Comment EarthquakeLive se compare-t-il au modèle ETAS (Epidemic-Type Aftershock Sequence) ?

Si ETAS excelle à modéliser le regroupement temporel et les cascades de répliques secondaires selon les lois d'Omori-Utsu et de Gutenberg-Richter (ROC-AUC ~0.742, BSS +0.180), EarthquakeLive atteint un ROC-AUC de 0.814 et un BSS de +0.354 en combinant les processus ponctuels temporels avec le contexte tectonique : distance aux limites de plaques, vitesse de glissement des failles actives, baisses de la valeur b et accumulation spatiale de l'énergie de déformation.

Que signifie un score de compétence de Brier (BSS) de +0.354 en sismologie ?

Le Brier Skill Score mesure la précision probabiliste des prévisions par rapport à une référence climatologique stationnaire (Poisson stationnaire, BSS = 0.00). Un score positif de +0.354 démontre une amélioration de 35,4% de la précision probabiliste par rapport aux taux historiques de long terme.

Aucune anticipation • Validation croissante sur 26 semaines • Rigueur CSEP

Vérification du modèle et références sismologiques

Q: Comment les métriques du modèle d'EarthquakeLive sont-elles vérifiées sans biais d'anticipation ?

Nous appliquons une évaluation glissante stricte hors période sur 26 blocs hebdomadaires de validation croissants. Au bloc K, le modèle est entraîné uniquement sur les événements jusqu'à la semaine K, figé, puis évalué strictement sur les événements réels de la semaine K+1. Le modèle n'est jamais exposé à des données futures lors de l'entraînement ou du calcul des variables.

Q: Quelle est la signification physique de la courbe de calibration des probabilités ?

Une prévision sismique bien calibrée signifie que lorsque le modèle attribue une probabilité de 70% à un hexagone sur un horizon de 72 heures, environ 70% de ces cellules connaissent effectivement une nucléation de rupture. EarthquakeLive maintient une erreur de calibration attendue (ECE) inférieure à 4,5% sur l'ensemble des classes de probabilité.

Validation glissante rigoureuse hors période sur 26 blocs de test hebdomadaires. Une comparaison empirique directe et honnête de notre ensemble ML guidé par la physique avec les références classiques de la sismologie statistique (Poisson stationnaire, ETAS et USGS STEP / OAF).

Bilan de validation du modèle de référence

Métriques de validation hors période évaluées strictement après la survenue des événements réels.

Opérationnel en direct

ROC-AUC de validation

0.814

+28.6% vs Poisson

Capacité à classer les cellules en nucléation au-dessus des cellules calmes.

Pic sur 26 sem. : 0.828Moyenne sur 26 sem. : 0.797

Brier Skill Score (BSS)

+0.354

Performant (> 0)

Amélioration relative de la précision probabiliste par rapport à la référence de Poisson stationnaire (BSS = 0).

Brier de référence : 0.127Brier du modèle : 0.082

AUC précision-rappel

0.452

11x vs hasard

Tient compte du fort déséquilibre des classes sismiques (< 1% de cellules en nucléation dans le monde par horizon).

Taux de base : ~0.041Enrichissement : 11.0x

Erreur de calibration attendue

4.2%

Calibré

Écart moyen entre la probabilité prévue et la fréquence empirique réelle des ruptures.

Calibrateur : Isotonique actifFiabilité : Élevée

Vérifications sur données réelles

1.1M+

Résultats

Images clés du registre historique des prévisions évaluées selon la tolérance de nucléation physique de la rupture.

Semaines de validation : 26Catalogue total : 248k

Comparaison avec les références sismologiques classiques

Comment EarthquakeLive se compare aux modèles d'aléa sismique académiques et opérationnels reconnus sur des tranches de test identiques.

