Towards a dynamic view of slip along faults

To improve our knowledge on the behavior of faults, and thus perhaps one day predict large earthquakes, it is necessary to study all the phenomena that take place on them. In this thesis, we focus on aseismic slip, which is much more frequent than great earthquakes, and contributes to an important part of the slip budget along faults. The first objective of this thesis was to better document the dynamics of aseismic slip over time and to identify its possible interactions with seismicity. The second objective was to measure the extent and frequency of small slow slip events, which are still little studied today. With a new method of spatio-temporal modelling of GNSS data, we first studied the afterslip of the Mw 8.3 Illapel earthquake that occurred in 2015 along the Chilean subduction and then studied a sequence mixing intermediate-sized earthquakes and aseismic slip, that occurred in 2020 in the Atacama region of Chile. For the Illapel earthquake, we show that the afterslip develops at the periphery of the rupture zone. However, part of the aseismic slip occurs in the region ruptured by the earthquake, an observation that challenges the classical models proposed to describe the frictional properties of faults. We also show that afterslip is highly dynamic, with several modulations through time. As it develops along the fault, it is capable of driving asperities to rupture, through aftershocks of magnitude 6.8-6.9. For the first time, we also show that afterslip and a slow slip event can occur simultaneously and at the same location. These results highlight a spatial and temporal organization of seismic and aseismic slip in regions with heterogeneous interseismic coupling. The study of the Atacama sequence illustrates a process where seismic and aseismic slip interact over time, explaining the rupture of aftershocks of magnitudes close to that of the mainshock during the first day. The ensuing aseismic slip is anomalously high. It also suggests a reactivation of the slip in an area where a slow slip event occurred in 2014. Finally, I present a semi-automatic detection tool for small slow slip events, which we have applied to the Ecuadorian subduction. Preliminary results suggest that small slow slip events may be much more frequent than what is documented today, emphasizing the interest of accurately documenting them, to correct the slip deficit which are established only from interseismic models, in order to better assess the seismic hazard. ------------------------------------------------------ Vers une vision dynamique du glissement sur les failles Pour mieux comprendre le comportement des failles, et donc peut-être un jour prévoir les grands séismes, il est nécessaire d’étudier tous les phénomènes qui s’y déroulent. Dans cette thèse, nous nous intéressons aux glissements asismiques, bien plus fréquents que les grands séismes, et qui contribuent à une partie importante du budget de glissement le long des failles. Le premier objectif de cette thèse était de mieux documenter la dynamique des glissements asismiques au cours du temps et d’identifier ses possibles interactions avec la sismicité. Le second objectif était de mesurer l’étendue et la fréquence des petits séismes lents, encore peu étudiés aujourd’hui. Avec une nouvelle méthode de modélisation spatio-temporelle des données GNSS, nous nous sommes intéressés au glissement post-sismique du grand séisme d’Illapel (Mw 8.3) qui a eu lieu en 2015 le long de la subduction Chilienne, puis à une séquence mixant des séismes de taille intermédiaire et des glissements asismiques, qui a eu lieu en 2020 dans la région d’Atacama au Chili. Pour le séisme d’Illapel, nous montrons que le glissement post-sismique se développe à la périphérie de la zone de rupture. Cependant, une partie du glissement asismique a lieu dans la région rompue par le séisme, une observation qui remet en question les modèles classiques proposés pour décrire les propriétés frictionnelles des failles. Nous montrons également que le glissement post-sismique est très dynamique, avec plusieurs modulations dans le temps. En se développant le long de la faille, il est capable de conduire des aspérités à la rupture, à travers des répliques de magnitude 6.8-6.9. Pour la première fois, nous montrons aussi que le glissement post-sismique et un séisme lent peuvent avoir lieu simultanément et au même endroit. Ces résultats mettent en lumière une organisation spatiale et temporelle des glissements sismique et asismique dans les régions où le couplage inter-sismique est hétérogène. L’étude de la séquence d’Atacama illustre un processus où glissements sismique et asismique interagissent au cours du temps, expliquant la rupture de répliques de magnitudes proches de celle du choc principal pendant la première journée. Le glissement asismique qui s’ensuit est anormalement élevé. Il suggère aussi une réactivation du glissement dans une zone où un séisme lent a eu lieu en 2014. Enfin, je présente un outil de détection semi-automatique de petits séismes lents, que nous avons appliquons à la subduction Équatorienne. Des résultats préliminaires suggèrent que les petits séismes lents peuvent être bien plus fréquents que ce qui est documenté aujourd’hui, démontrant l’importance de les étudier pour corriger les déficits de glissements qui sont établis uniquement à partir des modèles inter-sismiques, afin de mieux évaluer l’aléa sismique.