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Dynamique interplaque d’une subduction et comportement sismogène

Participants : Diane Arcay, Frédéric Gueydan, Arnaud Heuret, Serge Lallemand, Jean-Frédéric Lebrun, Michel Peyret. Collaboration avec l’équipe Risques.

Chantiers : Asie du Sud-Est (Japon, Taiwan), Petites Antilles, base de données globale (SubMAP).

Projets : AntiTheSis, CREEP, AspSync.

Thèses en cours : Elenora van Rijsingen.

Post-doc : Fabio Corbi


Le "plan" interplaque d’une zone de subduction (parfois appelé chenal de subduction) représente une interface à la fois de découplage cinématique (les vitesses de plaques y sont discontinues) mais aussi de couplage sismique.

Paramètres en jeu au voisinage de l'interface de subduction
Paramètres en jeu au voisinage de l’interface de subduction
d’après Lallemand et Heuret (en préparation)

Le comportement de cette interface est très mal connu, tant du point de vue du risque sismique que de celui de son influence sur le processus de subduction. Ainsi, l’origine des variations de la profondeur maximale sismogène (de 35 à 70 km - Pacheco et al., 1993) est encore mal expliquée.


L’extension maximale de la surface interplaque correspond physiquement à la profondeur à partir de laquelle le comportement rhéologique passe de cassant (ou frictionnel) à ductile.

Cette transition dépend de la combinaison de nombreuses variables (composition des roches, conditions de pression-température-déformation...), ce qui suggère un contrôle par le processus même de subduction. On considère généralement que la profondeur de l’interplaque sismiquement couplée augmente avec la vitesse de convergence (par ex. Zhang & Schwartz, 1992), mais nous avons montré à partir d’un modèle dynamique de subduction que la rhéologie non-Newtonienne du manteau favorise la relation inverse (Arcay et al., 2007a, 2008).


La simulation numérique du comportement interplaque permet de laisser un large degré de liberté au système, pour observer les conditions d’équilibre dans différentes configurations. On peut ainsi étudier comment évolue le bilan des forces en présence, et comment celui-ci affecte (ou pas) les caractéristiques du plan interplaque (pendage, longeur...).

Equilibre des forces, variation de teneur en eau et sismicité dans un système de subduction.
Equilibre des forces, variation de teneur en eau et sismicité dans un système de subduction.
Rouge : forces tectoniques motrices (poussée à la ride et slab-pull) ; Bleu : Forces résistantes. L’échelle de couleur indique les teneurs en eau contenues dans les roches : sous formes de minéraux hydratés comme la serpentine en rouge et jaune, en faibles quantités en vert et bleu (quelques dizaines à centaines de ppm). © D. Arcay

En faisant varier les variables d’entrée principales (âge de la plaque plongeante et degré d’hydratation, température asthénosphérique, coefficient de friction de l’interface...), nous testons les corrélations observées statistiquement entre les différents paramètres d’une subduction (par ex. Heuret & Lallemand, 2005 ; Lallemand et al., 2005, Heuret et al., 2011).

Nous menons en parallèle une étude combinée du comportement sismogène en fonction de la rugosité de l’interface de subduction que nous estimons en utilisant comme proxy celle des fonds océaniques au large de la fosse (thèse en cours d’Elenora van Rijsingen) et de simulations analogiques faisant intervenir des aspérités frictionnelles (post-doc de Fabio Corbi) en collaboration avec F. Funiciello (Univ. Roma Tre) et Michel Peyret (équipe Risques).

Rugosité des fonds océaniques au large de la fosse du Japon
Rugosité des fonds océaniques au large de la fosse du Japon
La rugosité est calculée pour des longueurs d’ondes comprises entre 80 et 100 km, d’après les travaux en cours de M. Peyret, S. Lallemand, E. van Rijsingen et D. Arcay