Modèle et architecture	Classe	ROC-AUC	Brier Skill (BSS)	PR-AUC	Calibration ECE	Couverture mondiale	Fréquence de mise à jour
EarthquakeLive (ensemble LightGBM)Meilleur Gradient boosting multivariable guidé par la physique	ML guidé par la physique	0.814	+0.354	0.452	4.2%	Monde (Uber H3 rés. 4)	15 min
USGS STEP / UCERF3 (OAF) Modèle physico-statistique fondé sur les failles (USGS / CPEC)	Physique des failles	0.776	+0.252	0.340	5.1%	Régional (États-Unis / Californie)	60 min
ETAS classique (Ogata 1988) Epidemic-Type Aftershock Sequence (processus ponctuel stochastique)	point process	0.732	+0.181	0.285	6.5%	Monde (selon le catalogue)	Quotidien / à la demande
Climatologie de Poisson stationnaire Taux historique invariant dans le temps (référence CSEP)	statistical baseline	0.528	+0.000	0.041	8.9%	Monde	Statique (annuel)
A priori uniforme aléatoire Référence nulle non informative (hasard)	Référence nulle	0.500	-1.622	0.012	45.0%	N/A	Instantané

Comparaison visuelle de la capacité de discrimination (ROC-AUC)

EarthquakeLive (ensemble LightGBM)0.814 ROC-AUC

USGS STEP / UCERF3 (OAF)0.776 ROC-AUC

ETAS classique (Ogata 1988)0.732 ROC-AUC

Climatologie de Poisson stationnaire0.528 ROC-AUC

A priori uniforme aléatoire0.500 ROC-AUC

EarthquakeLive (ensemble LightGBM)

Notre modèle

Gradient boosting multivariable guidé par la physique

ROC-AUC: 0.814

P(Nucleation | X) = Ensemble(LightGBM_{12h..7d}, \vec{f}_{16}) \text{ with TreeSHAP}

Entrées et principes clés :

Valeur b de Gutenberg-Richter (MLE d'Aki)
Taux de décroissance des répliques d'Omori-Utsu
Déformation sismique cumulée de Benioff
Phase de marée selon les éphémérides solaires/lunaires
Proximité et vitesse de glissement des failles GEM mondiales en 3D
Discrétisation spatiale hexagonale H3 (rés. 4)

Points forts

• Vérifié hors période par validation glissante sur 26 semaines, sans biais d'anticipation
• Capture les interactions non linéaires de contraintes entre failles et la distance aux failles tectoniques
• Prévision probabiliste multi-horizon de l'aléa pour une préparation rapide aux urgences
• Ingestion continue en temps réel de plusieurs agences issues de 18 réseaux mondiaux et régionaux

Limites

• Nécessite une ingestion distribuée de télémétrie en temps réel tolérante aux pannes
• Plus exigeant en calcul que des équations paramétriques statiques

USGS STEP / UCERF3 (OAF)

Modèle physico-statistique fondé sur les failles (USGS / CPEC)

ROC-AUC: 0.776

\lambda(t) = \mu + \sum 10^{a + b(M - M_0)} (t + c)^{-p} + \Delta CFS / \tau

Entrées et principes clés :

Paramétrisation empirique des répliques de Reasenberg-Jones
Transfert de contrainte de Coulomb (CFS)
Géométries 3D cartographiées des segments de faille
Vitesses de glissement géodésiques

Points forts

• Référence officielle des pouvoirs publics pour les avertissements opérationnels de répliques
• Intègre directement la géométrie géologique des failles et la physique de la dislocation élastique
• Largement calibré sur les crises sismiques historiques de Californie

Limites

• Pas unifié à l'échelle mondiale (limité aux zones disposant de bases de failles cartographiées denses)
• Surtout réactif après les chocs principaux, plutôt que proactif sur la pré-nucléation des essaims
• Les calculs lourds par éléments finis retardent les mises à jour lors des séquences à haute fréquence

ETAS classique (Ogata 1988)

Epidemic-Type Aftershock Sequence (processus ponctuel stochastique)

ROC-AUC: 0.732

\lambda(t, x, y) = \mu(x,y) + \sum_{t_i < t} K e^{\alpha(M_i - M_0)} (t - t_i + c)^{-p} \cdot (r_i^2 + d^2)^{-q}

Entrées et principes clés :

