Modélisation analogique du glissement frictionnel sur les failles : implications pour la sismicité induite et déclenchée

Analogical modelling of frictional slip on faults : implications for induced and triggered seismicity

• Auteur / Autrice : Weiwei Shu
• Direction : Jean Schmittbuhl, Olivier Lengliné
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'environnement
• Date : Soutenance le 28/03/2024
• 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 : Michael Heap
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Xavier Passelègue, Cécile Lasserre
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Paul Ampuero, Pierre Dublanchet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Géophysique

Failles (géologie)

Rhéologie

Mots clés libres

Modélisation analogique

Aspérités interfaciales

Rhéologie des failles

Analog modeling

Interfacial asperities

Fault rheology

Résumé

La rugosité multi-échelle de l'interface d'une faille est à l'origine de multiples aspérités qui établissent un ensemble complexe et discret de contacts réels. Puisque les aspérités contrôlent l'initiation et l'évolution du glissement de la faille, il est important d'explorer les relations intrinsèques entre le comportement collectif des aspérités locales et la stabilité frictionnelle de la faille globale. Nous proposons ici une nouvelle approche expérimentale analogique, qui nous permet de capturer l'évolution temporelle du glissement de chaque aspérité sur une interface de faille. Nous constatons que de nombreux événements déstabilisants à l'échelle de l'aspérité locale se sont produits dans la phase de renforcement du glissement, qui est conventionnellement considérée comme le régime stable d'une faille. Nous calculons le couplage intersismique pour évaluer les comportements de glissement des aspérités pendant la phase de renforcement du glissement. Nous montrons que le couplage intersismique peut être affecté par les interactions élastiques entre les aspérités par l'intermédiaire de la matrice molle encastrée. Les lois d'échelle des événements naturels de glissement lent sont reproduites par notre configuration, en particulier l'échelle moment-durée.

The multi-scale roughness of a fault interface is responsible for multiple asperities that establish a complex and discrete set of real contacts. Since asperities control the initiation and evolution of the fault slip, it is important to explore the intrinsic relationships between the collective behavior of local asperities and the frictional stability of the global fault. Here we propose a novel analog experimental approach, which allows us to capture the temporal evolution of the slip of each asperity on a faulting interface. We find that many destabilizing events at the local asperity scale occurred in the slip-strengthening stage which is conventionally considered as the stable regime of a fault. We compute the interseismic coupling to evaluate the slipping behaviors of asperities during the slip-strengthening stage. We evidence that the interseismic coupling can be affected by the elastic interactions between asperities through the embedding soft matrix. Scaling laws of natural slow slip events are reproduced by our setup in particular the moment-duration scaling.