Thèse soutenue

Quantification haute résolution du champ de déformation 3D des Alpes occidentales : interprétations tectoniques et apports à l’aléa sismique
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Auteur / Autrice : Marguerite Mathey
Direction : Andréa Walpersdorf
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'Univers et de l'Environnement
Date : Soutenance le 17/12/2020
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre, de l’environnement et des planètes (Grenoble ; 199.-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN) (Fontenay-aux-Roses ; 2002-....)
Jury : Président / Présidente : Stéphane Guillot
Examinateurs / Examinatrices : Cécile Doubre, Nicola D'Agostino
Rapporteurs / Rapporteuses : György Hetényi, Jean-Mathieu Nocquet

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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La chaîne alpine est l'une des premières à avoir été instrumentées au monde, à la fois par géodésie spatiale et par sismologie, principalement en raison de sa sismicité modérée mais régulière. A partir de la grande quantité de données de géodésie spatiale et de sismologie aujourd'hui disponibles, il est désormais possible d’établir un champ de déformation 3D haute résolution de la croûte supérieure dans les Alpes occidentales. Ce champ, constitué des mesures géodésiques de déformation de surface, et des caractéristiques de déformation sismique, doit permettre d'établir les liens entre déformations horizontale, verticale, et sismicité. Nous utilisons au cours de cette thèse une approche multidisciplinaire, basée sur 25 années d'enregistrements sismiques, 20 années de mesures GPS (Global Positioning System) de campagne et permanentes, et 4 années d'acquisitions satellitaires Sentinel-1 pour contraindre le champ de déformation 3D correspondant.L’analyse de la déformation sismique à partir de la base de données Sismalp a permis d’atteindre une résolution de la variabilité spatiale du style de déformation inégalée jusqu’ici dans les Alpes occidentales. Au centre de la chaîne, le calcul des mécanismes au foyer et leur inversion en termes de contraintes principales montrent pour la première fois une orientation de l'extension systématiquement défléchie par rapport à l'axe normal à la chaîne, apportant ainsi des éléments novateurs en termes d’implications géodynamiques. L'interpolation bayésienne du mode de déformation sismique en surface et en profondeur révèle un mode décrochant dextre prédominant sur le pourtour de l'arc alpin occidental, associé à un mode compressif uniquement localisé.Le traitement des données GPS de quatre campagnes de mesures (1996, 2006, 2011, 2016), conjointement aux solutions permanentes RENAG (Réseau National GPS permanent), a permis d’augmenter la résolution des champs de vitesses et de déformation de surface à l’échelle des Alpes occidentales. Il apparaît que le maximum de déformation horizontale est localisé dans le Briançonnais et est compatible avec de la déformation intersismique accommodée par au moins une faille (Faille de la Haute Durance). La comparaison des taux de sismicité issus des mesures GPS et de ceux issus des catalogues de sismicité confirme que, à l'échelle locale et en prenant en compte les incertitudes respectives, la déformation sismique peut être suffisante pour expliquer la déformation horizontale observée dans le Briançonnais. Toutefois à l'échelle de l'arc alpin occidental, les taux de déformation géodésiques demeurent un ordre de grandeur supérieurs aux taux de déformation sismique déduits à la fois des périodes instrumentale et historique.Le traitement en interférométrie satellitaire de quatre années consécutives de données Sentinel-1, quant à lui, a permis pour la première fois dans cette région de s’affranchir de la couverture neigeuse et végétale pour obtenir une carte de vitesses le long de la ligne de visée du satellite à l’échelle de l'arc alpin occidental. Cette dernière a révélé des variations spatiales de courte longueur d'onde de la surrection dans les Alpes occidentales, corrélées spatialement avec les massifs cristallins externes et avec les variations prédites par plusieurs modèles d'isostasie.Ces travaux ont permis d'augmenter la résolution spatiale des déformations de surface horizontale, verticale et sismique de manière inédite à l'échelle des Alpes occidentales. Le champ de déformation 3D correspondant permet de jeter un regard nouveau sur les processus pouvant être à l’origine de la déformation actuelle de la chaîne alpine, ainsi que d'apporter des contraintes inédites sur les paramètres d'entrée nécessaires au calcul d'aléa sismique.