[:fr]Subduction Nazca et mesures GPS[:es]Subducción de la placa de Nazca y mediciones de GPS[:]

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Christophe Vigny est un habitué du Chili, où il a réalisé plus de trente missions au cours des quinze dernières années, principalement des campagnes de mesures GPS. Il nous explique l’objectif de ces campagnes :

« Ces mesures permettent de quantifier la déformation de la croûte terrestre tout au long de la subduction (le contact entre les deux grandes plaques tectoniques qui convergent l’une vers l’autre à 7 cm/an) qui court tout le long des côtes chiliennes. Parce que le contact entre les plaques est « rugueux », la plaque océanique (Nazca) ne glisse pas librement et continument sous la plaque continentale (Amérique du Sud). Tout au contraire, la plaque continentale, moins rigide, se déforme sous l’effet de la compression et accumule cette déformation. Lorsque trop de déformation a été accumulée, le contact entre les plaques glisse brusquement : c’est le séisme qui libère en quelques secondes ce qui a été lentement accumulé pendant des années, voir des siècles. La mesure précise de cette déformation est effectuée par des récepteurs GPS déployés régulièrement (1 à 3 fois par an) sur un réseau de marqueurs géodésiques (plusieurs centaines) disposés régulièrement tout au long du Chili, de Concepción au Sud (~37°S) à Arica au Nord (18°S). En résumé, ces mesures permettent de cartographier l’accumulation de déformation. On voit apparaitre un « patchwork » de zones où la déformation s’accumule (la faille est bien bloquée), séparée par des bandes où elle ne s’accumule pas (cette portion de faille glisse). Les zones où de la déformation s’accumule au cours des années (blocage de la faille) sont à surveiller attentivement car des séismes s’y produiront. Nous avons également installé des stations GPS continues qui mesurent en permanence 24h/24 et 365 jours/an, de manière à capturer la déformation pendant, avant et après un séisme.»

“ Cette coopération a donné lieu en 2007 à la création d’un laboratoire international associé entre le CNRS et l’Université du Chili: le LIA Montessus de Ballore. ”


Projet Etude de la Subduction Chilienne

Ces campagnes de mesures s’inscrivent dans un projet plus large intitulé « Projet Etude de la Subduction Chilienne » qui étudie le processus du cycle sismique au long de la subduction Chilienne. Ce chantier réunit plusieurs laboratoires de recherche en Sciences de la Terre en France et au Chili : Géologie ENS, sismologie et tectonique IPGP, Départements de Géophysique (DGF) et Géologie (DG) de l’Université du Chili à Santiago (U-Chile). Il s’appuie sur des financements récurrents des laboratoires participants et des financements sur projets (ANR en France, FONDECYT au Chili). Cette coopération a donné lieu en 2007 à la création d’un laboratoire international associé entre le CNRS et l’Université du Chili: le LIA «Montessus de Ballore».

A cause de la convergence très rapide (7 cm/an) de la plaque Nazca qui subducte sous la plaque Amérique, le Chili est une zone d’activité sismique intense. Un séisme majeur (Mw > 8) a lieu tous les dix ans en moyenne le long de la côte chilienne et la plupart des segments de faille dans la région ont produit un séisme de magnitude 8 lors du 20ème siècle. Le long de la côte chilienne l’interface de subduction est fragmentée en zones élémentaires de l’ordre de 100 à 400 km de long et de 50 à 100 km de large, susceptibles de produire des grands séismes lors de la relaxation des contraintes accumulées. La plupart des séismes majeurs correspondent à des glissements «en faille inverse» sur l’interface de subduction dans la zone qui est habituellement bloquée lors de la période inter-sismique.

