Etude des régimes de sismicité dans un modèle d’aspérités

Résumé : Cette thèse est dédiée à l’étude des propriétés de la sismicité produite par un modèle 3D de faille rate- and-state. Dans ce modèle, la sismicité est générée par la rupture d’aspérités coplanaires forcées par un environnement asismique, comme cela est suggéré par l’observation de multiplets. Plusieurs types de systèmes sont étudiés successivement : dans un premier temps l’exemple d’une unique aspérité soumise à un chargement tectonique stationnaire est analysé afin d’étudier la manière dont elle interagit avec son environnement asismique . Dans un deuxième temps, nous proposons une étude des essaims de sismicité générés par un groupe d’aspérités séparées par des barrières asismiques. La dernière partie de cette étude aborde le problème de la réponse d’une unique aspérité à une perturbation de contrainte cosismique instantanée. Dans ces trois exemples, la sismicité se manifeste sous les formes suivantes : cycles réguliers, sismicité continue non corrélée, essaims sismiques ou séquences choc principal-répliques analogues à ce qui est habituellement observé dans les zones de failles actives. Cette approche numérique est complétée par une étude théorique montrant que les régimes d’activité sismique obtenus dans ces trois situations sont contrôlés par un paramètre de frottement rate-and-state effectif noté A, ou, de manière équivalente, par la densité d’aspérité ?a caractérisant la faille. Les résultats analytiques développés sont finalement appliqués au cas de la sismicité de Parkfield observée par [Lengliné et al., 2009], afin d’évaluer les conditions effectives de frottement possibles sur ce segment de la faille de San Andreas. Abstract: This PhD thesis is dedicated to the study of the seismicity generated in a 3D rate-and-state model of fault. In this modeling attempt, seismicity is generated by the rupture of coplanar asperities forced by surrounding aseismic creep, as it is suggested by the observations of repeating-earthquakes. Different asperity systems are studied successively: in a first step the particular case of a unique isolated asperity undergoing a constant tectonic loading is analyzed in order to investigate how the resulting seismic cycle is controlled by the creeping surroundings of the asperity. Then, we propose a study of the seismic behavior generated by a group of interacting asperities mediated by aseismic creep. In the last part of this study, the problem of the response of a single asperity to a coseismic stress step is adressed. These different frictional and loading conditions result in the following seismicity regimes: regular earthquakes, continuous uncorrelated background seismicity, seismic swarms and mainshock-aftershocks sequences similar to what is usually observed in regions of active faulting. This numerical approach is extended by a theoretical study showing that the different seismicity regimes obtained in our model are controlled by an effective rate-and-state frictional parameter noted A, or equivalently by the density of asperities ?a characterizing the fault. These analytical results are finally used in the case of the Parkfield seismicity observed by [Lengliné et al., 2009], in order to estimate the possible effective frictional conditions on this San Andreas fault segment.