Structure et Dynamique de la subduction centrale du Vanuatu

French: "La subduction du Vanuatu s’étend sur 1 400 km de long et se situe au sud-est de l’océan Pacifique. Elle fait partie intégrante de la ceinture de feu et est l’une des subductions les plus actives sismiquement et volcaniquement au monde. L’arc vanuatais délimite la frontière entre la plaque australienne qui subduit sous la micro-plaque Nord-Fijienne avec un taux de convergence variant de 170 mm/an au nord à 130 mm/an au sud. Ce rapide taux de convergence diminue fortement à 35 mm/an au niveau du segment central. Ce ralentissement est attribué à la subduction de la zone de fracture d’Entrecasteaux. Cette subduction/collision est accompagnée par une segmentation de la zone avant-arc et par une élévation des îles proches de la fosse pouvant atteindre 6 mm/an. Cette thèse s’inscrit dans la continuité des travaux du programme Arc-Vanuatu (2008-2009), mobilisant 20 stations sismiques à terre et 10 en mer qui ont enregistré plus de 40 000 séismes. Le but de cette thèse fut de comprendre la déformation générée dans la zone d’avant-arc du segment central du Vanuatu par son interaction avec les reliefs sousmarins. Afin de répondre à cette question, les premiers modèles de vitesse 3-D P et S ont été générés via le calcul d’une tomographie passive locale. Ces modèles ont pu être réutilisés afin de localiser un total de 11 703 séismes dans le segment central. Ce catalogue sismique a été complété par les données post-programme Arc-Vanuatu (2009-2014) dont 58 303 séismes ont été localisés à partir de 5 stations sismiques. Une analyse préliminaire de la distribution spatio-temporelle de la sismicité a été effectuée. Enfin, un début d’étude de fonctions de transfert, la première dans la zone, est toujours en cours de travaux. L’inversion tomographique a mis en évidence une grande hétérogénéité des vitesses P et S dans les premiers 40 km sous la surface [Foix et al., submitted to JGR] : 1) un alignement parallèle à la fosse d’anomalies à faible vitesse P et S est observé à l’ouest des îles composant la zone d’avant-arc. Ces faibles vitesses sont directement corrélées aux reliefs présents sur le plancher océanique, qui induisent des fracturations et des infiltrations de fluides. 2) un alignement d’anomalies à forte vitesse, directement à l’est de la précédente, entre 5 et 15 km de profondeur. Cette structure, dont la nature est discutée, pourrait jouer le rôle de butée rigide. 3) une croûte de la plaque supérieure épaisse de 29 ± 3 km, compatible avec la présence de vestiges continentaux. 4) un alignement de la sismicité le long de l’interface de plaques sur un plan de 15° en moyenne, dans la zone ne faisant pas face aux reliefs sous-marins. L’étude par fonction de transfert du segment central du Vanuatu est actuellement en cours. Les données semblent difficiles à exploiter. En effet, le bruit lié à l’océan et la complexité de la zone - collision à la fosse et fort pendage du panneau plongeant - renvoient un signal dur à analyser. Enfin, l’analyse des données enregistrées entre 2009-2014 met en évidence une dynamique sismique qui diffère des données 2008-2009 et éclaire des zones que nous avions auparavant cru asismiques.." English: "The 1,400 km long Vanuatu subduction zone is located in the southeast Pacific Ocean. It is part of the "Ring of Fire" and one of the most seismically and volcanically active subduction zones in the world. The Vanuatu arc delineates the boundary between the Australian plate and the North-Fijian microplate. The former subducts beneath the latter with a convergence rate ranging from 170 mm/yr in the north to 130 mm/yr in the south. This rapid convergence rate is abruptly decreases to 35 mm/yr, at the central segment. This slowing is attributed to the subduction/collision of the d’Entrecasteaux fracture zone. The slowing is accompanied by segmentation of the forearc and uplift of the islands close to the trench by up to 6 mm/year. The purpose of this thesis is to understand the deformation generated in the forearc of the Vanuatu central segment due to the interaction of the trench with the seafloor reliefs. We use seismological data from the ARC-VANUATU program (2008-2009), which included a temporary (10 month) network of 30 seismic stations (20 on land and 10 at sea). The network recorded more than 40,000 earthquakes. We calculated the first 3-D P and S velocity models of the region, using local passive tomography. We then used these models to locate 11,703 earthquakes beneath the network during the ARCVANUATU experiment, and 58,303 further earthquakes using a 5-station network left in place after the experiment (from 2009-2014). The 2009-2014 indicates a change in the seismic dynamic from the 2008-2009 data and illuminates areas not seen in the ARC-VANUATU catalog. The tomographic inversion highlighted a strong P and S waves heterogeneity in the first 40 km below the surface [Foix et al., submitted to JGR]: 1) a trench-parallel alignment of low-velocity anomalies is observed west of the large forearc islands (Santo and Malekula) and directly correlated with subducted reliefs ; 2) a trench-parallel alignment of high-velocity anomalies further to the east and between 5 and 15 km deep, which could play the role of a backstop ; 3) a relatively thick upper plate crust (29 ± 3 km), compatible with recent indications of a continental origin. 4) a seismogenic zone with an average 15° dip, observed by aligned seismicity in the area not facing seafloor reliefs. A receiver function study of the central Vanuatu subduction is currently underway. The data is very complex, probably related to both the complexity of the area and noise from the ocean-island setting, and may be difficult to interpret."