Dynamique sismogène des Rifts de Corinthe et Patras– BERNARD Pascal
La terminaison ouest du rift de Corinthe est un site exceptionnel en Europe pour comprendre la mécanique des failles normales, et la dynamique de la sismicité et des couplages sismique-asismique, de par son taux déformation très élevé. Depuis 30 ans, notre équipe y a mené de nombreuses études multidisciplinaires, associant géodésie, tectonique, sismologie, géologie, géophysique. Depuis 2000, nous avons mis en place des réseaux d’observation continue de sismologie et géodésie, qui permettent de suivre l’activité du rift en temps réel, et d’en saisir les processus cachés (crlab.eu) Les données sont maintenant intégrées à RESIF et à EPOS, dans le cadre des « Near Fault Observatories » (voir CRL https://nfo.crlab.eu/). Les découvertes des dernières années, tant sur la structuration des failles que sur les mécanismes de déformations, posent de nouvelles questions, certaines liées au contexte spécifique de Corinthe ( par exemple le rôle du détachement crustal) , d’autres génériques (par exemple la diffusion bimodale de la micro-sismicité par fluage et pression de pore). Nous proposons ici : (1), de poursuivre la structuration de la communauté (près d’une trentaine de chercheurs), impliquant déjà plusieurs UMR (IPGP, ENS, GEOAZUR, EOST, Geosciences Montpellier, ISTERRE) mais aussi les Mines-Paristech, l’IRSN, afin de renforcer et soutenir durablement la synergie de compétences necessaire. Les travaux projetés sur les données sont des analyses fines de la microsimicité, de la tomographie 3D, et des modélisations mécaniques. (2), de monter des expérimentations de terrain spécifique pour répondre à certaines questions clé liées à la transition mécanique entre le rift de Corinthe et celui de Patras : de répétition GPS dense, réseau sismologique dense, inclinométrie longue base en tunnel. (3), test et qualification sur le terrain d’instrumentation optique : systeme DAS commercial ; extensometre optique et electromètre optique innovant (R&D ESEO/IPGP). Le financement est pour les missions en France, le terrain , et la construction de l’inclinometre. Des co- financements (dossiers en cours de montage) devraient assurer la maintenance des réseaux actuels et les échanges scientifiques avec les grecs.
Les mouvements de terrain sont des phénomènes naturels complexes qui affectent l’ensemble des formations géologiques et qui présentent une large variété de taille, de morphologie et de vitesses de déplacement. Parmi les différents types, les glissements dans les formations argileuses peuvent se caractériser par des phases d’accélération et de fluidification qui sont susceptibles d’évoluer en mouvements très rapides, comme les coulées boueuses et les coulées de débris. Durant la dernière décennie, les travaux conduits à l’ISTerre ont montré la possibilité de détecter des signaux géophysiques précurseurs à la fluidification d’un glissement de terrain et à son évolution en coulée, ou bien à la rupture d’un bloc argileux au sein d’un autre glissement. De la même manière, le suivi temporel de ces masses instables montre une influence périodique de paramètres environnementaux sur les paramètres géophysiques comme la vitesse sismique et la résistivité électrique. Sur le glissement d’Harmalière (région du Trièves, Alpes françaises) un projet INSU-Tellus en 2019 a permis de montrer la présence d’un horizon d’épaisseur décimétrique à métrique de très faible résistance (essais de pénétration) situé à quelques m de profondeur, immédiatement à l’arrière de l’escarpement principal, dont les caractéristiques mécaniques changent en fonction des saisons et des caractéristiques hydrogéologiques. Cet horizon n’est pas détecté plus à l’arrière du glissement et pourrait ainsi correspondre au développement des surfaces de ruptures régressives dans de l’argile saturée à non saturée. Les mesures sismiques et électriques périodiques conduites dans le cadre du projet n’ont pas permis de mettre cette variabilité en évidence, notamment en raison d’une configuration des capteurs peu adaptée au suivi d’un tel horizon (faible sensibilité).Ce projet de deux ans s’inscrit dans la continuité du projet Tellus 2019. L’objectif de la recherche proposée est de développer un système de mesures électriques à bas coût (résistivimètre et cannes d’électrodes pour conduire des mesures entre des forages proches) adapté au suivi des zones de faible caractéristiques mécaniques en arrière de l’escarpement sommital d’Harmalière afin de comprendre le mécanisme de la régression du glissement. Les caractéristiques de ces zones variant en fonction des conditions hydrogéologiques, le suivi par tomographie électrique haute résolution paraît bien adapté pour suivre les fluctuations de teneur en eau et éventuellement de porosité du matériau.