Le projet étudie en temps légèrement différé (le temps de récolter les données puis de les traiter) la déformation qui précède les séismes de manière à vérifier si ceux-ci se produisent bien dans les zones et avec les caractéristiques attendues. La déformation postérieure au séisme est également analysée afin de déterminer le temps nécessaire pour revenir à la situation d’avant le séisme (si jamais on y revient entièrement), ce qui donne des informations fondamentales sur les propriétés physiques des roches. Enfin, en suivant la déformation en continu avec des stations GPS permanentes on capture parfois l’instant précis de la rupture sismique, ce qui permet d’étudier la rupture et de chercher d’éventuels signaux précurseurs. Toutes ces donées sont ensuite intégrées avec les données sismologiques des modèles complets des séismes de subduction. Les études menées au cours de ces 15 dernières années ont permis de valider un certain nombre d’hypothèses.
En premier lieu, le « patchwork » de couplage semble bien correspondre à la sismicité : les grands séismes (Maule 2010, Iquique 2014, Illapel 2015) se produisent dans les grandes zones fortement couplées et les ruptures s’arrêtent quand elles « butent » sur les zones de faible couplage où il n’y a pas de déformation accumulée.En second lieu, les essaims de sismicité modérée semblent se produire au bord des zones de faible couplage, dans des zones de couplage intermédiaire où la friction est complexe et la situation intermédiaire entre glissement libre et blocage de la faille.



Aujourd’hui, 4 segments (longues zones d’accumulation bordées de zones étroites de non-accumulation) ont été identifiés au Chili central. Du Sud au Nord, le segment de Maule sur 400 km, le segment métropolitain (ou de Valparaiso) sur 100-200 km, le segment d’Illapel sur 200 km et le segment d’Atacama sur 300 km. Dans le grand Nord du Chili, ce que l’on pensait être un grand segment de 500 km de long (le gap d’Arica, entre Antofagasta et Arica) semble être fragmenté en plusieurs segments plus petits, avec en particulier une zone complexe en face de la ville d’Iquique. Sur chacun de ces segments, la situation est assez différente : des 4 segments du centre Chili, deux ont rompu récemment : Maule en 2010 avec un séisme de Magnitude 8.8 et Illapel en 2015 avec un séisme de magnitude 8.3. Restent le segment Métropolitain et le segment d’Atacama, qui eux aussi semblent à des stades différents de leur cycle. La situation d’Atacama est assez claire : le dernier grand séisme s’est produit en 1922, l’accumulation y est importante et la sismicité de fond plutôt faible. C’est un cas typique de « lacune ou gap sismique ». Une rupture importante prochaine semble probable. Le segment Métropolitain, lui a rompu en 1906 mais aussi et au moins partiellement en 1985. De plus, parce qu’il est voisin du segment rompu en 2010 il est également affecté par la déformation post-sismique (la relaxation qui prend un certain temps après un grand séisme de subduction avant que les choses ne redeviennent comme avant) qui s’y produit. De ce fait l’accumulation de déformation y est perturbée. La très récente crise sismique de Valparaiso (Avril-Mai 2017) semble s’inscrire dans ce contexte compliqué. Tout au nord du chili, on attend la répétition du très grand séisme de 1877, sans qu’il soit connu si ce séisme correspondait à la rupture simultanée des divers segments observables aujourd’hui ou seulement d’un seul d’entre eux, mais avec un glissement exceptionnellement important (comme lors du séisme du Japon de 2011 par exemple). Entre les deux, la région d’Antofagasta reste assez mal connue parce que difficile d’accès.
La «surveillance» de toutes ces lacunes permet de comprendre les processus mécaniques qui se produisent lors de la maturation et de l’initiation des grands tremblements de terre de subduction. Le but étant d’étudier les processus sismiques et asismiques durant le cycle sismique. Pour ce faire, l’équipe du projet a instrumenté ces lacunes avec des GPS permanent, des stations sismologiques large-bande et un inclinomètre longue-base. Aujourd’hui, une bonne part des instruments déployés est maintenue par le Centre Sismologique National (CSN) localisé à l’Université du Chili.

“ La surveillance de toutes ces lacunes permet de comprendre les processus mécaniques qui se produisent lors de la maturation et de l’initiation des grands tremblements de terre de subduction. ”

 

 

Pour en savoir (un peu) plus sur le GPS : « GPS : COMMENT ET POUR QUOI FAIRE ? » : goo.gl/Dz6AuH

Pour en savoir (un peu) plus sur la tectonique des plaques : goo.gl/4CriJ1

→ Contact:

Christophe Vigny : vigny@geologie.ens.fr

 

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Christophe Vigny es habitué de Chile, donde ha llevado a cabo más de treinta misiones en los últimos quince años, principalmente campañas de medición de GPS. Aquí cuenta el objetivo de estas campañas:

“Estas mediciones permiten cuantificar la deformación de la corteza terrestre como producto de la subducción (el contacto entre las dos grandes placas tectónicas que convergen a una velocidad de 7 centímetros por año) que se extiende a lo largo de la costa chilena. Debido a que el contacto entre las placas es ‘áspero’, la placa oceánica (Nazca) no se desliza de forma libre y continua bajo la placa continental (Sudamericana). Por el contrario, la placa continental, que es menos densa, se deforma bajo el efecto de la compresión y acumula esta deformación. Cuando se ha acumulado demasiada deformación, las placas se deslizan abruptamente: es el terremoto que libera en pocos segundos lo que se ha acumulado lentamente durante años, incluso siglos. La medición precisa de esta deformación se lleva a cabo mediante receptores GPS desplegados regularmente (1 a 3 veces al año) en una red de marcadores geodésicos (varios cientos) dispuestos regularmente a lo largo de Chile, desde Concepción, en el sur (~37°S) hasta Arica, en el norte (18°S). En síntesis, estas mediciones permiten trazar un mapa de la acumulación de deformaciones. Un ‘mosaico’ de zonas donde se acumula la deformación (donde la falla está bloqueada), separadas por bandas donde no se acumula (donde la falla se desliza). Las zonas donde se acumulan las deformaciones a lo largo de los años (fallas bloqueadas) deben ser vigiladas cuidadosamente porque allí ocurrirán los terremotos. También hemos instalado estaciones de GPS que miden continuamente las 24 horas del día, los 365 días al año, con el fin de capturar la deformación durante, antes y después de un terremoto.”

“ EN 2007 ESTA COOPERACIÓN CONDUJO A LA CREACIÓN DE UN LABORATORIO INTERNACIONAL ASOCIADO ENTRE EL CNRS Y LA UNIVERSIDAD DE CHILE: EL LIA MONTESSUS DE BALLORE. ”

 

Proyecto de estudio de la zona de subducción chilena

Estas campañas de medición forman parte de un proyecto más amplio titulado “Proyecto de estudio de la zona de subducción chilena” que analiza el proceso del ciclo sísmico a lo largo de la zona de subducción. El proyecto reúne a varios laboratorios de investigación de Ciencias de la Tierra en Francia y Chile: Geología ENS, Sismología y Tectónica IPGP, Geofísica (DGF) y Departamentos de Geología (DG) de la Universidad de Chile en Santiago (U-Chile). En cuanto al financiamiento, depende de los laboratorios participantes y de la financiación de proyectos (ANR en Francia, FONDECYT en Chile). En 2007, esta cooperación condujo a la creación de un laboratorio internacional asociado entre el CNRS y la Universidad de Chile: el LIA “Montessus de Ballore”.

Debido a la muy rápida convergencia (7 cm/año) de la placa Nazca que se subduce bajo la placa Sudamericana, Chile es un área de intensa actividad sísmica. Un gran terremoto (Mw > 8) ocurre cada diez años en promedio a lo largo de la costa chilena y la mayoría de los segmentos de fallas en la región produjeron un terremoto de magnitud 8 durante el siglo XX. A lo largo de la costa chilena la interfaz de subducción está fragmentada en zonas elementales de 100 a 400 km de largo y 50 a 100 km de ancho, susceptibles de producir grandes terremotos durante la distensión de las tensiones acumuladas. La mayoría de los grandes terremotos corresponden a deslizamientos de tierra de “falla inversa” en la interfaz de subducción en la zona que suele estar bloqueada durante el período intersísmico.

El proyecto estudia de forma ligeramente diferida (i.e., el tiempo necesario para recabar los datos y luego procesarlos) la deformación que precede a los terremotos para comprobar si los terremotos se producen en esas zonas y con las características esperadas. También se analiza la deformación posterior al terremoto para determinar el tiempo necesario para volver a la situación pre-sísmica (si es que alguna vez se puede volver por completo), lo que brinda información fundamental sobre las propiedades físicas de las rocas. Por último, a través del seguimiento continuo de la deformación mediante estaciones permanentes de GPS, se logra captar, a veces, el momento preciso de la ruptura sísmica, lo que permite estudiar la ruptura y buscar posibles señales de advertencia. Todos estos datos se integran luego con los datos sismológicos de los modelos sísmicos de subducción completos. Los estudios realizados en los últimos quince años han validado varias hipótesis.

