Erosion et Séismes – EROQUAKE

Nous utilisons le modèle numérique €ROS, qui est à notre connaissance le seul modèle d'évolution du paysage capable de simuler la dynamique des paysages et des processus de surface (glissements de terrain, le transport de sédiments lors d’évènements extrêmes, le rétrécissement/élargissement de la rivière, avulsion de la rivière) au cours des phases co- et post-sismiques d'un grand tremblement de terre. Pour modéliser l'impact de l'érosion sur la sismicité et la déformation au cours du cycle sismique, nous utilisons le modèle élastodynamique Bicycle. À l'échelle de temps d'un cycle sismique, aucune tentative n'a été faite pour coupler des modèles « de terre solide » à des modèles de dynamique du paysage. Nous continuons donc le développement d'un modèle numérique 3D viscoélastique à l’échelle lithosphérique permettant d’étudier les interactions entre processus de surface et dynamique des failles au cours du cycle sismique. Nous appliquons nos modèles à Taiwan et aux Alpes de l’ile du Sud de la Nouvelle-Zélande, qui sont des chaînes de montagnes bien documentées et présentant des taux relativement élevés d'érosion et d'activité tectonique.

En cours

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Steer, P., Simoes, M., Cattin, R., & Shyu, J. B. H. (2014). Erosion influences the seismicity of active thrust faults. Nature communications, 5.

Déterminer comment la tectonique et les processus de surface interagissent pour modeler la surface de la Terre demeure un des défis majeur des sciences de la terre. Au cours des dernières décennies, de nombreux travaux ont analysés comment ces interactions régissent l’évolution des paysages et des chaînes de montagne aux échelles de temps géologiques (1 – 100 Ma) sans considérer la physique à courte échelle de temps (< 1000 a) des processus de surface, de la tectonique et des leurs rétroactions. Or, nos travaux préliminaires démontrent 1) que le bilan topographique net des séismes de forte magnitude (> 7) peut être négatif, i.e. que l’érosion induite par ces séismes peut être supérieur à la surrection co-sismique ; et 2) que les processus de surface, érosion et sédimentation, peuvent augmenter la vitesse de chargement des contraintes des failles actives et ainsi déclencher des séismes peu profonds. Notre ambition avec ce projet est donc d’aborder pour la première fois la problématique des rétroactions et des interactions entre tectonique et processus de surface à l’échelle du cycle sismique (< 1000 a).

Nous proposons de combiner modélisation numérique avec des donnés de terrain pour explorer :
TASK 1) Comment les paysages et les processus de surface (glissements de terrain, l’érosion, le transport et l’avulsion des rivières) répondent aux séismes de forte magnitude.
TASK 2) Comment les processus de surface ayant lieu durant les phases co- et post-sismique influencent le chargement des contraintes, la sismicité et le mouvement des failles actives.
TASK 3) Comment les interactions entre tectonique et processus de surface au cours du cycle sismique influencent la formation des chaînes de montagnes.

Ce projet de recherche fondamental est organisé autour de trois tâches mais ne considère bien qu’une seule problématique, qui est de comprendre les rétroactions et interactions au cours du cycle sismique entre processus de surface et tectonique des chaînes de montagnes actives. Nous utiliserons le modèle numérique d’évolution des paysages €ROS, qui est le seul modèle à notre connaissance permettant d’explorer la dynamique des paysages et des processus de surface (glissements de terrain, évènements extrêmes de transport sédimentaire, élargissement/rétrécissement des rivières, avulsion des rivières) pendant les phases co- et post-sismique d’un séisme de forte magnitude. A l’échelle du cycle sismique, aucune modélisation couplant tectonique et évolution des paysages n’a été effectuée. Nous continuerons ainsi dans le cadre du projet le développement d’un modèle numérique 3D visco-élastique de la lithosphère prenant en compte l’influence des processus de surface et des failles, modélisées par des dislocations de type Okada. Le modèle sera appliqué à Taiwan et à la Nouvelle-Zélande, qui présentent des chaînes de montagnes bien documentées avec des taux très rapides d’érosion et d’activité tectonique. Ce projet bénéficiera de l’expertise en modélisation des processus de surfaces de notre équipe de Géomorphologique Quantitative à Géosciences Rennes (Université Rennes 1) et de celles des collaborateurs externes associés au projet sur la tectonique au cours du cycle sismique et sur l’évolution des paysages après des séismes de forte magnitude. En offrant une nouvelle vision des relations entre évènements extrêmes climatique, érosifs et tectoniques, les résultats de ce projet auront des répercussions directes à forts enjeux sociétaux, en particulier concernant l’évaluation des aléas naturels.