Mesurer le glissement le long des failles par interférométrie radar : étude de la frontière de plaques de Chaman

Illuminating fault slip with InSAR : strain release along the Chaman plate boundary

• Auteur / Autrice : Manon Dalaison
• Direction : Romain Jolivet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'environnement
• Date : Soutenance le 07/12/2021
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• 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 : École normale supérieure (Paris ; 1985-....). Laboratoire de géologie
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Laetitia Le Pourhiet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Romain Jolivet, Laetitia Le Pourhiet, Roland Bürgmann, Virginie Pinel, Raphaël Grandin, Jessica C. Hawthorne
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Roland Bürgmann, Virginie Pinel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sciences de la Terre

Mots clés libres

Géodésie spatiale

Tectonique

Séisme

Glissement transitoire

Failles actives

Déformation

Spatial geodesy

Tectonics

Earthquake

Slow slip

Active faults

Deformation

Résumé

Comment une faille accumule-t-elle l’énergie nécessaire à la rupture sismique ? L’Interférométrie radar à synthèse d’ouverture (InSAR) permet de mesurer avec une précision millimétrique les déplacements du sol le long des failles continentales entre les passages successifs des satellites au même endroit. Dans cette thèse, j'identifie quand et comment la déformation est accomodée à travers la frontière de plaque de Chaman entre l'Inde et l'Eurasie au Pakistan et en Afghanistan, une région touchée par de grands séismes qui reste énigmatique. De nos jours, les satellites acquièrent des images haute-résolution en continu ayant le potentiel de nous informer sur l’évolution de la déformation en temps (presque) réel, un défi pour les techniques classiques de traitement. Dans cette thèse, je présente une nouvelle méthode de calcul de séries temporelles InSAR, nommée KFTS, qui permet de mettre à jour itérativement une série temporelle préexistante par la combinaison appropriée des données, du modèle et de leurs incertitudes respectives, au fur et à mesure que les images satellites sont disponibles. La méthode est testée sur des données synthétiques ainsi que sur des réseaux d’interférogrammes sur l'Etna (Italie) et sur la frontière de plaque de Chaman. KFTS estime des délais de phase et des vitesses de déformation en accord avec les méthodes couramment utilisées et calcule également les incertitudes associées. Ensuite, j’interprète des séries temporelles InSAR le long de la frontière de plaque de Chaman entre 2014 et 2020. Je constate que la majeure partie de la faille de Chaman (FC) glisse de manière asismique et continue avec un taux de chargement compris entre 0,7 et 1,2 cm/an et trois sections qui glissent continuellement et asismiquement de 80 à 130 km de long. Je propose une nouvelle segmentation de la FC et discute de l'interaction entre les séismes, le glissement asismique et la géométrie du tracé de faille. J'étudie trois séismes de magnitude modérée, qui présentent un glissement asismique induit important. À l’aide des vitesses InSAR, je cartographie les gradients de déformation dans la ceinture de faille-plissement à l'est de la FC. Ils sont interprétés comme l'expression en surface du glissement décrochant sénestre sur trois ou quatre failles verticales. Il s'avère que la majeure partie de la déformation actuelle de la limite de plaques se concentre à l'est de la FC, dans le prolongement de la faille d’Ornach Nal au sud et le long de la faille de Quetta-Kalat qui aurait été le siège du séisme de Quetta en 1935, de magnitude 7,7. Notre description du partitionnement est en accord avec la géologie et suggère une migration vers l’est de la frontière de plaque.

How does a fault accumulate the energy necessary for seismic rupture? Synthetic Aperture Radar Interferometry (InSAR) can measure with a millimetreprecision ground displacements along continental faults between successive passes of satellites at the same location. In this thesis, I identify when and how strain is accommodated across the Chaman plate boundary between India and Eurasia in Pakistan and Afghanistan, a region struck by large earthquakes that remains enigmatic. Nowadays, satellites acquire continuous highresolution images with the potential to inform us about the evolution of deformation in (almost) real time, a challenge for classic processing techniques. In this thesis, I present a new method for computing InSAR time series, named KFTS, which allows us to iteratively update a preexisting time series through the appropriate combination of data, models and their respective uncertainties, as satellite images become available. The method is tested on synthetic data as well as interferometric networks on Etna (Italy) and on the Chaman plate boundary. KFTS estimates phase delays and strain rates in agreement with commonly used methods and also computes associated uncertainties. Subsequently, I interpret InSAR time series along the Chaman plate boundary between 2014 and 2020. I find that most of the Chaman fault (CF) slides aseismically and continuously with a loading rate between 0.7 and 1.2 cm/yr and three 80130 kmlong creeping sections. I propose a new segmentation of the CF and discuss the interplay between earthquakes, aseismic slip and fault trace geometry. I image three moderate magnitude earthquakes, which exhibit significant induced aseismic slip. Using InSAR velocities, I map deformation gradients in the fault and fold belt east of the CF. They are interpreted as the surface expression of leftlateral strikeslip on three to four vertical faults. It turns out that most of the current plate boundary deformation focusses to the east of the CF, along the continuation of the Ornach Nal fault to the south and along the QuettaKalat fault, which is thought to have hosted the 1935 Quetta earthquake of magnitude 7.7. Our description of partitioning is consistent with the geology and suggests an eastward migration of the plate boundary.