Malgré le fort potentiel de traçage de l’activité magmatique et/ou hydrothermale d’un volcan, et bien qu’en 5 ans les études utilisant le compositions isotopiques stables en chlore (d37Cl) dans le domaine de la volcanologie se soient multipliées, il reste toujours des observations divergentes. Ici, sur la base de données préliminaires acquises sur la Soufrière de Guadeloupe, nous anticipons que ces divergences puissent résulter de variations dans les techniques d’échantillonnage des gaz utilisées dans les différentes études. Ce projet propose pour la première fois une étude systématique des différentes techniques d’échantillonnages en vue de la détermination des d37Cl. Cette comparaison nous semble importante, et d’actualité, pour une interprétation raisonnée de cet outil de plus en plus utilisé. Nous proposons la Soufrière de Guadeloupe comme objet d’étude pour deux raisons principales : (i) ce volcan présente un système hydrothermal très actif et de facto devrait montrer les différences, si elles existent, les plus nettes; (ii) la phase « d’unrest » actuellement observée sur ce volcan.
This is a follow-up of the Damage-Apennines project funded in the 2020 INSU/Tellus campaing.Despite the COVID crisis, we could conduct extensive GPR and seismic refraction campaign on the Monte Marine fault and showed promising results . Yet the electrical and the point-wise permeability tests could not be done. Moreover, the Monte Venere fault could not be studied during this mission. Hence we propose an follow-up program of the Damage-Apennines campaign
Unlike the interplate shallow (depth < 40 km), the intermediate-depth seismicity (40-100 km) in subduction zones is poorly known. High-pressure Alpine ophiolites (Corsica, Monviso, Monte Avic) contain fault and shear zones that experienced seismic ruptures at depths > 40 km. The project aims at (1) mapping and analysing these fossil rupture zones in the field and lab and (2) reproducing experimentally, with varying temperature, pressure, fluid pressure or strain rate conditions, basic features observed in natural samples. This combined approach will provide results regarding (1) the geometry and internal structure of intermediate-depth seismic fault zones and (2) the mechanisms that can trigger or promote seismic rupture.
Le glissement de Lodève est un site de l’observatoire national INSU OMIV. Il s’agit d’un glissement rotationnel profond (60 m) et relativement lent (quelques mm). Sur ce site, nous étudions l’impact d’événements pluvieux intenses sur la dynamique de ce glissement à partir d’observations continues multi-capteurs, multi-paramètres et à haute fréquence temporelle, mesurées principalement en forage. Nous cherchons à comprendre les relations entre précipitations, circulations de fluides et déformation au sein du versant pour comprendre la dynamique de ce système. A terme, ce suivi devrait permettre l’identification et la caractérisation de paramètres précurseurs aux phénomènes de déstabilisation de versant dans cette vallée où les glissements de terrain menacent de nombreuses infrastructures (A75, ponts, habitations). Le suivi en forage apporte une description fine et très bien calée verticalement. Toutefois, cette instrumentation ne rend pas compte de la complexité du glissement et de son comportement à l’échelle du versant. Pour lever ce blocage, des expériences géo-électriques ont été menées dans le cadre de l’ANR HydroSLIDE (2016-2019). Cette étude préliminaire a montré la pertinence des mesures de polarisation provoquée en domaine temporel (TDIP) pour imager la structure d’un glissement argileux et détecter des variations temporelles du contenu en eau dans le versant instable. Cette étude a aussi souligné qu’une fréquence plus élevée des mesures TDIP combinée à une meilleure connaissance de la structure 3D du glissement contribueraient à augmenter la résolution en profondeur et autoriseraient une inversion « time-lapse » des données de résistivité.L’objectif de ce projet est de mettre en œuvre une approche « time-lapse », en comblant les limitations mentionnées précédemment. Pour cela, nous planifions une expérience de TDIP sur une année avec une répétition mensuelle des mesures et le déploiement, pour une durée d’un mois, d’un réseau dense de capteurs sismologiques pour obtenir une imagerie en vitesse de la structure du glissement jusqu’à des profondeurs d’une centaine de mètres. Cette structure de vitesse sera utilisée comme une information a priori pour contraindre l’inversion « time-lapse » des données TDIP. Les données acquises permettront donc d’établir la structure 3D du glissement et de suivre les infiltrations ou circulations de fluides associées aux fortes précipitations automnales.
