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La mécanique des séismes étudiée grâce aux images satellites haute résolution

En utilisant des images satellites très haute résolution, prises avant et après les ruptures d’une séquence de séismes dans le désert de Californie, une étude dirigée par des scientifiques de l’Institut de physique du globe de Paris a pu observer avec précision la composante de déformation diffuse dans la rupture en surface, permettant une meilleure compréhension de la géométrie de la faille associée.

La mécanique des séismes étudiée grâce aux images satellites haute résolution

Date de publication : 22/10/2021

Presse, Recherche

Thèmes liés : Risques naturels

En juillet 2019, une séquence de deux séismes de magnitude respective Mw6.4 et Mw7.1 se sont produits en l’espace de quelques heures dans la région de Ridgecrest, Californie, au nord est de Los Angeles. Ces deux séismes s’inscrivent dans la séquence de séismes qui affectent l’East California Shear Zone, un système de failles en marge de la faille de San Andreas. Cette séquence de séismes a débuté avec le séisme de Landers en 1992, de Mw7.3, pour se poursuivre depuis avec les séismes d’Hector Mine en 1999 et d’El Mayor en 2010.

Déplacement de surface est-ouest (rouge vers l'ouest, bleu vers l'est) autour de la zone épicentrale du séisme Mw 7.1 de Ridgecrest. (IPGP)

La région affectée par ce séisme est désertique et les conditions d’affleurement sont donc particulièrement bonnes pour documenter des ruptures de surface. En effet, lors d’un séisme, le déplacement le long de la faille est accommodé par la rupture des segments de cette faille, mais aussi par la déformation diffuse des matériaux environnants. Pour mieux comprendre ces mécanismes de déformation associés au processus de rupture sismique, les observations des ruptures de surface sont primordiales.

Mais dans le cas de la séquence de Ridgecrest, la rupture se trouve essentiellement localisée dans une zone désertique, peu anthropisée et donc le nombre de marqueurs pour mesurer les déformations sur le terrain est très limité. Il s’agit en plus d’une zone militaire d’accès restreint.

Grâce a une collaboration active avec le CNES, via la cellule d’acquisition d’images satellitaires optiques dans le contexte d’évènements telluriques (CIEST), une équipe de l’IPGP a pu acquérir rapidement une couverture multistereo de l’ensemble de la zone de rupture avec l’imageur Pléiades, avec une résolution au sol de 50 cm. En utilisant ensuite l’outil opensource Micmac (développé en partenariat entre l’IGN et l’IPGP), ces images ont pu être corrélées avec des images d’archives issues de diffèrent capteurs satellitaires, Pléiades et Worldview, pour produire des cartes de déplacement horizontal et vertical du sol avec une résolution de 50 cm.

Ces cartes ont été utilisées pour établir la courbe de glissement en surface associée à ce séisme. Contrairement aux mesures de terrain, cette méthode n’est pas dépendante de l’existence de marqueurs spécifiques sur le terrain et il est donc possible d’obtenir une mesure homogène partout le long de la rupture sismique.

Cette technique, en plus de permettre une mesure complète des déplacements le long de la rupture sismique, permet une évaluation directe des déformations horizontales distribuées (Off-Fault Displacement, OFD) dans une zone large de quelques centaines de mètres à un kilomètre autour de la faille. Cette composante de la déformation est quasiment impossible à quantifier par d’autres moyens.

En effectuant cette mesure pour le séisme de Ridgecrest, une étude menée par une équipe de l’IPGP, du CNRS, d’Université de Paris et leurs collègues de l’université de Californie et de l’US Geological Survey, publiée dans le volume d’octobre 2021 du Bulletin of the Seismological Society of America, montre que cette déformation distribuée peut atteindre jusqu’à 30% de la déformation totale engendrée par le séisme. Cette déformation est répartie dans le volume entourant la zone de faille mais participe au budget total de déformation, ce qui répond en grande partie aux interrogations quant à l’existence possible d’un déficit de glissement quand la rupture arrive en surface. Cette mesure montre que, très probablement, si ce déficit existe, il est en réalité très faible mais que la déformation n’est pas nécessairement localisée quand elle arrive en surface.

Ces nouvelles données changent drastiquement les perspectives liées à l’évaluation du déplacement cumulé pour des objets géomorphologiques ayant été affectés par de multiples séismes ; mais aussi liés au déplacement du sol dans une démarche d’évaluation de l’aléa associé à ce déplacement pour un séisme donné (Fault Displacement Hazard Assessment).

 

Réf : Antoine S., Klinger Y., Delorme A., Wang K., Burgmann R., Gold R. Diffuse deformation and surface faulting distribution from submetric image correlation along the 2019 Ridgecrest, California, ruptures. Bull. Seismol. Soc. Am., doi: 10.1785/0120210036, 2021.

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