Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Cycles Sismiques“

Les tremblements de terre d'origine naturelle ou anthropique provoquent d'importants dégâts humains et matériels. Dans les deux cas, la présence de fluides interstitiels influe sur le déclenchement des instabilités sismiques. Une nouvelle question d'actualité dans la communauté est de montrer que l'instabilité sismique peut être atténuée par un contrôle actif de la pression des fluides. Dans ce travail, nous étudions la capacité des méthodes d'éléments de frontière rapides (Fast BEMs) à fournir un solveur robuste multi-physique à grande échelle nécessaire à la modélisation des processus sismiques, de la sismicité induite et de leur atténuation.Dans une première partie, un solveur BEM rapide avec différents algorithmes d'intégration temporelle est utilisé. Nous évaluons les performances de diverses méthodes à pas de temps adaptatif sur la base de problèmes de cycles sismiques 2D usuels pour les failles planes.Nous proposons une solution asismique analytique pour effectuer des études de convergence et fournir une comparaison rigoureuse des capacités des différentes méthodes en plus des problèmes de cycles sismiques de référence testés.Nous montrons qu'une méthode hybride prédiction-correction / Runge-Kutta à pas de temps adaptatif permet non seulement une résolution précise mais aussi d'incorporer à la fois les effets inertiels et les couplages hydro-mécaniques dans les simulations de rupture dynamique de faille.Dans une deuxième partie, une fois les outils numériques développés pour des configurations standards, notre objectif est de prendre en compte les effets de l'injection de fluide sur le glissement sismique. Nous choisissons le cadre poroélastodynamique pour incorporer les effets de l'injection sur l'instabilité sismique. Un modèle poroélastodynamique complet nécessiterait des coûts de calcul ou des approximations non négligeables. Nous justifions rigoureusement quels effets fluides prédominants sont en jeu lors d'un tremblement de Terre ou d'un cycle sismique. Pour cela, nous effectuons une analyse dimensionnelle des équations, et illustrons les résultats en utilisant un problème de poroelastodynamique 1D simplifié. Plus précisément, nous montrons qu'à l'échelle de temps de l'instabilité sismique, les effets inertiels sont prédominants alors qu'une combinaison de la diffusion du fluide et de la déformation élastique de la matrice solide due à la variation de la pression interstitielle devrait être privilégiée à l'échelle de temps du cycle sismique, au lieu du modèle de diffusion principalement utilisé dans la littérature
Earthquakes due to either natural or anthropogenic sources cause important human and material damage. In both cases, the presence of pore fluids influences the triggering of seismic instabilities.A new and timely question in the community is to show that the earthquake instability could be mitigated by active control of the fluid pressure. In this work, we study the ability of Fast Boundary Element Methods (Fast BEMs) to provide a multi-physic large-scale robust solver required for modeling earthquake processes, human induced seismicity and their mitigation.In a first part, a Fast BEM solver with different temporal integration algorithms is used. We assess the performances of various possible adaptive time-step methods on the basis of 2D seismic cycle benchmarks available for planar faults. We design an analytical aseismic solution to perform convergence studies and provide a rigorous comparison of the capacities of the different solving methods in addition to the seismic cycles benchmarks tested. We show that a hybrid prediction-correction / adaptive time-step Runge-Kutta method allows not only for an accurate solving but also to incorporate both inertial effects and hydro-mechanical couplings in dynamic fault rupture simulations.In a second part, once the numerical tools are developed for standard fault configurations, our objective is to take into account fluid injection effects on the seismic slip. We choose the poroelastodynamic framework to incorporate injection effects on the earthquake instability. A complete poroelastodynamic model would require non-negligible computational costs or approximations. We justify rigorously which predominant fluid effects are at stake during an earthquake or a seismic cycle. To this aim, we perform a dimensional analysis of the equations, and illustrate the results using a simplified 1D poroelastodynamic problem. We formally show that at the timescale of the earthquake instability, inertial effects are predominant whereas a combination of diffusion and elastic deformation due to pore pressure change should be privileged at the timescale of the seismic cycle, instead of the diffusion model mainly used in the literature

