Добірка наукової літератури з теми "Terrain et sismique"

Le 12 janvier 2010, la capitale d'Haïti, Port-au-Prince, a subit un des plus violents séismes qu'elle ait connu au cours de ces derniers siècles. Soutenue par le PNUD et l'Etat haïtien (LNBTP et BME), une étude de microzonage sismique sur Port-au-Prince a alors été engagée. La connaissance géologique locale et les données topographiques constituent des préalables essentiels dans le processus de réalisation d'un microzonage sismique. Dans ce cadre, les images Pléiades et le MNT (dérivé de ces images PLEIADES et calculé par le SERTIT/CNES dans le cadre du projet KalHaiti) ont été utilisés pour l'étude géologique et l'analyse morphologique de la région de Port-au-Prince. L'étude lithostratigraphique montre un substratum marno-calcaire d'âge miocène à pliocène, caractéristique de dépôts en milieu profond à sublittoral. Ces dépôts sont entrecoupés de dépôts détritiques d'origine tectonique liée au jeu des failles bordières sud de la plaine de Port-au-Prince. La carte des failles actives réalisée est directement intégrée à la carte du microzonage sismique. Les résultats géologiques ont constitué des éléments essentiels pour l'évaluation des aléas mouvements de terrain (effets induits) et des effets de site lithologiques et topographiques du microzonage sismique.

Dans ce travail, le concept de vulnérabilité sismique est utilisé afin de prédire le niveau moyen des dégâts pouvant se produire à grande échelle dans les bâtiments sous l’action d’une secousse sismique d’intensité connue. L’emploi de la notion de vulnérabilité est considéré dans le contexte de la typologie particulière des constructions en béton armé communément rencontrées au Nord du Maroc et n’ayant pas fait l’objet d’une conception parasismique assurant une protection adéquate. L’échelle de vulnérabilité est adaptée à partir de la méthode italienne dite « Gruppo Nazionale per la Difesa dai Terremoti » (GNDT), où un recalage des coefficients de pondération est effectué afin de mieux coller aux caractéristiques architecturales locales de ce type de constructions. Une corrélation est ensuite proposée entre l’indice des dégâts considéré comme l’effet principal recherché et les causes schématisées formellement à travers la notion de vulnérabilité. Les résultats d’une enquête menée sur le terrain après le fort tremblement de terre de magnitude 6,3 qui a frappé la région d’Al Hoceima au Nord du Maroc en 2004 ont montré que la méthode proposée permet d’évaluer correctement la vulnérabilité. Les courbes de fragilité relatives à cette typologie de bâtiments ont été enfin dressées.

Un site expérimental représentatif du milieu calcaire fissuré a été étudié dans le Jurassique supérieur de la vallée de la Loue. Un forage carotté de trente mètres a été réalisé et étudié par différentes techniques de laboratoire (porosité, perméabilité, vitesse ultrasonique, quantification de la fissuration) et de terrain (essais hydrauliques par injection entre obturateurs, diagraphies soniques, densité). Le massif rocheux concerné a été exploré en surface à partir de la sismique réfraction. Les principaux résultats obtenus permettent de relier les paramètres hydrauliques à la fissuration du massif calcaire. On constate une mauvaise relation entre les mesures de laboratoire et de terrain par suite d'un effet d'échelle, les investigations étant faites sur des volumes variant de quelques centimètres cubes à plusieurs mètres cubes. En effet, la matrice homogène et isotrope est perturbée par des fissures (fermées ou ouvertes). Le milieu continu représenté par la matrice et observé au laboratoire s'avère discontinu sur le terrain. L'indice le obtenu à partir de la diagraphie sonique paraît intéressant, mais doit être utilisé avec prudence et après correction dans les zones à argilosité reconnue, en effet dans ces zones on constate que pour des valeurs supérieures à 10 de l'indice lc brut, aucun écoulement n'a été mis en évidence par essai hydraulique. Un abaque de correction C (lc) a donc été établi qui tient compte de la teneur en argile et qui permet de proposer un indice corrige le -C (lc) plus fiable.