Maars are volcanic depressions that cut into the pre-eruptive surface and are surrounded by an ejecta rim, of generally small volume (In this project we aim at quantifying the modes of fragmentation in a series of phonolitic maars (minimum age of 4000-5000) located along the eastern coast of Petite Terre, the second largest island of Mayotte. These volcanoes are the westernmost subaerial expression of a 60 km long WNW-ESE volcanic ridge, whose opposite eastern subaqueous end is the site of an exceptionally long-lasting and voluminous volcano-tectonic event since May 2018, raising the question of possible future volcanic activity on land. These maars produced widely dispersed, short-lived ash and lapilli fallout, energetic dilute pyroclastic density currents (PDC) and ballistic projections. Preliminary studies on the PDC deposits evidenced a high content in very fine ash (ash Ash-coated particles, accretionary lapilli, quenched juvenile bombs and lapilli, and softly deformed features of the PDC deposits, are indicative of liquid water in the transport and sedimentation system of the parental PDC, but are not necessary an evidence of deep magma-water interaction. In fact, highly vesiculated (80%) phonolite pumice, indicative of gas-rich magmatic phase, are always present all across the deposits. The non-juvenile components are mostly formed by fragment from old coral reefs on which the volcanic maars were built, and basalts from Pleistocene volcanic activity whose subaerial expression is constituted by several small Strombolian cones. Finally, the discovery of mantle xenoliths within some juvenile phonolite pumice, evidenced that these differentiated magmas were produced and stored in a deep reservoir (~20 km). All these preliminary results evidence an exceptional and unique geological setting for these maars and open the following questions: (i) Which were the pre-eruptive volatile contents of these magmas? (ii) Could the CO2 have been responsible for the magma fragmentation? (iii) At which depth was the fragmentation level? (iv) Which was the ascent velocity of the magma? (v) Were marine water or carbonates involved in the fragmentation process? We propose to combine petrological, geochemical, textural and deposit- based approaches to unravel the volatile motor acting at the fragmentation level. Task 1 will quantify the reservoir location and pre-eruptive volatile contents through melt inclusions studies within feldspar phenocrysts and phenocrysts barometry. Task 2 will quantify magma ascent rates and degassing to validate the hypothesis of a rapid magma ascent and the absence of shallow reservoirs, through the texture of the juvenile components. Task 3 will quantify the componentry (juvenile versus non-juvenile) of the key units and the morphology of the very fine ash to confirm and/or discard deep active magma-water interaction and/or shallow passive water interaction. Task 4 will perform in-situ analysis (Raman and ion-microprobe) of glasses to quantify the percentage and the nature of the volatiles trapped in juvenile samples. The ultimate goal is to provide important constrains to forecast possible eruptive scenarios in case of sudden reactivation.
What Controls Slip Complexity on Normal Faults?- HOLLINGSWORTH James
Fault ruptures can display a strong variability in displacement along-strike. Inversion of geodetic datasets (eg InSAR, GPS, optical correlation) can help to reveal patterns of slip variability on the fault plane. A recent observation (from strike-slip earthquakes) has been that slip can vary with depth, often decreasing near the surface on immature fault systems (« Shallow Slip Deficit »). Dip slip earthquakes can show an even greater variation in slip, especially down-dip of the fault; in some cases, slip may not reach the surface (eg 2011 Van earthquake), while other times, may be enhanced towards the surface (eg 1999 Chi Chi earthquake). In continental regions, strike-slip and thrust earthquakes predominate, with few examples of large surface-rupturing normal earthquakes. Consequently, we have a relatively poor understanding of down-dip slip variability in normal earthquakes, or how this variability may be linked to fault maturity. Several large continental normal earthquakes are known to have produced highly complex surface ruptures: eg 1954 Dixie Valley, 1959 Hebgen Lake, 1970 Gediz, 1980 Irpinia, and 2016 Central Italy sequence. However, the extent to which this complexity extends down-dip is unclear, and not easily addressed with historical seismological data.Several first-order questions arise:- Are surface observations of fault slip representative of those at depth?- What controls the structural expression of fault ruptures in time and space?Given the scarcity of large continental surface rupturing normal earthquakes in the modern geodetic era, we aim to address these questions for normal faults using a modeling approach. Discrete Element Modeling (DEM) is well-adapted to this problem, because (1) a particle-based approach is highly appropriate for modeling deformation in the upper crust, (2) DEM can address a wide variety of scales, from the grain- scale up to large continuum scales, (3) large displacements can be easy to simulate, (4) geologically appropriate boundary conditions are easy to parameterize and investigate in a systematic way, and (5) DEM allows the spatial evolution of deformation to be easily recorded over geologically relevant time-scales. In this project, we will explore the parameters which control the evolution of normal faults within an extensional setting. In particular, we will address how topography, and heterogeneous rheology (1D and 3D) can influence the generation, and structural evolution of normal faults within the brittle crust over a range of time-scales and extensional settings (slow vs fast). We will use the open-source DEM software YADE (developed at UGA). At each time step, we will record the cumulative displacement in 3D. From this, we can then resolve the width of the deforming region at all depth levels, the magnitude of slip, and the spatial variability of deformation. We can then systematically explore which key parameters control the structural complexity and slip variability throughout the crust, and how these features evolve with time, and strain rate. Ultimately, we will address the connection between surface measurements of fault slip, and how representative these are of fault behavior at seismogenic depths. This will, in turn, provide important constraints on how surface data can be used in (1) physics-based models of fault rupture, and (2) in seismic hazard assessment, when incorporating surface geological data (eg paleoseismology).
