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1 – Les déformations actives et le cycle sismique étudiés par GPS et gravimétrie absolue
Les déformations actuelles ou récentes et le cycle sismique peuvent être étudiés à l’aide du GPS et de la gravimétrie absolue. Le GPS a de nombreuses applications en géodynamique et pour l’étude des séismes.
Le GPS peut être utilisé pour étudier la cinématique actuelle des plaques. Il permet aussi de tester l’hypothèse de rigidité des plaques et de définir les zones des plaques qui ne se déforment pas.
* Inversement le GPS permet de définir les zones aux limites des plaques qui subissent de la déformation. Ces zones accommodent les mouvements relatifs entre deux plaques non déformées. La déformation totale d’une limite de plaque peut être simplement évaluée lorsque l’on connaît le mouvement des deux plaques en jeu.
* Le GPS permet aussi de détailler comment est accommodée la déformation à l’intérieur de la limite de plaques. Par exemple dans le cas de la limite entre les plaques anatoliennes et Eurasie, l’accommodation se fait principalement par la grande faille décrochante nord anatolienne. Mais les limites de plaques sont souvent beaucoup plus complexes. Le GPS permet de déterminer comment est réparti le mouvement total entre chacune des structures de la zone. Il permet de mettre en évidence des zones non déformées à l’intérieur même de la limite de plaques. Les déformations déduites du GPS peuvent aussi être mises en relation avec les déformations estimées à partir de la sismicité pour quantifier les rôles respectifs des déformations sismique et asismique au cœur de la limite de plaques.
* Le GPS peut être utilisé pour caractériser les styles de déformations à l’intérieur d’une structure particulière de la limite de plaques. Par exemple, la déformation est-elle localisée sur une ou des grandes failles ou est-elle distribuée ? En cas de collision oblique, y a t-il du partitionnement ?
* Enfin, le GPS peut être utilisé pour l’étude des failles et des séismes. Une première application simple est la mesure directe de la vitesse d’une faille. Des réseaux denses, resserrés à travers la faille, permettent de déterminer si la faille est bloquée ou non, de regarder l’évolution du taux de déformation en fonction de l’espace et d’intégrer les données dans une étude plus vaste du cycle sismique. La vitesse estimée par GPS peut être comparée aux vitesses déduites des études paléosismologiques, morphotectoniques et géologiques. En cas de séismes le GPS donne des informations sur le mouvement co-sismique qui peuvent être utilisés pour la modélisation de la rupture et des informations post-sismiques qui servent à caractériser la rhéologie de la lithosphère.
Les déformations se concrétisent aussi par des mouvements verticaux et des transferts de masse. S’ils atteignent 1 cm/an, les mouvements verticaux affectent la pesanteur de 2 à 3 microgal/an en prenant exclusivement en compte le déplacement du point. A cela, il faut ajouter l’effet de transfert de matière qui dépendra du chargement et de la réaction mécanique de la lithosphère. L’estimation des variations temporelles de pesanteur par réoccupation de réseau est possible à condition que la précision des mesures absolues se situe entre 1 et 2 microgals, que l’observation soit réalisée sur des périodes de temps assez grandes et que les autres effets locaux, régionaux ou globaux affectant la variation de la pesanteur soient estimés (marées terrestres et océaniques, mouvement du pôle, atmosphère, stockage de l’eau dans le sol). Ces variations peuvent alors compléter les mesures GPS pour contraindre les modèles de déformation lithosphériques.
J’ai développé au cours de ma carrière divers chantiers pour étudier les déformations tectoniques soit à l’échelle régionale, soit à l’échelle d’une ou d’un ensemble de failles :
- En Iran (depuis 1999) : caractérisation des déformations à l’échelle de la collision Arabie-Eurasie et distribution locales de ces déformations (dans le Zagros, la transition Zagro-Makran, l’Alborz, le NW de l’Iran).
