Application de l approche de géodésie spatiale à l étude des failles actives

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Maxence Lortie
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1 TP Application de l approche de géodésie spatiale à l étude des failles actives Analyser le résultat obtenu: - Quel mouvement? - Comment savoir quelle faille accomode la déformation? - S est-elle déplacée pendant la période de mesure? Comment le savoir? - La vitesse trouvée est-celle cohérente? 1

- Comment savoir quelle faille accomode la déformation?

2 Quelques modèles géodésiques Modèles géodésiques globaux fondés uniquement sur les données spatiales: REVEL, REcent plate VELocities ( Sella et al. 2002) : 19 plaques. GSRM1, Global Strain Rate Model (Kremer et al. 2003) : 19 plaques. Modèles cinématiques récents: MORVEL (DeMets et al., 2010): 25 plaques, et NNR-MORVEL56 (Argus et al., 2011), 56 plaques!!! MORVEL: estimate of geologically recent global plate motions and their uncertainties Comparaison des vitesses «géologiques» et géodésiques: E. Calais, Purdue University Exemples de plaques où la précédente affirmation n est pas vérifiée Vitesse géologique Vitesse géodésique (10 ans) Plaque arabie 3 cm/an 2 cm/an Plaque indienne 5 cm/an 4 cm/an Plaque Nazca 8 cm/an 7 cm/an «Pour chacune des 3 plaques, les explications de l écart entre la vitesse géologique et géodésique sont différentes. Les réponses peuvent notamment être trouvées dans le manteau terrestre lui-même.» C. Vigny 2

!! http://geoscience.wisc.edu/~chuck/morvel MORVEL: estimate of geologically recent global plate motions and their uncertainties Comparaison des vitesses «géologiques» et géodésiques: E.

3 4. Intérêts «court terme» Intersismique Cycle sismique: concept Cosismique La faille San Andreas dans le bassin de Carrizo (Californie) Rupture en surface du séisme d El Asnam (Algérie, 1980) Observations géodésiques de l accumulation intersismique: Californie du Sud 3 segments, 3 profils Modèle simple d accumulation élastique de la déformation sur une faille bloquée: V(x) = 1/π [Vo tan -1 (x/d L )] Variations de D L? Raccourcissement? D L = profondeur de blocage («locking depth») x = distance perpendiculaire à la faille 3

Californie du Sud 3 segments, 3 profils Modèle simple d accumulation élastique de la déformation sur une faille bloquée: V(x) = 1/π

4 Community Motion Map version 4 (CMM4) Analyse récente des failles de Californie Johnson, 2013 Accumulation élastique intersismique: comparaison modèle mesures GPS Profil de vitesse GPS perpendiculaire à la faille de San Andreas (composante parallèle à la faille). Modèle = ligne, données GPS = cercles (D = 10 km, Vo = 46 mm/yr) D L = profondeur de blocage («locking depth») x = distance perpendiculaire à 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 Asthénosphère H 4

Modèle = ligne, données GPS = cercles (D = 10 km, Vo = 46 mm/yr) D L = profondeur de blocage («locking depth») x = distance perpendiculaire à la faille V(x) = 1/π [Vo tan -1 (x/d L

5 Californie sud Déformation de surface déduite de la sommation de 35 interférogrammes radar (InSAR) mesurés de 1992 à 2000 sur une bande de 200 km de long et 100 km de large à travers la zone de la mer de Salton. LOS velocity of mm/yr corresponds to the horizontal velocity of 45 mm/yr (Electronic Distance Measurements)) Couleurs = vitesse selon l axe de visée des satellites (LOS) Lignes noires = failles actives Drapage sur un MNT du Space Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) «Comparison between the InSAR data from the A-A0 profile, and EDM and GPS measurements projected onto the satellite line of sight.» «LOS velocity of mm/yr corresponds to the horizontal velocity of 45 mm/yr» Nature,

LOS velocity of 13-14 mm/yr corresponds to the horizontal velocity of 45 mm/yr (Electronic Distance Measurements)) Couleurs = vitesse selon l axe de visée des satellites (LOS) Lignes noires = failles

6 Analyse récente des failles de White lines = block boundaries. TR = Transverse Ranges ECSZ1-3 = Eastern California Shear Zone blocks. Californie Johnson, 2013 Analyse récente des failles de Californie Johnson, 2013 Compilation of strike-slip rate estimates from three rigid block models (black; Beckeret al. [2004]; Meade and Hager[2005a]; Loveless and Meade[2011]) and one deforming block model (red; McCaffrey[2005]). 6

Californie Johnson, 2013 Analyse récente des failles de Californie Johnson, 2013 Compilation of

7 Exemple récent d intérêt court terme des mesures géodésiques (comportement des failles): les «séismes lents» (SSE) Mesures à la station GPS CAYA (Mexique) Tiphaine Lhomme, Rapport de Master 2 Physique Mrine, Brest, septembre

lents» (SSE) Mesures à la station GPS CAYA (Mexique)

8 Tiphaine Lhomme, Rapport de Master 2 Physique Mrine, Brest, septembre 2015 CONCLUSIONS SUR GPS Système de positionnement à couverture mondiale MAIS discontinu dans l espace Principe basé sur mesures de distances à > 4 satellites (T ou φ) Grande précision potentielle du système, surtout pour les mouvements horizontaux (le m en code C/A, le mm en code P) Permet de couvrir toutes échelles d espace mais sur des temps courts (seulement depuis ~¼ de siècle ) A permis de valider et préciser les mouvements interplaques et intraplaques (pôles, petites plaques, déformation interne, etc ) A aussi de nombreux intérêts pour la compréhension du comportement des failles et des volcans (y compris surveillance) A enfin de très nombreuses applications possibles au-delà de la tectonique s.s. (gravité, météo, navigation, cadastre, etc ) 8

mais sur des temps courts (seulement depuis ~¼ de siècle ) A permis de valider et préciser les mouvements interplaques et intraplaques (pôles, petites plaques, déformation interne, etc ) A aussi de

9 GPS: Liens Web fiables FACILE: La tectonique des plaques mesurée par GPS : Moins facile: Cours Vigny sur géodésie, géoïde: Cours Calais: (en anglais) Cours Nocquet: GALILEO En Guyane, derniers préparatifs pour le lancement de deux satellites du «GPS européen» #Galileo le 10/09/

purdue.edu/~ecalais/teaching/gps_geodesy/ (en anglais) Cours Nocquet: http://renag.unice.fr/regal/perso/jmn/enseignement/cours_m2_2.

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