Les processus de subduction sont souvent contrôlés par des irrégularités de la plaque subductée. Ces structures peuvent être responsables du blocage de la subduction et contrôler la déformation de l'arc. La caractérisation de l'accumulation de la déformation le long de l'arc est donc essentielle à l'amélioration de la compréhension du cycle sismique dans ce type de zone où des séismes de forte magnitude sont initiés. La zone de subduction du Vanuatu (Sud-Ouest Pacifique) présente une importante variation de la vitesse de convergence au niveau de la fosse : 12 à 17 cm/an à 1,5cm/an au front de la zone de collision de la Ride d'Entrecasteaux. Ces collisions entraînent des mouvements verticaux importants de plusieurs mm/an et de séismes récurrents (Ambrym, 1999, Mw = 7. 5; Santo, 2000, Mw = 6. 9). Un réseau dense de stations GPS a été mis en place et réoccupé depuis 1990 par l'équipe IRD. Dans ce travail de thèse, nous avons retraité et analysé les données GPS depuis 1992 et acquis de nouvelles données de 2003 à 2006. Nous avons adopté une stratégie de traitement des données GPS utilisée pour la réalisation des systèmes de référence afin d'estimer un champ de vitesse 3D cohérent. Ces longues séries-temporelles nous permettent d'isoler les déplacements co-sismiques et de quantifier les vitesses inter-sismiques sur l'ensemble de l'arc. Nous discutons des paramètres des plans de faille sur lesquels se sont initiés les séismes ainsi que des paramètres des zones d'accumulation de la déformation inter-sismique
Subduction processes are often controlled by irregularities on the subducting plate. These structures may be responsible of the locking of the subduction process and control the arc deformation. The characterization of the intra-arc strain accumulation is thus essential to understand the seismic cycle in a seismogenic zone where very strong earthquakes occur. The Vanuatu subduction zone presents one of the most important variation in horizontal convergence motion along a trench: 12-17cm/yr relative to the Australian plate to 1. 5cm/yr in front of the d'Entrecasteaux ridge. The collision of the d'Entrecasteaux ridge yields arc island vertical movements estimated at several mm/year as well as strong recurring earthquakes (e. G. Ambrym, 1999, Mw = 7. 5; Santo, 2000, Mw = 6. 9). A dense GPS network set up in the area since 1990 by the IRD team already made possible to evidence a segmentation of the arc and block rotations. In the present study, we analyse all the available data since 1992 and those acquired during two new GPS campaigns we carried out in 2004 and 2005. We use a state-of-the-art analysis strategy to estimate a consistent horizontal and vertical velocity field. The 13-year GPS time series we obtained allows us to isolate the coseismic signal related to two major earthquakes. We discuss the fault parameters we estimate from the coseismic displacements and on the accumulation zone during the interseismic stage