Dans ce projet, nous voulons caractériser l’effet de l’hétérogénéité des failles sur l’initiation du glissement sismique et la phase de propagation rapide des ruptures sismiques, et quantifier le bilan énergétique liée à la propagation de la rupture (part d’énergie rayonnée et part d’énergie dissipée). Nous nous interesserons notamment au rôle joué par l’hétérogénéité des failles de l’échelle du laboratoire à l’échelle des failles naturelles. En effet, les données sismologiques montrent que les paramètres de friction varient avec l’échelle d’observation. C’est le cas en particulier pour l’énergie critique de rupture Gc, qui contrôle la dynamique des ruptures (nucléation/vitesses de rupture/arrêt). Les valeurs mesurées en laboratoire sont pour le moment de deux ordres de grandeurs inférieures aux valeurs estimées pour les failles, qui sont donc des valeurs effectives. Des simulations numériques suggèrent fortement que cette dépendance à l’échelle d’observation provient d’un effet des hétérogénéités des failles à échelle intermédiaire. Nous proposons ici de tester et quantifier cette hypothèse de manière expérimentale, afin de mieux comprendre ce qui contrôle la nucléation et la propagation des ruptures sismiques sur les failles naturelles.Nous allons mettre en place une collaboration entre 3 laboratoires, autour de simulations expérimentales de rupture sismique. Le projet implique 5 chercheurs dans les trois laboratoires (2 à L’université Toulouse III, 2 à l’EPFL, 1 à l’Université de Durham). Le but est de financer des séjours de durée moyenne (2 à 3 semaines) à plusieurs reprises, afin de réunir les équipements expérimentaux pour coupler les méthodes d’observation de chaque équipe autour d’une même expérience. Le temps des missions prévoit le temps d’installer et d’instrumenter les échantillons choisis et de mener à bien des séries d’expériences.Les expériences de sismologies de laboratoire consistent à mettre en contact 2 blocs d’un matériau élastique, et à les mettre sous contrainte de sorte qu’un glissement ait lieu entre les deux blocs, induisant un séisme de laboratoire. L’interface peut être facilement adaptée en changeant sa rugosité par ponçage, ou en lubrifiant certaines zones, afin de créer des hétérogénéités de friction. Les événements de glissement étant très rapide, des moyens d’observations très haute fréquence sont nécessaire. Nous disposons à Toulouse d’une caméra ultra rapide pouvant acquérir jusqu’à 170000images/secondes, qui nous permet de localiser l’endroit ou la rupture nuclée, et de suivre ensuite sa propagation le long de la faille en mesurant sa vitesse. Une deuxième caméra de ce type est disponible à Durham. L’équipe de l’EPFL dispose quant à elle d’un système de mesures des contraintes à très haute fréquence, comportant 16 voies, ainsi que d’accéléromètres calibrés, ce qui permet de quantifier l’énergie de rupture dissipée pendant les phénomènes de ruptures. La mise en commun de ces techniques permettra de faire le lien entre l’énergie de rupture, la taille de la nucléation, et les vitesses de rupture. En faisant ce travail sur des failles homogènes puis hétérogènes, nous estimerons l’énergie de fracture effective est comment elle est reliée aux valeurs d’énergie de fracture des hétérogénéités de plus petite échelle. La comparaison entre ces énergies mesurées pour différentes échelles nous permettra de faire le lien entre la mécanique des matériaux expérimentale, la théorie de la mécanique de la fracture et la sismologie.
The coupling between the magmatic and hydrothermal systems is critical for the interpretation of geochemical and geophysical volcano monitoring data, the identification of the causes of volcanic unrest and, thus, eruption forecasting. Too often we face subtle signals, whose interpretation is often dependent on assumptions and a priori choices of source conditions (e.g. the many inversion solutions in deformation modelling). We want to show that fluid geochemistry can provide definite keys and constraints, by reliably backtracking the fluctuations in the composition of deep fluids released by the underlying magma and further scrubbed by the hydrothermal system. By collecting and exploiting fumarolic and spring water data from La Soufrière de Guadeloupe, an archetype andesitic volcano inunrest, we plan to “filter” the hydrothermal component and obtain the magmatic gas composition and itsfluctuations. We will approach the complexity of the fluid-rock interaction to isolate the pristine deep volcanic gas composition and track its variations by 1) modelling the irreversible geochemical exchange between the fluid and the rocks (reaction path modelling techniques, e.g, Symonds et al., 2001), and 2) and the isotopic exchange for 18O, D, 34S and 13C in thermal waters, hydrothermal minerals and fumarolic gases, plus the tracking of 3He/4He variations. In particular, by expanding a well-established procedure for gases (Moretti et al., 2013), we will approach the total d18O content of fumarolic fluids, given by the oxygen isotopic content of the H2O+CO2(+SO2).Same as for signal deconvolution, our objective is to effectively SEPARATE the HYDROTHERMAL ad MAGMATIC gas components and track their fluctuations. All the data will be checked/correlated against 3He/4He measurements.Further constraints will be given by sulfur isotope analyses of minerals, waters and gases (SO2 and H2S opportunely separated), because the adoption of S-fractionation factors will help constraining the patterns of occurring chemical exchanges.Our results from the joint “chemical” (i.e. from modelling of fluid-rock irreversible exchanges) and “isotopic” approach, will be checked against independent petrologic data from melt inclusion of past eruptions. This will be an essential test for the modeling of magma degassing, migration or refilling, and is expect to shed a definite light on the “unrest dilemma” (hydrothermal vs magmatic or stationary magma vs magma on the move).
