Vers l'intégration des taux de déformation dans les modèles de source PSHA en Europe : test de la compatibilité entre les taux de moment sismique et géodésique

Towards integrating strain rates in PSHA source models in Europe : testing the compatibility between seismic and geodetic moment rates

• Auteur / Autrice : Bénédicte Donniol Jouve
• Direction : Celine Beauval, Anne Socquet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'Environnement
• Date : Soutenance le 09/02/2024
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• 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) - Institut des sciences de la Terre (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Andréa Walpersdorf
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabrice Cotton
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Nicola D'Agostino, Laurentiu Danciu

Mots clés

Mots clés contrôlés

Subsidences (géologie)

Sol, Mouvements du

Mots clés libres

Aléa sismique probabiliste

Cycle sismique

Strain rate

Mouvement du sol

Psha

Seismic cycle

Strain rate

Strong motion

Résumé

La plupart des réglementations sismiques nationales et internationales exigent la quantification de l'aléa sismique en se basant sur des méthodes d'évaluation probabiliste (PSHA). Le PSHA fournit aux autorités une base et une référence à partir desquelles les mouvements du sol sont être pris en compte pour la conception parasismique. La connaissance des sources et des magnitudes susceptibles de se produire doit être interprétée en termes de probabilités d'occurrence sur des fenêtres temporelles futures (modèle de source). Le modèle de source est combiné à un modèle de mouvement du sol pour déterminer les probabilités de dépassement des niveaux de mouvement du sol sur des sites d'intérêt au cours de fenêtres temporelles futures. Le présent travail de recherche vise à comprendre comment la surveillance géodésique peut fournir des contraintes sur le modèle de source.Nous abordons la question de la dérivation des modèles d'aléa sismique à partir du taux de déformation dans les régions de sismicité faible à modérée. Là, la sismicité est diffuse, peu de tremblements de terre peuvent être associés pour identifier des failles actives, et les géométries de failles réalistes ne peuvent pas être intégrées dans les études d'aléa sismique. Les catalogues de séismes, fusionnant des données instrumentales et historiques, sont généralement utilisés pour établir des modèles de récurrence des séismes. Bien que ces catalogues s'étendent sur plusieurs siècles, les fenêtres temporelles d'observation sont souvent courtes par rapport aux temps de récurrence des événements de taille modérée à grande, et les modèles de récurrence peuvent être faiblement contraints. Les mesures GPS fournissent des estimations des taux de déformation et représentent une alternative pour estimer le taux futur de sismicité.En tirant parti du champ de vélocités généré dans EPOS-GNSS en Europe, des cartes de taux de déformation ont été inversées pour l'Europe (Piña Valdes et al. 2020). Les vitesses horizontales sont prises en compte pour estimer le budget de moment potentiellement disponible pour les séismes. Le nouveau modèle de risque sismique ESHM20 (Danciu et al. 2021) est testé par rapport à ces nouvelles données, en comparant les taux de moment sismiques, qui prennent en compte les incertitudes sur le modèle de source ESHM20 avec les taux de moment sismique géodésique. Nous proposons une nouvelle méthodologie pour tenir compte des incertitudes associées aux taux de moment géodésique et constatons que les deux quantités peuvent être en accord dans les zones de forte activité, et, dans certains cas, dans des zones de faible activité (comme dans plusieurs régions françaises). Ensuite, nous tirons parti du travail réalisé par Marsan et Tan (2020) pour générer des catalogues de sismicité synthétiques, équilibrés en terme de moment, afin de questionner si une divergence entre les moments sismiques et géodésiques pourraient être dus à un biais d'échantillonnage des catalogues sismiques.

Most national and international seismic regulations require quantifying seismic hazard based on probabilistic seismic hazard assessment (PSHA) methods. PSHA provides authorities with a basis and reference from which ground motions should be considered for earthquake- resistant design. The knowledge about the sources and the magnitudes that may occur must be interpreted in terms of probabilities of occurrence over future time windows (source model). The source model is combined to a ground-motion model to determine the exceedance probabilities of ground-motion levels at sites of interest over future windows of time. The present research work aims at understanding how geodetic monitoring can provide constraints on the source model.We address the issue of deriving seismic hazard models from strain rate in low-to-moderate seismicity regions. There, the seismicity is diffuse, few earthquakes can be associated to identify active faults, and realistic fault geometries cannot be integrated in seismic hazard studies. Earthquake catalogs, merging instrumental and historical data, are usually used to establish earthquake recurrence models. Although these catalogs extend over several centuries, the observation time windows are often short with respect to the recurrence times of moderate-to-large events and the recurrence models can be weakly constrained. GPS measurements provide estimates for deformation rates and represent an alternative for estimating the future rate of seismicity. The model obtained can be coupled with ground-motion models to estimate probabilistic seismic hazard, similarly to a gridded- seismicity model. Taking advantage of the velocity field generated in EPOS-GNSS in Europe, strain rates maps have been derived for Europe (Piña Valdes et al. 2020). Horizontal velocities are considered to estimate the budget potentially available for earthquakes, which implies understanding the origin of the vertical displacement (tectonics, post-glacial rebound). The new ESHM20 seismic hazard model (Danciu et al. 2021) is tested against this new data, comparing the seismic budgets, accounting for uncertainties both on the ESHM20 source model and on geodetic seismic moment rates. We propose a new methodology to account for the uncertainties associated with geodetic moment rates and we find that the two quantities could be in agreement in high activity areas, and, in some cases in low activity area (as in several french regions). Then, we take advantage of the work made by Marsan and Tan (2020) to generate moment balanced synthetic earthquakes catalogs in order to assess the adequacy of earthquake catalog sampling for long-term seismicity in low-to-moderate seismic regions thanks to geodesy.