Seismic shaking can generate mass movements, turbidites, and soft-sediment deformation within lake basins. These ‘disturbed’ deposits may be preserved, and provide a stratigraphic record of paleoearthquakes. A three-dimensional seismo-stratigraphy of the lake deposits can be constructed from a high-density, sub-bottom acoustic profile (SAP) survey, allowing disturbed deposits within the basin to be identified and mapped. Event layers composed of one or more disturbed deposits can be identified within the seismo-stratigraphy, and targeted coring of the lake deposits provides ground-truthing of the disturbed deposits. Analysis of organic or sediment materials sampled from recovered cores allow ages to be assigned to the event layers. Maps depicting the distribution, extent and types of disturbed deposits within each event layer can be compiled by integrating the event layer stratigraphy and the three-dimensional architecture of the lake deposits. An intrabasin, multi-deposit event layer is the likely signature of significant past earthquake shaking, but possible non-seismic triggers also need to be assessed. An earthquake catalogue spanning 16 000 years for central Switzerland exemplifies the results of an integrated seismo- and chrono-stratigraphic approach to paleoseismic investigation. This approach to the investigation of eastern Canadian lake basin(s) has the potential to significantly augment the eastern Canadian earthquake catalogue. Conversely, the absence of seismically-induced disturbed deposits in SAP profiles and in lake core within a given area can help establish negative evidence of paleoseismicity.RÉSUMÉLes secousses sismiques peuvent provoquer des mouvements de terrain, des turbidites, ainsi que la déformation de sédiments meubles dans les bassins lacustres. Ces dépôts « perturbés » lorsque préservés constituent des archives stratigraphiques de ces paléoséismes. Une sismostratigraphie tridimensionnelle des dépôts lacustres peut être élaborée par sondage acoustique haute densité de sédiment (SAP), permettant ainsi de détecter et de cartographier les dépôts perturbés du bassin. Les couches événementielles composées d'un dépôt perturbé ou plus peuvent être détectées par sismostratigraphie, et le carottage ciblé de dépôts lacustres permet de les valider. L’analyse de matériaux organiques ou de sédiments prélevés à partir des carottes permettent de dater les couches événementielles. Des cartes illustrant la distribution, l'étendue et les types de dépôts perturbés au sein de chaque couche événementielle peuvent être compilées en intégrant la stratigraphie de la couche événementielle et l'architecture tridimensionnelle des dépôts lacustres. Une couche événementielle multi-dépôt est la signature probable d’importants tremblements sismiques anciens, sans perdre de vue que d’autres déclencheurs non sismiques puissent être en cause. Un catalogue de séismes couvrant 16 000 ans d’événements dans le centre de la Suisse illustre les résultats d'une approche sismologique et chrono-stratigraphique intégrée de l’histoire paléosismique. Cette approche d’étude de bassins lacustres de l'Est canadien permet d'augmenter considérablement le nombre de séismes du catalogue de l'Est canadien. Inversement, l'absence de dépôts perturbés induits par séisme dans les profils SAP et dans des carottages d’une zone donnée peut contribuer à constituer une preuve de l’absence de paléosismicité.

Des effondrements récents des tunnels au cours de creusement lors de séismes ont mis en évidence la vulnérabilité de ce type d'ouvrage, en particulier ceux implantés dans les sols meubles (Tunnel de Bolu, Turquie, 1999). L’étude de la réponse sismique d’un tunnel au cours de la construction est complexe, car elle exige de prendre en compte la non linéarité du sol, l’interaction sol-structure, mais aussi l’évolution de la géométrie et l’aspect tridimensionnel lié à la présence du front de taille. Ce travail a pour but d’évaluer l’influence de creusement sur la réponse sismique globale d’un tunnel en prenant compte la présence du front de taille. L’étude est effectuée à l’aide d’une modélisation numérique tridimensionnelle par différences finis de l’interaction tunnel-séisme-front de taille. Le modèle proposé intègre une procédure du creusement du tunnel développée par Mroueh (1998). En effet, le mode de creusement perturbe sensiblement l’état des contraintes géostatiques, ce qui peut affecter la réponse de l’ouvrage sous sollicitation sismique. Le modèle tridimensionnel permet également d’étudier la réponse sismique de l’ouvrage pour des sollicitations sismique transversales (à l’axe du tunnel) et longitudinales. Dans un second temps, on étudie l’influence du renforcement du front de taille par boulonnage sur la le comportement global de l’ouvrages. Une étude paramétrique portant sur plusieurs paramètres concernant le boulonnage, la profondeur du tunnel et l’état de confinement mécanique du front ont été examinés
