Séquences de séismes pré-chocs : cascades aléatoires ou déclencheur asismique ?

Foreshock earthquake sequences : earthquake cascades or aseismic triggering ?

• Auteur / Autrice : Luc Moutote
• Direction : Olivier Lengliné, Zacharie Duputel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géophysique
• Date : Soutenance le 16/11/2023
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences de la Terre et Environnement (Strasbourg ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Terre Environnement (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Alessia Maggi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Luis Rivera, Agnes Helmstetter, Virginie Durand
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sebastian Hainzl, Romain Jolivet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nucléation

Séismes -- Périodicité

Séismes

Géophysique

Mots clés libres

Séismes pré-chocs

Analyse de sismicité

Glissement asismique

Nucléation des séismes

Foreshocks

Seismicity analysis

Aseismic slip

Nucleation of earthquake

Résumé

Comprendre comment les grands tremblements de terre se déclenchent et comment mieux les anticiper reste de nos jours un des défis majeur de la sismologie. De nombreux grands tremblements de terre sont précédés de plus petits séismes, souvent interprétés comme des précurseurs reflétant un processus de nucléation de la future grande rupture. Toutefois, nous ne sommes toujours pas en mesure de comprendre pleinement dans quelles circonstances ils se produisent et s'ils ont un quelconque pouvoir prédictif. Dans cette thèse de doctorat, j'utilise des catalogues de sismicité haute-résolution pour étudier des séquences de pré-chocs et leurs possibles liens avec une phase de préparation des grands séismes. Tout d'abord, j'ai étudié 53 séquences pré-chocs en Californie du Sud. Je montre que seulement 10 des 53 séquences observent une activité sismique anormalement élevée lorsque l'on prend en compte les variations habituelles de la sismicité. Donc, une activité anormale des séismes pré-chocs en Californie du Sud est relativement rare. J'ai ensuite étudié en détail une séquence sismique à Valparaiso en 2017. En analysant les variations du taux de sismicité, les séismes répétitifs et des mesures HR-GPS, j'ai mis en évidence un glissement asismique transitoire commençant avant le premier pré-choc et se prolongeant après le choc principal. Les séismes pré-chocs semblent ainsi être contrôlé par une perturbation asismique transitoire plus longue, de la séquence pré-choc à post- choc principal, plutôt que d'indiquer une possible phase préparatoire. Mes observations suggèrent qu'il est peu probable qu'une phase préparatoire des chocs principaux soit systématiquement détectable avec l'activité des séismes pré-chocs. Néanmoins, il apparaît qu'une meilleure compréhension de l'interaction entre la sismicité et le glissement asismique pourrait améliorer notre compréhension des processus de failles qui déclenchent les grandes magnitudes.

Understanding how large earthquakes begin remains one of the major challenge in seismology. This question is central to our understanding of earthquakes, including the long controversial issue of their predictability. Many large earthquakes are preceded by foreshocks, which are sometime considered to be precursors, reflecting a nucleation process of the main rupture. However, we are still unable to fully understand under which circumstances they occur and if they have any predictive power. In this Ph.D. thesis I use high resolution seismicity catalogs to study foreshock sequences and their connection with the preparation phase of mainshocks. First, based on a highly complete earthquake catalog, I studied 53 foreshock sequences observed in Southern California. I found that 10 out of 53 mainshocks are preceded by a significantly elevated seismic activity when accounting for usual aftershock clustering. This shows that anomalous foreshock activity in Southern California is relatively uncommon. Then I investigated the 2017 Valparaiso Mw= 6.9 earthquake sequence. Using seismicity rate analysis, repeating earthquakes and HR-GPS observations, I highlighted a transient aseismic perturbation starting before the first foreshock and extending after the mainshock. Rather than pointing to a possible preparatory phase of the mainshock, the identified signal seems to highlight a transient aseismic perturbation, from foreshock to aftershock, not specifically targeted toward the occurrence of the M_w=6.9 mainshock. My observations suggest that a mainshock preparatory phase is unlikely to be detectable in foreshock activity. Nevertheless, a better understanding of the interplay between seismicity and aseismic slip is likely to improve our understanding of the fault processes that lead to large magnitudes.