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SEAmount and FRONTal megathrust Tsunami and Earthquake Risk Assessment. – SEAFRONTTERA

Seamount and frontal tsunami and earthquake risk assessment

Le long de la subduction de Sumatra, il reste un large gap de 500km de long prêt à rompre, le segment Nord Mentawai. Pour évaluer le risque sismique et tsunamigénique de ce segment, il est important de comprendre pourquoi certaines sections frontales peuvent rompre et ce qui contrôle la propagation latérale des séismes. Dans ce projet, nous nous proposons de modéliser les conditions mécaniques nécessaires pour cette propagation frontale et l'effet de la subduction de reliefs bathymétriques.

Potentiel tsunamigénique et sismique du segment Nord Mentawai

Les deux derniers grands séismes de magnitude > 9 du 21ème siècle (Sumatra, 2004, Japon, 2011) ont surpris à la fois les scientifiques et les agences gouvernementales car de tels séismes n'étaient pas attendus mais surtout car ces séismes ont rompu la partie frontale des mega-chevauchements que l'on pensait jusqu'ici asismique. Ces ruptures frontales ont engendré des tsunamis majeurs qui ont conduit à des pertes humaines dramatiques et à un désastre nucléaire. D'après les études géodésiques et paléo-géodésiques, le gap sismique est entièrement couplé et prêt à rompre dans un futur proche. Alors que le séisme de 2004 a rompu plus de 1300km de la zone de subduction, le segment sud de Mentawai à quant à lui été rompu par une séquence de séismes. La segmentation des séismes a souvent été relié à la subduction de reliefs bathymétriques. Cependant, bien que cette relation a fait l'objet de nombreuses études, il existe très peu de modélisations mécaniques permettant d'expliquer cette relation. Par conséquent, pour évaluer correctement le risque sismique et tsunamigénique, il est indispensable de comprendre pourquoi certaines sections frontales peuvent rompre sismiquement et ce qui contrôle la propagation latérale des séismes. Dans ce projet, nous proposons de modéliser les conditions mécaniques requises pour la propagation frontale et l'effet de la subduction de relief sur la segmentation des séismes. L'acquisition de profils sismiques réflexions de haute qualité le long de la zone de subduction de Sumatra, en particulier dans la zone du gap, nous permettrons de conduire une analyse mécanique fine.

Pour résoudre le problème exposé, nous développons une approche multi-échelle et multi-disciplinaire. Dans un premier temps, nous avons déterminé les structures de l'avant-arc caractéristiques de la propagation frontale des séismes. En comparant et en estimant les propriétés frictionnelles avec l'analyse limite, nous pouvons évaluer le potentiel sismique. Les paramètres mécaniques déduits seront par la suite injectés dans des modèles dynamiques de cycle sismique de façon a confirmer et mieux comprendre le rôle des parametres mécaniques dans la propagation frontale. Nous appliquerons ensuite le modèle au gap sismique.
Dans un second temps, nous travaillerons sur les relations entre subduction de reliefs bathymétriques et segmentation de séismes. A partir de la modélisation mécanique, nous determinerons le champs de contrainte lié à ces reliefs. Ce champ sera ensuite injecté dans des modèles dynamiques pour comprendre comment les reliefs affectent la propagation, le cycle sismique et le couplage.

L'analyse structurale a permis de mettre en évidence des structures caractéristiques de la propagation frontale : des chevauchements landward. J'ai développé un modèle mécanique montrant que ces structures requiert des conditions mécaniques particulières (très forte pression de fluide dans le prisme et long du chevauchement). Je contrains maintenant précisément ces propriétés pour la modélisation dynamique. Nous étudions également la structure du gap sismique. Le profil montre une grande complexité structurale avec à la fois des structures landward et des duplex, probablement associés à la subduction d'un relief bathymétrique. Nous travaillons actuellement sur l'interprétation structurale et avons commencé la modélisation mécanique qui devrait nécessiter encore quelques mois de travail.

