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L’intelligence artificielle au service de la prévision sismique // Artificial intelligence might help earthquake prediction

Une étude récente, conduite par des géophysiciens de l’Université d’Alaska à Fairbanks et de l’Université Ludwig-Maximilians de Munich, propose une nouvelle technique d’apprentissage automatique permettant de prévoir les puissants séismes plusieurs mois à l’avance. L’étude a été publiée dans Nature Communications en août 2024.
La nouvelle méthode utilisée par les chercheurs consiste à analyser des volumes importants de données sismiques pour identifier des schémas d’activité sismique de faible magnitude susceptibles d’annoncer de puissants événements. L’algorithme d’apprentissage automatique utilisé, qui se base sur des données sismiques historiques, peut détecter ces précurseurs, avec la capacité à prévoir une catastrophe majeure.des mois à l’avance.
Les chercheurs se sont concentrés sur deux puissants séismes récents: celui de magnitude M 7,1 d’Anchorage en 2018 et l’essaim sismique enregistré à Ridgecrest, en Californie, en 2019. Dans les deux cas, ils ont découvert des signes d’activité sismique anormale dans les mois précédant les principaux événements. La probabilité d’un puissant séisme était de plus de 80 % trois mois avant le séisme d’Anchorage et de 85 % quelques jours seulement avant qu’il se produise.
Les scientifiques ont testé leurs hypothèses dans des zones sismiques actives telles que le centre-sud de l’Alaska et le sud de la Californie. Ces régions ont fourni des données importantes pour tester la capacité de la méthode à prévoir les séismes de grande ampleur. Les résultats de l’étude pourraient être utilisés dans d’autres zones sujettes aux séismes, notamment la faille de San Andreas en Californie et la fosse de Nankai au Japon.
La nouvelle étude représente plusieurs années de collecte et d’analyse de données. Les résultats les plus récents indiquent une amélioration significative de la prévision sismique. L’objectif principal est d’améliorer la sécurité publique et la préparation aux catastrophes. La plupart des technologies traditionnelles de prévision sismique ne sont pas parvenues à fournir un avertissement préalable adéquat. Les auteurs de l’étude espèrent développer une méthode plus fiable. Cela permettrait de sauver des vies et de réduire les dommages économiques grâce à des évacuations rapides des populations menacées.
La méthode de prévision utilisée par les chercheurs a recours à des algorithmes d’apprentissage automatique basés sur des catalogues de séismes afin de repérer les schémas d’activité sismique aberrante de faible magnitude qui précèdent souvent les puissants séismes. Selon eux, ces précurseurs de faible magnitude sont peut-être causés par une augmentation de la pression des fluides interstitiels dans les failles, ce qui modifie les propriétés mécaniques de ces dernières. La méthodologie utilisée par les scientifiques a permis de découvrir cette activité antérieure dans 15 à 25 % des zones touchées, environ trois mois avant les séismes d’Anchorage et de Ridgecrest. La capacité du modèle à prévoir la probabilité qu’un puissant séisme se produise dans un laps de temps donné constitue un grand pas en avant dans la prévision sismique.
Les chercheurs font remarquer que l’approche basée sur l’apprentissage automatique présentée dans l’étude ne nécessite que des informations mises à jour et archivées de manière routinière dans les catalogues de séismes. Une telle approche pourrait permettre de mieux comprendre la dynamique des réseaux de failles et à identifier les variations dans le champ de contrainte régional. Elle pourrait être facilement mise en œuvre par les agences de surveillance pour contrôler la sismicité de faible magnitude en temps quasi réel. À terme, cette nouvelle approche pourrait aider à concevoir des stratégies de niveaux d’alerte sismique basées sur la détection de l’activité tectonique régionale, et à améliorer la prévision des séismes de forte magnitude plusieurs semaines à plusieurs mois à l’avance dans le sud de la Californie, le centre-sud de l’Alaska, mais aussi dans d’autres régions du monde.
L’étude est en libre accès à cette adresse :
https://doi.org/10.1038/s41467-024-51596-z

Voir aussi l’article sur le site The Watchers.

La faille de San Andreas et ses homologues en Californie sont susceptibles de provoquer de puissants séismes (Photos: C. Grandpey)

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A recent study by geophycists of the University of Alaska Fairbanks and Ludwig-Maximilians-Universität in Munich proposes a new machine learning technique for predicting big earthquakes months in advance. The study was published in Nature Communications in August 2024.

