Prise en compte des déformations co-et post-sismiques pour la détermination d'un repère de référence

Modeling of co-and post-seismic deformations in the determination of a terrestrial reference frame

• Auteur / Autrice : Daphné Lercier
• Direction : Zuheir Altamimi, Xavier Collilieux, Christophe Vigny
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Astronomie et astrophysique
• Date : Soutenance en 2014
• Etablissement(s) : Observatoire de Paris (1667-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Astronomie et astrophysique d'Île-de-France (Meudon, Hauts-de-Seine ; 1992-....)
• Jury : Président / Présidente : Nicole Capitaine
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Zuheir Altamimi, Xavier Collilieux, Christophe Vigny, Frédéric Masson, Stéphane Mazzotti
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Masson, Stéphane Mazzotti

Mots clés

Mots clés contrôlés

Séismes

Astronautique en géodésie

Résumé

En moins de 10 ans, trois séisimes géants (Mw > 8. 5) ont été enregistrés (à Sumatra en décembre 2014, au Chili en février 2010 et au Japon en mars 2011) posant de nouveaux problèmes pour la construction et l'utilisation du Repère International de Référence Terrestre (IRTF). Des mouvements de la croûte terrestre ont été observés à plusieurs milliers de kilomètres des zones de ruptures par les stations de géodésie spatiale. En attendant une nouvelle mise à jour du repère de référence, les coordonnées des stations de Service GNSS International (IGS) ne sont alors plus utilisables pour le référencement de données dans des régions du globe très étendues. Ces déformations suivent les différentes phases du cycle sismique, et peuvent introduire de lents mouvements transitoires pendant plusieurs dizaines d'années. Elles sont également observées après des séismes de magnitude plus faible lorsque des stations sont situées à proximité. Le formalisme linéaire adopté pour l'expression des coordonnées des stations de l'IRTF ne permet pas de modéliser correctement ces comportements. Comment peut-on alors corriger ces déplacements non linéaires dans l'expression des coordonnées des stations de géodésie spatiale ? Après avoir formé une solution homogène d'observations GPS dans les régions du Chili et de Sumatra, mes travaux ont porté sur la modélisation des déformations postsismiques à l'échelle globale. Les modèles dits "géophysiques" (reposant sur des développements en harmoniques sphériques ou des calculs en éléments finis) ont été confrontés aux modèles dits "paramétriques" reposant sur l'estimation de fonctions logarithmiques et/ou exponentielles dans les séries temporelles de positions des stations. Ces derniers ont été retenus pour la future réalisation IRTF, l'IRTF2013. Ils vont permettre, entre autres, d'améliorer la cohérence des vitesses estimées, en particulier pour les sites co-localisation.

In less than a decade, three great earthquakes (Mw > 8. 5) have been recorded (in Sumatra in December 2004, in Chile in February 2010 and in Japan in March 2011) creating new problems for the calculation and the use of the International Terrestrial Reference Frame (ITRF). Crustal motions have been observed thousands kilometers away from rupture zones by space geodetic stations. Until an update of the reference frame, the stations of a certain number of IGS reference frame sites, located in extensive geographic regions, cannot be used in the alignment of the IGS products to the IRTF. These deformations follow the different step of the seismic cycle, and may introduce transient slow motions during several decades. They are also observed after lower magnitude earthquakes for stations located close to the epicenter. The linear model adopted in the expression of the IRTF stations coordinates does not allow to model properly these phenomena. The central question of the thesis is to know how to correct these non-linear displacements in the expression of coordinates of space geodetic stations ? After processing GPS data to form a homogeneous solution in Chile and Thailand/Malesia, my research deals with the modeling of post-seismic deformations at a global level. Models called "geophysical" (using spherical harmonics or finite element calculations) have been compared with models called "parametric" based on fitting logarithmic and/or exponantial functions to the time series of station positions. The parametric model approach has been selected for the future realization of the IRTF, the IRTF2013. They will allow, inter alia, to improve the consistency of estimated velocities, in particular for co-located sites.