Subduction Nazca et mesures GPS

Christophe Vigny est un habitué du Chili, où il a réalisé plus de trente missions au cours des quinze dernières années, principalement des campagnes de mesures GPS. Il nous explique l’objectif de ces campagnes :

« Ces mesures permettent de quantifier la déformation de la croûte terrestre tout au long de la subduction (le contact entre les deux grandes plaques tectoniques qui convergent l’une vers l’autre à 7 cm/an) qui court tout le long des côtes chiliennes. Parce que le contact entre les plaques est « rugueux », la plaque océanique (Nazca) ne glisse pas librement et continument sous la plaque continentale (Amérique du Sud). Tout au contraire, la plaque continentale, moins rigide, se déforme sous l’effet de la compression et accumule cette déformation. Lorsque trop de déformation a été accumulée, le contact entre les plaques glisse brusquement : c’est le séisme qui libère en quelques secondes ce qui a été lentement accumulé pendant des années, voir des siècles. La mesure précise de cette déformation est effectuée par des récepteurs GPS déployés régulièrement (1 à 3 fois par an) sur un réseau de marqueurs géodésiques (plusieurs centaines) disposés régulièrement tout au long du Chili, de Concepción au Sud (~37°S) à Arica au Nord (18°S). En résumé, ces mesures permettent de cartographier l’accumulation de déformation. On voit apparaitre un « patchwork » de zones où la déformation s’accumule (la faille est bien bloquée), séparée par des bandes où elle ne s’accumule pas (cette portion de faille glisse). Les zones où de la déformation s’accumule au cours des années (blocage de la faille) sont à surveiller attentivement car des séismes s’y produiront. Nous avons également installé des stations GPS continues qui mesurent en permanence 24h/24 et 365 jours/an, de manière à capturer la déformation pendant, avant et après un séisme.»

“ Cette coopération a donné lieu en 2007 à la création d’un laboratoire international associé entre le CNRS et l’Université du Chili: le LIA Montessus de Ballore. ”


Projet Etude de la Subduction Chilienne

Ces campagnes de mesures s’inscrivent dans un projet plus large intitulé « Projet Etude de la Subduction Chilienne » qui étudie le processus du cycle sismique au long de la subduction Chilienne. Ce chantier réunit plusieurs laboratoires de recherche en Sciences de la Terre en France et au Chili : Géologie ENS, sismologie et tectonique IPGP, Départements de Géophysique (DGF) et Géologie (DG) de l’Université du Chili à Santiago (U-Chile). Il s’appuie sur des financements récurrents des laboratoires participants et des financements sur projets (ANR en France, FONDECYT au Chili). Cette coopération a donné lieu en 2007 à la création d’un laboratoire international associé entre le CNRS et l’Université du Chili: le LIA «Montessus de Ballore».

A cause de la convergence très rapide (7 cm/an) de la plaque Nazca qui subducte sous la plaque Amérique, le Chili est une zone d’activité sismique intense. Un séisme majeur (Mw > 8) a lieu tous les dix ans en moyenne le long de la côte chilienne et la plupart des segments de faille dans la région ont produit un séisme de magnitude 8 lors du 20ème siècle. Le long de la côte chilienne l’interface de subduction est fragmentée en zones élémentaires de l’ordre de 100 à 400 km de long et de 50 à 100 km de large, susceptibles de produire des grands séismes lors de la relaxation des contraintes accumulées. La plupart des séismes majeurs correspondent à des glissements «en faille inverse» sur l’interface de subduction dans la zone qui est habituellement bloquée lors de la période inter-sismique.