Le cycle sismique résulte de la compétition entre des mécanismes de renforcement et d'endommagement. Le temps de récurrence entre les grands séismes fait qu'il est difficile d'observer des cycles complets. L'étude expérimentale des mécanismes de déformation et de nucléation des fractures a permis de mieux contraindre les processus à l'origine des séismes. Le rôle de la cicatrisation sur l'évolution de la résistance d'une faille soumise à une déformation stationnaire à été étudié expérimentalement par Weiss et al (2016). Dans cette expérience, une faille est créée dans une plaque de glace par cisaillement. Les mécanismes de cicatrisation sont obtenus par le regel de l'eau présente dans la zone de déformation. Dans le cadre de cette thèse, ce dispositif expérimental a été étendu pour permettre le suivi micro-sismique de la déformation imposée. Les mécanismes de déformation fragile émettent des ondes élastiques détectables qui se propagent dans le milieu, nous permettant de les caractériser. En raison de la géométrie en plaque du milieu, on observe la propagation d'ondes guidées similaire aux modes de Lamb symétrique et antisymétrique.Les fractures de grandes tailles se distribuent selon une loi de puissance en $10^{-bm}$ similaire à ce qui est observé en sismologie. Cependant, lors des expériences de déformation stationnaires, la valeur de $b$ est large ($b=3$), et bien supérieure à ce qui est observée dans la croûte terrestre ($b=1$). Une valeur de $b$ aussi élevée traduit le fait que la déformation est principalement accommodée de façon asismique ou part des fractures trop petites pour être détectées par notre méthode. Lorsque le rôle de la cicatrisation est renforcée par rapport à l'endommagement, on observe une diminution de la valeur de $b$. Ce changement de distribution est probablement dû à la diminution des hétérogénéités de structure dans la faille et à une augmentation de sa capacité à accumuler une contrainte plus élevée avant la rupture, permettant aux fractures de se propager sur de plus longues distances. Une partie importante de la sismicité correspond à des multiplets qui semblent être des produits passifs de la déformation. Ce comportement est similaire à ce qui est observé pour les essaims de séismes déclenchés par des transitoires de déformation : valeur de $b$ grande, absence de choc principal et peu de déclenchement de répliques. Pour des taux de déformation faibles, on observe une augmentation des chutes de couple avec la magnitude de la forme $Delta Gamma sim M_0 sim 10^{1.2m}$, similaire à ce qui est observé dans la croûte terrestre, $M_0 sim 10^{1.5m}$. Il est donc possible que la relation observée en sismologie s'étende aux petites magnitudes observées ici. Une diminution du couplage sismique est observé avec l'augmentation du taux de glissement $Omega$. Pour finir, pour une fracture de magnitude donnée, on observe une diminution de la chute de couple avec l'augmentation de $Omega$. Ce comportement peut être expliqué par la diminution du couplage sismique et/ou une dépendance du taux de cicatrisation
The deformation observed along a seismic fault can be described as the succession of phases for which the fault accumulate stress imposed by the steady deformation of the surrounding regions, and phases of sudden sliding during which the stress is relaxed: the earthquakes. After the rupture, strengthening mechanisms are required to make possible the new accumulation of elastic stress. Therefore, the seismic cycle results in the steady competition between strengthening and damage. The aim of this study is to explore the role of cohesion-healing on the fault deformation dynamic, as well as to characterize the effect of slip rate on the seismicity. The experimental set-up designed by Weiss et al (2016) has been extended in this study to carry out a micro-seismic monitoring of the deformation. This experiment consists in the shear deformation of a fault created in a thin ice plate overlying a water column. Cohesion-healing mechanisms are achieved through freezing of the water along the fault. The damage mechanisms and the spatial and temporal distribution of the deformation can be characterized thanks to the detectable elastic waves emitted by the fracturing. Because of the plate geometry and underlying water column, we observed guided waves similar to the Lambs symmetric and antisymmetric modes.The largest fractures distribute according to a power law of the form $10^{-bm}$ that is similar to the one observed in seismology. At a constant sliding rate, we observe a large $b$ value, $simeq 3$, which is much larger than the value observed in the Earth's crust ($b=1$). This large $b$ value indicates that the deformation is mainly accommodated aseismically or by small, undetected, fractures. During Slide-Hold-Slide experiment that corresponds to a case for which the cohesion-healing is enhanced compared to the damage, we observe a decrease in the $b$-value likely due to a decrease in fault heterogeneity and an increase of the fault ability to store more elastic stress before the rupture, allowing the fractures to grow larger. An important part of the fractures are multiplets, swarms of fractures, which seem to be passive by-products of the imposed deformation. This behaviour is similar to the one observed for swarm seismicity triggered by slip transient: high $b$-value, no identified mainshock, and very little triggering. For small driving rate $Omega$, we observe an increase in torque drop amplitude with magnitude, $Delta Gamma sim M_0 sim 10^{1.2m}$, similar to the relation observed in seismology, $M_0 sim 10^{1.5m}$. Thus, the latter could be extended to small magnitudes observed in this study. A decrease of the seismic coupling is observed through the decrease in the number of fractures per unit of slip, and because in average a fracture behaves similarly at the different $Omega$ tested. Finally, for a given magnitude interval, we observe a decrease in torque drop amplitude with the increase in $Omega$. This could be explained by the observed decrease in seismic coupling or by a decrease in strengthening rate with $Omega$ that is not observed