The new method entails analyzing massive volumes of seismic data to identify minor patterns of low-magnitude earthquake activity that may foreshadow big quakes. The machine learning algorithm, trained on historical earthquake data, may detect these precursors, potentially providing months of notice before a large-magnitude disaster.

The researchers concentrated on two recent significant earthquakes: the 2018 M 7.1 Anchorage earthquake and the 2019 Ridgecrest, California, earthquake series. In both cases, they discovered signs of aberrant seismic activity in the months preceding up to the main events, with the probability of a significant earthquake climbing up to over 80% three months before the Anchorage quake and 85% just days before it occurred.

The scientists test their conclusions in seismically active areas such as Southcentral Alaska and Southern California. These regions, recognized for their high seismic activity, supplied important data to test the method’s ability to forecast big earthquakes. The study’s findings have far-reaching ramifications for other earthquake-prone areas, including California’s San Andreas Fault and Japan’s Nankai Trough.

The new study represents several years of data collecting and analysis, with the most recent findings indicating a significant improvement in earthquake prediction. The major goal of this research was to enhance public safety and catastrophe preparedness. Traditional earthquake prediction technologies have frequently failed to provide adequate advance warning. The authors of the study hope to develop a more reliable method of anticipating seismic events. This would allow to save lives and decrease economic damages through timely evacuations and preparedness.

The researchers forecast method used machine learning algorithms trained on earthquake catalogs to spot patterns of aberrant, low-magnitude seismic activity, which frequently precede big earthquakes. In their opinion, these precursory low-magnitude earthquakes could be caused by increased pore fluid pressure within faults, which changes the faults’ mechanical properties. Their methodology discovered this antecedent activity in 15% to 25% of the afflicted zones about three months before the Anchorage and Ridgecrest earthquakes. The model’s capacity to forecast the likelihood of a big earthquake occurring within a given timeframe is a huge step forward in earthquake prediction.

The researchers say that it is worth noting that the machine learning-based approach presented in the study only requires information that is currently being archived routinely in earthquake catalogs; could help to better understand the dynamics of fault networks and identify variations in the regional stress field; and can be easily implemented by surveillance agencies to monitor low-magnitude seismicity in near-real time. Eventually, this new approach could help to design earthquake alert level strategies based on the detection of regional tectonic unrest, and to improve the forecast of large-magnitude earthquakes from weeks to months in advance in Southern California, Southcentral Alaska, and potentially elsewhere.

The study is in Open access at this address :

https://doi.org/10.1038/s41467-024-51596-z

See the article on the website The Watchers.

Islande : l’éruption se fait attendre // Iceland : is the eruption overdue ?

Le Met Office islandais indique dans sa dernière mise à jour du 16 août 2024 que la sismicité est restée assez stable ces derniers jours, avec environ 60 à 90 événements par jour. La plupart des séisme sont de faible intensité, inférieure à M1,0, dans la zone allant du mont Stóra-Skógfell à Grindavík. Cette activité est semblable à celle observée au cours des deux dernières semaines.
Le soulèvement du sol et l’accumulation de magma se sont produits à un rythme assez constant ces derniers jours. Les modélisations montrent que le volume de magma sous Svartsengi est désormais plus important qu’il ne l’était avant la dernière éruption du 29 mai. Avant la dernière éruption, l’accumulation de magma s’est poursuivie pendant deux semaines après avoir atteint les seuils censés être requis pour son déclenchement.
En comparant l’activité avant les précédentes éruptions et les intrusions magmatique, l’activité sismique actuelle ainsi que le soulèvement du sol montrent des signes clairs qu’une intrusion magmatique et une éruption pourraient commencer à tout moment. Sur la base de la dernière éruption, une accumulation continue de magma pourrait être nécessaire pendant encore 2 à 3 semaines avant que débute une nouvelle éruption. Cela signifie donc que la date limite du 15 août avait été initialement prévue pour la fin juillet doit être modifiée. L’éruption se produirait entre le 30 août et le 6 septembre… Bienvenue au jeu des pronostics !
Source : Met Office.

 Evolution du soulèvement du sol à Svartsengi (Source : Met Office)

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The Icelandic Met Office indicated in its latest update (August 16th, 2024) that seismicity has been fairly steady in recent days, with about 60 to 90 earthquakes recorded per day. Most of the earthquakes are small, less tha M1.0, in the area from Mt. Stóra-Skógfell to Grindavík. This is similar to the activity observed in the past two weeks.

