Thèse soutenue

Etude du cycle sismique sur une expérience analogique de zone de faille : caractérisation de la déformation par suivi micro-sismique

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Auteur / Autrice : Cédric Lachaud
Direction : David MarsanMaurine Montagnat Rentier
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'Univers et de l'Environnement
Date : Soutenance le 15/02/2019
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre, de l’environnement et des planètes (Grenoble, Isère, France ; 1992-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences de la Terre (Grenoble)
Jury : Président / Présidente : Stefan Nielsen
Examinateurs / Examinatrices : Elsa Bayart, François Renard
Rapporteurs / Rapporteuses : Anne Mangeney

Mots clés

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Résumé

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Le cycle sismique résulte de la compétition entre des mécanismes de renforcement et d'endommagement. Le temps de récurrence entre les grands séismes fait qu'il est difficile d'observer des cycles complets. L'étude expérimentale des mécanismes de déformation et de nucléation des fractures a permis de mieux contraindre les processus à l'origine des séismes. Le rôle de la cicatrisation sur l'évolution de la résistance d'une faille soumise à une déformation stationnaire à été étudié expérimentalement par Weiss et al (2016). Dans cette expérience, une faille est créée dans une plaque de glace par cisaillement. Les mécanismes de cicatrisation sont obtenus par le regel de l'eau présente dans la zone de déformation. Dans le cadre de cette thèse, ce dispositif expérimental a été étendu pour permettre le suivi micro-sismique de la déformation imposée. Les mécanismes de déformation fragile émettent des ondes élastiques détectables qui se propagent dans le milieu, nous permettant de les caractériser. En raison de la géométrie en plaque du milieu, on observe la propagation d'ondes guidées similaire aux modes de Lamb symétrique et antisymétrique.Les fractures de grandes tailles se distribuent selon une loi de puissance en 10-bm} similaire à ce qui est observé en sismologie. Cependant, lors des expériences de déformation stationnaires, la valeur de b est large (b=3), et bien supérieure à ce qui est observée dans la croûte terrestre (b=1). Une valeur de b aussi élevée traduit le fait que la déformation est principalement accommodée de façon asismique ou part des fractures trop petites pour être détectées par notre méthode. Lorsque le rôle de la cicatrisation est renforcée par rapport à l'endommagement, on observe une diminution de la valeur de b. Ce changement de distribution est probablement dû à la diminution des hétérogénéités de structure dans la faille et à une augmentation de sa capacité à accumuler une contrainte plus élevée avant la rupture, permettant aux fractures de se propager sur de plus longues distances. Une partie importante de la sismicité correspond à des multiplets qui semblent être des produits passifs de la déformation. Ce comportement est similaire à ce qui est observé pour les essaims de séismes déclenchés par des transitoires de déformation : valeur de b grande, absence de choc principal et peu de déclenchement de répliques. Pour des taux de déformation faibles, on observe une augmentation des chutes de couple avec la magnitude de la forme Delta Gamma sim M_0 sim 10{1.2m}, similaire à ce qui est observé dans la croûte terrestre, M_0 sim 10{1.5m}. Il est donc possible que la relation observée en sismologie s'étende aux petites magnitudes observées ici. Une diminution du couplage sismique est observé avec l'augmentation du taux de glissement Omega. Pour finir, pour une fracture de magnitude donnée, on observe une diminution de la chute de couple avec l'augmentation de Omega. Ce comportement peut être expliqué par la diminution du couplage sismique et/ou une dépendance du taux de cicatrisation.