Pesquisadores do Laboratório de Mecânica Sólida Computacional da EPFL e do Instituto de Ciência Weizmann modelaram o início do deslizamento entre dois corpos em contato friccional. Trabalho deles, um grande passo à frente no estudo da ruptura por atrito, pode nos dar uma melhor compreensão dos terremotos - incluindo a distância e a velocidade que eles viajam.

Ainda é impossível determinar onde e quando ocorrerá um terremoto. Por exemplo, A Califórnia está há anos sob a ameaça do "Grande, "e mais perto de casa, uma série recente de pequenos choques no cantão de Valais no início de novembro levantou temores de um grande terremoto na região. Embora não possamos prever terremotos, pesquisadores da EPFL e do Instituto Weizmann de Ciência em Israel deram um passo à frente na avaliação da dinâmica dos terremotos por meio de uma melhor compreensão de como o deslizamento de atrito - o movimento relativo de dois corpos em contato sob tensão de cisalhamento, como as placas tectônicas - começa. Seu trabalho foi publicado em duas partes complementares, no Revisão Física X e Cartas da Terra e da Ciência Planetária .

"Queríamos entender o que acontece quando dois corpos em contato friccional de repente começam a se mover após um aumento gradual da tensão de cisalhamento:a maneira como eles começam a deslizar determinará a velocidade e a extensão do movimento e, potencialmente, a gravidade de um terremoto, "explica Fabian Barras, assistente de doutorado no Laboratório de Mecânica Sólida Computacional (LSMS) da EPFL durante esta pesquisa, e primeiro autor de ambos os artigos.

Paralelos entre deslizamento frontal e fratura

A maneira como o deslizamento friccional começa entre dois corpos não é tão uniforme quanto parece. As câmeras ultrarrápidas mostram que o deslizamento começa em um ponto específico e se espalha para o resto da superfície. "Essa dinâmica da frente de deslizamento é muito semelhante à forma como uma rachadura se propaga dentro de um material quebradiço, ", diz Barras. A primeira publicação dos pesquisadores analisa as semelhanças entre a ruptura por atrito e a fratura dinâmica." Embora a física de uma trinca e de uma frente de deslizamento não seja exatamente a mesma, ambos se propagam devido a uma queda na capacidade de suporte de carga do material por trás da ruptura. Usando a analogia com a fratura dinâmica, estudamos a origem da queda da tensão de atrito observada na esteira de um deslizamento frontal quando a interface começa a se mover. "

Os pesquisadores então analisaram a concentração de tensões na frente de deslizamento e usaram ferramentas teóricas do campo da dinâmica de ruptura para estudar o balanço de energia. Ao contrário da situação com um crack, o atrito continua a dissipar energia após o início do deslizamento. Durante um terremoto, apenas parte da energia disponível é usada para propagar a frente de ruptura, e o restante é dissipado por atrito, principalmente na forma de calor. É aqui que os pesquisadores puderam revisar os modelos usados ​​anteriormente e compreender melhor quanta energia de fricção está envolvida na propagação da frente de ruptura.

Eles usaram computadores de alto desempenho para simular rupturas sísmicas com base em leis genéricas de atrito, que reproduzem a mudança na força de atrito dependendo da velocidade de deslizamento medida entre diferentes tipos de materiais. Usando a teoria da ruptura dinâmica e aplicando-a ao atrito, os pesquisadores foram capazes de avaliar experimentos de laboratório e garantir que suas previsões estavam corretas. "Pudemos validar nossas previsões em uma ampla gama de velocidades de ruptura observadas experimentalmente. Os modelos teóricos que desenvolvemos podem no futuro nos ajudar a entender melhor por que certos terremotos na natureza são rápidos e violentos, enquanto outros se propagam lentamente e ocorrem por longos períodos de tempo, "acrescenta Barras.

Energia geotérmica profunda e sismicidade induzida

Esses avanços na pesquisa fundamental poderiam um dia ser aplicados a modelos mais complexos, como aqueles que representam condições ao longo de falhas tectônicas, especialmente onde os fluidos estão naturalmente presentes ou são injetados no solo. "Hoje, várias tecnologias promissoras no contexto da transição energética - como a energia geotérmica profunda - dependem da injeção subterrânea de fluidos. É importante ter um melhor entendimento de como essas injeções afetam a atividade sísmica. Espero usar as ferramentas desenvolvidas durante meu doutorado. para estudar esse impacto, "diz Barras.

"Este trabalho mostra como a pesquisa desenvolvida em um laboratório de engenharia civil pode ter implicações muito interessantes para a ciência de terremotos e levar a publicações de ponta em áreas como a física, "diz o professor Jean-François Molinari, o chefe do Laboratório de Mecânica Sólida Computacional da EPFL. Fabian Barras também recebeu uma bolsa da Swiss National Science Foundation para continuar suas pesquisas em um laboratório especializado em geologia de falhas na Universidade de Oslo.