l’aide d’un cerf-volant n’était pas chose facile sur un volcan. Les vents forts qui soufflaient au sommet ont traîné à plusieurs reprises le photographe sur la lave coupante, lui occasionnant des blessures et autres contusions. Il a finalement réussi à prendre une série de photos du sommet du Kilauea de différentes hauteurs. Ces photographies aériennes ont énormément accéléré le travail de Curtis dans la réalisation de sa maquette.
En 1917, la carte en relief a finalement été installée dans le département de géologie du musée de l’Université de Harvard et elle a été présentée au public. La maquette circulaire avait un diamètre de 4,30 mètres. Elle a été réalisée à une échelle de 125 pieds pour un pouce (soit 38 mètres pour 2,5 centimètres) ; il n’y avait donc pas d’exagération verticale. À cette échelle, Curtis a pu montrer le sommet du Kilauea dans ses moindres détails. La maquette révélait de nombreuses caractéristiques géologiques qui n’avaient pas été observées auparavant, comme les ravines dans la partie méridionale de la caldeira. Les photographies de la maquette sont utiles encore aujourd’hui pour localiser les sites historiques, y compris les routes et d’autres structures qui n’existent plus depuis longtemps.
Source: USGS / HVO.

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A century ago, there were no drones or satellites to provide aerial images of volcanoes. Such depictions posed enormous challenges. Kilauea Volcano was no exception. The image below showing the summit caldeira was not taken from a plane; indeed, it was taken six years before the first airplane overflight. The image actually shows a model of the volcano displayed at a Harvard University museum for many decades.

Here is a short story of the photo :

The story began in March 1913, when George Carroll Curtis, an artist, geologist, geographer, and expert in the production of relief models, travelled to Hawaii to make a careful survey of the caldeira at the summit of Kilauea. He established a network of survey flags and took photographs at each using a revolving panoramic camera that provided a complete view the caldeira. But progress constructing the model was slow, because Curtis lacked a high altitude perspective of Kilauea’s summit.

To solve this problem, Curtis encouraged J.F. Haworth, a wealthy businessman from Pittsburg, to go to Kilauea and pursue his hobby of flying kites. But these were no ordinary kites. Each box kite was over 3.40 metres long and 2.70 metres wide. Instead of a string, Haworth used a motorized reel of piano wire to launch and tether the kites, which were capable of lifting a payload of about 45 kilograms. For the Kilauea study, the payload was a camera positioned on a wire line about 60 metres below the kite. A small device was sent up the piano wire to trip the camera shutter for each photograph.

When Haworth arrived at Kilauea in 1915, he found that kite photography was not easy on a volcano. High winds at the summit repeatedly dragged the photographer over sharp lava, leaving him bruised. But he finally succeeded in taking a series of photos of Kilauea’s summit from various altitudes. These aerial photographs enormously speeded up the work of Curtis on his model.

In 1917, the relief map was finally installed in the Geological Section of the Harvard University Museum and opened for public viewing. The circular model was 4.30 metres in diameter, and it was built with a scale of 125 feet to an inch (38 metres to 2.5 centimetres), so there was no vertical exaggeration. At this scale, Curtis was able to depict minute details of the summit. The model shows many geologic features that had not been observed before, such as the elaborate drainage system on the south side of the caldera. Photographs of the model are useful even today to locate historic sites, including roads and other structures that are long gone.

Source : USGS / HVO.

Vue de la maquette de George Carroll Curtis montrant le cratère de l’Halema’uma’u en 1917. On remarquera la finesse des détails, comme la première route permettant aux automobiles d’atteindre la lèvre du cratère. (Source: USGS / HVO)

 