La modélisation mécanique du profil du Nord de Mentawai nous permettra d'évaluer son risque sismique et tsunamigénique. Ce profil montre également une grande complexité structurale liée à la subduction d'un relief bathymétrique. Dans la seconde partie du projet, Il nous permettra donc d'étudier la déformation, les propriétés mécaniques ainsi que le champ de contrainte associés à la subduction de ces reliefs.

en préparation : Landward accretionary prism, evidence for frontal propagation?

Les deux derniers séismes de magnitude supérieure à 9 du 21eme siècle (Sumatra 2004, Japon 2011) ont surpris les scientifiques et les agences gouvernementales à la fois par leur ampleur et par la rupture de la partie frontale de ces megathrusts, jusqu’alors supposée glisser uniquement de façon asismique. Des tsunamis dévastateurs ont fait suite à cette rupture frontale, engendrant d’énormes pertes en vie humaines, en propriétés ainsi qu’un grave accident nucléaire.
Durant ces 10 dernières années, la zone de subduction de Sumatra a subi la plus intense séquence de séismes jamais enregistrée sur Terre, laissant tout de même un gap sismique de 500km de long. A partir d’études géodésiques et paléo-géodésiques, ce gap a été reconnu comme étant totalement couplé et prêt à rompre dans un futur proche. Alors que le séisme de Sumatra 2004 a rompu sur plus de 1300km de long, le segment Sud de Mentawai a par contre subi une succession de séismes relativement plus petits. La segmentation des séismes a souvent été reliée à la présence de structures bathymétriques telles que les seamounts. Bien que cette relation ait été le sujet de nombreuses études, seules quelques unes ont tenté d’étudier cette relation d’un point de vue mécanique. Or, si l’on veut pouvoir contraindre le risque sismique et tsunamigénique du gap sismique le long de la zone de subduction de Sumatra, il nous faut à la fois comprendre ce qui contrôle la propagation des séismes vers la surface, ainsi que ce qui contrôle leur extension latérale : le séisme de Mentawai va-t-il également rompre par une série d’évènements ou en un seul séisme majeur jusqu’à la fosse?
Dans ce projet, nous nous proposons d’étudier les conditions mécaniques permettant la propagation des séismes vers la surface et l’effet des structures bathymétriques sur la segmentation des séismes. Grace à l’acquisition de profils de sismique réflexion de haute-qualité le long de la zone de subduction de Sumatra, cette région s’avère en effet être un terrain d’étude idéal pour la modélisation mécanique.
Ce travail impliquera le développement d’un projet multi-échelle et multidisciplinaire.
Dans un premier temps, nous caractériserons les structures de l’avant-arc représentatives de la propagation frontale des séismes à partir des propriétés frictionnelles déduites grâce à l’analyse limite. Nous comparerons la région de Mentawai sud ayant subi un séisme tsunamigénique avec la région nord correspondant au gap sismique pour évaluer le risque d’une rupture frontale. Ensuite, à l’aide de modélisation dynamique de cycle sismique, nous caractériserons les conditions mécaniques permettant la propagation d’un séisme vers la surface. Nous évaluerons ensuite si ces conditions sont réunies dans la région du gap sismique.
Dans un second temps, nous étudierons les relations entre structures bathymétriques comme les seamounts et la segmentation des séismes. A partir de modélisation mécanique statique, nous étudierons les perturbations de contrainte induites par la subduction de ces reliefs. Ces perturbations seront ensuite introduites dans des modèles dynamiques de cycle sismique pour étudier l’effet de ces structures sur la propagation des séismes, le cycle sismique et le couplage.
A partir de la géométrie, de l’état de contrainte, des propriétés frictionnelles du gap sismique et des simulations dynamiques, nous obtiendrons des probabilités pour la rupture frontale, l’extension latérale, le glissement maximale et la hauteur des vagues du tsunami ainsi que les temps de récurrence.
Bien que l’évaluation du risque sismique et tsunamigénique liée a la rupture frontale et la présence de seamount pour la région de Sumatra soit notre objectif initial, les outils développés pourront ensuite être appliqués à toute zone de subduction.


Coordination du projet

Nadaya Cubas (Institut de Physique du Globe de Paris)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

UPMC UPMC
IPGP Institut de Physique du Globe de Paris

Aide de l'ANR 94 555 euros
Début et durée du projet scientifique : août 2013 - 42 Mois

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