PLAN 1. Introduction: rappels de notions de base (lithosphère; hypothèse des plaques rigides; types de limites; échelles de temps et d espace )

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1 PLAN 1. Introduction: rappels de notions de base (lithosphère; hypothèse des plaques rigides; types de limites; échelles de temps et d espace ) 2. Distribution de la déformation aux limites de plaques 3. Mesures géologiques des mouvements de plaques actuels: rappel 4. Mouvements de plaques relatifs et absolus 5. Mesures géodésiques spatiales: GPS, SLR, VLBI 6. Comparaison Géodésie / Nuvel 1A: implications degré de rigidité 7. Comparaison à d autres indicateurs: Mesures de contraintes: WSM Tenseurs de moment sismique Glissement sur failles 8. Le cas du partage de déformation près des zones de subduction 9. Le cas des épaississements lithosphériques: conséquences 10. Perturbations de vitesse et de contraintes: divers effets transitoires 11. Applications: Exemples à l échelle régionale 5. Mesures géodésiques spatiales: GPS, SLR, VLBI Vitesses instantanée et steady-state - Temps courts: Vitesse instantanée, dite intersismique - Temps longs: Vitesse dite «steady-state» (Vst) - Termes correspondants: déformations «transitoires» (à l échelle temporelle du cycle sismique), instantanées, ou permanentes ->2 champs de vitesse différents car les propriétés mécaniques de la lithosphère varient en fonction du temps (mais aussi dans l espace) déplacement postsismique intersismique cosismique temps cosismique déformation permanente Vst 1

2 Incertitudes sur les mesures et les vitesses Précision / Exactitude Une mesure = une valeur et son incertitude associée. L incertitude est aussi importante que la valeur mesurée. Les incertitudes résultent de: Erreurs aléatoires: peuvent être déduites de techniques statistiques -> précision Erreurs systématiques -> biais L incertitude fournit une estimation de: Précision Biais Estimated values précise et exacte true value Mesures Imprécise mais exacte Précise mais inexacte (biaisée) 5. Mesures géodésiques spatiales: GPS, SLR, VLBI GPS = Global Positioning System Une constellation de satellites envoyant un signal radio vers la Terre GPS antenna and receivers record and decode the radio signal into satellite-antenna distances Précision: Récepteur à m Récepteur à mm Constellation constituée de satellites répartis sur 6 orbites circulaires espacées de 60 de longitude, à l'altitude de km, d'inclinaison 55 et de période 11h58mn, assurant une couverture mondiale 2

3 Nocquet, 2007 Positionnement GPS Données GPS = mesures de distances satellite-récepteur (r) Distances estimées par: (1) Mesure du temps de propagation du signal GPS: Facile, pas cher Traitement postérieur: limité Aussi précis que les mesures temporelles: ~1-10 m (2) Comptage du nombre de cycles de la fréquence porteuse: Plus difficile à acquérir Traitement postérieur: complexe, lourd Aussi précis que la détection des phases ~1 mm Cours Vigny sur géodésie, géoïde: Cours Calais: (en anglais) Cours Nocquet: 3

4 Référentiel des géodésiens: ITRF Cadre de référence = Référentiel Réseau global de sites GPS, VLBI, SLR, très bien connus (en position et vitesse) et continuellement mesurés = International Terrestrial Reference Frame (ITRF): Vitesses GPS brutes sont usuellement référencées à ITRF Vitesse exprimées dans un cadre NNR ( no-net-rotation ) interprétation géologique Besoin d un cadre de référence plaquiste Des vitesses ITRF aux vitesses relatives 1: Produire des vitesses ITRF 2: utiliser un lot de sites sur une plaque stable (A) pour calculer la vitesse angulaire de cette plaque 3: calculer les vitesses théoriques en référence à la plaque A pour tous les sites 4: soustraire ces vitesses de celles observées = vitesses en référence à la plaque A (propagation des erreurs ) 4

5 Mouvement des plaques actuel par GPS: déplacement au cours du temps d un site IRKT Sites GPS continu Traitement quotidien Vitesses globales Cadre de référence Mouvement des plaques actuel par GPS: déplacement au cours du temps entre 2 sites Ex.: Faille de San Jacinto: ligne de base de 150 km mesurée pendant 2.5 ans en continu Incertitude formelle estimée par: Ajustement aux séries temporelles Résidus pondérés (rms) des séries temporelles = répétabilité à long terme Comparaison entre mesures continues et mesures de campagnes: Différence de vitesse jusqu à 10 mm/an >> erreurs formelles Erreurs long terme estimée (bonne corrélation temporelle) 5

6 Exemple d un modèle géodésique (dit «instantané») Satellite Laser Ranging (SLR) Mesure de distance ( = range) entre une station au sol et un satellite = Satellite Laser Ranging (SLR): station au sol transmet un très court pulse laser depuis un télescope vers un satellite Le pulse laser est rétro-réfléchi vers le télescope Une horloge de très haute précision aux stations sol mesure le temps A/R t emission t reception Précision de mesure < 50 picosecondes, ou < 1 centimètre 3 stations, 1 satellite => position du satellite (si position station connue) 3 satellites, 1 station => position de la station (si orbite satellite connue) Avantages: Mesures de distance absolue Définition du centre de masse de la Terre Problèmes: Infrastructure, coût Très peu de stations Starlette, satellite géodésique Lancé en 1975 Diamètre 48 cm, poids 47 kg station SLR en opération: faisceau laser et téléscope (Grasse, France) 6

7 Very Long Baseline Interferometry (VLBI) Technique radio-astronomique utilisée pour localiser et carter étoiles, quasars, etc = sources Longueur d onde = 1-20 cm Mesure la différence de temps entre l arrivée à 2 antennes terrestres d un front d onde radio émis par un quasar éloigné Si les positions des sources sont connus => Ligne de base au sol => VLBI géodésique Mesure de temps précis à quelques picosecondes près => positions relatives des antennes à quelques millimètres près Avantages: grande précision repère externe Problèmes: infrastructures, coût A-B = τ cos α /v Antenne VLBI à Algonquin, Canada Nocquet,

8 Doris Cf. Système radioélectrique de détermination fine d'orbites et de localisation précise au sol, développé par le CNES, le GRGS et l'ign Comprend: réseau de stations émettrices, de récepteurs à bord de satellites, d'un centre de réception et de traitement des données, de stations dites de localisation. Stations émettrices permanentes réparties à la surface de la Terre. Récepteurs installés à bord de plusieurs satellites (actuellement SPOT 2, SPOT 4, SPOT 5, Topex-Poséidon, Jason 1 et Envisat ; dans les années à venir Cryosat et Jason 2 ) Centre de réception: recueille et traite les données issues des récepteurs embarqués Position des satellites porteurs de l'instrument fournie avec grande précision Nocquet,

9 Mesures géodésiques GPS près des failles: Exemple de Haïti Calais et al., 2008 Mesures géodésiques GPS près des failles: Exemple de Haïti > 9

10 Déformation entre 2 blocs aux temps courts: modèle du couplage élastique D L = profondeur de blocage («locking depth») x = distance perpendiculaire a la faille V(x) = 1/π [Vo tan -1 (x/d L )] Vitesse en champ lointain V o Vitesses GPS x Valable pour une faille décrochante verticale dans un 1/2 espace élastique avec une zone bloquée entre la surface et la profondeur DL et un glissement continu sous cette profondeur Profondeur De blocage D L Lithosphere H Asthénosphère Angle pour cercle = 2 pi radians TD: Exercice de Cinématique de base?? 10

11 Exercice de cinématique de base Plaque G fixe Exercice de Cinématique de base 11