Modélisation de Olympus Mons (Mars) // A model of Olympus Mons (Mars)

drapeau-francaisOlympus Mons est le plus grand volcan de la planète Mars, peut-être même le plus grand volcan du système solaire. Il présente un diamètre de plus de 600 km et dresse ses 27 km au-dessus de la surface de la planète.
Les scientifiques de la Division des Sciences Planétaires et de la Télédétection à l’Institut des Sciences de la Terre de l’Université Libre de Berlin ont réussi à créer un modèle simulant la formation de structures jusque là mystérieuses à la surface de Olympus Mons. L’étude a été menée en collaboration avec le Centre de Recherche des Sciences de la Terre de Potsdam et l’Arizona State University. Les résultats ont été publiés dans le dernier numéro du Journal of Geophysical Research.
Le projet s’appuie sur des données d’images fournies par une caméra stéréographique haute résolution (HRSC)* installée sur la sonde européenne Mars Express qui est en orbite autour de la planète rouge depuis décembre 2003. En utilisant les images de la caméra, les scientifiques ont élaboré une mosaïque et un modèle de la surface du volcan Olympus Mons. La base de données d’images montre que la morphologie en bouclier du volcan apparaît sous la forme de terrasses voûtées et que le pied du volcan, relativement plat par ailleurs, se termine en pente raide. Cette étude indique que les déformations observées sur le volcan sont dues d’une part à la gravité (qui, sur Mars, est d’environ 40 pour cent de celle de la Terre), et d’autre part à une faible résistance de frottement dans le sous-sol du volcan.
Les derniers travaux sur les interactions entre Olympus Mons et le sous-sol martien ont été réalisés grâce à une coopération entre les institutions allemandes et américaines. La simulation par ordinateur démontre pour la première fois la formation de terrasses pendant la phase de croissance du volcan.
Selon les chercheurs, les dernières découvertes sur ce supervolcan permettront une meilleure compréhension du volcanisme sur Terre.
Sources: Freie Universität Berlin. « Simulating the evolution of Mars volcano Olympus Mons. »
Science Daily, 9 mai 2016 (www.sciencedaily.com/releases/2016/05/160509085751.htm).

*High Resolution Stereo Camera (HRSC) : il s’agit d’une caméra installée sur la sonde spatiale Mars Express ; elle produit des images couleur en 3D et en haute résolution (de 10 mètres par pixel, pouvant aller jusqu’à 2 mètres par pixel). Elle est fabriquée par l’Université Libre de Berlin et est destinée à cartographier la surface de Mars. Par stéréographie, la caméra est également capable de fournir des données topographiques et ainsi permettre la réalisation de Modèles Numériques de Terrain (MNT) avec une très grande précision.

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drapeau-anglaisOlympus Mons is the largest volcano on Mars, possibly the largest in the Solar System. It is more than 600 km across and towers 27 km above the surface of the planet.

Scientists from the Division of Planetary Sciences and Remote Sensing in the Institute of Geological Sciences at Freie Universität Berlin have succeeded in creating a model simulating the formation of mysterious structures on the surface of Olympus Mons. The study was conducted in collaboration with the German Research Centre for Geosciences in Potsdam and Arizona State University. The findings were published in the latest issue of the Journal of Geophysical Research.

The research project is based on image data of the High Resolution Stereo Camera (HRSC)* that is installed on the European Mars Express spacecraft, which has been orbiting the red planet since December 2003. Using the camera images, scientists generated a mosaic and a terrain model of the Olympus Mons volcano. The image data show that the volcano shield is shaped in the form of arched terraces and the foot of the otherwise very flat volcano drops steeply. This study indicates that the observed deformations of the volcano are due to gravity, which on Mars is about 40 percent of the Earth’s gravity, and to low frictional resistance in the volcano subsurface.

The new investigations of the interactions between the Martian volcano and the ground underneath it were done in cooperation with German and American institutions. The computer simulation demonstrates for the first time the formation of terraces during the volcanic growth phase.

According to the researchers, the latest findings about this supervolcano will also help to give them a better understanding of volcanoes on Earth.

Sources:  Freie Universitaet Berlin. « Simulating the evolution of Mars volcano Olympus Mons. »

ScienceDaily, 9 May 2016 (www.sciencedaily.com/releases/2016/05/160509085751.htm).

*High Resolution Stereo Camera (HRSC): it is a camera on board the Mars Express spacecraft; it produces colour images in 3D and high resolution (10 metres per pixel, up to 2 metres per pixel). It was manufactured by the Free University of Berlin and is designed to map the surface of Mars. By stereography, the camera is also capable of providing topographic data and can achieve Digital Elevation Models (DEM) with a very high accuracy.

Olympus Mons

Crédit: Freie Universität Berlin