La zone de subduction entre les plaques Nazca et Amérique du Sud est une des régions les plus actives de notre planète. De grands tremblements de terre et tsunamis associés se produisent de façon récurrente presque tout au long de sa marge. Néanmoins, le segment de subduction au nord du Pérou (de lat.3oS à 9oS) est resté le seul segment sismiquement silencieux depuis les premières informations historiques sur les séismes qui remontent au XVème siècle. Avant les travaux présentés dans ce manuscrit, aucune information sur les processus accommodant la convergence de la plaque Nazca vers le continent Sud-Américain n’était disponible le long du segment de 1000km au nord Pérou et sud Equateur. Les techniques de géodésie spatiale, en particulier le GPS/GNSS, nous permettent de quantifier les mouvements à la surface de la plaque supérieure avec une précision millimétrique. Ces mesures, couplées à l'utilisation de modèles élastiques, nous permettent de déterminer le niveau du couplage intersismique le long de l'interface entre les plaques. Le but de ma thèse est d'étudier le cycle sismique et la déformation continentale le long de la zone de subduction du Pérou, avec un intérêt particulier pour son segment nord. Nous utilisons des mesures GPS acquises depuis 2008 dans le cadre d'un projet international (le projet Andes Du Nord, ANR- ADN). Le champ de vitesse GPS obtenu couvre l’ensemble de la marge de subduction péruvienne, avec des mesures dans la cordillère et dans une moindre mesure dans la région sub-Andine. L'analyse et la modélisation du champ de vitesse GPS ont permis d'obtenir les résultats suivants: Premièrement: nous mettons en évidence l'existence d'un nouveau domaine continental, que nous avons baptisé comme le sliver Inca et qui est en translation a une vitesse de 4-5 mm/an en direction sud-est par rapport au craton Sud Américain. Le sliver Inca s’étend tout le long de la marge péruvienne
The Nazca/South American subduction zone is one of the most active regions on Earth. Large earthquakes and associated tsunamis occur recurrently almost all along its margin. Nevertheless, the ~1000 km long (from lat.2oS to 9oS) segment in northern Peru and southern Ecuador subduction has remained in relative seismic silence for at least the past five centuries. Before the work presented in this thesis, no information about the processes accommodating the convergence was available for this region and it was impossible to answer whether it could host a great Mw>8.5 earthquake in future or not. Nowadays, spatial geodesy, and more specifically GPS/GNSS enable us to quantify the surface displacement on the overriding plate with millimeter accuracy. Geodetic measurements together with the use of elastic models allow us to determine the amount of interseismic coupling at the plate interface. My thesis focuses on the seismic cycle and the continental deformation along the Peruvian subduction margin, with particular interest along its northern and central segments. We use GPS measurements acquired since 2008 in the frame of an international French-Peruvian- Ecuadorian project (the Andes Du Nord project, ADN). Our GPS velocity field covers the entire Peruvian subduction margin, with measurements in the Andean cordillera and part of the sub-Andean region. Modeling of GPS velocity field show the existence of a new tectonic microplate that we baptized as the Inca Sliver, which is in southeastward translation a rate of 4-5 mm/yr with respect to stable South America

Les processus physiques et chimiques activés pendant le cycle sismique déterminent l'évolution des propriétés mécaniques des failles, à court terme (pendant un séisme) comme à long terme (la récupération des propretés élastiques des roches de faille après un seisme). L'étude des roches de faille naturelles est un moyen pour identifier les processus actives pendant les diverses phases des cycle séismique. En cette thèse, échantillons prévenants de deux failles séismiques sont étudiés: la Faille de San Andreas (California, USA), une faille séismique active, et la faille de Gole Larghe (Alpes Méridionales, Italie), une faille séismique exhumée. La Faille de San Andreas a été forée jusqu'à 2.7km de profondeur. Les échantillons montrent une superposition de: pression-dissolution - hydrofracturation - pression dissolution. La succession des évents est compatible avec la formation de sacs de fluides dans zones de basse perméabilité dans la faille, ou la pression de fluides augmente à cause de le progressif compactage de le gouge de faille, jusqu'à la nucléation de une rupture. La faille de Gole Larghe est une faille exhumée, qui a préservé des pseudotachylytes (roches fondues par le chaleur de friction pendant une frottement séismique) formées à 9 - 11 km de profondeur il y a 30 millions d'années. Deux argumentes sont traités: (i) l'évolution des microstructures des cataclasites associées à les pseudotachylytes, pour identifier les processus qui peuvent porter à la formation de instabilités frictionnelles pendant les premières phases de croissance de une faille. (ii) L'origine des fluides en failles séismiques et pendant la fusion pour friction. La formation de un système de failles à cataclasites permit la percolation de un fluide aqueux de profondeur. La composition isotopique des pseudotachylytes (calculé sans la component de hydratation) est proche à celle des pseudotachylytes reproduites en expériences du laboratoire (sans fluides). La principale source de fluides pendant la fusion pour friction est donc la déshydratation des minéraux hydraté des roches autour de la faille.

