Séismes intermédiaires et changement de volume pendant les réactions métamorphiques : exemple de la subduction sous le Japon

4-6 months, starting February-March 2022

Les séismes intermédiaires se produisent à des profondeurs allant de 70 à 300 km dans les zones de subduction. A ces profondeurs, les roches se déforment de manière ductile. Ceci suggère que les mécanismes générant les séismes intermédiaires ne sont pas identiques à ceux opérant en surface où les roches sont cassantes. Plusieurs hypothèses ont été formulées pour expliquer ces séismes. L’une des plus connues consiste en un affaiblissement des roches lors des réactions de déshydratation. Les augmentations de la pression et de la température dans les zones de subduction induisent en effet des réactions métamorphiques libérant des fluides. Si le changement de volume est positif lors de ces réactions, des surpressions de fluide peuvent être générées, ce qui induit une fragilisation. Cependant, ce mécanisme n’est pas compatible avec des expériences en laboratoire dans lesquelles des signaux acoustiques ne sont enregistrés que lors de réactions avec des changements de volume négatif 1,2. Pour mieux comprendre les mécanismes impliqués dans la génération des séismes intermédiaires, il est donc essentiel de mieux contraindre le lien entre sismicité et changement de volume pendant les réactions métamorphiques en milieu naturel. Pour ce faire, nous proposons dans ce stage de s’intéresser à l’une des zones les mieux instrumentées au monde : la subduction du Japon. Le stage consistera dans un premier temps à localiser de manière précise des séismes intermédiaires pour déterminer la profondeur à laquelle ils se produisent et leur lien avec la sismicité environnante et ce de deux façons : en absolu et en relatif (ie, les uns par rapport aux autres). Ceci permettra d’identifier d’éventuels zones qui peuvent être plus actives que d’autres, sur des durées plus ou moins longues. Puis, un modèle thermique de la zone de subduction sera utilisé pour prédire la température en profondeur. Les données collectées seront combinées pour réaliser des calculs thermodynamiques afin de prédire les réactions se produisant et le changement de volume là où les séismes sont observés. Les résultats obtenus nous permettront finalement de mieux contraindre les mécanismes associés aux séismes intermédiaires grâce à une approche couplant sismologie et thermodynamique.