Observation et Modélisation de la déformation Post-Sismique du Séisme de Sumatra – OPOSSUM

Le séisme géant de Sumatra du 26 décembre 2004 a rompu un très long segment de la subduction
qui accommode la convergence Inde/Eurasie. La partie Sud de la rupture s'est produite sur la limite
entre l'Australie et la micro-plaque "Sunda", plus précisément la lanière de Sumatra; et la partie Nord
sur la limite entre l'Inde et la micro plaque Birmane. Les premières données (sismologiques et
Tsunami) ont conduit certains à proposer que la rupture sismique proprement dite ait été confinée au
segment sud (~500 km), le segment Nord ayant rompu lentement, sans émettre d'ondes sismiques
(ce que l'on nomme un séisme "lent" ou "silencieux"). Les données géodésiques (essentiellement
GPS, mais aussi d'altimétrie satellitaire sur l'Océan qui voient le Tsunami) ont montré qu'il n'en était
rien et que la rupture sismique était bel et bien largement supérieure à 1000 km de long. Ce qui n'est
pas sans soulever un certain nombre de problèmes, en particulier comment se fait-il que le séisme ait
traversé une frontière de plaque (celle entre l'Inde et l'Australie) ? Cette simple observation (parmi
beaucoup d'autre) montre que l'on est loin de comprendre complètement les phénomènes physiques
qui sont à l'origine de l'initiation et de la propagation de la rupture sismique. Ce séisme en a déjà
déclenché un autre sur la même faille : le séisme de Nias, du 28 mars 2005. D'autres séismes se
produiront dans le futur sur d'autres segment de la subduction (au nord en Birmanie ou au sud à
Sumatra puis Java) ou sur les failles décrochantes en arrière. Nous voulons analyser le rôle joué par
l'augmentation des contraintes de Coulomb, des contraintes cisaillantes et normales, de la variation
de pression de pores et des déformations post-sismiques sur les séquences de séismes passés et à
venir dans la région, en tenant compte de la géométrie complexe des failles de la région. Compte
tenu de la taille inhabituelle de ce séisme, il nous paraît absolument nécessaire de développer cette
étude sur de plus grandes échelles spatiales et temporelles que ce qui est proposé dans les
traitements classiques. Pour ce faire, nous voulons développer un modèle de calcul visco-élastique
par éléments finis en 3-D, sphérique, et construit sur une grille fine à maillage adapté. Nous
étudierons alors les mécanismes physiques qui contrôlent la propagation de la déformation et le
"timing" de ces séquences de tremblements de Terre. L'objectif final du projet est d'améliorer notre
compréhension des mécanismes de déformation des couches visco-élastiques qui enveloppent la
Terre en général, et de quantifier l'Aléa sismique dans cette région où les séismes destructeurs se
produisent en grand nombre en particulier. Une déformation de l'ordre du cm/an va affecter toute la région pendant des années, peut-être des
décennies, avant de décroître lentement au point que la déformation inter-sismique, majoritairement
élastique, qui prévalait avant reprenne ses droits. Le rassemblement des mesures GPS réalisées
dans toute la région dans le but de suivre cette déformation est essentiel. Compte tenu de la faible
amplitude de la déformation, de la très grande taille de la région en déformation, et du fait qu'une
bonne partie d'entre elle se trouve sous l'eau, nous ne pensons pas que les méthodes InSAR soient
adaptées. Seul le GPS produira des séries temporelles longues, suffisamment précises et
temporellement denses, pour permettre de modéliser la déformation. Ensuite, la connaissance
précise des failles tectoniques (géométrie, style de déformation, etc..).autour desquelles cette
déformation se produit est également indispensable. Cela pour deux raisons symétriques : en premier
lieu, parce que les failles elles mêmes vont jouer un rôle dans la manière dont la déformation va se
propager, en second lieu parce que c'est sur le comportement de ces failles que nous voulons étudier
l'impact de la déformation post Sumatra. Alors enfin, en utilisant les données GPS collectées et
connaissant dans le détail les failles de la région, nous serons à même de produire des modèles
numériques exacts de la déformation infligée par le séisme. On comprend bien par exemple, que les
modèles élastiques nécessitent une bonne description des failles sur lesquelles l'augmentation de
contrainte de Coulomb est calculée, ou encore que les modèles de calcul par éléments finis réalistes
nécessitent un maillage fin et très complexe près de la fosse. Les partenaires d'OPOSSUM
réunissent les compétences nécessaires pour mener un tel projet : GPS, failles, modélisation
numérique, outils de CAO et de maillage, etc....
Notre projet s'insère dans l'environnement des projets existants d'acquisition de mesures en mer (S.
Sing). Nous apporterons des éléments essentiels sur la déformation à Terre d'une part et sur la
déformation en mer, mais sur des zones périphériques à celles ciblées par les grosses campagnes
au large de la pointe Nord de Sumatra d'autre part. Enfin, nous nous concentrons sur la modélisation
de tous ces éléments rassemblés.
Les résultats attendus du projet sont:
- une meilleure compréhension des mécanismes de transferts de contraintes dans la région de
Sumatra, avec un impact direct sur l'aléa sismique de la région
- la quantification des propriétés mécaniques et rhéologiques de la croûte et du manteau, pour
des temps assez courts (comparés aux temps géologiques)
- le développement d'un modèle de calcul par éléments finis en géométrie sphérique 3-D qui
pourra être utilisé dans d'autres zones sismiques du monde
- des publications scientifiques dans des revues de premier plan