Études des incertitudes dans l’imagerie de la rupture sismique

par Théa Ragon

Thèse de doctorat en Sciences de la terre et de l'univers

Sous la direction de Bertrand Delouis et de Anthony Sladen.

Soutenue le 03-05-2019

à Côte d'Azur , dans le cadre de École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice) , en partenariat avec Université de Nice (1965-2019) (établissement de préparation) , Laboratoire Géoazur (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes) (laboratoire) et de Géoazur (laboratoire) .

Le président du jury était Jean-Paul Ampuero.

Le jury était composé de Jean-Paul Ampuero, Andreas Rietbrock, Luis Rivera, Guillaume Caumon, Romain Jolivet.

Les rapporteurs étaient Andreas Rietbrock, Luis Rivera.


  • Résumé

    Les séismes rompent des failles inaccessibles situées à plusieurs kilomètres sous la surface terrestre. Alors, comment les comprendre puisque l’on ne peut les observer directement ? Notre seul recours est d’ausculter le globe terrestre depuis sa surface. Hélas, la quantité, la variété et la qualité de ces observations superficielles sont insuffisantes pour caractériser ces phénomènes complexes, et l’image des séismes que nous dressons est altérée par de nombreuses approximations. Ces approximations sont souvent nécessaires sous peine de ne pouvoir modéliser les séismes. Elles dérivent des limites de nos observations, de notre connaissance sommaire de la physique du globe terrestre, et des procédures de modélisation choisies. L’imperfection de nos modèles questionne notre capacité à reproduire la réalité de la rupture sismique, et peut remettre en cause notre compréhension des mécanismes qui la régissent. Notre quête de réalisme ne peut donc que s’accompagner d’une analyse exhaustive et détaillée des incertitudes qui corrompent potentiellement l’imagerie des séismes, ainsi que nos interprétations. Bien que les erreurs de mesures soient généralement connues et prises en compte, les autres approximations sont souvent négligées. Dans cette thèse, nous montrons que le manque de réalisme de notre description de l’intérieur du globe influence les modèles de séismes, surtout lorsque ces derniers ont une magnitude importante. Nous nous intéressons particulièrement à deux sources d’approximations majeures : l’architecture des failles, et la complexité temporelle des processus en jeu sur celles-ci. Deux méthodes sont présentées, qui permettent d’estimer, et de prendre en compte, les incertitudes dérivant de ces approximations dans les procédures de modélisation. Nous montrons que l’introduction de telles incertitudes, et d'autres incertitudes potentielles, est nécessaire pour imager des modèles de séismes fiables et réalistes. Nos résultats s’appuient sur l’utilisation de méthodes d’imagerie probabilistes, qui permettent d’analyser la diversité et l’hétérogénéité des modèles possibles. Nous montrons qu’une nouvelle génération de modèles sismiques est possible, plus réalistes que les modèles actuels, parce que reflétant notre méconnaissance du système Terre.

  • Titre traduit

    Uncertainties in earthquake source estimates


  • Résumé

    How can we study earthquakes, these complex phenomenon occurring so deep under our feet that we cannot observe them directly? One unfortunate aspect of the problem is that we have to rely on measurements acquired at the surface of the Earth. These observations are incomplete, and the imagery of earthquakes is subject to biases induced by numerous approximations. Most of these approximations cannot be avoided, and stem from the poor resolution of the measurements, the inherent lack of knowledge of the physics of the Earth interior, and the bias induced by our modeling procedures. The imperfections of our models question our ability to robustly investigate earthquakes rupture, and thus to understand the physics driving them. The quest for robust images needs a thorough and exhaustive examination of the uncertainties that potentially corrupt the modeling procedure and its results, at least not to interpret improbable characteristics. Although measurement errors are usually accounted for, other kinds of approximations are overlooked. Here, we show that the impact of our simplified description of the Earth’s interior on earthquake models is significant, especially for the events with a large magnitude. We concentrate on two main sources of approximation: the architecture of seismogenic faults, and the temporal complexity of seismic and aseismic processes at play on these faults. We present two methodological developments allowing to estimate and account for uncertainties deriving from these approximations in modeling procedures. In particular, we show that introducing the uncertainties deriving from our approximation of the Earth’s physics is necessary to infer robust and realistic earthquake source models. Our analyses is supported by the use of probabilistic modeling approaches, allowing to explore the diversity and uncertainties of possible models.


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