Recent collapses of tunnels under construction during earthquakes have highlighted the vulnerability of this type of structures, especially those located in soft soils (Tunnel Bolu, Turkey, 1999). The study of the seismic response of a tunnel under construction is complex because it requires taking into account the nonlinearity of soil, soil-structure interaction, as well as the evolution of the geometry and three-dimensional aspect due to the presence of the tunnel face.The present work aims to evaluate the influence of excavation on the overall seismic response of a tunnel taking in consideration the presence of the tunnel face. The study is conducted using a three-dimensional numerical modeling by finite differences of the earthquake-tunnel under construction interaction. The proposed model includes an excavation procedure developed by Mroueh (1998), since the method of excavation disturbs significantly the state of geostatistical constraints, and this can affect the response of the structure under seismic loading. The present three-dimensional model allows as well to study the seismic response of the structure subjected to seismic solicitations transverses (to the tunnel axis) and longitudinals. In a second step, we study the influence of the tunnel face reinforcement by bolting on the overall behavior of the structures. A parametric study concerning bolting, the depth of the tunnel and the state of mechanical confinement of the tunnel face were performed

Les mouvements de terrain sont le premier risque naturel secondaire lié aux séismes. L’analyse des inventaires de glissements de terrain rapides déclenchés par de larges séismes (Mw>6,6) a par ailleurs révélé une interaction complexe entre les secousses sismiques et les précipitations. Cette interaction s'exprime notamment par un nombre plus important de glissements déclenchés dans les mois voire les années qui suivent un séisme de forte magnitude. Malgré toutes les observations existantes, l’identification et la quantification des différents processus impactant la cinématique des glissements de terrain lors de séismes restent limitées par manque de données in situ. Le but principal de cette thèse est ainsi d'étudier ces mécanismes dans les régions où les forçages sismiques et pluviométriques peuvent être interdépendants. Pour répondre à cette problématique, nous nous sommes intéressés aux mouvements de terrain lents, sur lesquels on peut suivre des grandeurs physiques de la dynamique gravitaire au cours du temps.Ces travaux se centrent sur l'étude des mouvements de terrain dans la vallée de la Colca, au sud Pérou, qui présente divers avantages : (1) plusieurs glissements de terrain lents s’y sont développés, (2) la région est sismiquement très active et (3) les précipitations y sont saisonnières.Une première approche consiste à étudier la réponse cinématique de plusieurs glissements de terrain lents aux mêmes forçages. Une méthode provenant de l'InSAR a été adaptée pour restituer des séries temporelles de champ de déplacement du sol, grâce à l’inversion de corrélations d’images optiques satellitaires. Cela nous a permis de remonter à plus de 28 ans d’histoire de mouvement du sol dans la vallée de la Colca. Les résultats montrent un impact d’un séisme local de magnitude Mw 5,4 en 1991 sur la cinématique du glissement de terrain de Maca. Nos résultats suggèrent un double effet du séisme, avec une accélération des déplacements de manière co- et post-sismique (<6 années) et une modification des propriétés mécaniques du sol (endommagement) qui a conduit à une interaction complexe avec la pluie.Pour mieux comprendre les mécanismes à l’origine de cet effet combiné, nous avons par la suite étudié des données in situ (GPS et sismomètres) acquises en continu sur le glissement de terrain de Maca depuis 2016. Le traitement de ces données, couplant géodésie et bruit de fond sismique, a permis de mettre en évidence et de quantifier l’endommagement du sol par les séismes et l’influence de la pluie sur sa cicatrisation. Nous montrons également l’influence des petits séismes lors du recouvrement de la rigidité du sol et l’importance de la temporalité entre les précipitations et les séismes sur la dynamique du glissement. Finalement, nous quantifions les processus de régression d’un glissement de terrain grâce à des observations nouvelles de la cinématique couplées à des informations sur la rigidité du sol au cours du temps
