Transferts de masse associés au séismes de Maule au Chili (Mw 8.8, 2010) par la mission GRACE

Les zones de subduction sont des lieux d’activité sismique intense, sièges des ruptures de plus forte magnitude. Les déformations des plaques y sont suivies avec précision par les observations géodésiques et sismologiques ; toutefois, les mouvements asismiques en profondeur ne génèrent pas beaucoup de déformations en surface et le domaine océanique reste peu couvert par les réseaux de mesure. Une large partie du système de subduction échappe donc à ces observations. Les données de gravimétrie spatiale temporelle, quant à elles, sont sensibles aux transferts de masses associés à des déformations sur toutes les profondeurs et pourraient ainsi compléter le spectre des observations disponibles pour caractériser les processus de déformation profonds au cours du cycle sismique. Nous débutons cette de thèse par un état de l’art sur les connaissances actuelles au sujet du cycle sismique en zone de subduction puis introduisons la mission de gravimétrie satellitaire GRACE. Nous abordons ensuite le problème de la séparation des sources d’anomalies dans les séries temporelles de géoïdes de GRACE et présentons la méthode que nous utilisons pour y répondre : les gradients de gravité analysés à différentes échelles spatiales. À l’aide des gradients de gravité issus de quatre séries différentes de géoïdes GRACE, nous analysons les variations spatio-temporelles du champ de gravité terrestre de 2003 à 2014 dans une vaste région autour de la zone de rupture du séisme de Mw 8.8 à Maule (Chili, 2010). Notre analyse révèle un signal anormal au nord-est de la zone épicentrale dans les gradients de gravité, dont l’amplitude augmente progressivement au cours des mois précédant le séisme. Nous montrons que cette variation des gradients de gravité ne peut pas être expliquée par une redistribution de masse d’eau ou des artefacts, mais pourrait être expliquée par un étirement de la plaque plongeante Nazca à environ 150 km de profondeur le long de la direction de subduction. La migration du signal gravitationnel latéralement et des profondeurs vers la surface, suggère que le séisme de Mw 8.8 pourrait trouver son origine dans une propagation vers la surface de cette déformation profonde. Nous analysons ensuite les variations de gravité après le séisme de Maule. Notre analyse met en évidence une anomalie composite, cohérente dans les gradients de gravité issus des quatre solutions GRACE étudiées, et comprenant : 1. Un signal associé à une augmentation de masse progressive le long de la fosse océanique dans les 16 mois suivant le séisme ; 2. Entre 16 et 48 mois après le séisme, les gradients de gravité montrent une structure dipolaire de part et d’autre de l’épicentre du séisme. Ces signaux ne peuvent être expliqués par une redistribution de masse d’eau et nous discutons leur origine interne possible. Nos résultats soulignent l’importance des séries temporelles d’observations satellitaires du champ gravitationnel terrestre, pour détecter et caractériser les redistributions de masse en profondeur des principales frontières de plaques sur des échelles de temps mensuelles à pluriannuelle, et fournir ainsi de nouvelles informations sur les processus dynamiques dans le système de subduction, à l’œuvre au cours du cycle sismique.