En considérant un seuil d’intensité sismique modéré, le système a montré qu’il pouvait fournir 10 à 60 secondes d’avertissement préalable dans des zones situées entre 20 et 300 kilomètres de l’épicentre, et que le taux de fausses alarmes était assez faible.
Sur la base d’un seuil d’intensité plus élevé, il a été constaté que le système pouvait fournir une alerte 20 à 40 secondes à l’avance, mais cela n’était valable que pour des points situés à plus de 100 kilomètres de l’épicentre. Les résultats des tests ont été publiés dans la revue Communications Earth & Environment.
Le premier tremblement de terre examiné dans l’étude s’est produit à 04h00 du matin près de Pazarcık et sa magnitude a été mesurée à 7,8. Neuf heures plus tard, un deuxième séisme de magnitude 7,6 s’est produit près d’Elbistan, à environ 100 kilomètres plus au nord. Les deux secousses ont touché une vaste zone d’environ 350 000 kilomètres carrés ; 14 millions de personnes vivaient ici. Le nombre de morts confirmé en Turquie et en Syrie s’élève à 59 000. Les Nations Unies ont estimé qu’environ 1,5 million de personnes étaient sans abri.
Systèmes d’alerte précoce aux tremblements de terre
Les systèmes d’alerte sismique précoce visent à prédire l’arrivée d’un séisme dangereux plusieurs secondes à plusieurs dizaines de secondes à l’avance. De cette façon, les gens peuvent prendre des mesures de protection et les gestionnaires des installations et des infrastructures peuvent mettre en place des mesures de sécurité.
Cet avantage temporel vient du fait que les tremblements de terre produisent deux ondes sismiques différentes provoquées par des fractures de la croûte terrestre. Les ondes longitudinales (ondes P) compriment et étirent la croûte dans le sens de la propagation. Les ondes transversales (ondes S) créent des oscillations de haut en bas et sont les ondes qui causent le plus de dégâts. Les ondes P se propagent plus rapidement que les ondes S ; Alors qu’elles se déplacent à une vitesse de 6 à 7 kilomètres par seconde, les ondes S se propagent à une vitesse de 3 à 4 kilomètres.
À mesure que les ondes se propagent depuis l’épicentre, les stations sismiques situées dans des zones plus éloignées détectent en premier les ondes P. Ce signal est analysé pour prédire si une onde S destructrice se produira et si nécessaire, une alarme est donnée. Cependant, à mesure que la durée du signal augmente, la fiabilité de la prédiction augmente. Il est donc très difficile de concevoir un système d’alerte précoce efficace. Plus vous souhaitez aller vite, plus vous risquez de ne pas pouvoir déclencher l’alarme à certains moments où des secousses intenses se produiront.
Prédire la violence dans les premières secondes
Les chercheurs ont utilisé les données obtenues à partir de 110 stations sismiques exploitées par l’Autorité turque de gestion des catastrophes et des urgences (AFAD) relevant du ministère de l’Intérieur. Les stations étaient situées à une distance de 20 à 300 kilomètres de l’épicentre.
« Nous avons reproduit la transmission en temps réel des signaux enregistrés depuis les stations, comme si nous regardions le séisme en direct », a expliqué Aldo Zollo, qui a coordonné l’étude.
Les chercheurs ont tenté d’estimer l’accélération maximale du sol qui se produirait à la fin du séisme en analysant les signaux sismiques au fur et à mesure de leur enregistrement. Ce paramètre peut être converti en échelles d’intensité macrosismique qui expriment les effets auxquels les personnes et les bâtiments seront exposés. L’une des échelles les plus connues est l’échelle Mercalli, développée par le volcanologue italien Giuseppe Mercalli en 1902.
La relation entre l’accélération du sol et les dommages varie d’une région à l’autre ; car cette relation dépend en grande partie de la qualité et de la durabilité du parc immobilier.
Le déclenchement ou non d’une alarme dépend de l’intensité macrosismique prévue dans la zone couverte par le système d’alerte précoce. Le seuil de gravité sélectionné affecte de manière significative les performances du système.
L’innovation testée dans la recherche réside dans la manière dont les ondes P sont traitées. Le modèle développé en 2023 combine deux approches. Aux points dotés de stations sismiques, l’accélération maximale du sol est estimée directement à partir de l’amplitude de l’onde P. Dans les régions où il n’y a pas de stations, le modèle estime l’hypocentre (point de rupture dans la croûte terrestre) et la magnitude du séisme avant l’amplitude de l’onde P ; Il utilise ensuite ces paramètres pour calculer l’accélération maximale du sol grâce à des relations basées sur les caractéristiques géologiques locales.
Cette deuxième approche est moins fiable, mais essentielle pour créer des cartes pour une grande région. Car dans les premiers instants de la cassure, les points éloignés de l’épicentre ou les régions dépourvues de stations n’ont pas encore été exposées aux ondes P.
Seuil et solde
Deux scénarios ont été évalués. Dans le premier cas, l’alarme est déclenchée si l’accélération du sol prévue dépasse l’intensité macrosismique IV (modérée) ; Dans le deuxième scénario, il est indiqué si l’intensité dépasse VI (fort).
Dans les deux scénarios, aucune alarme n’est donnée dans les 9 premières secondes de la pause. Ce temps est nécessaire pour que les ondes P atteignent les 10 stations les plus proches et pour que les chercheurs puissent en estimer l’ampleur et l’hypocentre.
Après 9 secondes, le taux de prédiction correcte du système a immédiatement atteint 85 % dans le premier scénario, et est passé à 100 % après 60 secondes. Dans le deuxième scénario, il y avait davantage d’alarmes manquées au cours des 35 premières secondes ; Après 60 secondes, le taux d’alarmes correctes dépassait les fausses alarmes et les alarmes manquées.
Pour les stations correctement prédites, la période d’avertissement augmente avec la distance de l’épicentre et est généralement plus longue aux seuils inférieurs. Dans le scénario à seuil élevé, une alarme peut être déclenchée 20 à 40 secondes à l’avance pour les stations situées à 100 à 300 kilomètres de l’épicentre.
« La magnitude du séisme dépend de la taille de la zone où se produit la rupture et du déplacement relatif des blocs », explique Zollo. Dans le même temps, la durée du signal P dépend de la taille de la zone fracturée et de la vitesse de fracture. Par conséquent, l’estimation de l’amplitude augmente avec le temps et atteint la saturation à mesure que de plus grandes parties du signal sont analysées. Le seuil inférieur est franchi plus tôt et permet de gagner plus de temps ; Un seuil plus élevé nécessite une attente plus longue.
Il y a donc un équilibre technique. L’intervention à appliquer et la cible à protéger (par exemple, les trains à grande vitesse ou les élèves dans les écoles) sont déterminantes dans le choix de ce seuil.
D’après l’expérience des États-Unis et du Japon, une fausse alarme est plus acceptable qu’une alarme manquée. Cependant, le seuil le plus approprié est celui qui minimise le risque en considérant ensemble les coûts et les probabilités d’alarmes fausses et manquées.