Landslides are the first secondary effect of earthquakes. Statistical analysis of regional inventories of earthquake-triggered-landslides after large earthquakes (Mw> 6.6) reveal a complex interaction between seismic shaking and rainfall. The consequence of this interaction is an increase of the landslide triggering rate for several months and even years after a large event. Even though a large amount of observation are available, the identification and the quantification of the different processes impacting landslide kinematics during and after an earthquake are very limited, due mainly to a lack of in situ monitoring. The main goal of this thesis is to study these mechanisms in regions where earthquakes and precipitations can be interdependent. To this purpose, we focused on slow-moving landslides, on which we can monitor physical processes of the gravitational dynamic with time.The studied slow-moving landslides are located in the Colca Valley, south Peru. This area presents several advantages: (1) several active slow-moving landslides are active, (2) the region is seismically very active and (3) the precipitations are seasonal.The first approach consists in studying the kinematic response of several slow-moving landslides to the same forcings. A method coming from the InSAR data processing has been adapted to compute time series of displacement fields, thanks to the inversion of satellite optical images. This allows us to go back as far as 28 years in the past in terms of displacements in the Colca Valley. We show the possible impact of a local Mw 5.4 earthquake in 1991 on the kinematics of the Maca landslide. Our results suggest a double effect of the earthquake, with a co- and post-seismic acceleration (<6 years) and a modification of the mechanical properties of the soil (damage) leading to a complex interaction with precipitations.To better understand the mechanisms at the origin of this combined effect, we studied in situ data (GPS and seismometer) acquired continuously on the Maca landslide since 2016. The processing of these data, coupling geodesy and ambient noise interferometry, allowed to evidence and quantify the damage of the soil generated by earthquakes together with the impact of precipitations on its healing. The influence of small magnitude earthquakes during the soil rigidity recovery is also highlighted together with the importance of the temporality between precipitations and earthquakes. Finally, we quantify the retrogression of the landslide thanks to new observation coupling the landslide’s kinematic and soil rigidity variations

Nous souhaitons connaître les processus qui contrôlent les glissements de terrain lents à l'aide de méthodes sismiques passives. Nous installons des dispositifs d'écoute sismique sur les sites de Super-Sauze (France) et de Valoria (Italie). Nous détectons, localisons et caractérisons trois types principaux de signaux sismiques. Un type est associé aux séismes régionaux donc externe à la dynamique des glissements. Les deux autres sont localisés dans des foyers de fissures ou des ruptures de pente. Nous suggérons que le premier type est associé à des écroulements depuis l'escarpement et à du transport en surface, tandis que le second type est associé à des fractures et des cisaillements. On montre qu'il existe des corrélations entre ces signaux, les déplacements en surface et les précipitations. Les glissements de terrain sont des volumes variables dans le temps et dans l'espace, ce qui impose une maintenance régulière des équipements et complexifie l'acquisition de données permanentes.

Les interactions entre les processus tectoniques et l’érosion ont été peu étudiées à des échelles de temps courtes (< 1000 ans). Cependant, les séismes peuvent activement contribuer à l’érosion des chaînes de montagne en déclenchant de nombreux glissements de terrain. Des études récentes ont également montré que ces grands événements érosifs pourraient engendrer des changements de contraintes suffisants à proximité des failles actives pour modifier la sismicité régionale. Dans cette thèse, cette problématique a été abordée via une approche numérique. Dans un premier temps, le développement d’un modèle simple de glissements de terrain prenant en compte la topographie des versants a permis de démontrer le rôle des paramètres mécaniques (cohésion et friction), et de la forme des versants sur la distribution de taille des glissements de terrain. Ce modèle a été validé à l’aide de cas naturels de glissements de terrain co-sismiques. Dans un deuxième temps, le rôle de la forme finie des versants sur la probabilité de grands glissements de terrain a été démontrée en se basant sur des données. Enfin, dans un troisième temps, le potentiel effet d’un grand évènement érosif sur la sismicité a été exploré à l’aide d’un modèle numérique de cycle sismique dans lequel ont été implémentées des variations temporelles de la contrainte normale sur la faille. Les résultats mettent en évidence le rôle du volume de sédiments, mais aussi de leur temps d’export. En particulier, les paysages caractérisés par une hauteur unstable des versants importante pourraient, en favorisant de grands glissements de terrain, induire une érosion assez importante et rapide pour modifier de façon significative la sismicité régionale
