Chargement intersismique et séismes lents dans la subduction mexicaine : quantification à partir de l’analyse de séries temporelles InSAR (Interférométrie Radar satellitaire).

6 mois, démarrage en janvier ou février 2023

Les zones de subduction sont à l’origine des plus grands séismes sur Terre. Il est donc essentiel de comprendre comment les contraintes tectoniques s’y accumulent et s’y relâche afin de mieux en évaluer l’aléa sismique. Le glissement entre les plaques tectoniques le long d’une interface de subduction est une combinaison de glissements sismiques (les séismes) et de glissements asismiques (événements de glissement lent ou glissement post-sismique). La connaissance de la répartition entre ces différentes modalités de glissement est cruciale pour estimer potentiel sismique des failles.

Dans ce projet, nous proposons de nous concentrer sur la zone de subduction mexicaine qui s’etend sur plus 1000 km de long et qui est le lieu de fréquent grands tremblements de terre destructeurs (comme l’illustre le récent séisme Mw=7.6 du 19 septembre 2022 dans la région de Michoacan), mais c’est aussi le lieu de grands événements de glissement lent (SSEs) avec des récurrences de quelques années, qui eux sont principalement asismiques (Radiguet et al. 2012).

Une façon d’étudier le glissement asismique est de mesurer la déformation de la surface en utilisant des techniques géodésiques comme le GPS ou l’InSAR (interférométrie SAR par satellite). Pour ce stage, en complément des travaux réalisés sur les données GPS dans notre équipe, nous proposons d’exploiter les observations InSAR des satellites Sentinel-1. Les études précédentes réalisées par notre équipe ont montré la faisabilité de cette approche (Maubant et al 2020, Maubant et al 2022) mais ont été limitées à la période 2016-2019 et par un manque pas d’homogénéité en terme de traitement. La grande quantité de données à traiter nécessaires pour couvrir l’ensemble de la zone de subduction mexicaine a été une des difficultés rencontrées.
Nous souhaitons dans ce stage étendre notre analyse à la période 2016-2022 en profitant de notre expérience précédente mais aussi des capacités d’un récent service de traitement InSAR au niveau national : FLATSIM (The ForM@Ter LArge-Scale Multi-Temporal Sentinel-1 InterferoMetry Service, https://www.poleterresolide.fr/projets/en-cours/flatsim/). Ce service sera utilisé durant l’automne 2022 pour générer massivement des milliers d’interférogrammes et de produits associés sur l’ensemble de la subduction mexicaine (zone de 1000 km x 500 km), ce qui fournira l’ensemble des données, traitées de façon homogène, nécessaires pour générer les séries temporelles de déplacement de surface.

Dans ce projet, l’étudiant.e se concentrera sur une zone limitée de 250 km x 500 km, couvrant la région de Guerrero où plusieurs evenements de glissements lents se sont produit pendant la période 2016-2022. Une première partie du travail consistera à établir une méthodologie pour effectuer le post-traitement des données InSAR FLATSIM, c’est-à-dire créer des séries temporelles InSAR à partir des interférogrammes en utilisant la méthode NSBAS (Ho Tong Minh et al. 2022). La deuxième partie consistera à analyser les séries temporelles pour séparer les différentes sources de signaux qui sont mélangées dans les séries temporelles InSAR (signaux de déformation liés au cycle sismique, signal hydrologique ou effets atmosphériques résiduels) afin de mieux quantifier les contributions du chargement intersismique et des événements de glissement lent au cycle sismique dans la zone de subduction mexicaine.

Ce stage s’inscrira dans le cadre d’un projet plus large et très attractif appelé SSDYN "Identifying slow slip dynamics combining seismic and geodetic data". Ce projet financé par l’Agence française de la recherche (ANR) est piloté par Mathilde Radiguet (co-encadrante du stage) et implique des scientifiques mexicains et français de cinq institutions de recherche différentes. L’étudiant.e sera accueilli.e à ISTerre, un laboratoire multidisciplinaire dont les recherches portent principalement sur l’étude physique et chimique de la planète Terre. Ce contexte offre un cadre idéal pour l’étudiant.e pour avoir des discussions scientifiques approfondies et pour développer des compétences dans différents domaines.

Que pouvez-vous attendre de ce stage ?

• Vous serez engagé.e sur des questions scientifiques passionnantes liées au cycle sismique en travaillant sur l’une des zones de subduction les mieux documentées, et où ont lieu des séismes lents parmi les plus grands au monde.
• Vous apprendrez des techniques avancées de traitement InSAR, une méthode de télédétection pour mesurer les déformations sur sol avec une précision meilleure que le centimètre depuis l’espace.
• Vous apprendrez des outils permettant de séparer les différentes sources de déformation mélangées dans les séries temporelles de déplacement de surface.
• Vous apprendrez à traiter de grands ensembles de données sur une infrastructure informatique de calcul intensif de l’université (GRICAD).

Compétences requises :

• Curiosité et intérêt pour les séismes et le cycle sismique.
• Intérêt pour la programmation et pour le travail sur de grands jeux de données.

Bibliographie :

Ho Tong Minh, D., Hanssen, R., Doin, M.-P., & Pathier, E. (2022). Advanced Methods for Time-series InSAR. In Surface Displacement Measurement from Remote Sensing Images (pp. 125–153). John Wiley & Sons, Ltd. https://doi.org/10.1002/9781119986843.ch5

Maubant, L., Pathier, E., Daout, S., Radiguet, M., Doin, M.-P., Kazachkina, E., Kostoglodov, V., Cotte, N., & Walpersdorf, A. (2020). Independent Component Analysis and Parametric Approach for Source Separation in InSAR Time Series at Regional Scale : Application to the 2017–2018 Slow Slip Event in Guerrero (Mexico). Journal of Geophysical Research : Solid Earth, 125(3). https://doi.org/10.1029/2019JB018187

Maubant, L., Radiguet, M., Pathier, E., Doin, M.-P., Cotte, N., Kazachkina, E., & Kostoglodov, V. (2022). Interseismic coupling along the Mexican subduction zone seen by InSAR and GNSS. Earth and Planetary Science Letters, 586, 117534. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2022.117534

Radiguet, M., Cotton, F., Vergnolle, M., Campillo, M., Walpersdorf, A., Cotte, N., & Kostoglodov, V. (2012). Slow slip events and strain accumulation in the Guerrero gap, Mexico. Journal of Geophysical Research : Solid Earth, 117(B4), n/a-n/a. https://doi.org/10.1029/2011JB008801
Radiguet et al 2022, ANR project proposal SSDYN, “Identifying slow slip dynamics combining seismic and geodetic data

Thollard, F., Clesse, D., Doin, M.-P., Donadieu, J., Durand, P., Grandin, R., Lasserre, C., Laurent, C., Deschamps-Ostanciaux, E, Pathier, E., Pointal, E, Proy, C., Specht, B. (2021). FLATSIM : The ForM@Ter LArge-Scale Multi-Temporal Sentinel-1 InterferoMetry Service, Remote Sens. 13 (18), 3734. doi:10.3390/rs13183734, HTML