Le projet étudie en temps légèrement différé (le temps de récolter les données puis de les traiter) la déformation qui précède les séismes de manière à vérifier si ceux-ci se produisent bien dans les zones et avec les caractéristiques attendues. La déformation postérieure au séisme est également analysée afin de déterminer le temps nécessaire pour revenir à la situation d’avant le séisme (si jamais on y revient entièrement), ce qui donne des informations fondamentales sur les propriétés physiques des roches. Enfin, en suivant la déformation en continu avec des stations GPS permanentes on capture parfois l’instant précis de la rupture sismique, ce qui permet d’étudier la rupture et de chercher d’éventuels signaux précurseurs. Toutes ces donées sont ensuite intégrées avec les données sismologiques des modèles complets des séismes de subduction. Les études menées au cours de ces 15 dernières années ont permis de valider un certain nombre d’hypothèses.
En premier lieu, le « patchwork » de couplage semble bien correspondre à la sismicité : les grands séismes (Maule 2010, Iquique 2014, Illapel 2015) se produisent dans les grandes zones fortement couplées et les ruptures s’arrêtent quand elles « butent » sur les zones de faible couplage où il n’y a pas de déformation accumulée.En second lieu, les essaims de sismicité modérée semblent se produire au bord des zones de faible couplage, dans des zones de couplage intermédiaire où la friction est complexe et la situation intermédiaire entre glissement libre et blocage de la faille.



Aujourd’hui, 4 segments (longues zones d’accumulation bordées de zones étroites de non-accumulation) ont été identifiés au Chili central. Du Sud au Nord, le segment de Maule sur 400 km, le segment métropolitain (ou de Valparaiso) sur 100-200 km, le segment d’Illapel sur 200 km et le segment d’Atacama sur 300 km. Dans le grand Nord du Chili, ce que l’on pensait être un grand segment de 500 km de long (le gap d’Arica, entre Antofagasta et Arica) semble être fragmenté en plusieurs segments plus petits, avec en particulier une zone complexe en face de la ville d’Iquique. Sur chacun de ces segments, la situation est assez différente : des 4 segments du centre Chili, deux ont rompu récemment : Maule en 2010 avec un séisme de Magnitude 8.8 et Illapel en 2015 avec un séisme de magnitude 8.3. Restent le segment Métropolitain et le segment d’Atacama, qui eux aussi semblent à des stades différents de leur cycle. La situation d’Atacama est assez claire : le dernier grand séisme s’est produit en 1922, l’accumulation y est importante et la sismicité de fond plutôt faible. C’est un cas typique de « lacune ou gap sismique ». Une rupture importante prochaine semble probable. Le segment Métropolitain, lui a rompu en 1906 mais aussi et au moins partiellement en 1985. De plus, parce qu’il est voisin du segment rompu en 2010 il est également affecté par la déformation post-sismique (la relaxation qui prend un certain temps après un grand séisme de subduction avant que les choses ne redeviennent comme avant) qui s’y produit. De ce fait l’accumulation de déformation y est perturbée. La très récente crise sismique de Valparaiso (Avril-Mai 2017) semble s’inscrire dans ce contexte compliqué. Tout au nord du chili, on attend la répétition du très grand séisme de 1877, sans qu’il soit connu si ce séisme correspondait à la rupture simultanée des divers segments observables aujourd’hui ou seulement d’un seul d’entre eux, mais avec un glissement exceptionnellement important (comme lors du séisme du Japon de 2011 par exemple). Entre les deux, la région d’Antofagasta reste assez mal connue parce que difficile d’accès.
La «surveillance» de toutes ces lacunes permet de comprendre les processus mécaniques qui se produisent lors de la maturation et de l’initiation des grands tremblements de terre de subduction. Le but étant d’étudier les processus sismiques et asismiques durant le cycle sismique. Pour ce faire, l’équipe du projet a instrumenté ces lacunes avec des GPS permanent, des stations sismologiques large-bande et un inclinomètre longue-base. Aujourd’hui, une bonne part des instruments déployés est maintenue par le Centre Sismologique National (CSN) localisé à l’Université du Chili.

“ La surveillance de toutes ces lacunes permet de comprendre les processus mécaniques qui se produisent lors de la maturation et de l’initiation des grands tremblements de terre de subduction. ”

 

 

Pour en savoir (un peu) plus sur le GPS : « GPS : COMMENT ET POUR QUOI FAIRE ? » : goo.gl/Dz6AuH

Pour en savoir (un peu) plus sur la tectonique des plaques : goo.gl/4CriJ1

→ Contact:

Christophe Vigny : vigny@geologie.ens.fr

 

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