Interactions between tectonic processes and erosion have been poorly investigated at short time-scales (<1000 years). However, earthquakes can largely contribute to the erosion of mountain belts by triggering widespread landsliding. Moreover, recent studies have shown that such large erosional events could induce stress changes in the fault environment efficient enough to influence regional seismicity. In this thesis, this problematic is tackled through a numerical approach. Firstly, the development of a simple mechanical model accounting for the complexity and variability of natural hillslopes allowed to demonstrate the role of mechanical parameters (cohesion and friction), and of hillslope shape in the probability density function of landslide sizes. This model has been validated using natural cases of co-seismic landsliding. Secondly, the role of unstable hillslope height on large landslide probability has been demonstrated based on natural data, and the exponential distribution of this unstable height has ben shown. Finally, the potential effect of a large erosional event on seismicity has been explored with a numerical model of seismic cycle, in which has been implemented temporal normal stress variations. The results emphasize the role of eroded sediment volume, but also of the export time of sediments away from the mountain belt. In landscape with high unstable hillslopes, large landslides are favored and in turn, could induce fast an important enough erosion to modify regional seismicity

Trois glissements de terrain, La Valette et La Clapière (France) et S. Andrea (Italie), ont été étudiés à l'aide d'études des mouvements de surface et des modélisations aux différences finies. Sur les sites de La Valette et La Clapière, les techniques de l'interférométrie SAR et du GPS ont permis d'obtenir une meilleure compréhension de la cinématique et de l'évolution des mouvements de surface et de distinguer, délimiter et décrire des secteurs à différente activité. L'étude topographique menée sur le site de S. Andrea a montré une activité de la portion centrale et occidentale du versant. Les observations de terrain conduites sur le versant ont permis la réalisation d'un modèle géologique et géotechnique de la zone en mouvement, qui a fait objet de la modélisation aux différences finies en 2D et 3D. Cette technique a permis de calculer l'état de contrainte du versant, de proposer la position d'une ou plus surfaces de rupture potentielles et de proposer des possibles interventions

La Mongolie caractérise la transition entre les structures compressives liées à la collision Inde-Asie et extensives du rift du Baïkal. Elle a connu depuis 1905 quatre séismes de magnitude supérieure ou égale à 8, (Tsetserleg, Bolnaï, Fu Yun et Gobi-Altaï). Les ruptures associées à ces événements forment un parallélogramme composé par des failles décrochantes sénestres est-ouest et décrochantes dextres NNO-SSE. Au centre, le dôme du Hangaï est associé à des failles normales et à un volcanisme alcalin récent.
L'étude de la source des deux séismes de 1905 indique une propagation dominante des ruptures vers l'est. Le séisme de Tsetserleg (Mw = 7,95 ± 0,02.) aurait continué au-delà des ruptures cartographiées. L'initiation du séisme de Bolnaï (Mw = 8,4 ± 0,1) s'est faite à l'intersection entre la faille principale et celle de Teregtiin.
Les ruptures associées au séisme du Gobi-Altaï sont complexes et bordent le massif de Ikhe Bogdo qui subit une rotation antihoraire (24° ± 11° ) depuis le Miocène. L'intervalle de récurrence sur cette faille est d'environ 5000 ans avec une vitesse d'environ 1 mm/an.
Le mouvement sur les failles décrochantes conjuguées de l'Altaï et du Gobi-Altaï est amorti sur des failles inverses, l'ensemble formant des coins en compression. La formation du dôme du Hangaï est le résultat d'une combinaison entre un panache mantélique et du front compressif lié à la collision Inde-Asie. Le massif subit une rotation horaire.
La sismicité correspond à des répliques tardives des séismes récents plus nombreuses sur les segments à rejet vertical que décrochants. Une compression orientée N20 ± 10° permet d'expliquer toutes les déformations indiquant la prépondérance actuelle du front compressif associé à la collision Inde-Asie, précédée d'un épisode mantélique qui a préparé la région. Nous proposons un modèle de déformation pure combinée avec une rotation horaire pour la Mongolie.

