Etudes expérimentales des systèmes de failles actives en décrochement

EEASY: Experimental EArthquake strike-slip fault SYstems

• Auteur / Autrice : Louis Demange
• Direction : Bertrand Maillot
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de la terre et de l'univers - Cergy
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2024
• Etablissement(s) : CY Cergy Paris Université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GEC - Laboratoire géosciences et environnement Cergy

Mots clés

Mots clés libres

Séismes

Failles décrochantes

Modélisation analogique

Traitement du signal

Imagerie haute résolution

Earthquakes

Strike slip

Analogue modeling

Seismic engineering

High resolution image monitoring

Résumé

Les grands tremblements de terre continentaux en zone de décrochement (par exemple, le tremblement de terre de magnitude 7.8 en Turquie en 2023) produisent des déformations de surface et des destructions spectaculaires, qui augmentent actuellement en raison des nouvelles zones urbaines. Une meilleure compréhension de la dynamique des tremblements de terre est nécessaire pour améliorer l'évaluation des risques sismiques et réduire l'impact de tels événements. Les chercheurs doivent augmenter la qualité et la quantité des mesures de surface, et leur modélisation. Le projet EEASY vise à développer des modèles physiques innovants à l'échelle du laboratoire pour les systèmes en décrochement afin d'identifier les paramètres physiques contrôlant les ruptures de surface et leurs liens avec les processus sismiques en profondeur. Une partie du défi consiste à produire des observations haute résolution de la déformation dynamique en surface, un ingrédient clé pour mieux comprendre la mécanique des tremblements de terre et l'évolution des ruptures dans un contexte de failles continentales. Nous pouvons actuellement produire des événements sismiques expérimentaux sur des centaines de cycles sismiques, mais ils doivent être caractérisés en détail et da diverses conditions expérimentales. Nous avons également l'intention d'équiper la boîte de capteurs appropriés pour l'analyse sismologique pendant les expériences. Le programme expérimental, constituant la partie centrale du projet EEASY, aborde plusieurs questions fondamentales, qui seront traitées dans cette thèse de doctorat : Comment la déformation co-sismique évolue-t-elle pendant les tremblements de terre ? Est-elle impactée par la forme de la faille basale, par une composante cinématique convergente ou divergente en profondeur, par l'état de contrainte ? Toutes ces questions soulèvent à leur tour des défis méthodologiques : Pouvons-nous enregistrer les variations de contrainte dans le matériau granulaire ? Pouvons-nous enregistrer la radiation sismique avec des capteurs acoustiques pour produire des données sismiques pouvant être analysées de la même manière aux données de sismicité naturelles et aussi comparées aux données de sismicité naturelle ? Plus généralement, pouvons-nous produire des accélérations, des vitesses et des déplacements finis co-sismiques issus de système décrochant à l'échelle du laboratoire qui vérifient les conditions de similitude ?

Large continental strike-slip earthquakes (e.g.: the 2023 Mw 7.8 Turkey earthquake) produce spectacular surface deformations and destructions that are currently increasing because of new urban areas. A better understanding of the dynamics of earthquakes is necessary to improve the assessment of seismic hazard, and reduce the impact of such events. Researchers must increase the quality and quantity of surface measurements, and their modelling. The EEASY project aims to develop innovative seismogenic laboratory scaled physical models of strike-slip tectonics in order to identify the physical parameters controlling surface ruptures and their links to seismic processes at depth. Part of the challenge consists in producing high resolution observations of the dynamic deformation of the surface, a key ingredient to better understand earthquake mechanics and rupture evolution in a continental faulting context. We can currently produce experimental seismic events over hundreds of seismic cycles, but they need to be characterised in detail, and under various experimental conditions. We also intend to equip the box with suitable sensors for seismological analysis during experiments. The experimental program, constituting the core part of the EEASY project, addresses several fundamental questions, which will be addressed in this PhD thesis: How does the co-seismic deformation evolve during earthquakes? Is it impacted by the basal fault shape, by a convergent or divergent kinematic component at depth, by the state of stress? All these questions in turn raise methodological challenges: - Can we record the stress variations in the granular material? Can we record the seismic radiation with acoustic sensors to produce seismic data that can further be analysed like, and be compared to, natural seismicity data? More generally, can we produce strike-slip co-seismic surface accelerations, velocities and finite displacements in laboratory scale models that verify the similarity conditions?