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Sismologie expérimentale : Initiation et dynamique des ruptures sismiques sur des failles complexes

13 décembre 2022 @ 10h00 13h00

Soutenance de thèse de Alisson GOUNON (Salle Lyot, OMP)

Résumé de la thèse

Les séismes sont des phénomènes naturels imprévisibles et parfois destructeurs. Depuis le XVIIIème siècle, un effort majeur a été réalisé afin de comprendre comment ils fonctionnent, comment ils s’initient et sous quelles conditions. Au fil des siècles, notre compréhension de ces phénomènes s’est étoffée, mais ils restent impossibles à prédire. La compréhension de l’initiation d’un séisme est toujours un enjeu majeur de la sismologie moderne. Une des approches possibles pour avancer sur cette compréhension est la réalisation d’expériences en laboratoire. Plusieurs études expérimentales sur la rupture ont ainsi mis en évidence que cette dernière est composée de deux phases, une phase de nucléation précédant une phase de propagation. L’existence de cette phase de nucléation juste avant le séisme reste cependant incertaine dans la réalité malgré quelques indices géophysiques. Les modèles numériques et expérimentaux généralement utilisés simplifient ce phénomène naturel, en travaillant avec des interfaces homogènes. C’est pourquoi j’ai étudié l’effet des hétérogénéités de friction sur la dynamique de la rupture sismique.

Pour cela, j’ai utilisé deux dispositifs expérimentaux permettant d’observer l’évolution de la rupture sismique grâce à la méthode de photoélasticité. Grâce au premier dispositif, j’ai comparé le comportement de la rupture se propageant sur des interfaces homogènes avec des rugosités différentes, à celui de la rupture sur une interface hétérogène. Le second dispositif, quant à lui, m’a permis d’observer la rupture sur un autre matériau et d’utiliser différentes configurations et types d’hétérogénéités. Avec ces expériences, nous avons pu observer une phase de nucléation et une phase de propagation pour la plupart des évènements, avec néanmoins des variabilités entre les évènements et les différentes expériences. Nous avons mis en évidence que les hétérogénéités de friction ont une influence sur la vitesse de rupture en corrélant ces variations à la position des hétérogénéités. La rupture ralentit lorsqu’elle se propage dans des zones plus rugueuses avant d’accélérer brusquement et de ralentir à nouveau à la prochaine hétérogénéité.

Nous avons pu obtenir, via le premier dispositif, des valeurs effectives des paramètres de friction utilisés dans la loi de frottement considérée. Ces valeurs ont ainsi pu servir de paramètres d’entrée à des simulations numériques réalisées à l’aide de SEM2DPACK. Ainsi, nous avons réussi à retrouver certaines caractéristiques observées expérimentalement. Les expériences et les simulations numériques permettent ainsi de mieux comprendre l’influence de certains paramètres dans la dynamique de la rupture.

Dans une deuxième partie, j’ai effectué une étude de la microsismicité locale en travaillant sur un cas d’étude dans les Pyrénées. En effet, durant l’année 2020, deux essaims sismiques sont apparus dans une zone à faible sismicité mais où historiquement d’importants séismes ont eu lieu. Nous avons mis en oeuvre sur ces essaims des méthodes de localisation et de détection qui seraient aussi adaptées à l’étude de précurseurs sismiques. Dans le cas étudié, nous avons mis en évidence que ces essaims se localisent sur une structure sismotectonique, activée probablement par de la diffusion de fluides.

L’ensemble des données acquises dans cette thèse a permis d’affiner le rôle des hétérogénéités sur la nucléation et la propagation de celle-ci. Les changements d’échelle des différentes analyses, de l’expérience millimétrique à l’expérience de terrain, permettent de mieux appréhender la complexité de la rupture sismique, de ses origines à ses conséquences. À terme, ces travaux et leurs suites permettront de mieux comprendre et d’estimer plus précisément les facteurs principaux qui interviennent dans la nucléation des séismes, et de mieux anticiper leurs occurrences et conséquences.

Composition du jury de thèse

Soumaya LATOUR Maîtresse de conférences Université Toulouse III – Paul Sabatier / IRAP Directeur de thèse
Stefan NIELSEN Professor Durham university Rapporteur
Michel CAMPILLO Professeur Université Grenoble Alpes / ISTerre Rapporteur
Jean LETORT Physicien adjoint Université Toulouse III – Paul Sabatier / IRAP CoDirecteur de thèse
Marie CALVET Physicienne Université Toulouse III – Paul Sabatier / IRAP Examinateur
Mathilde RADIGUET Physicienne adjointe Université Grenoble Alpes / ISTerre Examinateur

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