Étude des relations entre fluides et sismicité aux Petits Antilles – LAVAS

Le projet LAVAS (Lesser Antilles subduction : Volatiles And Seismicity) propose une étude multidisciplinaire de la relation entre la migration des fluides profonds vers le plancher océanique et la sismicité dans la région des Petites Antilles. Le projet comporte trois volets : (a) l'analyse des données des campagnes océanographiques Manta-Ray (2022 et 2023), (b) l'analyse des images satellites pour détecter les suintements naturels d'hydrocarbures, et (c) l'acquisition de données supplémentaires sur 4 sites de suintements déjà identifiés. Ce projet de 5 ans utilisera un ensemble de données géophysiques, géochimiques et satellitaires pour quantifier et caractériser les fluides entrants et sortants de la zone de subduction, pour imager leurs voies de circulation et pour identifier les suintements au fond de la mer et à la surface afin de les relier à la sismicité.
LAVAS se compose de 4 workpackages (WP) scientifiques et d'un projet éducatif. Le premier WP quantifiera la quantité de fluide entrant dans le système de subduction dans les roches et les sédiments océaniques et fournira une cartographie des voies de circulation des fluides en profondeur ainsi que des sites d'expulsion au fond de la mer à partir des données de sismique réflexion et grand-angle de la campagne Manta-Ray. Un modèle 3D des vitesses des ondes P et S sera réalisé pour contraindre le degré d'hydratation de la croûte océanique avant-fosse. Le deuxième WP caractérisera la relation entre la sismicité et la variation des taux d'expulsion des fluides. La sismicité sera étudiée à l'aide de données sismologiques nouvellement acquises sur des sorties de fluide récemment identifiées, et également provenant de déploiements antérieurs. Les débits et variations des écoulements seront suivis par un piézomètre déjà déployé sur l’un des sites. Les fluides provenant des carottes sédimentaires prélevées sur deux structures caractéristiques de suintement de fluides lors des campagnes Manta-Ray seront analysés pour déterminer les processus physico-chimiques qu'ils subissent en profondeur.
Ces processus physico-chimiques seront comparés au comportement spatio-temporel de la sismicité afin d'établir d'éventuelles corrélations. Le troisième WP propose d'étendre les résultats dans le temps et dans l'espace grâce à l'analyse d'images satellite radar où les suintements naturels hydrocarbonés peuvent être identifiés comme des taches sombres récurrentes à la surface de la mer. Comme cette méthode nécessite l'analyse de grandes quantités de données, des techniques d’intelligence artificielle seront développées et appliquées. Une étude comparative utilisant ces nouveaux outils permettra de tester l'applicabilité à d'autres zones, telles que la mer de Marmara. Le quatrième WP synthétisera tous les résultats afin de décider des emplacements exacts des futures acquisitions de données proposées du projet. Un voilier et un glider seront utilisés pour détecter le méthane dans la colonne d'eau sur les sites de suintements de fluides, et des sismomètres de fond de mer pour acquérir les signaux provenant de l’expulsion des fluides depuis le fond marin.
Enfin, nous avons prévu un projet éducatif ambitieux qui prévoit l'installation de 5 sismomètres dans des écoles des îles de Saint-Martin et de Saint-Barthélemy. Ces instruments auront une double vocation pédagogique et scientifique. Ils permettront aux populations locales de se familiariser avec la sismicité de la région et d'étendre le réseau sismologique dans une région peu couverte.
Les résultats du projet permettront de répondre à plusieurs questions, notamment (a) si les suintements de fluides sont déclenchés par des séismes ou s’ils agissent comme des précurseurs, (b) s’il existe un lien entre la distribution spatiale des suintements et l'état d'hydratation de la plaque subductée et (c) et de caractériser la contribution des fluides migrant dans les zones de subduction dans le cycle des fluides.