Apport et spécificités des mesures d’interférométrie radar à l’échelle continentale : cas d’étude des déformations actuelles du plateau tibétain oriental

Contribution and specificities of radar interferometry measurements at the continental scale : case study of the present-day deformation of the eastern Tibetan plateau

• Auteur / Autrice : Laëtitia Lemrabet
• Direction : Cécile Lasserre, Marie-Pierre Doin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre, de l’Univers et de l’Environnement
• Date : Soutenance le 13/12/2022
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Physique et Astrophysique de Lyon (Lyon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de géologie de Lyon : Terre, planètes et environnement (Lyon ; 2011-....)
• Jury : Président / Présidente : Pascal Allemand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cécile Lasserre, Marie-Pierre Doin, Olivier Cavalié, Jean-Mathieu Nocquet, Cécile Doubre, Jérôme Van der Woerd
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Cavalié, Jean-Mathieu Nocquet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Terre -- Surface

Séismes -- Périodicité

Télédétection

Tibet, Plateau du (Chine)

Roches -- Déformation

Mots clés libres

Télédétection

Sentinel-1

Déformations

Cycle sismique

Plateau Tibétain

Remote sensing

Sentinel-1

Deformations

Seismic cycle

Tibetan Plateau

Résumé

Cette thèse vise à démontrer le potentiel des données Sentinel-1 (S1) pour mesurer, par interférométrie radar (InSAR), les déformations actuelles sur la bordure orientale du plateau tibétain. Cette bordure est du plateau tibétain, depuis la syntaxe himalayenne au sud jusqu’à̀ l’Ordos au nord, est marquée par de grandes failles sismogéniques, récemment rompues, ou constituant au contraire des lacunes sismiques depuis plusieurs centaines d’années. Les données géodésiques disponibles à ce jour (GPS, séries temporelles InSAR ERS/Envisat) montrent que certaines de ces lacunes sont le siège de glissements asismiques qui peuvent, suivant leurs caractéristiques spatio-temporelles, contribuer à diminuer l’aléa sismique sur ces failles ou à l’inverse faciliter l’initiation de futures grandes ruptures. De plus, les bordures est et sud du plateau sont marquées par de hautes chaînes de montagne, soumises à l’érosion, contrastant avec des bassins affectés par de fortes charges hydrologiques saisonnières. Grâce à leur haute résolution temporelle et leur large couverture spatiale, les images radar Sentinel-1 offrent la possibilité de mesurer des déformations de surface avec une résolution spatio-temporelle encore inégalée. Cela représente un progrès considérable dans la surveillance des failles et ouvre de nouvelles perspectives dans l'évaluation de l'aléa sismique. Pour mesurer ces déformations de surface, nous utilisons une chaîne de traitement automatisée Sentinel-1 InSAR basée sur l'approche NSBAS (Doin et al., 2011, Grandin, 2015), mise en œuvre au centre de calcul haute performance du CNES à Toulouse dans le cadre du projet FLATSIM (Chaîne de traitement d'interférométrie multitemporelle ForM@Ter Large-scale Sentinel-1 à Muscate). Nous effectuons une analyse en séries temporelles d’un jeu de données InSAR Sentinel-1 couvrant la période 2014-2020, constitué de fauchées mesurant 1200 km de long sur sept orbites ascendantes et sept orbites descendantes, couvrant une superficie de 1 700 000 km2, avec une résolution spatiale de 160 m. Cette thèse propose une méthodologie pour exprimer les vitesses de surface InSAR dans un référentiel pseudo-absolu. Nous décomposons les cartes de vitesse en ligne de visée en une contribution verticale et une contribution horizontale et distinguons les mouvements tectoniques des autres sources de déformation. À l'aide d'une approche par modèle de bloc élastique, les séries temporelles InSAR sont combinées avec le dernier champ de vitesse GNSS publié et conjointement inversées à l'aide du logiciel de modélisation de blocs TDEFNODE (McCaffrey., 2009). Nous modélisons les taux de glissement et la distribution de couplage le long des principales failles décrochantes de la région et analysons la déformation interne des blocs. Nous discutons de la localisation des déformations et des taux de glissement à l'échelle régionale au regard de l'évolution tectonique et géologique de cette région.

The thesis aims to demonstrate the potential of the Sentinel-1 (S1) data to measure, by radar interferometry (InSAR), the current deformations at the eastern edge of the Tibetan plateau. This region, from the Himalayan syntax in the south to the Ordos in the north, is marked by major, recently broken seismogenic faults or constituting seismic gaps not broken for several hundred years. Geodetic data available to date (GPS, InSAR ERS / Envisat time series) show that some of these gaps are the site of aseismic slow slips which, depending on their spatio-temporal characteristics, can help to reduce the seismic hazard on these faults or, conversely, facilitate the initiation of future major ruptures. In addition, the eastern and southern borders of the Tibetan plateau are marked by high mountains subject to erosion and contrasting with basins affected by hydrological loads varying seasonally. Thanks to their high temporal resolution and wide spatial coverage, Sentinel-1 radar images offer the opportunity to measure surface deformations with a spatio-temporal resolution still unmatched. This represents considerable progress in fault monitoring and opens new perspectives in seismic hazard assessment. To measure deformations, we use an automated Sentinel-1 InSAR processing chain based on the NSBAS approach (Doin et al., 2011, Grandin, 2015), implemented at CNES high-performance computer center in Toulouse in the framework of the FLATSIM project (ForM@Ter LArge-scale multi-Temporal Sentinel-1 Interferometry processing chain in Muscate). We perform a time series analysis of the 2014-2020 Sentinel-1 InSAR data set, acquired along 1200 km-long tracks on seven ascending and seven descending orbits, covering a 1 700 000 km2 area, with a 160 m spatial resolution. This thesis proposes a methodology to express InSAR surface velocities in a pseudo-absolute reference frame. We decompose line-of-sight velocity maps into a vertical and a horizontal contribution and discriminate the tectonic movements from other sources of deformation. According to an elastic block model approach, InSAR times series are combined with the latest published GNSS velocity field and inverted using the block modeling software TDEFNODE (McCaffrey., 2009) to model fault slip rates and coupling distribution along the major strike-slip faults and analyze internal block deformation. We discuss strain localization and slip rates at a regional scale in light of the tectonic and geological evolution of this area.