Supershear shock front contributions to the tsunami from the 2018 $M_w$ 7.5 Palu earthquake
(1) Department of Aerospace and Mechanical Engineering, University of Southern California, Los Angeles, USA, (2) Laboratoire de Géologie, École Normale Supérieure, CNRS-UMR 8538, PSL Research University, Paris, France, (3) Faculty of Aerospace Engineering, Delft University of Technology, Delft, Netherlands, (4) Graduate Aerospace Laboratories, California Institute of Technology, Pasadena, California, USA, (5) BIG (Badan Informasi Geospasial / Geospatial Information Agency of Indonesia), Java, Indonesia, (6) Department of Civil and Environmental Engineering, University of Illinois at Urbana Champaign, USA, (7) Department of Geodesy and Geomatics Engineering, Institute of Technology Bandung, Indonesia
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Les tsunamis dangereux sont connus pour être générés principalement dans les zones de subduction. Cependant, le séisme de 2018 $M_w$ 7,5 Palu (Indonésie) sur une faille de glissement de grève a généré un tsunami qui a dévasté la ville de Palu. Le mécanisme par lequel ce tsunami est né d'un tel séisme fait l'objet de débats. Nous présentons ici des données de mouvement du sol (GPS) en champ proche qui confirment que le séisme a atteint une vitesse de surcisaillement, c'est-à-dire une vitesse de rupture supérieure à la vitesse des ondes de cisaillement du milieu hôte. Nous étudions ensuite l'effet de cette rupture supershear sur la génération de tsunamis en couplant le mouvement du sol à un modèle unidimensionnel non linéaire de vagues en eau peu profonde qui tient compte à la fois du déplacement bathymétrique et de la vitesse en fonction du temps. Avec le profil bathymétrique local de la baie de Palu autour d'une station de marée, nos simulations reproduisent l'arrivée et les mouvements du tsunami observés par les caméras CCTV. Nous concluons que les fronts de Mach (chocs), générés par la vitesse de surcisaillement, ont interagi avec la bathymétrie et ont contribué au tsunami. Cela suggère que la vitesse de rupture devrait être prise en compte dans les évaluations des risques de tsunami.
1. Le Séisme
Causant des destructions et des pertes de vies2 très étendues, le séisme de Palu de magnitude (Mw) 7,5 qui s'est produit le 28 septembre 2018 s'est produit sur une faille de glissement (latéral) de Sulawesi (Indonésie). Ce séisme a également généré un tsunami qui a dévasté la ville de Palu. Comme de tels séismes à glissement de grève n'impliquent pas de grands mouvements verticaux (cf. Tohoku, Japon, lors du séisme de 2011), les origines de ce mystérieux tsunami font encore l'objet de débats.
Cependant, il s'agissait d'un séismes "Supershear"
2. Supershear Séismes
Lorsqu'un tremblement de terre commence à ouvrir une faille, le front de propagation de la rupture (le chariot de la fermeture éclair) émet constamment des ondes de pression et de cisaillement dans le milieu. Les ondes P se déplacent à une vitesse d'environ 5 km/s (18000 km/h) et les ondes S à environ 3,5 km/s (12600 km/h). Dans le cas d’un séisme typique normal, la vitesse du front est inférieure à celle des ondes S. On les appelle des séismes « subshear ». Pour les séismes de type « Supershear », en revanche, le front de la rupture se déplace plus rapidement que les ondes de cisaillement. Lorsque la barrière de vitesse des ondes S est franchie, des fronts de choc linéaires se manifestent. Ils sont exactement semblables au boum sonique que nous entendons lorsqu’un avion supersonique franchi le mur du son (dépasse la vitesse du son).
3. Les Preuves
Les séismes de type "Supershear" ont une signature unique de mouvement du sol. La façon dont le sol se déplace parallèlement et perpendiculairement à la faille nous renseigne sur la vitesse à laquelle le front de la rupture sismique s'est déplacé. Le déplacement de la station GPS PALP située à l’aéroport de Palu à proximité de la faille, monitoré en continu durant la propagation de la rupture, révèle la nature « supershear » du séisme du 28 septembre 2018 : un pic de déplacement parallèle à la faille de l’ordre de 1 m/s prédit pour une rupture supershear et absent dans le cas d’une rupture standard subshear.
C'est la première fois qu'un tremblement de terre de type Supershear
est détecté à l'aide d'une station GPS.
4. Génération Classique de Tsunamis
Les tsunamis classiques sont générés par le déplacement vertical du fond marin autour de la faille. Les tremblements de terre de la zone de subduction sont des sources typiques de ces tsunamis. Les tremblements de terre de type "Strike-Slip", en revanche, ne soulèvent pas autant le fond de l'océan puisqu’il s’agit de glissement essentiellement horizontaux.
Sauf quand il s'agit de tremblements de terre de type "Supershear".
5. Génération de Tsunamis Par Des Séismes de Type "Supershear"
Les ruptures à fort cisaillement manifestent des fronts de choc. Ces fronts de chocs transportent l'énergie de la faille sur de grandes distances sans grande perte. Dans ce travail, nous montrons que même si les déplacements sont faibles, le seul fait que les fronts de chocs affectent une grande région est suffisant pour générer un tsunami. Dans la baie de Palu, la bathymétrie semblable à une baignoire a en outre contribué à ce que ce tsunami devienne assez important.