- En Turquie (depuis 2004), Syrie (de 2009 à 2011), Israël et Jordanie (depuis 2010), Arabie Saoudite (depuis 2015) : étude de la déformation le long des failles nord Anatolienne et de la Mer Morte et au niveau du point triple Arabie-Afrique-Anatolie.
- En Birmanie (GPS, depuis 2005) : Déformation de la terminaison nord de la faille de Sagaing et de la syntaxe est-Himalayenne, compréhension de l'arc Indoburman.
- A Taiwan (Gravimétrie absolue, de 2006 à 2015) : Transferts de masse dans l’orogène taiwanaise
- Dans l’Afar (GPS et gravimétrie absolue, depuis 2010) et le rift est-africain (Tanzanie depuis 2012) : Dynamique du rifting.
- En Egypte et Tunisie (GPS, depuis 2019) : Collision Nubie-Eurasie
- En France dans les Alpes et le fossé rhénan (GPS, depuis 2007) ; Déformation d’une zone à faible taux de déformation mais à la sismicité non nulle
En parallèle à l’étude de ces chantiers, j’ai développé de nouvelles stratégies de caractérisation de la déformation à partir de l’inversion des variations temporelles des distances entre stations GPS. J’ai revisité une idée développée au début des années 2000 par Spakmann et peu exploitée.
Depuis une dizaine d'année je m'intéresse plus spécifiquement aux déformations près des grands failles actives Nors et Est-anatoliennes, pour mieux y comprendre le cycle sismique. J'ai notamment publié des articles sur les déformations co- et post-sismique de la zone de Karamanmaras et des séismes de février 2023.
2 – Sismicité de la France
Depuis une dizaine d’années les communautés sismologiques, géodésiques et gravimétriques françaises se sont structurées au sein de Résif (Réseau sismologique et géodésique français). Après avoir beaucoup travaillé au développement de nouveaux réseaux sismologiques, notamment le RLBP (Réseau large-bande permanent), et à la modernisation de la gestion et de la distribution des données, il est apparu nécessaire de développer une action transverse Résif autour de la sismicité française.
L’objet de cette action transverse sismicité Résif (ATS) est de coordonner l’ensemble des travaux sur la sismicité actuelle et passée au sein d’une structure fédératrice afin d’augmenter l’efficience du travail effectué et d’en accroître la visibilité. Il s’agit notamment de réaliser et de distribuer des produits issus des données de
Résif axés sur la connaissance de la sismicité française et de l’aléa associé.
L’ATS est aujourd’hui subdivisée en six axes portant sur les thèmes suivants :
- la construction d’un bulletin de sismicité multi-origines en France,
- la construction d’un catalogue de référence de la sismicité en France,
- la collecte et l’analyse des données macrosismiques – sismicité historique et contemporaine en France,
- la mise en œuvre de ShakeMap au niveau national, intégrant à la fois des données macrosismiques et des données instrumentales (accélérométriques et vélocimétriques),
- l’étude des failles ayant produit des séismes avec ruptures de surface en France métropolitaine dans la période Quaternaire
- l’étude et la caractérisation de l’aléa sismique au niveau national.
Depuis 2016 je coordonne cet ATS (21) et travaille notamment sur l’axe 6. J’ai contribué à une synthèse sur la sismicité de la France métropolitaine (17) ainsi qu’à la constitution d’une base de données de mécanismes aux foyers (22).
3 - L’hydrogravimétrie
L’hydrogravimétrie est un outil qui permet de caractériser les variations de contenu en eau du sous-sol à partir des variations du champ de pesanteur, l’eau ayant une masse qui fait varier l’attraction gravitationnelle.
Pendant quelques années, j'ai travaillé sur l’utilisation de cette méthode pour étudier le bassin versant du Strengbach dans les Vosges, site de l’OHGE (Observatoire Hygro-Géochimique de l’Environnement) (20). Aujourd'hui j'applique cette méthode sur le glissement de Séchilienne.
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