Géométrie des failles en décrochement soumises à des cycles sismiques successifs – GeoSMEC

geologie de terrain
modelisation numerique
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Le project “Géométrie des failles en décrochement soumises à des cycles sismiques successifs” (GeosSMEC) vise à mieux comprendre quels sont les paramètres qui contrôlent la géométrie des failles décrochantes, depuis leur initiation jusqu’aux échelles de temps qui impliquent de nombreux cycles sismiques successifs. Un point central de GeoSMEC est de faire interagir la communauté sismotectonique, qui a une connaissance approfondie des observations de terrain (ruptures sismiques, géométrie des failles), les modélisateurs numériciens, qui ont une maitrise des outils permettant l’étude des failles à plusieurs échelles de temps, et la communauté des mécaniciens de la fracture, qui mène à la fois des approches théoriques, expérimentales et numériques sur la propagation de cracks et de rupture sismiques.
Un objectif important de ce projet est de constituer un jeu de données d’observations de terrain, détaillées, sur la géométrie de grandes ruptures associées à des séismes en décrochement. On établira aussi la distribution de glissement associée ainsi que le temps de retour. Les grands séismes n’étant pas fréquents, un enjeu de GeoSMEC est de réussir à documenter de façon précise des ruptures anciennes. Ce jeu de données viendra compléter les quelques données déjà existantes, et servira de donnée d’entrée pour un ensemble de modélisations numériques sur la nucléation des failles, et la stabilité de leur géométrie à différentes échelles de temps et d’espace. La majeure partie des données existantes aujourd’hui n’ont pas la résolution nécessaire pour mener ce genre d’approche et notre premier objectif sera donc de produire des données pour 2 à 3 grands séismes en décrochement (magnitude > 7). Pour cela nous utiliserons les nouvelles possibilités offertes par l’imagerie satellitaire optique à très haute résolution (pixel sub-metrique) pour revisiter des séismes passés, notre étude pilote ayant montré que si les conditions climatiques sont favorables, les traces d’un séisme peuvent se conserver pendant plusieurs dizaines de milliers d’années. Ce travail de cartographie s’accompagnera de missions de terrain visant à vérifier et compléter les observations, et aussi à ouvrir des tranchées paléosismologiques sur les failles étudiées pour ajouter une composante temporelle. Ces données seront utiliser comme point de départ pour différentes modélisations.
D’une part nous allons regarder la genèse des failles à partir d’approches couplant études théoriques et expériences en laboratoire, ainsi qu’expériences numériques de type éléments discrets (DEM). In fine, il s’agit de voir si la phase de nucléation des failles laisse une empreinte qui conditionne la géométrie de la faille lors de son développement postérieur. Un certains nombres de lois d’échelles simples reliant la géométrie des failles aux propriétés géométriques du milieu seront aussi testées dans cette phase.
Quantifier l’impact d’une rupture sismique sur l’évolution de la géométrie de cette faille au travers de l’endommagement est un autre objectif. Lors d’une rupture sismique, les données d’observation montrent que la déformation n’est pas toujours localisée au même degré partout et suggèrent une possible évolution temporelle de la géométrie. Un des objectifs de GeoSMEC est de quantifier numériquement ces effets en utilisant des méthodes numériques type BIEM et SEM. La difficulté sera d'intégrer l’aspect multi-échelle temporel entre le temps de la rupture et le temps, plus long, de la répétition des séismes.
Enfin, une approche à plus grande échelle sera menée à partir de modélisations cinématiques pour regarder la stabilité de la géométrie des systèmes de failles au cours du temps en fonction des conditions aux limites. Notamment nous souhaitons quantifier la part des déformations localisées et distribuées quand l’orientation des failles n’est pas optimale par rapport aux conditions aux limites car cela a un impact direct sur le budget total de déformation qui peut être mesuré sur le terrain.