Une étude, dont les résultats intitulés «Prompt gravity signal induced by the 2011 Tohoku-Oki earthquake» ont été publiés dans la revue Nature Communications, a permis pour la première fois de détecter, pendant une rupture sismique, une modification du champ gravitationnel terrestre: en l'occurrence il s'agit du tremblement de terre de Tohoku-Oki, qui s’est produit le 11 mars 2011 avec une magnitude 9.0.

Cette observation découle du fait qu'en plus «de générer des ondes sismiques qui se propagent à partir de la source dans tout le milieu environnant, les tremblements de Terre s’accompagnent d’une redistribution de masse importante qui génère des modifications significatives du champ gravitationnel terrestre». Cependant, à la différence des ondes sismiques, qui «se propagent dans le milieu à une vitesse de quelques kilomètres par seconde», le champ gravitationnel est, pour sa part, «perturbé de manière quasi instantanée (à la vitesse de la lumière)».

Jusqu'ici, si «une modification du champ gravitationnel avait déjà été détectée longtemps après l’occurrence d’un séisme alors que le champ avait atteint un nouvel équilibre», jamais cela avait été fait «pendant la rupture, au moment de la perturbation du champ et avant l’arrivée des ondes sismiques au détecteur».

Pour parvenir à détecter un tel signal, l'étude ici présentée s'est focalisée sur le «méga-séisme de magnitude 9.0 de Tohoku-Oki au Japon, qui s’est produit le 11 mars 2011» en réalisant «une analyse statistique des données enregistrées par le gravimètre supraconducteur de Kamioka au Japon, situé à environ 500 km de l’épicentre, et complétées par des données de sismomètres large-bande du réseau japonais F-net». C'est ainsi qu'un signal de gravité lié à la rupture sismique a été mis en évidence «avec une signification statistique supérieure à 99 % et en accord avec un modèle analytique du signal de gravité».

Comme ce signal pourrait «être utilisé par les systèmes d’alerte rapide aux tremblements de terre, dits EEWS (earthquake early warning system)» qui «reposent sur la détection des ondes sismiques de compression P, qui arrivent avant les ondes de cisaillement S très destructrices», cette étude ouvre de nouvelles perspectives puisque «le signal du champ de gravité concomitant à la rupture pourrait permettre de gagner de précieuses secondes avant l’arrivée des ondes sismiques P» et également fournir «la magnitude exacte d’un séisme dès la fin de la rupture, alors que les méthodes actuelles prennent plusieurs dizaines de minutes».

Néanmoins, l'implémentation d’un système d’alerte utilisant la gravité nécessite «le développement de nouveaux instruments capables de mesurer le champ de gravité terrestre de manière beaucoup plus précise que les instruments actuels».