Dynamique de l’accrétion océanique à partir de l’analyse de données hydroacoustiques sur des essaims sismiques le long des trois dorsales de l’océan Indien

Dynamics of seafloor spreading from hydroacoustic analyses of seismic swarms along the three Indian Ocean ridges

• Auteur / Autrice : Vaibhav Vijay Ingale
• Direction : Jean-Yves Royer, Sara Bazin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences marines
• Date : Soutenance le 20/10/2023
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la mer et du littoral (Plouzané)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Géo-Océan (Plouzané, Finistère)
• Jury : Président / Présidente : Marcia Maïa
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Yves Royer, Sara Bazin, Marcia Maïa, Wayne Crawford, Ross Parnell-Turner, Karin Sigloch
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Wayne Crawford, Ross Parnell-Turner

Mots clés

Mots clés contrôlés

Acoustique sous-marine

Accrétion océanique

Indien, Océan (région)

Dorsales océaniques

Mots clés libres

Essaims sismiques

Dorsales médio-océaniques

Hydroacoustique

Événements impulsionnels

Océan Indien

Seismic swarms

Mid-oceanic ridges

Hydroacoustics

Impulsive events

Indian Ocean

Résumé

Les dorsales médio-océaniques sont des limites de plaques caractérisées par l'interaction de processus volcaniques et tectoniques, entrainant la création de nouveaux fonds océaniques. Ces interactions complexes génèrent de nombreux séismes de faible magnitude (M ≤ 4), qui passent souvent inaperçus auprès des réseaux sismiques terrestres en raison de l'atténuation rapide des ondes sismiques dans la croûte terrestre. Mais, ces séismes génèrent des ondes T (avec des fréquences allant jusqu’à 60 Hz) dans la colonne d’eau à partir de la conversion de l’énergie sismique en ondes hydroacoustiques basse-fréquence au niveau du plancher océanique ; celles-ci se propagent sur de grandes distances (plusieurs milliers de km) avec une faible atténuation à travers le guide d’onde acoustique appelé canal SOFAR (sound fixing and ranging). Les réseaux d’hydrophones OHASISBIO et IMS-CTBTO, conçus pour enregistrer ces ondes T dans l’océan Indien, englobent trois dorsales médio-océaniques aux vitesses d’expansion contrastées : la dorsale sud-ouest Indienne ultra-lente (SWIR; 14 mm/an), la dorsale centrale Indienne lente (CIR; 40 mm/an) et la dorsale sud-est Indienne a taux intermédiaire (SEIR; 60 mm/an) qui convergent a la jonction triple de Rodrigues. Dans cette étude, nous avons examiné des essaims sismiques le long de ces trois dorsales à partir d’un ensemble de données hydroacoustiques continues de 2012 à 2020. Un catalogue exhaustif de 38 910 événements hydroacoustiques, couvrant 15 essaims sismiques distincts répartis le long des dorsales SWIR (3), CIR (5), et SEIR (7), a été établi. Ils sont observés à proximité de deux failles transformantes de la SWIR, le long de segments de dorsales des trois rides, et à proximité de champs hydrothermaux de la CIR et de la SEIR. Cinq essaims comprennent de nombreux événements impulsionnels de courte durée (10-15 secondes) et de haute énergie, jusqu’a 60 Hz, que nous attribuons à des interactions entre laves éruptives et eau de mer. En examinant la distribution spatiotemporelle des événements de chaque essaim, nous discernons trois origines : magmatique, tectonique, ou une interaction complexe des deux processus. Ces processus semblent être indépendants des taux d’expansion, mais varier avec le contexte tectonique.

Mid-ocean ridges represent divergent plate boundaries characterized by the interaction of volcanic and tectonic processes, resulting in the creation of new ocean floor. These complex interactions lead to the occurrence of numerous low-magnitude earthquakes (M ≤ 4), which often go unnoticed by terrestrial seismic networks due to the rapid attenuation of seismic waves within the Earth’s crust. But these earthquakes generate T-waves (with frequencies up to 60 Hz) in the water column from the conversion of seismic waves into lowfrequency hydroacoustic waves at the seafloor which propagate over large distances (several thou- sands of km) with little attenuation through an acoustic waveguide known as the sound fixing and ranging (SOFAR) channel. The OHASISBIO and IMS-CTBTO networks of hydrophones, designed to record these T-waves in the Indian Ocean, encompass three mid-ocean ridges with contrasted spreading rates : the ultra-slow spreading Southwest Indian Ridge (SWIR ; 14 mm/yr), the slow spreading Central Indian Ridge (CIR; 40 mm/yr), and the intermediate spreading Southeast Indian Ridge (SEIR; 60 mm/yr) which converge at Rodrigues Triple Junction.In this study, we have investigated seismic swarms along these three ridges through the analysis of continuous hydroacoustic records from 2012 to 2020. A comprehensive catalog of 38,910 hydroacoustic events, associated with 15 discrete seismic swarms distributed along the SWIR (3), CIR (5), and SEIR (7) has been constructed. They are observed near two transform faults along the SWIR, on ridge segments along the three ridges, and in the vicinity of hydrothermal fields along the CIR and SEIR. Five swarms include many short-duration (∼10-15 seconds) and high-energy impulsive events up to 60 Hz, which we attribute to interactions between hot lava and seawater. Through a closer examination of the spatio-temporal distribution of events within each seismic swarm, we have discerned three distinct origins: magmatic, tectonic, or a complex interplay of both processes. These processes are independent of the spreading rates, but depend on the tectonic environments.