Quantification du chargement intersismiques et des glissements lents à grande échelle dans la zone de subduction mexicaine à l’aide de l’analyse des séries temporelles de l’interférométrie SAR par satellite

6 mois, démarrage en janvier ou février 2024

Les zones de subduction sont le lieu des principaux plus grands séismes sur Terre. Il est donc essentiel de comprendre comment les contraintes tectoniques s’y accumulent et se libèrent le long de ces frontières de plaques pour mieux en évaluer le risque sismique.
Dans les zones de subduction, grâce à un suivi régulier des déformations de la surface de la plaque supérieure, nous pouvons étudier les processus qui ont lieu sur l’interface de subduction, au cours des différentes phases du cycle sismique. En particulier, pendant les périodes de chargement (c’est-à-dire intersismiques), il est possible de caractériser le couplage intersismique le long de l’interface de la plaque. Le couplage est égal à 1 lorsque l’interface de la plaque est bloquée (les déformations et les contraintes s’accumulent), et le couplage est égal à 0 lorsque l’interface glisse librement.
La mesure des déformations de surface nous permet également de caractériser les différents modes de glissement qui participent au relâchement des contraintes. Le glissement le long de l’interface de subduction est une combinaison de glissement sismique (c’est-à-dire de séismes) et de glissement asismique (c’est-à-dire d’événements de glissement lent ou post-sismiques), et il est important de comprendre la répartition entre ces modes de glissement pour comprendre le potentiel sismique des failles.
Dans ce projet, nous proposons de nous concentrer sur la zone de subduction mexicaine, où de grands séismes se produisent fréquemment, comme l’illustre le récent séisme du 19 septembre 2022 de magnitude 7.6 dans la région de Michoacan. Cette zone de subduction est aussi le siège d’événements de fréquents et grands évènements de glissement lent (SSE) qui sont principalement asismiques (Radiguet et al 2012). Nous proposons d’exploiter deux techniques de géodésie spatiale pour mesurer la déformation en surface : L’observation InSAR à partir des satellites Sentinel-1 et le GPS. Des études antérieures réalisées par notre équipe ont montré que le glissement lent et le signal intersismique peuvent être extraits à partir de ces jeux de données (Maubant et al 2020, Maubant et al 2022), mais elles ont été limitées à la période 2016-2019, et n’ont pas été complètement homogènes en termes de traitement. La grande quantité de données nécessaires pour couvrir l’ensemble de la zone de subduction mexicaine constitue en effet un défi.
Nous souhaitons ici étendre notre analyse à la période 2016-2022 en profitant de notre expérience précédente mais aussi de la disponibilité d’un service national de traitement InSAR FLATSIM (The ForM@Ter LArge-Scale Multi-Temporal Sentinel-1 InterferoMetry Service, https://www.poleterresolide.fr/projets/en-cours/flatsim/). Ce service a généré massivement des milliers d’interférogrammes et de produits associés, tels que des séries temporelles de déplacements de surface utilisant les méthodes NSBAS (Ho Tong Minh et al. 2022). Sur notre zone d’étude 11 fauchées InSAR ont été traitées et couvrent l’ensemble de la subduction mexicaine (zone de 1000 km x 500 km), ce qui fournit un ensemble homogène de données.
Pour ce stage, une première partie du travail consistera à faire un post-traitement des données FLATSIM InSAR, en suivant la méthodologie développée lors d’un précédent projet de Master (Meridi, 2023) afin de masquer les régions avec des erreurs de traitement et/ou des signaux non tectoniques. Ensuite, les différentes sources de déformations tectoniques présentes dans les séries temporelles de déformation seront séparées. En particulier, (1) les déplacements de surface associés aux séismes récents présents dans la série temporelle seront estimés et corrigés, (2) les vitesses de chargement intersismiques seront estimées et (3) lorsque cela est possible, la déformation associée aux événements de glissement lent sera extraite. Enfin, les champs de déformation de surface extraits (à la fois InSAR et GPS) seront inversés pour déduire le couplage d’interface ainsi que le glissement associé aux principaux évènements de glissement lent. Ce travail permettra de mieux quantifier les contributions du chargement intersismique et des événements de glissement lent dans le cycle sismique dans la zone de subduction mexicaine, sur une large échelle spatiale.
Ce stage fera partie du projet ANR SSDYN "Identifying slow slip dynamics combining seismic and geodetic data". Ce projet financé par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR) est dirigé par Mathilde Radiguet. Il implique des scientifiques mexicains et français de 5 institutions de recherche différentes. L’étudiant sera accueilli 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 vous intéresserez à 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