La surveillance d’un glissement de terrain vise à anticiper sa rupture pour réduire le risque d’accident. Elle s'opère généralement en mesurant les déplacements du sol. Ce travail propose une nouvelle technique de mesure de déplacement de glissements, flexible et à bas coût, basée sur l’utilisation d’étiquettes d’identification radiofréquence (RFID). La méthode de localisation d’étiquettes par différence de phase à 866 MHz est explorée en conditions extérieures et sur de longues durées. Cette étude a montré une détérioration de la mesure causée par les variations de température, d’humidité, de neige et de végétation. Après application de corrections, la précision de mesure a été améliorée, passant de ±20 cm à ±1 cm en conditions extérieures courantes. Cette technique fonctionne également en conditions neigeuses et en présence d’herbes hautes, mais avec une incertitude de mesure plus élevée (±8 et 4 cm respectivement). Ces erreurs de mesure sont provoquées par des effets de propagation, d’interférence multitrajets, et de per-turbations à proximité des antennes. Un système de mesure en continu a été déployé sur le glissement de terrain de Pont-Bourquin, en Suisse, pendant cinq mois. Ce dispositif a validé l’efficacité de la technique en conditions réelles. De plus, la mesure résiste bien aux intempéries et le dispositif demande peu de maintenance, en comparaison avec les techniques conven-tionnelles (extensomètre, GPS, station totale).Deux méthodes de mesure complémentaires aux déplacements ont ensuite été étudiées. La méthode de corrélation de vibrations ambiantes est prometteuse, mais n’a pas encore été utilisée en surveillance opérationnelle. Une étude bibliographique souligne plusieurs verrous à lever, tels que la correction des variations saisonnières et journalières, l’augmentation de la résolution temporelle, et le choix des paramètres de traitement adaptés au site surveillé. La méthode qui consiste à inverser une fonction de transfert entre des données de pluie et de déplacements est ensuite étudiée. Une inversion haute résolution de cette fonction est proposée. Elle permet d’identifier des comportements hydrologiques complexes (ex : infiltration à deux vitesses sur le site de Pont-Bourquin) et de mesurer leur évolution. Les avancées de cette thèse vont permettre d’améliorer la surveillance opérationnelle tout en réduisant son coût, répondant aux besoins des collectivités territoriales
Landslide early-warning systems are based primarily on monitoring the displacement of the landslide. This work develops a new technique for monitoring these displacements, using radio-frequency identification (RFID) passive tags and phase-based location technique. This technique is deployed for the first time outdoors and for several months. Outdoor conditions revealed strong environmental influences due to temperature variations, moisture, snow and vegetation. These can cause a ±20 cm measurement uncertainty over a year, which is too large for landslide monitoring applications. The correction of these effects allows reaching the accuracy of ±1 cm under normal conditions, ±8 cm with snow and ±4 cm with dense high grass. The remaining effects due to snow and grass are explained by the influence of this material on the direct propagation, on the multipath interferences and on the antennas. This measurement system has been deployed on the Pont-Bourquin landslide for five months. The results validate the technique for landslide monitoring applications. The technique also shows the operational benefits of robustness to bad weather, easy maintenance and low-cost material, compared to conventional techniques (extensometer, GPS, total station).This thesis then studies two complementary monitoring methods that had recently been shown to provide precursors to landslide rupture. First, ambient seismic noise interferometry is used to detect a drop of shear-wave velocity prior to a rupture. The seismic method was studied in the literature to identify what must be developed to use this technique in an operational early-warning system. It requires getting rid of daily and seasonal environmental influences, choosing the processing parameters appropriate to the monitored landslide, and improving the temporal resolution below one day while keeping a stable enough signal. The other method consists of inverting an impulse response between rainfall and displacement rate, with a high resolution. It can shed light on complex infiltration processes (e.g. infiltration with two different delays at Pont-Bourquin) and detect their abnormal evolution across time. These developments should improve landslide operational monitoring with a low budget

Ce travail, porte sur l'évaluation de la stabilité sismique de trois talus naturels typiques de l'Est du Canada situés à proximité de cours d'eau. Le but poursuivi pour ce travail est d'appliquer, comparer et évaluer les différentes méthodes de calcul de la stabilité sismique des talus naturels. Les principaux termes et concepts de base de la sismologie et les méthodes d'analyses de stabilité de talus sont d'abord présentés. Ensuite, la sélection des sites présentant une problématique de stabilité de pente a été effectuée (talus de Saint-Adelphe, talus de Maskinongé et talus de Baie Saint-Paul). La compilation des données de références, l'analyse de l'aléa sismique et la modélisation dynamique ont été réalisées sur chacun des sites. Ces travaux ont étudié le comportement sismique de trois talus naturels et ont permis de clarifier plusieurs aspects relatifs aux mécanismes de déformation des talus sous sollicitations sismiques.

