Propriétés génériques du processus sismique dérivées de l’analyse systématique des fonctions source

Résumé : Depuis les années 1980, le développement des réseaux sismologiques mondiaux a permis l’émergence de méthodes systématiques d’analyse de la sismicité mondiale modérée à forte (Mw > 5.5). Dans cet esprit, la nouvelle méthode SCARDEC (Vallée, 2011) permet d’extraire la fonction source (qui est la fonction de taux de moment sismique), le mécanisme au foyer, la profondeur moyenne, et le moment sismique de plus de 3000 séismes depuis 1992. Grâce à l’approche déconvolutive employée, les fonctions source incluent toute la complexité présente dans les données. En particulier, les fonctions source obtenues à chaque station peuvent différer l'une de l'autre sous l'effet des variations spatio-temporelles de la rupture sismique, et sont donc relatives. Moyennées, elles constituent une bonne approximation de la fonction source absolue. Cette base de données nous offre une nouvelle opportunité pour explorer les propriétés génériques des séismes en extrayant l’information portée par les fonctions source. Dans un premier temps, les propriétés des fonctions source moyennes nous ont permis de mettre en évidence le caractère peu impulsif des séismes d’interface de subduction dans le sens d’une faible chute de contrainte et/ou faible vitesse de rupture. Les différentes zones de subduction sont marquées par des différences dans les propriétés de leurs séismes : une corrélation entre couplage de l’interface et impulsivité des séismes a pu être observée, lorsque le degré de couplage était connu. Dans un second temps, nous avons mis au point une méthode d’inversion de la vitesse de rupture et de la direction de propagation de la rupture à partir de l’analyse des fonctions source relatives. Cette méthode automatique est appliquée avec succès sur un ensemble de 96 séismes de profondeur z5.5). Following this approach, the SCARDEC method (Vallée, 2011) is able to extract the source time function (which is the moment rate function), seismic moment, average depth, and focal mechanism of more than 3000 earthquakes since 1992. Thanks to a deconvolutive approach, the source time functions include the whole complexity available in the data. In particular, source time functions obtained at different stations slightly differ from the absolute function under the effect of the rupture spatio-temporal complexity, and are thus apparent. Averaged, they constitute a good approximation of the absolute source time function. This database offers us a new opportunity to explore the generic properties of earthquakes, by extracting the information carried by the source time functions. In a first step, using average source time functions properties, we have highlighted the low impulsive character of subduction interface earthquakes, meaning that they have a low stress drop and/or a low rupture velocity. The different subduction zones are characterized by differences in their earthquakes properties : a correlation between interface coupling and earthquakes impulsivity has been observed, when coupling information was available. In a second step, we have developed an inversion method of rupture velocity and rupture propagation direction from the analysis of apparent source time functions. This method, automated, is successfully applied on 96 earthquakes with depth z<100 km. The subsequent analysis of this catalog enabled us to identify a dominant up-dip propagation of subduction earthquakes. 20% of the earthquakes, with different mechanisms, are associated with fast velocities, indicating a possible “supershear” phase (i.e. faster than S waves) during the rupture. Finally, the joint estimation of rupture velocity and source duration, together with the information on seismic moment, allow us to estimate the earthquake stress drop. From our catalog, we observe an anticorrelation between rupture velocity and stress drop. From the point of view of seismic hazard assessment, taking into account this anticorrelation would decrease the predicted ground motion variability, and bring it closer to the observed variability.