Quantification du champ de déformation 3D des Alpes occidentales et régions périphériques par géodésie spatiale et sismologie : interprétations tectoniques et apports aux calculs d’aléa sismique.

Marguerite MATHEY, ISTerre, Sept. 2017-Sept. 2020

Doctorant : Marguerite MATHEY, ISTerre, Sept. 2017-Sept. 2020
Direction : Andrea Walpersdorf (ISTerre) ; Co-direction : Stéphane Baize (IRSN)
Financement : 50% LabEx OSUG 2020, 50% IRSN
École doctorale : Terre Univers Environnement, Grenoble

Résumé

La grande quantité de données de géodésie spatiale disponibles (20 ans de GNSS et d’InSAR) et de sismologie (Sismalp, 30 ans) servira à établir un champ de déformation 3D haute résolution de la croûte supérieure dans les Alpes occidentales. Ce champ indiquera le rôle relatif des moteurs géodynamiques potentiels de la déformation actuelle. En synergie, le projet ANR AlpArray (A. Paul, ISTerre) établira une image précise des structures profondes des Alpes par une tomographie sismique haute résolution. La disponibilité simultanée du champ de déformation 3D de la croûte supérieure et de la géométrie des structures profondes conduira à des résultats novateurs concernant les moteurs de déformation en contexte orogénique lent. Aussi, notre approche combinée sismologie / géodésie permettra de mieux
contraindre l’aléa sismique dans les Alpes et les régions adjacentes.

Contexte scientifique

Le GNSS (Global Navigation Satellite System) permanent a montré que le signal majeur de déformation actuelle dans les Alpes occidentales est une surrection atteignant 2 mm/an dans la haute chaîne (Serpelloni et al., 2013), corrélée à la topographie, sans raccourcissement correspondant. La déformation horizontale totale au travers des Alpes occidentales se caractérise actuellement par un mouvement transtensif de la plaque Adriatique par rapport à l’Eurasie stable, avec 0-0.3 mm/an en extension et décrochement dextre (Nocquet, 2012). Le mouvement vertical doit donc avoir d’autres moteurs que la tectonique des plaques. Les modèles de rebond postglaciaire et de décharge par érosion ne permettent d’expliquer qu’une partie de la surrection mesurée. La discussion actuelle se concentre sur les couplages tectoniques à l’échelle de la lithosphère et les interactions croûte-manteau (déséquilibre isostatique dû à l’interaction lithosphère-manteau, e.g. détachement du slab).

Objectifs

A partir de la grande quantité de données de géodésie spatiale (20 ans de mesures GNSS permanentes et d’InSAR) et de sismologie (Sismalp, 30 ans de mesures) maintenant disponibles, il s’agit d’établir un champ de déformation 3D haute résolution de la croûte supérieure dans les Alpes occidentales.
1) Pour le GNSS cette thèse profitera d’un effort communautaire du RENAG avec la reprise des mesures GNSS de campagnes (Alpes, Pyrénées) à partir de 2015 sous responsabilité de Philippe Vernant (Géosciences Montpellier). La thèse valorisera les mesures de campagnes effectuées depuis 1993. Ces analyses seront combinées avec les solutions RENAG basées sur le GPS permanent et densifieront le champ de vitesses dans les Alpes.
2) En parallèle à l’approche GNSS, cette thèse comporte un volet InSAR novateur qui consistera à tester si l’interférométrie radar satellite peut permettre de mesurer le faible signal de surrection alpine. En cas de succès, ces mesures seront très complémentaires des mesures GNSS de part de leur forte sensibilité aux mouvements verticaux. Elles permettront de cartographier l’extension des zones de surrection et donc d’aider à discuter des moteurs de la surrection.
3) Enfin, la déformation des Alpes occidentales se traduit par une sismicité modérée qui a été enregistrée depuis 1989 par le réseau Sismalp (ISTerre Grenoble) avec une complétude inégalée (jusqu’à M=1). Le bilan des mesures obtenues reflètera la distribution de la sismicité dans les Alpes françaises (35 000 évènements enregistrés pour la période 1988-2009, représentants donc une excellente base statistique). Les données brutes des réseaux permanents seront exploitées pour optimiser la base de données en termes de mécanismes au foyer, dont plusieurs centaines inédits devraient pouvoir être calculés. Dans un second temps, les tenseurs des moments sismiques seront calculés puis sommés par secteurs homogènes pour remonter à la quantification de la déformation sismique.

Le champ de déformation 3D apportera des données importantes aux calculs d’aléa sismique qui, dans l’approche probabiliste, incorporent de plus en plus les taux de déformation déterminés à partir de mesures géodésiques pour quantifier le moment sismique disponible. Ce travail de calcul de taux de déformation, ainsi que la comparaison des taux de moment sismique relâché et des taux de déformation géodésique, permettra de faire avancer notre connaissance sur le zonage sismotectonique dans la région alpine et périalpine. En effet ce champ conduira à une caractérisation qualitative (cinématique de la déformation) et quantitative (taux de déformation) du volume crustal, ce qui permettra d’y régionaliser la déformation (en carte et en épaisseur).