En primer lugar, el mosaico de las placas parece corresponderse con la sismicidad: los grandes terremotos (Maule 2010, Iquique 2014, Illapel 2015) se producen en zonas grandes y fuertemente acopladas y las rupturas se detienen cuando “se detienen” en zonas de acoplamiento débil donde no hay deformación acumulada. En segundo lugar, los enjambres de moderada sismicidad parecen producirse en el borde de las zonas de acoplamiento débil, en zonas de acoplamiento intermedio donde la fricción es compleja y la situación es intermedia entre el deslizamiento libre y el bloqueo de la falla.

 


Hasta el momento se han identificado 4 segmentos (zonas de acumulación larga delimitadas por zonas estrechas de no acumulación) en el centro de Chile. De sur a norte, el segmento del Maule de más de 400 km, el segmento metropolitano (o de Valparaíso) de más de 100-200 km, el segmento de Illapel de más de 200 km y el segmento de Atacama de más de 300 km. En el extremo norte de Chile, lo que se consideraba un gran segmento de 500 km de longitud (la brecha de Arica, entre Antofagasta y Arica) parece estar fragmentado en varios segmentos más pequeños, con una zona particularmente compleja frente a la ciudad de Iquique. En cada uno de estos segmentos, la situación es diferente: de los 4 segmentos en el centro de Chile, dos se han roto recientemente: Maule en 2010 con un terremoto de magnitud 8,8 e Illapel en 2015 con un terremoto de magnitud 8,3. El segmento metropolitano y el de Atacama también parecen estar en diferentes etapas de su ciclo. La situación en Atacama es bastante clara: el último gran terremoto ocurrió en 1922, con una gran acumulación y baja sismicidad de fondo. Este es un caso típico de “brecha sísmica”. Parece probable que se produzca una ruptura importante en un futuro próximo. El segmento Metropolitano se rompió en 1906 pero también, y al menos parcialmente, en 1985. Además, debido a que está cerca del segmento que se rompió en 2010, también se ve afectado por la deformación post-sísmica que allí ocurre (la relajación que sucede después de un gran terremoto de subducción y antes de que las cosas vuelvan a la normalidad). Como resultado, se interrumpe la acumulación de deformación. La muy reciente crisis sísmica de Valparaíso (abril-mayo de 2017) parece formar parte de este contexto complejo. En el norte de Chile, se espera la repetición del grandísimo terremoto de 1877, sin que se sepa si este terremoto correspondió a la ruptura simultánea de los diversos segmentos observables hoy en día o sólo a uno de ellos, pero con un desplazamiento excepcionalmente grande (como en el terremoto de Japón de 2011, por ejemplo). Entre ambas, la región de Antofagasta sigue siendo bastante poco explorada porque es de difícil acceso.

La “vigilancia” de todas estas lagunas permite comprender los procesos mecánicos que se producen durante la maduración y el inicio de los grandes terremotos de subducción. El objetivo es estudiar los procesos sísmicos y asísmicos durante el ciclo sísmico. Para ello, el equipo del proyecto ha instrumentado estas lagunas con GPS permanente, estaciones sismológicas de banda ancha y un inclinómetro de base larga. Actualmente, gran parte de la instrumentación desplegada es mantenida por el Centro Sismológico Nacional (CSN) ubicado en la Universidad de Chile.

“ LA VIGILANCIA DE TODAS ESTAS LAGUNAS PERMITE COMPRENDER LOS PROCESOS MECÁNICOS QUE SE PRODUCEN DURANTE LA MADURACIÓN Y EL INICIO DE LOS GRANDES TERREMOTOS DE SUBDUCCIÓN. ”

Para conocer (un poco) más sobre el GPS: “GPS: ¿CÓMO Y QUÉ HACER?”: goo.gl/Dz6AuH

Para conocer (un poco) más sobre la tectónica de placas: goo.gl/4CriJ1

→ Contact: Christophe Vigny : vigny@geologie.ens.fr[:]

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