Ces vingt dernières années, le développement de réseaux haute résolution sismologiques et géodésiques denses a permis la découverte de nouveaux signaux géophysiques parmi lesquels on trouve les trémors non-volcaniques (Non-volcanic tremor, NVT, Obara 2002) et les glissements lents épisodiques (Slow Slip Event, SSE, Dragert et al., 2001). La combinaison de NVT et de SSE est communément observée le long des frontières de plaques, entre la zone sismogénique bloquée à faible profondeur et la zone en fluage ductile à plus grande profondeur (Dragert et al., 2004). Cette association définie des glissements et trémors épisodiques (Episodic Tremor and Slip, ETS), systématiquement associés à des surpressions de fluides et à des conditions proches de la rupture. Dans cette thèse, nous proposons de combiner une étude microstructurale de roches exhumées avec une approche par modélisation numérique afin de reproduire et de mieux comprendre la mécanique des glissements et trémors épisodiques.Nous nous sommes concentrés sur des roches continentales provenant de la Zone de Cisaillement Est du Tende (Corse, France), correspondant à une zone de cisaillement Alpine kilométrique ayant enregistré une déformation dans la zone de subduction (10 kb / 400-450°C, Gueydan et al., 2003). Ces conditions pression-température sont cohérentes avec la localisation des ETS dans les zones de subduction. Les analyses microstructurales et EBSD de ces roches mettent en évidence des localisations de la déformation le long de zones de cisaillement centimétriques contrôlées par une rhéologie dépendante de la taille des grains. La microfracturation de la phase dure (ici du feldspath) et le colmatage de ces microfractures correspondent, respectivement, à de processus de réduction et d’augmentation de la taille des grains.La plupart des récentes modélisations des ETS sont basées sur une loi frictionnelle dite rate-and-state, associant les SSE et les NVT à un cisaillement sur un plan. Contrairement à ces modèles, nous souhaitons modéliser l’ensemble de la roche (et non pas uniquement un plan) avec une rhéologie ductile dépendante de la taille des grains directement guidée par nos observations microstructurales (avec microfracturation et colmatage), Nous faisons l’hypothèse que les SSE peuvent résulter d’une localisation ductile de la déformation et non d’un glissement sur des fractures. Durant la localisation de la déformation, le pompage des fluides peut déclencher une fracturation de la roche par surpression de fluide, ce qui pourrait être la signature des NVT. Le modèle numérique 1D présenté ici nous permettra de valider ces hypothèses. En suivant la loi de Darcy, notre approche nous permet également de prédire les variations de la pression de pore en fonction des variations de la porosité/perméabilité et du pompage des fluides.Les résultats numériques montrent que l’évolution dynamique des microstructures, dépendante des fluides, définie des cycles de localisation ductile de la déformation liés aux augmentations de la pression de fluide. Notre modèle démontre que la disponibilité des fluides et l’efficacité du pompage des fluides contrôlent l’occurrence des ETS. Nous prédisons également les conditions pression-température nécessaires au déclenchement des ETS : 400-500°C et 30-50 km de profondeur en subduction, et ~500°C et 15-30 km de profondeur le long des zones de décrochement. Ces conditions PT sont cohérentes avec les exemples naturels.Aussi simple soit-elle, notre modèle mécanique s’appuyant sur des observations de terrain décrit correctement la relation entre surpressions de fluides, rhéologie dépendant de la taille des grains et le déclenchement des ETS. Des travaux restent à entreprendre comme par exemple la comparaison directe de nos résultats avec des données géophysiques (GPS) ou bien l’introduction d’un nouvelle assemble minéralogique, comme par exemple des roches mafiques pour prendre en compte des minéralogies océaniques