Terre de démesure et foyer de centaines de millions d'âmes, l'Himalaya est aussi le berceau d'une sismicité dont les pendants relèvent encore à ce jour d'une part de mystère. Ayant emporté dans leur fracas la vie de rois et réduit à l'état de ruines des cités millénaires, les séismes himalayens rythment les contes populaires népalais au diapason d'une morale fataliste selon laquelle rien n'est éternel. Sur le plan scientifique aussi bien qu'humain, percer les secrets de la sismicité himalayenne représente donc un défi de toute première importance. Par des mesures géodésiques de la déformation du sol népalais à l'aide de données GPS et de nivellement, nous montrons qu'à la différence d zones de subduction connues, le couplage sur la Main Himalayan Thrust fault, ou MHT, est dépourvu des zones de glissement qui traditionne opposent une barrière à la propagation des grands séismes. Les 20 mm par an de convergence estimés au travers de la chaîne étant comparables estimations déjà existantes de la déformation séculaire au pied de l'arc himalayen, le glissement accumulé sur la faille en profondeur doit bien se propager élastiquement jusqu'à la surface d'une manière ou d'une autre. Et pourtant, ni les grands séismes du passé, ni la microsismicité mesurée quotidiennement ne contrebalancent le gigantesque déficit de moment qui s'accumule sous les montagnes géantes. Ce déficit de moment non contrebalancé allié au couplage inhabituellement homogène sur la MHT amènent à se demander si la MHT pourrait rompre toute entière en une seule fois, générant un séisme gigantesque. Répondre à cette question de manière univoque exige des précisions sur les propriétés de faille de la MHT, et nous exploitons donc certaines des particularités de la sismicité himalayenne pour accroître notre compréhension de la mécanique des tremblements de terre himalayens. Chaque année, les plaines du Gange sont abreuvées d'un déluge de pluies pendant les quelques mois que dure la Mousson, à tel point que la masse d'eau accumulée est suffisante pour courber la plaque indienne, relâchant temporairement une petite partie des contraintes qui s'accumulent sur la MHT. A l'inverse, en hiver, alors que les eaux de pluie s'évaporent, la plaque indienne rebondit et la tension sur la faille s'accroît de nouveau. Coïncidence fortuite mais heureuse, les petites variations de contraintes induites par ce cycle hydrologique sont d'une amplitude comparable à celles générées par les marées terrestres. Mais alors que les séismes semblent voir leur distribution temporelle suivre les variations annuelles de chargement induites par h mousson, ils restent insensibles aux oscillations biquotidiennes des marées. Afin de faire le lien entre ces observations et les propriétés physiques de la MHT, nous étudions donc les réponses de la partie bloquée et de la partie en glissement de la MHT à des variations périodiques de contraintes. Dans un premier temps, la réponse de la zone en glissement est étudiée à travers des modèles patin-ressort obéissant aux lois rate-and-state, et nous montrons qu'à la transition avec la zone bloquée où la friction devient quasi-indépendante de la vitesse de glissement sur la faille, la réponse du taux de glissement peut être amplifiée à certaines périodes, dont les expressions analytiques peuvent être reliées aux paramètres physiques du problème. Ces prédictions présentent donc le potentiel de contraindre les propriétés de faille de la MHT, mais attendent toujours des observations pour pouvoir être appliquées, puisqu'à ce jour, aucune variation de la vitesse de glissement n'a pu être extraite des séries temporelles GPS. En ce qui concerne l'étude de la zone bloquée, les modèles patin-ressort s'avèrent incapables d'expliquer les réponses contrastées de la sismicité aux chargements périodiques de la mousson et des marées. Nous avons donc recours à des simulations numériques, tirant profit de l'algorithme Boundary Integral CYCLes of Earthquakes, et étudions la réponse d'une faille continue 2D contenant un patch rate-weakening lorsqu'elle est soumise à des perturbations harmoniques de contraintes à différentes périodes. Les résultats de ces simulations sont compatibles avec une amplification progressive de la sensibilité de la faille lorsque la période de la perturbation augmente, jusqu'à une période critique correspondant au temps caractéristique de l'évolution de la réponse indicielle de la sismicité. Cette augmentation de la sensibilité n'est pas reproduite par les systèmes 1D patin-ressort, probablement en raison de la complexité du processus de nucléation, reproduit seulement par des modèles 2D. Afm de décrire complètement le comportement d'une faille sismique en ternies des paramètres physiques du problème, une formulation analytique ou semi-analytique doit être mise au point et des travaux supplémentaires sont encore nécessaires. Une telle formulation fournirait les clés pour déduire les propriétés constitutives de la MHT des observations sismologiques
Home to hundreds of millions of souls and land of excessiveness, the Himalaya is also the locus of a unique seismicity whose scope and peculiarities still remain to this day somewhat mysterious. Having claimed the lives of kings, or turned ancient timeworn cities into heaps of rubbles and tains, earthquakes eerily inhabit Nepalese folk tales with the fatalistic message that nothing lasts forever. From a scientific point of view as much as from a human perspective, solving the mysteries of Himalayan seismicity thus represents a challenge of prime importance. Documenting geodetic strain across the Nepal Himalaya with varions GPS and leveling data, we show that unlike other subduction zones that exhibit a heterogeneous and patchy coupling pattern along strike, the last hundred kilometers of the Main Himalayan Thrust fault, or MHT, appear to be uniformly locked, devoid of any of the "creeping barriers" that traditionally ward off the propagation of large events. The approximately 20 mm/yr of reckoned convergence across the Himalaya matching previously established estimates of the secular deformation at the front of the arc, die slip accumulated at depth has to somehow elastically propagate all the way to the surface at some point. And yet, neither large events from die past nor currently recorded microseismicity nearly compensate for the massive moment deficit that quietly builds up under die giant mountains. Along with this large unbalanced moment deficit, die uncommonly homogeneous coupling pattern on die MHT raises the question of whether or not the locked portion of die MHT can rupture all at once in a giant earthquake. Univocally answering this question appears contingent on die still elusive estimate of the magnitude of the largest possible earthquake in the Himalaya, and requires tight constraints on local fault properties. What makes the Himalaya enigmatic also makes it the potential source of an incredible wealth of information, and we exploit some of the oddities of Himalayan seismicity in an effort to improve the understanding of earthquake physics and cipher out the properties of die MHT. Thanks to the Himalaya, the Indo-Gangetic plain is deluged each year under a tremendous amount of water during the annual summer monsoon that collects and bears down on the Indian plate enough to pull it away from the Eurasian plate slightly, temporarily relieving a small portion of die stress mounting on the MHT. As the rainwater evaporates in the dry winter season, die plate rebounds and tension is increased back on the fault. Interestingly, the mild waggle of stress induced by the monsoon nains is about die same size as that from solid-Earth tides which gently tug at the planets solid layers, but whereas changes in earthquake frequency correspond with the annually occurring monsoon, there is no such correlation with Earth tides, which oscillate back-and-forth twice a day. We therefore investigate die general response of the creeping and seismogenic parts of MHT to periodic stresses in order to link there observations to physical parameters. First, the response of die creeping part of the MHT is analyzed with a simple spring-and-slider system bearing rate-strengthening rheology, and we show that at the transition with die locked zone, where the friction becomes Wear velocity neutral, the response of the slip rate may be amplified at some periods, which values are analytically related to the physical parameters of die problem. Such predictions therefore hold the potential of constraining fault properties on the MHT, but still await observational counterparts to be applied, as nothing indicates that the variations of seismicity rate on die locked part of the MHT are the direct expressions of variations of the slip rate on its creeping part, and no variations of die slip rate have been singled out from die GPS measurements to this day. When shifting to die locked seismogenic part of the MHT, spring-and-slider models with rate-weakening rheology are insufficient to explain die contrasted responses of die seismicity to the periodic loads that tides and monsoon both place on the MHT. Lnstead, we resort to numerical simulations using the Boundary Integral CYCLes of Earthquakes algorithm and examine die response of a 2D finite fault embedded with a rate-weakening patch to harmonie stress perturbations of varions periods. We show that such simulations are able to reproduce results consistent with a graduai amplification of sensitivity as die perturbing period get larger, up to a critical period corresponding to the characteristic Lime of evolution of the seismicity in response to a step-like perturbation of stress. This increase of sensitivity was not reproduced by simple 1D-spring-slider systems, probably because of the complexity of the nucleation process, reproduced only by 2D-fault models. When the nucleation zone is close to its critical unstable size, its growth becomes highly sensitive to any externat perturbations and the timings of produced events may therefore fmd themselves highly affected. A fully analytical framework has yet to be developed and further work is needed to fully describe the behavior of die fault in ternis of physical parameters, which will likely provide die keys to deduce constitutive properties of the MHT fion seismological observations