Projet collaboratif entre 3 UMR CNRS (LMV porteur, Edytem, LGP. L’objectif est de repousser la limite de détectabilité des paléo-tsunamis au-delà de la limite des dépôts sableux à partir de marqueurs texturaux (analyses de micro-carottes en tomographie à rayons X) et géochimiques (analyses de carottes au scanner à microfluorescence X) pour identifier la paléo-limite d’inondation. L’évaluation rétrospective de l’aléa reposera donc sur (a) un catalogue Holocène de tsunamis, (b) des estimations de hauteurs de vague à partir des caractéristiques des dépôts sableux, (c) et une reconstitution de la paléo-limite d’inondation; données qui pourront ensuite être confrontée à des modélisations numériques et intégrée dans les PTHA (Prababilistic Tsunami Hazard Assesment). La cible est l’Indonésie, avec des sites impactés par des tsunamis bien documentés (Sumatra 2004, Krakatau 2018), et de nouveaux sites à Java, Bali et Lombok.
Le projet He-Precursor propose (i) d’améliorer la technique d’échantillonnage des fluides crustaux pour mesurer en continu la composition isotopique des gaz rares légers (He et Ne), et (ii) de la mettre en place sur quelques sites choisis en Islande pour comprendre les processus qui régissent les transferts aux échelles de temps courtes, notamment dans le cadre d’aléas sismiques. Il a été soumis l’année dernière à l’AO Tellus-ALEAS et a bénéficié d’un financement de 7,5 k€. Sa mise en place a été fortement perturbée par la crise de la COVID-19, qui nous a empêché de déployer notre système de prélèvement automatique SPARTAH sur le terrain au mois de Juin 2020, comme c’était prévu dans le projet. La mission, reportée début Septembre 2020, vient d’être à nouveau annulée suite au durcissement des contraintes pour rentrer en Islande. En parallèle, une crise sismique majeure a commencé entre le 20 et 21 Juin 2020 sur le même segment que la précédente de 2012, avec trois chocs principaux de magnitude comprise entre 5.4 et 6.0. Plusieurs dizaines de séismes de magnitude ~ 4.5 ont poursuivis la crise jusque début Juillet. Au vu de ces différentes conditions qui se télescopaient, nous avons décidé de changer de stratégie et de mettre en place une approche d’urgence pour échantillonner au plus vite, avec l’aide sur place d’un ingénieur de la société d’énergie Lendsirkjun qui échantillonne déjà depuis plusieurs années pour nos collaborateurs de l’Université de Stockholm (suivis hydrogéochimique, Skelton et al., 2014). Grâce un envoi de matériel en express, nous avons pu organiser un échantillonnage supplémentaire spécifique pour l’Hélium qui a commencé le 24/06, avec un pas de 2 échantillons par semaines jusque mi-juillet, puis un pas de 1 échantillon par semaine depuis. Au vu de l’évolution de la crise sanitaire en France et en Europe, il nous parait peut envisageable de pouvoir déployer notre système SPARTAH d’ici le mois de Juin 2021. Pour pouvoir assurer malgré tout une partie des objectifs du projet He-Precursor 2020 financé par ALEAS, nous avons décidé de maintenir l’échantillonnage « standard » hebdomadaire jusqu’en juin 2021 de façon à pouvoir monitorer correctement le site avec ce nouveau traceur isotopique (mais avec une fréquence plus réduite que l’échantillonnage continu du système SPARTAH). Nous proposons de ventiler le budget 2020 obtenu pour He-Precursor (7,5 k€) de la façon suivante : A) coût de l’échantillonnage : 85 €/déplacement X 60 semaines = 5100 €, B) envoi et retour des tubes en cuivres d’échantillonnage : 2 X 300 €, B) analyses de He : 60 x 30 = 1800 €. Cette situation, et le plan de sauvetage du projet 2020 que nous mettons en œuvre depuis cet été, nous amène à proposer à ALEAS une poursuite de He-precursor sur deux ans, qui pour 2021 reprends les objectifs initiaux de déploiement d’un système SPARTAH sur la zone de transfert Nord, et propose en collaboration avec l’Université de Reykjavic une extension vers une deuxième cible dans la zone de transfert Sud au niveau de la péninsule de Reykjanes. Nous proposons aussi de rajouter à la caractérisation isotopique de l’hélium, la caractérisation isotopique du soufre, qui procède du même esprit pour compléter le monitoring hydrogéochimique avec des traceurs nouveaux et peu utilisés en routine, de façon à préciser les sources initiales des fluides et les interactions eau/roche potentielles en relation avec l’augmentation du régime de contraintes. Cette suite à He-precursor est proposée dans le but de donner plus d’ampleur à ce proof of concept sur les sites d’Islande, et ce à l’échelle complète de la thèse de Carolina Cardoso (prolongation de 6 mois jusqu’en juin 2023 demandée à Lorraine Université d’Excellence suite à la crise COVID 2019) qui pourra ainsi disposer d’un enregistrement sur une période conséquente.
