Thèse en cours

Etude pétrophysique et hydrogéologique des sédiments entrant dans les zones de subduction
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Triangle exclamation pleinLa soutenance a eu lieu le 08/07/2021. Le document qui a justifié du diplôme est en cours de traitement par l'établissement de soutenance.
Auteur / Autrice : Jade Dutilleul
Direction : Yves Géraud
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : Géosciences
Date : Inscription en doctorat le
Soutenance le 08/07/2021
Etablissement(s) : Université de Lorraine
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles (Lorraine)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GeoRessources
Jury : Président / Présidente : Pierre Henry
Examinateurs / Examinatrices : Yves Geraud, Mai-Linh Doan, Sylvain Bourlange, Lisa Mcneill, Christopher Wibberley
Rapporteurs / Rapporteuses : Mai-Linh Doan

Mots clés

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Résumé

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Les mégaséismes tsunamigènes de 2004 et 2011 au large de Sumatra et du Japon, catastrophes naturelles les plus destructrices du 21ème siècle, ont mis en exergue l’incapacité de la communauté scientifique à modéliser le risque sismique et tsunamique. La nécessité de mieux contraindre les conditions in situ qui contrôlent les propriétés de friction de l’interface de subduction dont dépendent le type et l’extension du glissement motive l’essor de campagnes scientifiques pour échantillonner, sonder et monitorer la partie externe des zones de subduction. Celles-ci montrent que le régime de friction est affecté par les surpressions de fluides qui se forment par déshydratation des sédiments enfouis. Cette thèse explore l’influence sur le type de sismicité exprimé par le méga-chevauchement des propriétés lithologiques, physiques et hydrogéologiques de son protolithe (à savoir, les sédiments entrant dans le système de subduction), et de l’évolution de ces propriétés au cours de la subduction dans 1) la marge nord d’Hikurangi caractérisée par une sismicité modérée, des séismes lents et des tsunami earthquakes, 2) la marge en accrétion de Nankai où ont été documentés des méga-séismes tsunamigènes, des séismes lents et des tsunami earthquakes et 3) la marge nord de Sumatra où des mégaséismes tsunamigènes ont principalement été enregistrés jusqu’à présent. Pour cela, plus de 400 échantillons et des diagraphies issus de récentes expéditions de l’International Ocean Discovery Program ont été étudiés pour caractériser : 1) la lithologie pour évaluer la teneur en fluide lié aux minéraux hydratés, 2) la porosité et la perméabilité, combinées à 3) la structure du réseau poreux pour déterminer l’état de compaction de la séquence sédimentaire entrante et son potentiel de production de fluides et de développement de surpressions de fluides. Dans la marge nord de Sumatra, un intervalle riche en smectites hydratées au large de la fosse a été interprété comme la zone de formation d’un décollement mécaniquement faible coïncidant avec un réflecteur sismique dont la forte amplitude et la polarité négative seraient dues à l’accumulation de fluides produits par la déshydratation pré-subduction de la partie inférieure de l’épaisse séquence sédimentaire entrante et de la croûte océanique. La propagation de la rupture co-sismique du mégaséisme de 2004 jusqu’à la fosse, à l’origine du tsunami catastrophique associé, aurait été favorisée par la lithification avancée de la séquence sédimentaire entrante ainsi que par la présence dans la partie externe du prisme de failles satellitaires drainant les fluides du décollement. A contrario, dans la marge nord d’Hikurangi, comme dans d’autres zones de subduction où la croûte océanique présente de fortes hétérogénéités topographiques, le décollement se formerait dans des carbonates pélagiques ou des faciès volcanoclastiques altérés riches en fluides. Les contrastes de composition et de propriétés hydrogéologiques et pétrophysiques de la séquence sédimentaire entrante impliquent une distribution de fluides hétérogène le long de l’interface de subduction, avec des pressions de fluides potentiellement exacerbées au voisinage d’un mont sous-marin subduit sous la partie externe de la marge, zone source de séismes lents. Combinées, ces hétérogénéités seraient à l’origine de propriétés de friction hétérogènes le long du méga-chevauchement, favorables à la formation de séismes, séismes lents et tsunami earthquakes. Les séismes lents sont supposés 1) se propager jusqu’à la fosse le long de l’interface de subduction ou de failles satellitaires et 2) libérer régulièrement une partie de la déformation accumulée par le méga-chevauchement ce qui expliquerait la sismicité modérée de la région. L’intégration de ces résultats dans des modèles de production de fluide ou de couplage mécanique et sismique est une étape essentielle à l’amélioration de la gestion du risque sismique et tsunamique en contexte de subduction.