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La France est-elle aussi stable qu’on le pense ?

Tout le monde a en tête l’image du tremblement de terre de 2009 au Japon entraînant l’accident nucléaire de Fukushima. Cet évènement illustre parfaitement le lien entre gestion du risque naturel et enjeux socio-économiques dans les pays industrialisés. Mais un tel évènement peut-il arriver en France, deuxième pays au monde possédant le plus de réacteurs nucléaires ? L’étude de la géodynamique actuelle du pays est donc un enjeu scientifique et socio-économique important. C’est à cela que Christine Masson, doctorante à Géosciences Montpellier s’est intéressé dans son travail de thèse portant sur le perfectionnement des méthodes d’analyse GPS pour l’étude de la déformation intraplaque en France.

Le contexte géodynamique de la France est très différent de celui du Japon qui se trouve à proximité d’une frontière de plaques très active. Il faut rappeler qu’au niveau mondial, environ 90% de l’énergie sismique sont relâchés au niveau des frontières de plaques1. La France, quant à elle, appartient à un domaine intraplaque de la grande plaque eurasienne considérée comme stable. Les séismes forts (magnitude > 6) y sont très rares mais pas inexistants2. Il y a toutefois une sismicité faible à modérée présente à travers le territoire (cf. fig. 1). Fig. 1 : sismicité de la France, instrumentale en vert et historique en orange (catalogues SHARE et SI-Hex)3.

Pour étudier et quantifier la déformation, l’analyse des séries temporelles de positions obtenues à partir de données GPS a fait ses preuves dans les zones de déformation rapides mais reste en limite de résolution dans les zones de déformation lentes. Cette limite de résolution, équivalente au niveau de bruit dans les mesures, est liée à la dispersion des positions quotidiennes estimées. Le bruit est dû entre autres aux orbites des satellites, à la météo et aux caractéristiques propres à la station. Ainsi le principal problème qui se pose est de pouvoir discriminer le signal de déformation par rapport au bruit intrinsèque de la méthode.

La déformation actuelle dans les Alpes et les Pyrénées a pu être partiellement identifiée dans de précédentes études4 5 mais pour le reste du territoire, la résolution des données GPS reste trop faible. La quantification précise des taux de déformation en France est l’objectif principal du service national d’observation RESIF-RENAG (REseau SIsmologique Français – REseau NAtional GNSS). Le travail de thèse de Christine Masson s’est intégré dans cette thématique et a donc consisté à mettre en place des méthodologies afin de pouvoir quantifier de manière robuste et statistique la déformation pour l’ensemble du territoire métropolitain. Ce travail a été possible grâce à la maturité du réseau de stations GPS permanentes, d’abord développé par la communauté scientifique depuis vingt ans (SNO RESIF-RENAG) puis enrichi par les réseaux commerciaux (Orpheon …). La quantification de la résolution de chacune des stations a été réalisée grâce à l’utilisation de données synthétiques. Cela correspond à la génération de séries temporelles de positions quotidiennes synthétiques ayant des paramètres définis.
L’avantage des données synthétiques par rapport aux données réelles est que l’on fixe la vitesse. Il est ainsi possible de déterminer la différence entre l’estimation de la vitesse avec notre méthode et la vitesse fixée. On obtient une déviation permettant de quantifier la limite de précision de l’analyse en fonction des caractéristiques de chaque série temporelle.6. Les résultats ont montré que pour des stations de plus de huit ans, la précision sur la vitesse atteint 0.2 mm/an pour les composantes horizontales. Pour aller plus loin, Christine a utilisé le "principe de la démocratie" (la majorité a raison), ou autrement dit celui de la cohérence spatiale du signal de déformation. Pour assurer des résultats robustes, deux méthodologies indépendantes ont été utilisées dont les performances ont été quantifiées statistiquement et qui fournissent des résultats proches. Au terme de son travail, Christine a pu fournir la première carte de taux de déformation à l’échelle de la France (cf. fig. 2) mais aussi quantifier la confiance sur les taux de déformation obtenus3. Fig. 2 : taux de déformation horizontale de la France3

Nous remarquons tout d’abord que l’on retrouve et améliore la caractérisation de la déformation en extension mise en évidence par de précédentes études, dans les Alpes et les Pyrénées4 5. Nous notons également que plusieurs zones de la figure 1 ne présentant quasiment pas de sismicité, montrent ici une déformation importante, notamment au niveau des bassins Aquitain et Parisien. Cette remarque entraîne de nouveaux questionnements sur l’origine de cette déformation. Est-elle transitoire ? Est-elle liée à l’exploitation des ressources naturelles par l’Homme ? Nous voyons aussi qu’en Bretagne, pour la première fois, une faible déformation en extension compatible avec la tectonique long terme et la sismicité de la région a pu être quantifier7.

A l’heure actuelle, le travail de Christine ne permet pas de répondre de manière directe aux questions de sécurité industrielle, mais il a permis de débloquer certains verrous scientifiques liés à la résolution des méthodes géodésiques. Il est maintenant important d’aller plus loin et d’utiliser ces résultats pour contraindre les calculs d’aléa sismique, sujet du stage8 de master 2 effectué à Géosciences Montpellier en 2019 par Marie Jacottin en partenariat avec l’IRSN.

1 Scholz, C. H. : The Mechanics of Earthquakes and Faulting, 2nd ed., Cambridge University Press, Cambridge., 2002.
2 Jomard, H., Cushing, E. M., Palumbo, L., Baize, S., David, C., & Chartier, T. (2017). Transposing an active fault database into a seismic hazard fault model for nuclear facilities–Part 1 : Building a database of potentially active faults (BDFA) for metropolitan France. Natural Hazards and Earth System Sciences, 17(9), 1573-1584.
3 Masson, C., Mazzotti, S., Vernant, P. and Doerflinger, E. : Extracting small deformation beyond individual station precision from dense GNSS networks in France and Western Europe, Solid Earth Discuss., 1–34, doi:10.5194/se-2019-89, 2019b.
4 Rigo, A., Vernant, P., Feigl, K. L., Goula, X., Khazaradze, G., Talaya, J., ... & Sylvander, M. (2015). Present-day deformation of the Pyrenees revealed by GPS surveying and earthquake focal mechanisms until 2011. Geophysical Journal International, 201(2), 947-964.
5 Nocquet, J. M., Sue, C., Walpersdorf, A., Tran, T., Lenôtre, N., Vernant, P., ... & Chery, J. (2016). Present-day uplift of the western Alps. Scientific reports, 6, 28404.
6 Masson, C., Mazzotti, S. and Vernant, P. : Precision of continuous GPS velocities from statistical analysis of synthetic time series, Solid Earth, 10(1), 329–342, doi:10.5194/se-10-329-2019, 2019a.
7 Mazabraud, Y., Béthoux, N., Guilbert, J., & Bellier, O. (2005). Evidence for short-scale stress field variations within intraplate central-western France. Geophysical Journal International, 160(1), 161-178.
8 Intégration de modèles de failles et bilan de déformation dans les modèles d’aléa sismique : ex. de la Bretagne


Le bulletin du laboratoire Géosciences Montpellier n°18 - septembre/octobre 2019