Rôle des fluides et de l'hydromécanique des failles sur la rupture sismique – HYDROSEIS

Le projet s’intéresse au rôle des fluides dans la mécanique de la rupture sismique des failles par une approche expérimentale in-situ et numérique. Bien qu’il soit reconnu depuis longtemps que les fluides affaiblissent la résistance des failles et participent aussi bien à l’initiation de la rupture des séismes qu’au glissement lent et asismique se produisant entre deux séismes, les mécanismes reliant les pressions de fluides et le glissement le long des failles restent mal connus. Il existe deux points de blocages importants empêchant d’appréhender ces mécanismes: (1) l’absence de mesures synchrones et continues de la pression de fluide, de la déformation et de la sismicité dans la zone active des failles, et (2) le manque de modèles prenant en compte les effets de la complexité des couplages hydromécaniques dans les failles sur le processus de rupture. Un certain nombre de questions fondamentales restent ainsi posées, telles: (1) comment les failles se déforment sous l’effet des pressions de fluides?, (2) est-ce que les fluides participent seulement à la phase d’initiation de la rupture, ou bien interviennent-ils aussi dans la propagation et l’arrêt de la rupture?, (3) est-ce que les pressions de fluides, les déplacements et les ondes sismiques mesurés en surface sont de bons marqueurs de la déformation profonde dans les zones sismogènes?
Pour répondre à ces questions et améliorer notre connaissance des relations fluides/failles/séismes, nous développerons dans ce projet une approche à l’interface hydromécanique—sismologie qui constitue la partie centrale d’une collaboration internationale et d’un travail de thèse. Notre objectif principal est d’acquérir de nouvelles observations sur le terrain où nous nous proposons de générer des glissements lents et rapides de quelques millimètres sur une faille d’extension pluri-hectométrique par une injection de fluide contrôlée (Tâche 2). L’originalité de cette expérience repose sur la réalisation de mesures synchrones, continues, denses et sur une très large bande de fréquences (0.1 Hz à 4 kHz) des pressions de fluides, de la déformation 3D et de la sismicité avant, pendant et après la rupture de la faille. Cette expérience sera réalisée au sein du Laboratoire Souterrain à Bas Bruit (un « Site Instrumenté » de l’INSU dans le cadre de son activité « Observatoire ») qui permet un accès au cœur des failles et la réalisation de mesures géophysiques dans des conditions de très bas bruit environnemental. Le développement de cette expérience originale s’appuie sur des résultats préliminaires très prometteurs acquis lors d’une étude de faisabilité réalisée dans le cadre d’un précédent projet ANR-07-PCO2-002-01 qui a montré que l’activation contrôlée d’une petite faille est possible avec un nouvel instrument développé spécialement dans le cadre du projet cité.
Ces nouvelles données expérimentales nous permettrons d’établir des modèles théoriques dans lesquels le degré de couplage entre fluides et mécanique des failles, sa localisation dans la zone de faille et son évolution temporelle au cours de la rupture seront précisés. L’approche théorique permettra aussi de tester les modèles aux états de contraintes et de pressions de fluides supposés en profondeur (Tâche 3). Ces modèles seront ensuite utilisés pour reproduire les observations disponibles sur des failles actives bien documentées dans le monde. Le modèle calibré à la source par l’expérience de la Tâche 2 sera utilisé pour essayer de relier l’observable en champ éloigné au mécanisme potentiel à la source (Tâche 4). Le but ultime est d’améliorer notre compréhension de la mécanique des failles et des séismes, et de faire progresser notre analyse des signaux hydrologiques en tant que précurseurs des séismes.