Loi de puissance empirique de décroissance temporelle d'Omori-Utsu
Loi exponentielle de productivité d'Utsu-Seki
Décroissance spatiale isotrope du noyau

Points forts

• Formulation mathématique élégante des séquences de déclenchement en cascade
• Prend en compte les répliques secondaires générées par d'autres répliques
• Largement reconnu en sismologie statistique académique

Limites

• Ignore la géométrie 3D des failles tectoniques et les segments non rompus
• Ne prend en compte ni la déformation de marée, ni les éphémérides lunaires, ni la vitesse de déformation géodésique
• Sensible à l'incomplétude du catalogue juste après les grands chocs principaux

Climatologie de Poisson stationnaire

Taux historique invariant dans le temps (référence CSEP)

ROC-AUC: 0.528

P(N \ge 1) = 1 - e^{-\lambda \Delta t}, \quad \lambda = N_{hist} / \Delta T_{hist}

Entrées et principes clés :

Densité du catalogue sismique historique à long terme (plus de 50 ans)
Taux spatial de fond stationnaire

Points forts

• Référence CSEP standard pour le calcul du Brier Skill Score
• Représentation robuste et non biaisée de l'aléa stationnaire à long terme
• Aucune sensibilité aux hyperparamètres

Limites

• Totalement incapable de prévoir les répliques à court terme ou les crises sismiques
• Aucune capacité temporelle pendant l'évolution d'une séquence active
• Sous-estime les essaims actifs de plusieurs ordres de grandeur

Évaluation glissante hors période sur 26 semaines

Entraînement à fenêtre croissante : le modèle de la semaine K est évalué strictement sur la semaine future K+1, puis réentraîné avec les données observées.

Blocs de validation : 26

ROC-AUC moyen : 0.797

ROC-AUC maximal : 0.828

Brier moyen : 0.117

Fenêtre : Mars 2026 – septembre 2026

Bloc n°	Fenêtre de test hors période	Échantillons de test	ROC-AUC	Score de Brier	Précision	Rappel
#26	2026-03-09 to 2026-03-16	49,764	0.788	0.173	3.5%	86.2%
#25	2026-03-16 to 2026-03-23	49,814	0.795	0.086	6.6%	56.7%
#24	2026-03-23 to 2026-03-30	49,807	0.819	0.092	6.9%	68.7%
#23	2026-03-30 to 2026-04-06	49,138	0.828	0.103	6.2%	73.3%
#22	2026-04-06 to 2026-04-13	48,524	0.821	0.097	5.6%	68.7%
#21	2026-04-13 to 2026-04-20	47,411	0.797	0.104	5.7%	61.6%
#20	2026-04-20 to 2026-04-27	46,192	0.800	0.101	5.7%	64.6%
#19	2026-04-27 to 2026-05-04	45,383	0.785	0.108	5.0%	66.1%
#18	2026-05-04 to 2026-05-11	44,864	0.806	0.106	4.3%	68.3%
#17	2026-05-11 to 2026-05-18	44,623	0.802	0.113	4.3%	73.0%
#16	2026-05-18 to 2026-05-25	44,453	0.792	0.110	5.3%	69.5%
#15	2026-05-25 to 2026-06-01	45,256	0.750	0.118	4.2%	63.2%
#14	2026-06-01 to 2026-06-08	46,074	0.774	0.116	4.1%	67.4%
#13	2026-06-08 to 2026-06-15	46,778	0.764	0.121	4.5%	65.3%
#12	2026-06-15 to 2026-06-22	47,301	0.803	0.123	5.9%	76.6%
#11	2026-06-22 to 2026-06-29	48,227	0.827	0.125	5.3%	79.6%
#10	2026-06-29 to 2026-07-06	48,916	0.805	0.127	4.6%	76.6%
#9	2026-07-06 to 2026-07-13	49,154	0.786	0.124	4.7%	73.3%
#8	2026-07-13 to 2026-07-20	49,445	0.804	0.126	5.5%	77.3%
#7	2026-07-20 to 2026-07-27	50,160	0.789	0.125	4.8%	72.3%
#6	2026-07-27 to 2026-08-03	49,834	0.817	0.128	6.0%	77.3%
#5	2026-08-03 to 2026-08-10	49,358	0.798	0.128	5.4%	74.9%
#4	2026-08-10 to 2026-08-17	50,756	0.771	0.132	4.3%	70.3%
#3	2026-08-17 to 2026-08-24	51,653	0.815	0.125	4.2%	72.4%
#2	2026-08-24 to 2026-08-31	52,365	0.785	0.124	3.9%	73.8%
#1	2026-08-31 to 2026-09-06	45,685	0.794	0.114	4.1%	71.1%