Le séisme de magnitude Mw 4.9 qui s’est produit dans la région du Teil le 11-11-2019 (Fig.1) correspond à un évènement historiquement sans précédent à plusieurs titres. En effet, c’est la première fois qu’une rupture de surface associée à un séisme a pu être observée et caractérisée « en direct » en France, et c’est la première fois que l’on observe un séisme (ici en compression) clairement associé à la réactivation d’une faille ancienne (i.e. la faille de La Rouvière, héritée de la phase d’extension Oligocène et appartenant au faisceau de failles des Cévennes), qui n’était pas répertoriée comme étant potentiellement active (Jomard et al., 2017; Ritz et al., 2020). Le foyer du séisme est très superficiel, la faille ayant rompu entre 2 kilomètres de profondeur et la surface. Cette rupture superficielle a généré de forts mouvements du sol en zone épicentrale, avec des accélérations horizontales maximales ayant dépassées l’accélération de pesanteur à proximité de la faille (Causse et al., Commsenv en rév.). De nombreux dégâts ont été relevés dans les villages du Teil et de Viviers, avec des intensités macrosismiques de VII, voire localement VIII (Schlupp et al., 2019; Cornou et al., 2020), un niveau de dommages jamais atteint en France depuis le séisme d’Arette en 1967. Ce séisme inédit pose de nombreuses questions notamment en matière d’aléa sismique : La faille de la Rouvière avait-elle déjà rompu dans le passé? D’autres failles, notamment au niveau de la terminaison NE du faisceau cévenol pourraient-elles également produire ce type d’événements ? Le déclenchement du séisme du Teil pourrait-il être lié à l’activité anthropique à proximité de la faille (i.e. l’extraction de roches au niveau de la carrière Lafarge située au toit de la faille) ? Quel est le contrôle de la rupture sismique et des effets de site sur la distribution des dégâts et la variation spatiale du mouvement sismique ? Pour répondre à ces questions, des actions de recherche ont été lancées impliquant plusieurs laboratoires académiques (notamment GM, ISTerre, Geoazur, CEREGE) ainsi que plusieurs établissements publics (IRSN, CEA, CEREMA) et EDF. Ces recherches ont bénéficié d’un premier support financier de l’INSU en 2020, qui ont permis d’obtenir des résultats préliminaires (voir ci-après), mais pour répondre complètement aux questions soulevées plus haut il est nécessaire de les poursuivre dans la cadre d’un programme de recherche à plus long terme. Une demande de soutien à l’ANR associant notamment les laboratoires et organismes cités plus haut est en cours de rédaction. La présente demande s’inscrit dans la même démarche et la complète avec un projet collaboratif sur 3 ans réunissant ces 8 mêmes acteurs. Le calcul de l’aléa sismique, qui consiste in fine à estimer les mouvements sismiques en un point, est construit en suivant plusieurs étapes. Parmi celles-ci, la caractérisation des sources de séismes se fait, notamment, au travers de la cartographie des failles et de la définition de leur vitesse de glissement ainsi que des séismes potentiels qu’elles peuvent générer (en particulier sur la base de données de paléosismicité). Dans le cas de la faille de la Rouvière et du séisme du Teil, le caractère très superficiel et l’émergence de la rupture en surface offrent l’opportunité unique en France de compléter cette étape en documentant in situ, par des forages, les propriétés physiques de la zone de rupture. De telles données seront ceci sera un ingrédient primordial pour la modélisation dynamique de la rupture sur la faille de la Rouvière, par exemple pour comprendre les très fortes accélérations observées pendant le séisme du Teil (Causse et al, en révisions). Enfin, le mouvement du sol créé par un séisme est aussi fonction de la propagation des ondes et de leur atténuation par le milieu géologique, ainsi que des effets de site potentiels qui peuvent perturber ou modifier cette atténuation. Il est donc important de constituer un modèle de vitesses des zones superficielles, que ce soit en champ proche ou lointain de la faille. Dans le cadre de ce projet, nous développerons donc des investigations recouvrant ces trois aspects. Tout d’abord, l’approche paléosismologique déjà lancée sur la région du Teil dans le but de caractériser l’activité (ou non) des failles de la terminaison NE du réseau cévenol sur la période quaternaire. Pour ce qui concerne les mouvements forts, l’objectif sera de : (i) comprendre les contributions relatives des effets de source, de site et de vulnérabilité du bâti sur la distribution des dégâts dans les villages du Teil et de St Thomé; (ii) analyser l’endommagement de bâtiments historiques; (iii) raffiner le modèle de vitesse 1D pour permettre des simulations 1D du mouvement du sol à haute fréquence et la comparaison aux enregistrements de répliques. Nous effectuerons également plusieurs forages peu profonds (10 m) à travers la faille de la Rouvière (et donc de la rupture du Teil) pour analyser la rhéologie des matériaux et les structures de déformation liées au séisme du 11 Novembre 2019, et potentiellement à d’autres séismes plus anciens. Ces informations alimenteront ensuite des modèles mécaniques pour mieux comprendre la genèse du séisme du Teil, sa réponse aux chargements anthropiques et le potentiel sismique des failles voisines.