Uplift and magma accumulation have been occurring at a fairly steady rate in recent days. Model calculations show that the volume of magma under Svartsengi is now estimated to be greater than it was before the last eruption of May 29th. Before the last eruption, magma accumulation continued for two weeks after reaching previous thresholds before an eruption began.

When comparing the activity before previous eruptions and magma intrusions, the current seismic activity along with the uplift shows clear signs that a magma intrusion and even an eruption could begin at any time. Based on the last eruption, continued magma accumulation could potentially be required for an additional 2-3 weeks before a new eruption starts. This means that the August 15th deadline that was predicted by the end of July should be extended to August 30th – September 6th… Welcome to the prediction game !

Source : Met Office.

Dernières nouvelles d’Islande : une éruption ? Peut-être… ! // Latest news from Iceland : an eruption ? Maybe… !

Dans sa dernière mise à jour du 7 mars 2024, le Met Office islandais indique que le volume de magma sous le secteur de Svartsengi continue d’augmenter, ce qui pourrait déboucher sur une nouvelle intrusion et éventuellement une éruption qui pourrait survenir dans un délai très court, peut-être moins de 30 minutes. Le site éruptif le plus probable se situe entre Stóra-Skógafell et Hagafell.
Cependant, l’activité sismique a considérablement diminué depuis le 2 mars. A noter que le réseau sismique a été perturbé par les mauvaises conditions météorologiques.
Comme indiqué plus haut, l’inflation du sol se poursuit à Svartsengi et les données de modélisation du 3 au 6 mars indiquent qu’environ 1,2 million de mètres cubes de magma ont été injectés dans la chambre magmatique au cours de cette période. On peut en déduire qu’une dizaine de millions de mètres cubes de magma se sont accumulés dans la chambre magmatique depuis la dernière éruption. La situation actuelle ressemble donc à ce qu’elle était avant le 2 mars.
Il est évident que personne ne sait ce qui va se passer maintenant. L’éruption ratée du 2 mars a montré que les prévisions du Met Office ou de l’Université d’Islande étaient erronées. Il est probable qu’une partie du magma accumulé sous Svartsengy ait trouvé le moyen de donner naissance à une nouvelle intrusion et donc un autre dike. Au vu du comportement actuel de la chambre magmatique sous Svartsengi, une éruption pourrait se produire à court terme, mais la Nature pourrait en décider autrement ! Tout cela montre que, malgré tous les instruments répartis sur la péninsule de Reykjanes, la prévision volcanique et éruptive reste hasardeuse !

Graphique montrant les différentes phases de soulèvement du sol dans le secteur de Svartsengi entre le 25 octobre 2023 et le 4 mars 2024. On remarquera en rouge le raté du 2 mars suivi d’une reprise de l’inflation (Source : Met Office).

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In its latest update of March 7th, 2024, the Icelandic Met Office indicates that the volume of magma beneath Svartsengi continues to increase, which could result in a new dike intrusion and possibly an eruption which could occur with very short notice, possibly less than 30 minutes. The most likely eruption site is between Stóra-Skógafell and Hagafell.

However, seismic activity associated with the volcanic unrest has been decreasing since March 2nd.. It should be noticed that the seismic network has been disturbed by poor weather conditions.

Inflation continues at Svartsengi, and model calculation data from March 3rd to 6th indicate that approximately 1.2 million cubic meters of magma has been injected into the magma chamber during these days. Therefore, about 10 million cubic meters of magma has accumulated in the magma chamber overall since the last eruption. The current situation is therefore similar to what it was before March 2nd.

It is clear that nobody knows what will happen next. The failed eruption of March 2nd showed that predictions – by the Met Office or the University of Iceland – can become false. Il t is likely that a part of the magma that had accumulated beneath Svartsengy found another way to make a new intrusion and another dike. Judging from the behaviour of the magma chamber beneath Svartsengi, an eruption might happen inthe short term, but Nature may decide differently ! This is another examplethat, despite all the instruments set up on the Reykjanes Peninsula, volcanic and eruptive prediction remain quite risky !