Calibration des probabilités et courbe de fiabilité

Une prévision sismique bien calibrée signifie que lorsque le modèle attribue une probabilité de 70%, ~70% de ces cellules connaissent effectivement une nucléation.

Classes de fiabilité par décile (prévu vs observé)

Classe de risque	P prévue	Fréquence observée	Alignement de fiabilité
0-10%	4.5%	3.8%	Δ 0.7% (Calibré)
10-20%	14.8%	13.5%	Δ 1.3% (Calibré)
20-30%	24.6%	23.1%	Δ 1.5% (Calibré)
30-40%	35.2%	34.0%	Δ 1.2% (Calibré)
40-50%	44.8%	46.2%	Δ 1.4% (Calibré)
50-60%	55.1%	53.8%	Δ 1.3% (Calibré)
60-70%	64.7%	66.7%	Δ 2.0% (Calibré)
70-80%	74.9%	73.3%	Δ 1.6% (Calibré)
80-90%	84.2%	81.8%	Δ 2.4% (Calibré)
90-100%	93.5%	90.0%	Δ 3.5% (Tolérant)

Calibration isotonique des probabilités

Les classifieurs d'apprentissage automatique bruts produisent souvent des marges non calibrées (tendant vers 0 ou 1). En sismologie, l'excès de confiance entraîne des fausses alertes et une « lassitude face aux alertes ».

EarthquakeLive applique une régression isotonique et un Platt scaling ajustés sur le registre des prévisions pour convertir les logits bruts en fréquences de rupture physiquement significatives.

L'erreur de calibration attendue (ECE) est maintenue sous 4,2% à l'échelle mondiale.

Transparence scientifique et champ opérationnel

Ce que fait EarthquakeLive

• Calcule l'aléa probabiliste de nucléation de rupture sur 6 033 cellules hexagonales H3 dans le monde pour des horizons de 12 h, 24 h, 72 h et 7 jours.

• Diffuse des alertes au public et aux secours lorsque la densité d'essaim sismique à court terme, la déformation de Benioff et la proximité des failles dépassent des seuils critiques de déclenchement.

• Vérifie en continu les prévisions expirées par rapport aux catalogues de plusieurs agences, avec une tolérance de rayon de rupture physique R(M) = 0.5 × 10^(0.43M − 1.0) km.

Ce qu'aucun système ne peut faire (limite du chaos)

• Pas de prédiction déterministe à la minute ou à la seconde : en raison de la mécanique non linéaire des milieux continus, la nucléation des séismes débute sur des microfractures soumises au chaos déterministe.

• Pas de garantie sur la magnitude exacte : qu'une cascade de nucléation s'arrête à M 4.5 ou dégénère en rupture de mégachevauchement M 7.8 dépend des hétérogénéités du plan de faille non rompu.

• Aucune anticipation : toutes les références respectent les normes CSEP — les modèles ne sont jamais entraînés sur des données postérieures à l'horodatage de la prévision, ni ne les observent.

Questions fréquentes (FAQ)

Protocoles scientifiques, opérationnels et d’urgence vérifiés

Nous appliquons une évaluation glissante stricte hors période sur 26 blocs hebdomadaires de validation croissants. Au bloc K, le modèle est entraîné uniquement sur les événements jusqu'à la semaine K, figé, puis évalué strictement sur les événements réels de la semaine K+1. Le modèle n'est jamais exposé à des données futures lors de l'entraînement ou du calcul des variables.