Un cycle sismique est compose de 3 phases principales : inter-, co- et post-sismique. Chaque phase est ici etudiee dans le cadre d'une zone de subduction en utilisant la methode des elements finis pour une structure 2d verticale ayant une geometrie et une rheologie realistes. Les deplacements intersimiques sont associes a l'entrainement de la plaque chevauchante par la plaque subduite. La flexure de la plaque superieure est donc prise en compte. Les deplacements cosismiques sont classiquement expliques par une dislocation dans un milieu elastique homogene. Une etude systematique a ete entreprise afin de distinguer les mecanismes impliques au cours de la phase postsismique. Pour le postsismique superficiel, l'echelle spatiale impliquee par les glissements asismiques synsedimentaires est plus petite que celle liee a la poroelasticite. Pour le postsismique profond, l'existence d'un seuil du temps caracteristique associe aux seismes de tres grande magnitude est interpretee en terme de relaxation viscoelastique. Une approche thermo-mecanique est utilisee pour quantifier le couplage interplaque dans les zones de subduction. Elle permet de montrer que la topographie observee et le flux de chaleur mesure en surface dans les regions avant-arc ne sont pas compatibles avec un coefficient de friction effectif superieur a 0. 2. Pour la region du nord chili, on montre que l'ensemble des observations cosismiques associees au seisme d'antofagasta 1995 peut etre explique par un modele simple de dislocation. Les relations entre la deformation de la marge continentale et le processus de subduction sont etudiees a l'echelle d'un cycle sismique complet (100 ans) et avec une approche long terme (100. 000 ans). Ces deux approches fournissent des resultats compatibles et permettent d'expliquer la topographie de la region avant-arc du nord chili en terme de deformation plastique.

