Une roche "collante" change notre vision des tremblements de terre

Le texte suivant a été traduit automatiquement de l'allemand et n'a pas été post-édité.

Lorsque les plaques tectoniques se déplacent, cela se fait rarement de manière régulière. Tantôt elles glissent de manière presque imperceptible, tantôt elles dérapent brusquement – ce qui provoque un tremblement de terre. Ce qui se passe à l'échelle microscopique fait partie des questions encore en suspens dans la recherche sismologique. D'un point de vue physique, il s'agit d'un problème de frottement. Afin de mieux comprendre ces processus, les scientifiques ont étudié le frottement entre deux surfaces de granit – un modèle simplifié des failles tectoniques. Les expériences, les simulations et la théorie fournissent une image étonnamment claire : le frottement dans la roche ne se produit pas comme on l'a longtemps supposé.

Jusqu’à présent, on soupçonnait surtout des processus mécaniques : les surfaces rugueuses s’accrochent, s’usent, les pointes dures creusent des sillons dans le matériau. C’est précisément sur ces hypothèses que reposent la plupart des modèles sismiques. Certaines zones se détachent plus tôt lorsqu’une force latérale s’exerce sur des objets plus grands, ce qui réduit la résistance au détachement. Mais cette conception semble manifestement insuffisante. « L’abrasion n’est pas déterminante. Nous avons pu montrer qu’une autre cause domine », explique le Dr Bo Persson de l’Institut Peter

Grünberg de Jülich. Aux minuscules points de contact, les surfaces rocheuses forment des liaisons chimiques – une sorte de soudure à froid. « Lorsque les roches glissent les unes contre les autres, ces liaisons se rompent, un peu comme sur une bande Velcro. Cela nécessite de l’énergie – et génère de la friction », explique Persson.

Les chercheurs ont également pu mettre en évidence un effet de taille. « Dans les petits systèmes, la rupture des liaisons se fait de manière uniforme, tandis que dans les grands systèmes, elle est inégale – certaines zones se détachent plus tôt que d’autres –, ce qui réduit ce qu’on appelle la résistance au décrochage », ajoute Persson.

Ces nouveaux résultats sont confirmés par des simulations informatiques réalisées à l’Université de la Sarre. Le professeur Martin Müser y mène depuis des années, avec son équipe, des recherches sur le frottement entre solides dans des conditions extrêmes. « Dans nos simulations, nous avons pu identifier la rupture des liaisons comme la cause principale du frottement », explique Martin Müser. « Mais la déformation et la fusion locale du matériau contribuent également au frottement – des effets qui jouent également un rôle dans les modèles existants. »

Les résultats suggèrent que les plaques tectoniques se comportent différemment au niveau microscopique de ce que l'on supposait. Les modèles précédents partaient du principe que la tension s'accumule sur une longue période avant de se décharger soudainement sous forme de rupture. Le nouveau modèle brosse un tableau différent : le mouvement commence nettement plus tôt. Les plaques ne restent pas complètement immobiles, mais se déplacent constamment – extrêmement lentement, souvent de quelques fractions de nanomètre par seconde seulement. Cela correspond à quelques millimètres par an et est appelé « fluage » (« creep »).

Au niveau microscopique, des liaisons chimiques se rompent et se reforment en permanence. À mesure que la vitesse augmente, le frottement s’accroît dans un premier temps. Cependant, lorsqu’un seuil critique est atteint, le système bascule : les liaisons ne peuvent plus se renouveler assez rapidement, et de plus, des échauffements locaux se produisent dans le matériau – le frottement diminue. « Le système passe d’un fluage lent à un glissement rapide – c’est précisément ce qui pourrait être un déclencheur potentiel de tremblements de terre », explique Bo Persson. Ces découvertes pourraient aider à améliorer les modèles existants. « Nous devons mieux comprendre comment le frottement évolue avec le mouvement », déclare Persson. «

Cela pourrait être déterminant pour décrire les processus sismiques de manière plus réaliste. »

Publication originale :

Granite sliding on granite: friction, wear rates, surface topography, and the scale-dependence of rate–state effects ; Sergey V. Sukhomlinov, Martin H. Müser, B. N. J. Persson, dans : Rep. Prog. Phys. (2026), DOI :  10.1088/1361-6633/ae4b66

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Rédaction du communiqué de presse : Tobias Schlößer, Centre de recherche de Jülich

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E-mail : martin.mueser@mx.uni-saarland.de