Dans notre zone d’étude, au niveau du chevauchement de la Trévaresse qui est la faille resposnable du séisme historique de Lambesc en 1909, la végétation méditerranéenne et les activités humaines entravent les observations par satellite ou sur le terrain. De plus, la relative similitude des taux de dénudation (30-140 mm/ka, Thomas et al., 2018) et des taux tectoniques (30-100 mm/ka, Cushing et al., 2008) implique que les escarpements tectoniques sont rapidement érodés ou mal préservés dans la topographie environnante et donc peu ou pas visible dans des données altimétriques même en haute résolution. Nous visons à analyser l’ensemble des données LiDAR aéroportée dont nous disposons sur cette zone et que nous n’avons que partiellement exploité le potentiel jusqu’à présent. Les études menées précédemment ont permis d’identifier que la faille de la Trévaresse ait pu générer des séismes depuis le Miocène, même si le caractère actif au Quaternaire n’est reconnu que pour la partie orientale de la structure, mais nous n’avons actuellement aucune connaissance des temps de retour entre les séismes et une bonne contrainte des taux de déformation par manque de contraintes géochronologiques. De plus de nombreuses questions se posent sur cette zone d’étude : Quels sont les segments de failles qui ont rompus au cours du Quaternaire et quel est leur potentiel sismogénique ? Quelles ressemblances / différences avec la rupture du séisme du Teil ? D’autres séismes ayant produit des ruptures de surface ont-ils des caractéristiques similaires (profondeur de nucléation, glissement, moteur)? Quelles influences pourrait avoir une forte segmentation de cette faille ? Ce projet de recherche s’appuie à la fois sur nos compétences pluridisciplinaires et les développements techniques pour l’analyse de données topographiques de très haute résolution dont nous disposons grâce au MNE LiDAR acquis en 2018, sur notre bonne connaissance géodynamique de la région mais également sur les outils d’imageries, de géophysiques et géochronologiques dont nous disposons au CEREGE. En développant de nouveaux outils sur cette zone d’étude emblématique mais qui pourraient être développés sur d’autres failles régionales, nous visons à mieux comprendre le potentiel sismogénique des failles actives en Provence.
Toxic vapour from cooling lava- SIGMARSSON Olgeir
Le processus de dégazage fractionné, avec l’émission tardive du fluor et des composés fluorés, est révélé par l’analyse des gaz résiduels de la coulée de lave de Holuhraun (2014-2015) en Islande (Gauthier et al., 2016 ; Sigmarsson et al., 2020). Bien que certains éléments puissent être dégazés sous forme de composés soufrés (Edmonds et al., 2018), l’exsolution tardive des composés halogénés, particulièrement fluorés, provoque une volatilité accrue des métaux et métalloïdes qui sont principalement émis dans l’atmosphère pendant le dégazage final de la lave, formant une brume toxique autour de celle-ci. Suite au dégazage issu de la solidification de la coulée de Laki (1783-1784) en Islande, 20% de la population humaine et environ 70% du cheptel animal (ovins, bovins et équins) de l’île sont mortes. Si la fluorose est acceptée comme la cause la plus probable de la mort des animaux, la cause des pertes humaines reste sujette à débat. La volatilisation des métaux lourds comme le thallium et l’arsenic en est-elle en partie responsable ?Avant le lancement d’une collaboration incluant une étude toxicologique, nous voulons tester l’hypothèse d’un lien direct entre le dégazage des métaux lourds et la formation des veines de ségrégation, témoignant du processus de « gaz-filter pressing » du liquide résiduel d’une lave en cours de refroidissement et de cristallisation. Via l’analyse des métaux et métalloïdes dans les produits de ségrégation (comparables aux pegmatoïdes) et la comparaison des rapports des éléments en trace avec les résultats obtenus sur le gaz résiduel de Holuhraun, la mobilité des éléments toxiques d’une coulée de lave et leur spéciation en phase vapeur pourra être vérifiée.
