Signaux gravitationnels transitoires générés par rupture sismique

During a seismic event, the rupture and the propagation of seismic waves redistribute masses within the Earth. This mass redistribution generates in turn a dynamic long-range perturbation of the Earth gravitational potential, which can be recorded before the arrival of the direct seismic waves. A ground-based seismometer then records a gravity-induced inertial acceleration in addition to the gravitational potential perturbation: we refer to the overall signal as elasto-gravitational perturbation. We present a normal-mode simulation of elasto-gravitational perturbations, as recorded by a ground-based seismometer. The normal-mode approach enables the computation of elasto-gravitational signals in uniform and layered spherical Earth models, with self-gravitation included. Transient perturbations are observed and accurately modelled before the arrival of the direct seismic waves following the Tohoku-oki event (magnitude 9.1, march 2011, Japan). Earthquake early warning (EEW) systems are automatic devices able to detect the occurrence of an earthquake before the arrival of ground-shaking waves, and to provide warning. Conventional EEW systems rely on the velocity difference between the fast seismic P-waves and the devastating S-waves. Associated with the current development of high-precision gravity strainmeters, we introduce a gravity-based EEW system.Lors d'un tremblement de terre, la rupture sismique et la propagation d'ondes qui en résulte perturbent le champ de densité terrestre. Cette redistribution transitoire de masses conduit à un ré-équilibrage global et instantané du champ de gravité terrestre, mesurable avant l'arrivée du front d'ondes sismiques. Un instrument déployé au sol enregistre cette perturbation du champ gravitationnel, ainsi qu'une accélération inertielle induite par gravité : nous appelons le signal total résultant, perturbation élasto-gravitationnelle. Nous modélisons la réponse élasto-gravitationnelle complète d'un instrument à une rupture sismique à travers le formalisme des modes propres. Ce formalisme permet la simulation de perturbations dans des modèles sphériques auto-gravitants, homogènes ou radialement stratifiés. Le tremblement de terre de Tohoku-oki (magnitude 9.1, mars 2011, Japon) a développé l'une des ruptures les plus importantes de ces dernières décennies, à proximité de réseaux intégrant une instrumentation de pointe. Nous présentons la détection et la modélisation précise de perturbations élasto-gravitationnelles induites par cette rupture. Un système de détection précoce de tremblements de terre permet de détecter l'occurence d'un séisme avant l'arrivée des ondes sismiques destructrices générées par la rupture, afin d'en limiter les dégâts humains et matériels. Les systèmes d'alerte actuels reposent sur la différence de temps de propagation entre ondes de compression P (peu destructrices) et ondes de cisaillement S (plus lentes, mais dangereuses). Associé au développement de capteurs du gradient du champ de gravité à haute précision, nous introduisons un système de détection précoce reposant sur la gravité