Les signaux geophysiques observes avant des tremblements de terre ne sont pas systematiques et leur relation avec la sismicite ne peut pas etre confirmee. Afin d'evaluer si une relation existe entre ces signaux geophysiques et les contraintes tectoniques au cours du cycle sismique, nous allons etudier le comportement geophysique d'un milieu naturel en reponse a des sollicitations mecaniques. Le site choisi se situe au voisinage de deux lacs artificiels dont les variations annuelles de niveau constituent le moteur de deformation cyclique du milieu. La reponse geophysique du site est etudiee en termes de potentiel electrique, d'emanation de gaz radon, de niveau de puits et de deformation. Des variations de potentiel electrique ont ete associees aux variations de niveau des lacs. Nous montrons qu'elles sont produites par un mecanisme d'electrofiltration compatible avec les mesures en laboratoire. Cette observation demontre que le phenomene d'electrofiltration est actif a l'echelle naturelle. De plus, cette experience a mis en evidence des variations transitoires de potentiel electrique associees a des pics d'emanation de gaz radon. Ces evenements sont correles a des deformations transitoires, qui interviennent lors d'augmentation du taux de chargement du milieu. Des mesures en puits, qui montrent que ces evenements sont aussi associes a des surpressions de fluides, revelent le role determinant des fluides dans la generation des potentiels electriques et des pics de gaz radon. Nous proposons que ces signaux sont lies aux surpressions de fluide qui produisent localement une augmentation de la connectivite du milieu entrainant des circulations de fluide transitoires. Ces observations montrent la sensibilite des proprietes de transport de la roche aux variations du taux de deformation. Nos resultats suggerent que, dans le cas du chevauchement actif himalayen, une variation presismique du taux de deformation de la croute pourrait produire des signaux geophysiques precurseurs.

