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Présentation des travaux de thèse d’Elenora van Rijsingen

Présentation des travaux de thèse d'Elenora van Rijsingen

Jeudi 17 janvier à 13h30 en salle Grenat, bât. 22, campus Triolet, Université de Montpellier.
Elenora van Rijsingen présentera ses travaux de thèse* "Subduction Interface Roughness and Megathrust Earthquakes : Insights from Natural Data and Analogue Models"
*Thèse en cotutelle entre l’Université de Montpellier et l’Université Roma Tre (Italie) soutenue le 22 novembre 2018 à Rome.


Les zones de subduction sont connues pour les très grands séismes qui les affectent, avec des magnitudes observées pouvant atteindre MW 9.6. C’est pourquoi elle sont largement étudiées par la communauté scientifique. L’impact de tels événements sur la société est immense, comme en témoignent les récents séismes de MW 9.1 Tohoku (2011), MW 8.8 Maule (2010) et MW 9.2 Sumatra (2004), survenus dans des zones densément peuplées, causant de terribles pertes humaines autant qu’économiques.
Il y a donc un besoin pressant de mieux comprendre l’occurrence spatiale et temporelle de ces événements dévastateurs. Un paramètre qui a été proposé pour contrôler le comportement sismogène dans les zones de subduction est la rugosité de l’interface de subduction. Cette rugosité est le résultat combiné de la morphologie du fond marin de la plaque plongeante, de l’entraînement de sédiments pendant la subduction, ainsi que des processus érosifs qui se produisent pendant la subduction. Une interface de subduction rugeuse est censée favoriser, ou au contraire inhiber la rupture des grands séismes interplaques.
Ces théories contrastées rendent difficile l’obtention d’un consensus général sur le rôle joué par la rugosité de l’interface de subduction dans la sismicité des zones de subduction. Cette thèse vise à fournir des informations supplémentaires sur cette relation, basée sur des analyses globales de données naturelles et des modèles analogiques sismotectoniques.
Étant donné que la rugosité à l’interface de subduction est souvent inconnue, le fond marin au large de la fosse est utilisé ici comme substitut de l’interface de subduction. Le fond marin faisant face à toutes les zones de subduction est ainsi analysé, sous la forme d’un signal de rugosité à deux gammes de longueur d’onde choisies : les longueurs d’onde courtes (12-20 km) et grandes (80-100 km). Par la suite, les amplitudes de rugosité associées à des caractéristiques spécifiques du fond marin, telles que les monts sous-marins, les zones de fracture ou les rides, sont comparées à la tendance globale. Les résultats montrent que les monts sous-marins ont des amplitudes de rugosité beaucoup plus grandes aux deux longueurs d’onde, tandis que les rides ne peuvent être distinguées que sur de grandes longueurs d’onde. Les zones de fracture ne peuvent être distinguées de la tendance globale. La rugosité du fond marin est également utilisée pour comparer les paramètres décrivant l’état de contrainte dans les zones de subduction. Une nette corrélation a été observée entre un couplage sismique élevé et des amplitudes de rugosité relativement faibles, ainsi qu’entre un faible couplage sismique et des amplitudes relativement élevées de la rugosité du fond marin.
Une comparaison plus détaillée a été réalisée en se concentrant sur les grands séismes de subduction, par le biais d’une base de données sismique nouvellement compilée, SubQuake. Cette base de données comprend les caractéristiques spatiales des séismes interplaques de MW ≥ 7,5 survenus depuis 1900. L’occurrence spatiale de ces ruptures, ainsi que les aspérités sismiques et les épicentres associés, sont comparés à la rugosité des fonds marins à l’échelle mondiale. Les résultats montrent que les séismes de magnitude ≥ 7,5 se produisent préférentiellement face à des fonds marins peu rugueux à grande longueur d’onde. Cette corrélation est la plus évidente lorsque l’on considère les mégaséismes de MW > 8,5, ce qui suggère qu’un fond marin lisse et continu joue un rôle important dans le développement de ces grands événements.
Les aspérités sismiques correspondent à des fonds marins plus lisses à faible et grande longueur d’onde comparées aux zones de rupture en général, alors que les épicentres semblent corrélés à des fonds marins légèrement plus rugueux, suggérant que la nucléation des ruptures nécessite des conditions d’interface différentes.
Pour surmonter les limitations inévitables liées aux observations naturelles, telles que la résolution ou la couverture limitée de l’imagerie sismique ou encore la trop courte période d’échantillonnage, des modèles sismotectoniques ad hoc ont été utilisés pour étudier la relation entre la rugosité de l’interface de subduction et les mégaséismes. Ces modèles consistent en un coin de gélatine viscoélastique chevauchant une plaque rigide rugueuse en subduction. Grâce à des impressions 3D, deux rugosités extrêmes de la plaque en
subduction ont été testées : une interface plane et une très rugueuse caractérisée par de nombreux « monts sous-marins ». Les résultats de la modélisation montrent que les modèles à interface rugueuse génèrent des séismes plus petits que les modèles caractérisés par une interface lisse. De plus, les modèles rugueux présentent une résistance frictionnelle plus faible et donc un couplage intersismique plus faible. Ces résultats sont en accord avec les résultats obtenus à partir de l’analyse des données naturelles.


Composition du Jury :
- Giacomo Prosser Universita degli studi della Basilicata, Président
- Susan Bilek New Mexico Tech, rapporteure
- Matthias Rosenau GZ Helmholtz Centre Potsdam, rapporteur
- Stefano Mazzoli Universita degli studi di Napoli Federico II, examinateur
- Diego Perugini Universita di Perugia, examinateur
- Giovanna Cultera INGV, examinatrice
- Francesca Funiciello Universita degli studi Roam Tre, co-directrice de thèse
- Serge Lallemand CNRS - Université de Montpellier, co-directeur de thèse