Les faibles taux des déformations tectoniques dans les Alpes occidentales rendent difficile l’individualisation de structures actives, de même que l’identification et la quantification des processus à l’origine de la sismicité. Cependant, l’action millénaire de la déformation peut être observée grâce à la formation de morphologies caractéristiques. La faille de la Remuaz près de Chamonix, qui décale latéralement des polis glaciaires et des moraines, en est un exemple remarquable. L’intégration du processus de déformation sur plusieurs cycles sismiques est donc la clé pour avoir un signal à la fois représentatif et quantifiable. Dans ce contexte alpin, nous souhaitons mettre en œuvre une approche inédite et multidisciplinaire qui permette d’analyser l’état de la déformation de façon continue à l’échelle régionale, grâce à l’interférométrie InSAR, et ensuite de la caractériser à l’échelle locale par l’analyse morphotectonique. Nous souhaitons établir quelles sont les failles des Alpes occidentales qui montrent une déformation significative et les caractériser en termes de potentiel sismogénique. Ce projet s’inscrit dans l’action FACT (Failles actives – néotectonique en France) de l’infrastructure de recherche nationale Résif.
Le financement demandé dans ce projet permettra d’effectuer une quatrième remesure du réseau GNSS dense du Briançonnais qui rallongera les séries temporelles de positions à 25 ans. Nos travaux précédents montrent la convergence progressive des vitesses des sites vers des amplitudes faibles et des orientations cohérentes (Walpersdorf et al., 2018). Les travaux de Mathey et al. (2020) montrent que les routines classiques d’inversion des champs de vitesses localisent une zone d’extension EW maximale au centre du réseau, mais la résolution spatiale restait limitée à 0.1°x0.1° avec une distance de lissage de 15 km et ne permettait donc pas de détailler le champ de déformation à l’intérieur du réseau local. Après la prochaine remesure, la redondance et les longues durées d’observation dans le réseau du Briançonnais pourront nous permettre de franchir cette limitation et de déterminer un champ de déformation avec une résolution spatiale inégalée. Ainsi nous pourrions établir en plus de détails la répartition de la déformation sur les structures tectoniques reconnues. La composante verticale des positions GNSS est moins bien contrainte que l’horizontale (généralement d’un facteur trois). Des longues séries de mesure et des repères à centrage forcé comme ceux installés sur chaque site du Briançonnais en 2006 sont alors nécessaires pour évaluer un mouvement vertical dans un réseau de campagne. A terme, nous cherchons à obtenir une résolution spatiale suffisante pour distinguer des variations latérales de surrection dans le réseau dense. Ces variations risquent d’être faibles, car certaines sources potentielles de la surrection (déchargement érosionnel, rebond postglaciaire, circulation mantellique, …) sont de grande échelle. Les déplacements dus à ces phénomènes volumiques se superposeront à ceux créés par les mouvements des unités tectoniques. Alors que 10 ans de mesure sur les repères à centrage forcé cumulés en 2016 confirment une surrection générale dans le réseau local (Mathey et al., 2020), et qui est déjà plus cohérente que le champ de vitesses verticales après seulement 5 ans d’intervalle d’observation dans Walpersdorf et al. (2015), nous n’avions pas encore suffisamment de résolution sur la composante verticale pour apporter des nouvelles contraintes au débat sur les moteurs de la surrection des Alpes occidentales. Toutefois, avec une nouvelle remesure, le Briançonnais pourrait devenir une zone pilote avec son réseau dense et fortement redondant pour observer l’interaction entre mouvements tectoniques et volumiques dans les Alpes.Finalement, l’analyse combinée des composantes horizontales et verticales d’une précision encore accrue pourrait aider à identifier comment elles interviennent dans un champ de déformation 3D et comment celui-ci est lié à la sismicité actuelle. Cette intégration de la composante verticale dans l’établissement du champ de déformation, classiquement basé uniquement sur les mouvements horizontaux, est d’autant plus motivée que les mouvements verticaux sont dix fois plus rapides que les horizontaux.Les mesures GNSS du réseau du Briançonnais présentent donc un potentiel exceptionnel pour faire avancer notre compréhension des sources de la sismicité actuelle dans les Alpes occidentales. Avec leur résolution inégalée, ces mesures permettront de tenter de relier la déformation de surface à la topographie de la chaîne ainsi qu’à sa structure profonde.