Le Modèle d’Accumulation des Contraintes: Activité Sismique Accélérée et Risque Sismique

devant le Jury: B. PAPAZACHOS ....................... Rapporteur C. SAMMIS ........................... Rapporteur R. MADARIAGA ........................ Examinateur R. MUIR-WOOD ........................ Examinateur V. COURTILLOT ....................... Président du jury G. KING ............................. Directeur de thèse Résumé: Une augmentation progressive de l'activité sismique dans une large région autour de l?épicentre d'un large séisme subséquent est nommée activité sismique accélérée ou "Accelerating Moment Release" (AMR). Ces accélerations de la sismicité ont été observées dans différentes études, mais il n?y a pas de consensus sur leur explication physique. Dans le récent Modèle d?Accumulation des Contraintes ou "Stress Accumulation model" (SAM), il est proposé que l'AMR est dû à de faibles relâchements de contraintes lorsque la région devient suffisamment chargée pour que le séisme principal puisse avoir lieu. Le SAM prédit une distribution spatiale particulière de l'AMR. Puisque l'AMR résulte du chargement tectonique sur la faille principale, l'activité sismique doit se concentrer dans les lobes positifs du champ de pré-contraintes du séisme principal. Cela est observé dans le catalogue de sismicité Californien. La loi de puissance de l'AMR est souvent considérée comme une conséquence de processus critiques. Cependant, une nouvelle formulation mathématique est obtenue sans aucun processus critique. Dans cette vue (suivant le SAM), la formation de l'AMR est une conséquence de la diminution de la taille de l?ombre de contrainte ou "stress shadow" due à la dernière rupture importante sur la faille. Une équation en loi de puissance peut être exprimée en fonction du taux de chargement sur la faille qui va rompre. L?exposant de la puissance est défini comme M = D/3, le paramètre D étant relié à la forme géométrique des lobes de contraintes et à la distribution des failles actives. Le SAM suggère que l'AMR peut aider à identifier le moment quand un segment de faille est proche de la rupture, sans connaissance préalable des intervalles de récurrence. Cette approche a été appliquée à la zone de subduction de Sumatra-Java en tant que nouvelle méthode de prédiction. Des nouvelles statistiques ont été réalisées sur la sismicité régionale pour améliorer la quantification de l'AMR. Abstract: A progressive increase of seismic activity over a wide region around a future earthquake epicenter is termed accelerating moment release (AMR). This has been observed in several studies, although there is no consensus about the physical origin of the effect. In the recent Stress Accumulation model (SAM), AMR is thought to result from loading during the earthquake cycle. In this view, AMR is due to minor stress release as the whole region becomes sufficiently stressed for the mainshock to occur. The SAM makes predictions about the spatial distribution of AMR. Because AMR results from loading on the main fault, the precursory activity should be concentrated in the positive lobes of the pre-stress field of the mainshock. This is clearly observed in California seismicity. The power-law behaviour of AMR is often thought to be a consequence of critical processes. However, a new mathematical formulation is obtained based on stress transfer without criticality. In this view (following the SAM), AMR is due to the decrease of the size of a stress shadow. A power-law time-to-failure equation can be expressed as a function of the loading rate on the fault that is going to rupture and the m-value (power exponent) defined as m=D/3 with D a parameter that takes into account the geometrical shape of the stress lobes and the distribution of active faults. The SAM suggests that AMR can help to identify when a stretch of fault is approaching failure without any knowledge of the recurrence time. This has been applied to the Sumatra-Java subduction zone as a new forecasting method and new statistics have been added to improve the quantification of AMR.