Exploitation de l’imagerie satellitaire optique et radar pour mesurer et modéliser la déformation tectonique en milieu continental

Exploiting space-based optical and radar imagery to measure and model tectonic deformation in continental areas

• Auteur / Autrice : Benjamin Lauer
• Direction : Yann Klinger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la terre et de l'environnement
• Date : Soutenance le 04/12/2019
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre et de l'environnement et physique de l'univers (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UMR-Institut de physique du globe de Paris (2005-....)
• Jury : Président / Présidente : Yves Gaudemer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yann Klinger, Yves Gaudemer, Anne Socquet, Laurent Polidori, Raphaël Grandin, Bénédicte Fruneau, Ewelina Rupnik
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne Socquet, Laurent Polidori

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie optique

Modèles en géologie

Télédétection

Décrochements (géologie)

Baloutchistan (Pakistan)

Tectonique

Astronautique en géodésie

Mots clés libres

Déformation tectonique

Séisme du Balochistan

Faille de Chaman

Imagerie radar

Imagerie Corona historique

Modélisation de rupture sismique

Déficit de glissement en surface

Glissement asismique

Tectonic deformation

Balochistan earthquake

Chaman fault

Radar imagery

Corona historical images

Earthquake rupture modelling

Shallow slip deficit

Aseismic creep

Résumé

Dans ce travail, nous souhaitons montrer l’atout de l’imagerie satellite pour contraindre et modéliser la déformation tectonique. Cette dernière représente la signature du comportement des failles et est un élément clé pour comprendre leur mécanique et les risques associés. Plus particulièrement, nous souhaitons montrer le bénéfice 1) de la combinaison d’images satellite optiques et radar pour mesurer la déformation cosismique en 3D et modéliser les caractéristiques des failles (géométrie et glissement) et 2) de l’utilisation d’images satellite historiques pour étendre la couverture temporelle des mesures et quantifier des déformations lentes. Le séisme du Balochistan fut largement décrochant senestre, avec une composante de chevauchement secondaire. En combinant des images satellite optiques (SPOT 5, Landsat 8) et radar (RADARSAT-2, TerraSAR-X ScanSAR), nous calculons le champ de déformation cosismique complet en 3D ainsi que la distribution de glissement en surface. Cet ensemble de données nous permet également d’explorer la géométrie de faille et la distribution du glissement en profondeur. Certains segments de la faille décrochant de Chaman (Pakistan) sont sujets à du glissement superficiel asismique de l’ordre d’un cm/an. Nous présentons l’avancement actuel d’un projet en cours dont le but est de mesurer un tel glissement à partir d’images historiques Corona. La procédure d’acquisition atypique de ces images et le manque de métadonnées impose une réévaluation de la chaîne de traitement photogrammétrique. Nous présentons donc un modèle de caméra et une méthode automatisée de génération de Points d’Appui à partir d’images SPOT 6/7, nous permettant de calibrer le modèle de caméra.

In this work we aim to illustrate the asset of satellite imagery to constrain and model tectonic deformation. Tectonic deformation is a signature of faults behavior and is a key element to understand fault systems mechanics and the corresponding hazard. We especially intend to demonstrate the benefit of 1) combining satellite optical and radar data to measure coseismic deformations in 3D and provide constraints to model the geometric and cinematic properties of faults and 2) enhance the temporal coverage of measurements by using historical satellite images to quantify slow deformation over time. The Balochistan earthquake was dominated by left-lateral slip, with a secondary reverse component. By combining optical (SPOT 5, Landsat 8) and radar satellite data (RADARSAT-2, TerraSAR-X ScanSAR), we derive the full 3D coseismic displacement field and the slip distribution at the surface. Such an extensive dataset allows us to explore the fault geometry and the slip distribution at depth. A few segments of the strike-slip Chaman fault, in Pakistan, are prone to shallow aseismic creep at a rate of ~1cm/yr. We present the current status of an ongoing project that aims to enable creep rate measurements from Corona historical images. Both the atypical acquisition procedure of these images (panoramic pushbroom) and the lack of metadata impose a reassessment of part of the photogrammetric processing. We thus present an implementation of a camera model and a fully automated method to compute Ground Control Points for Corona images using current SPOT 6/7 imagery, allowing for calibrating the camera model.