Islande : l’éruption ratée du 2 mars 2024 // Iceland : the failed eruption of March 2nd, 2024

Le 2 mars 2024, la plupart des volcanologues islandais pensaient qu’une éruption était imminente en raison de la quantité de magma qui s’était accumulée au niveau de l’intrusion. Le volume avait dépassé cekui qui avait provoqué la dernière éruption. La péninsule de Reykjanes a été mise en état d’alerte ; Grindavík et le Blue Lagoon ont été évacués. Les trois principales routes d’accès à Grindavík, la Grindarvíkurvegur, la Nesvegur et la Suðurstrandarvegur ont également été fermées. Les ouvriers étaient en alerte avec des bulldozers et des pelleteuses, prêts à combler les trous ménagés pour permettre aux routes de traverses les digues de terre. Le Met Office islandais a annoncé que la probabilité d’une éruption était très élevée, peut-être dans quelques heures, voire quelques minutes.
À 17h30, le Met Office a annoncé qu’un intense essaim sismique était enregistré à l’est de Sýlingarfell et qu’une éruption fissurale était probable. La sismicité se déplaçait vers le sud en direction de Hagafell, mais les mesures GPS montraient moins de déformation du sol qu’avant les éruptions précédentes.
Plus tard dans la soirée, le Met Office a annoncé que la sismicité avait cessé et que l’intrusion magmatique s’était probablement arrêtée temporairement. Des déformations mineures ont continué à être mesurées dans la zone, de sorte que le Met Office n’a pas voulu indiquer que l’intrusion était terminée, même s’il ne semblait pas que le magma se déplaçait vers la surface.
Les volcanologues islandais pensent qu’une nouvelle intrusion magmatique s’est probablement formée entre Sýlingarfell et Hagafell, ce qui a provoqué une chute de pression. La probabilité d’une éruption imminente a donc diminué, du moins pour le moment, mais la probabilité d’une nouvelle éruption reste élevée.
Une fois de plus, cette situation montre la fragilité de la prévision volcanique. Aucune éruption ne s’est produite au cours du week-end, comme l’avait prédit un chercheur de l’Université d’Islande. Le problème est que l’éruption prévue depuis plusieurs jours n’aura pas lieu dans une zone désertique. Elle pourrait vite devenir une menace pour une zone habitée et pour des infrastructures essentielles. Il ne reste plus qu’à attendre la suite des événements…
Source : Moniteur d’Islande.

Aucun événement sismique significatif n’a été détecté durant le week-end et la situation est très calme ce lundi matin. Cependant, tout le monde sait que les choses peuvent changer rapidement.

Grindavik reste sous la menace de la lave (Crédit photo: Iceland Review)

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On March 2nd, 2024, most specialists in volcanology thought that an eruption was pending due to the amount of magma accumulated in the magma channel, which had exceeded the amount that caused the last eruption to occur. Everything went on high alert and both Grindavík and the Blue Lagoon were evacuated. The three main access roads to Grindavík, Grindarvíkurvegur, Nesvegur and Suðurstrandarvegur were also closed. Workers were standing on alert with pushers and excavators, ready to fill in holes where roads run through the defenses.The Icelandic Met Office announced that the likelihood of an eruption was very high, and possibly within hours, if not minutes.

At 17:30 the Icelandic Met Office announced that an intense swarm of microseismic activity was occurring east of Sýlingarfell and that a fissure eruption was likely. The seismicity was moving south toward Hagafell but GPS-based measurements showed fewer signs of deformation than before previous eruptions.

Later in the evening, the Icelandic Met Office announced that the seismicity had ceased, and that the magma intrusion had probably stopped temporarily. Minor deformation continued to be measured in the area, so the Met Office did not want to issue a statement that the magma intrusion had ended, although it did not seem like the magma would be propagating to the surface.

Icelandic volcanologists think that a new magma channel probably formed, stretching between Sýlingarfell and Hagafell, which had decreased the pressure. Therefore the likelihood of a pending eruption diminished, at least for now. However, the likelihood of another eruption is still high.

Once again, this situation shows the fragility of volcanic prediction. An eruption did not occur during the weekend, as predicted by a University of Iceland researcher. The problem is that the likely eruption will not take place in a desert area. It might soon become a threat to a populated area and to essential infrastructure. Let’s see what happens next.

Source : Iceland Monitor.

No significant seismic event has been detected during the weekend and the situation is very quiet this Monday morning. However, evrybody knows that things may change rapidly.