Dans ce chapitre nous exposons chronologiquement l'évolution des modèles mécaniques des cycles sismiques. L’accent est mis sur la notion de fractures et de frottements. Nous développons particulièrement les différentes lois de frottement utilisées actuellement. Nous précisons ensuite les orientations futures sur cette thématique.

Ce chapitre présente les caractéristiques du cycle sismique le long de la subduction Mexicaine, et la diversité des modes de glissements sismiques et asismique qui s’y produisent. Les interrelations spatiales et temporelles entre glissements lents, séismes et trémors tectoniques dans cette région y sont détaillées.

Ce chapitre illustre les apports de la modélisation expérimentale (analogique) pour l’étude des différentes phases du cycle sismique en prenant pour exemple le contexte des séismes de subduction. Cette approche méthodologique permet d’accéder à la dynamique des processus de déformation contrôlant les phases inter, co et post-sismiques et de mieux comprendre les couplages mécaniques entre les interfaces frictionnelles et les domaines de déformation visco-élastiques.

Ce chapitre documente les différentes observations de la déformation post-sismique, principalement asismique, imagée par la géodésie spatiale (GPS et InSAR). Les processus de la déformation post-sismique sont discutés ainsi que leurs implications sur le comportement mécanique de la lithosphère, sur les propriétés frictionnelles des failles et sur le bilan énergétique du cycle sismique.

Ce chapitre se focalise sur les méthodes permettant de déterminer l’évolution spatiale et temporelle du glissement lors des séismes. On exposera les données utilisées, le problème direct et les méthodes inverses permettant de remonter à un modèle de source à partir de données de surface.

Les grands séismes de subduction du 21ème siècle ont montré qu’une partie de la déformation liée au cycle sismique est accommodée de façon permanente par la plaque chevauchante. Dans ce chapitre, à travers la théorie du prisme critique, nous étudierons comment le comportement mécanique et sismique des méga-chevauchements induit des déformations dans l’avant-arc et impacte sa morphologie.

La topographie des chaînes de montagnes résulte de la compétition entre la surrection tectonique et l’érosion. Il est ainsi admis que les taux d’érosion se mettent à l’équilibre avec les taux de surrection. Nous présentons ici des résultats et évidences remettant en cause ce paradigme et supportant l’idée de paysages constamment perturbés par des événements extrêmes, notamment lors du cycle sismique.

Ce chapitre expose le fonctionnement des frontières de plaques divergentes en s’appuyant sur la notion de cycle comme cela est fait pour les autres types de frontières. L’évolution à court-terme des rides océaniques actuelles ou futures est ainsi décrite à partir des observations géodésiques et sismologique acquises lors des différentes phases du cycle de diking.

Ce chapitre documente comment les ondes sismiques peuvent être utilisées pour caractériser simplement la source des séismes. La première section illustre les observations utilisées, la deuxième décrit comment l'information sur la source est physiquement présente dans ces observations, et la dernière présente plusieurs stratégies concrètes de détermination des paramètres de source (en particulier mécanisme, magnitude, durée et profondeur).

La mesure des décalages des formes du paysage dus au mouvement sur les failles permet de déterminer la vitesse long-terme des failles et la taille des séismes qui ont lieu sur celles-ci. Les distributions des déformations, temporelle d’une part par la datation et spatiale d’autre part par la répartition le long des failles définissent l’aléa sismique.