instabiltés de failles monitorées par des instruments optiques innovants – FIMOPTIC

L'objectif du projet est d'améliorer la détection et la caractérisation mécanique des sources des faibles signaux de déformation causés par les instabilités transitoires des zones de failles, parfois précurseurs de grandes ruptures sismiques. Pour cela, nous exploiterons la technologie d’interférométrie optique Fabry-Perot que notre équipe (ESEO, IPGP et ENS) a développé depuis 10 ans pour des instruments optiques de haute résolution (inclinomètres longue base, sismomètre, extensomètre), et évaluerons leurs avantages sur les capteurs commerciaux. Deux sites pilotes ont été choisis, très actifs sismiquement, à la science desquels les proposants ont largement contribué: (1), le rift occidental de Corinthe, ciblant les faibles déformations générées par les instabilités de pression de pore et de glissement du système de failles, site monitoré depuis 2000 par le Corinth Rift Laboratory (CRL), et impliquant en particulier l’IPGP et l’ENS ; (2), au sein d'une mine active profonde en Suède, Garpenberg (mine BOLIDEN), pour atteindre le voisinage d'aspérités sismiques de dimension métrique fréquemment cyclées ("repeaters"), vers 1100 m de profondeur, site monitoré depuis 6 ans par l’INERIS.
L’inclinomètre longue base et le sismomètre optiques ont déjà fait leurs preuves, le premier en fonction au sommet du volcan de la soufrière de Guadeloupe, le second au CERN. L’extensomètre optique reste à développer, sur la base d’une fibre sensible décamétrique enterrée intégrant la déformation des roches, plus pertinente sur le terrain que les mesures classiques par réseaux de Bragg, limitées à des mesures décimétriques. Des premiers tests avec l’interrogateur de l’ESEO nous permettent de cibler l'objectif d'une résolution meilleure que 10 nanom/m en déformation, résolvant la marée terrestre.
A Corinthe, l’inclinomètre longue base optique sera installé dans un tunnel, associé à un extensomètre optique, à proximité de la faille de Psathopyrgos, la plus menaçante du site. Un autre extensomètre optique sera cimenté en forage. Le sismomètre optique sera installé en forage de 200 m. Dans les 3 années du projet, des dizaines d’essaims sismiques sont attendus à moins de 10 km, avec possiblement des épisodes de déformation transitoires détectables. Les mesures seront analysées conjointement à celles de CRL (GNSS, InSAR, extensomètres de forage, réseau sismique), par corrélation et avec l’aide d’outils I.A., et la source des signaux de déformation sera modélisée.
A Garpenberg, une première installation prévoit 500 m de câble optique dans les galeries proches des familles de répéteurs (moins de 20 m), pour une interrogation par les systèmes commerciaux DAS et BOTDR, complétée par des sismomètres, pour préciser la localisation des aspérités activées. Une deuxième installation prévoit de se focaliser sur un ou quelques répéteurs, et de s’en rapprocher au plus près ( quelques mètres) par des forages équipés de fibre optique pour nos prototypes d extensomètres et le BOTDR. Ces instruments restent en place juqu'à la fin du projet. Toutes ces mesures seront analysées conjointement, intégrant les informations géologiques de forages, et avec l’aide d’outils I.A.. Le cycle de rupture d’une aspérité sera analysé et modélisé par des lois de frottement sur la faille. Le rythme de rupture de ces aspérités (jours-mois), garantit l’enregistrement de plusieurs cycles complets, incluant possiblement des phases d'instabilité, voire d’initiation ou de nucléation des ruptures.
Ce projet apportera des informations nouvelles sur la mécanique de déformation et l'aléa sismique des deux sites. Il apportera aussi des connaissances génériques sur le couplage sismique-asismique des zones de failles. La validation des capacités de nos instruments devraient favoriser leur usage pour le géo-monitoring en contexte académique (observatoires sismologiques, volcaniques, offshore…) ou industriel (mines, géoreservoirs, géothermie profonde,…).