These last twenty years, the development of dense and highly sensitive seismologic and geodetic networks permits the discovery of new geophysical signals named non-volcanic tremor (Obara 2002) and slow slip events (Dragert et al., 2001). The combination of non-volcanic tremor and transient slow slip is commonly observed at plate interface, between locked/seismogenic zone at low depths and stable/ductile creep zone at larger depths (Dragert et al., 2004). This association defines episodic tremor and slip, systematically highlighted by over-pressurized fluids and near failure shear stress conditions. In this thesis we propose to combine a microstructural analysis of exhumed rocks with a modeling approach in order to accurately reproduce and understand the physics of episodic tremor and slip.We focus on continental rocks from the East Tenda Shear Zone (Corsica, France), a kilometer-wide localized Alpine shear zone that record HP/LT deformation (10kb / 400-450°C, Gueydan et al., 2003). Such pressure-temperature conditions are consistent with the location of episodic tremor and slip in subduction zone. Microstructural and EBSD analyses on these rocks describe a pattern of strain localization in centimeter-scale shear zones guiding by a grain size-sensitive creep. Microfracturing of the strong phase (feldspar here) and the sealing of these microfractures act, respectively, as grain size decrease and grain size increase processes.Most of recent modeling approaches of episodic tremor and slip are based on the rate-and-state variable friction law, describing slow slip event and non-volcanic tremor as slow shear slip on a plane. In contrast with such models, we wish to model the entire rock volume, with a ductile grain size-sensitive rheology guided by our microstructural observations (e.g. microfracturing and sealing as grain size variation processes). We hypothesize that slow slip events may result from ductile strain localization and not transient slip on fractures. Fluid pumping during strain localization may trigger whole rock fracturing at near lithostatic conditions that can be the signature of non-volcanic tremor. The 1D numerical model presented here will allow us to validate these assumptions.We also can predict pore fluid pressure variation as a function of changes in porosity/permeability and strain rate-dependent fluid pumping following the Darcy’s flow law. The fluid-enhanced dynamic evolution of microstructure defines cycles of ductile strain localization related to the increase in pore fluid pressure. We show that slow slip events can be ductile processes related to transient strain localization, while non-volcanic tremor can correspond to fracturing of the whole rock at peak of pore fluid pressure. Our model shows that the availability of fluids and the efficiency of fluid pumping control the occurrence of episodic tremor and slip. We also well predict the temperature and depth ranges of episodic tremor and slip: 400-500°C and 30-50 km in subduction zones and ~500°C and 15-30 km in strike slip settings, consistent with natural examples.As simplistic as it is, our field-guided mechanical model well describe, at first order, the relation between high pore fluid pressure, grain size-sensitive rheology and episodic tremor and slip. Some efforts remain to be done like a real fit of geophysical data (GPS) or the introduction of the new mineralogical assemblage, such as mafic rocks to reproduce oceanic environment

Cette thèse s'intéresse à la signature sismique du rôle des fluides dans les mécanismes de déformation des roches fracturées de la croûte supérieure, et plus précisément les failles et les glissements de terrain. S'il est admis que les fluides sont un facteur déclenchant de la rupture dans le cas d'épisodes de forçages climatiques importants ou de glissements très superficiels, leur rôle dans la déstabilisation des grands volumes associée à des forçages faibles est beaucoup moins bien compris. Ainsi, il apparaît nécessaire d'acquérir de nouvelles données synchrones des pressions/débits de fluides, de la déformation et de la sismicité sur le terrain dans des conditions de chargement hydraulique contrôlées pour progresser dans la compréhension des liens entre processus hydromécaniques et sismiques participant à la nucléation de la rupture des roches en partie associée à la réactivation de fractures existantes. Motivé par ce besoin de nouvelles observations, ce travail de thèse concerne l'interprétation de la sismicité produite lors d'expériences originales de stimulation hydraulique (0.3 à 3.5 MPa et 10 à 3000 secondes) de petites zones de faille ou de fractures de taille décamétrique, situées en zones non saturées profonde de versants rocheux. Ces expériences consistaient à produire des déformations menant à l'activation du glissement le long des fractures préexistantes. Le protocole expérimental combine des mesures de déformations/pressions distribuées dans les structures géologiques à des capteurs sismologiques proches (échelle métrique à décamétrique) des zones sources.