Projet ANR-13-BS06-0006 – BHUTANEPAL : Couplage sismique et mégaséismes le long de l’arc himalayen
Programme : Blanc - SIMI 6 - Système Terre, environnement, risques (Blanc SIMI 6)
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Monsieur Rodolphe CATTIN (Géosciences Montpellier)
Partenaires : Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives; ETH Zurich; Géosciences Montpellier; Institut de physique du globe
Montant : 390000.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 48 mois
Résumé : Couplage sismique et mégaséismes le long de l’arc himalayenComme l'ont tragiquement démontré les récents tremblements de terre au Népal, l'un des problèmes les plus délicats pour améliorer l'évaluation de l'aléa sismique consiste à mieux prévoir la taille / ampleur des futurs grands (M> 8) tremblements de terre. Cela nécessite d'explorer de nombreuses questions fondamentales, mais non résolues en sciences de la terre: Qu’est-ce qui contrôle l'occurrence des grands tremblements de terre ? Comment les zones tremblement de terre sont-elles rechargées?
Enjeux et objectifsPour estimer les variations latérales de couplage sismique le long de l'arc himalayen, notre projet est focalisé autour de deux grands axes: la géométrie des structures de la croûte terrestre et la distribution des contraintes associée aux cycles sismiques. Nous cherchons notamment à améliorer notre compréhension des processus suivants:Les variations temporelles de la dynamique des frontières de plaques convergentes- Pour caractériser la déformation actuelle le long de l'arc himalayen- Pour décrire la relation entre les déformations actuelles et HolocèneLes processus liés aux variations latérales dans les systèmes en chevauchement- Caractériser la variation latérale des structures- Estimer les déplacements actuels en surface le long de l'arc himalayen- Discuter de la robustesse d'une rupture de 700-800 km de long de l'est du Népal au Bhoutan- Discuter de l'effet du plateau de Shillong et de la syntaxe est himalayenne
Méthodes et approches utiliséesPour répondre à ces questions notre méthodologie englobe un large panel de techniques développées en géosciences et basées sur l'acquisition de données d'originales, le développement de méthodes innovantes dans le traitement des données et la création de nouveaux modèles numériques dédiés. Comparé aux zones de subduction le grand avantage d'étudier l'Himalaya est de pouvoir effectuer des mesures à proximité des structures sismiques, ce qui est un point clé dans l’amélioration de l'évaluation de l'aléa sismique dans les systèmes en chevauchement.Les deux principales originalités du projet sont (1) de quantifier la variation latérale de couplage sismique le long d'un système de failles en chevauchement en domaine continental et (2) l’utilisation conjointe d'approches complémentaires et innovantes que nous proposons de mener (combinaison de données gravimétriques au sol et satellitaires, sismologiques, géodésiques, morpho-tectoniques, paléo-sismologiques et la modélisation numérique) à la fois au Népal et au Bhoutan pour obtenir la première image 3D de l'Himalaya. En outre l'un des points forts du présent projet repose sur la caractérisation et l'intégration de la déformation de l'arc himalayen sur plusieurs échelles spatiales et temporelles.
Résumé de la soumission : Comme l’a encore tragiquement démontré le récent séisme de Tohoku au Japon, l’un des enjeux majeur pour améliorer l’estimation de l’aléa sismique est de mieux prédire la taille/magnitude des futurs grands séismes (M>8). Ceci nécessite d’explorer de nombreuses questions qui bien que fondamentales restent non résolues :Quels sont les processus qui contrôlent l’occurrence et l’extension latérale des grands tremblements de terre le long des failles sismogènes ? Comment expliquer que le déplacement sur les failles peut varier d’un glissement saccadé à un glissement continu et asismique ? Quels sont les mécanismes responsables de la transition entre ces deux comportements frictionnels ? Comment la contrainte le long des zones sismogènes est accumulée et libérée ? Existe-t-il des différences fondamentales de comportement entre les mégaseismes et les séismes de faible magnitude ? Si oui, lesquelles ?Pour répondre à ces questions, l’étude des subductions océaniques peut dans un premier temps apparaître comme pertinente, car la plupart des séismes majeurs ont lieu dans ces zones. Cependant, leur caractère sous-marin limite souvent la possibilité d’effectuer des mesures de déformations directes à moins de 100 km de la fosse. Malgré le développement ces dernières années d’une instrumentation de fond de mer, les mesures restent trop parcellaires pour permettre une étude détaillée de ces zones sismiques et de leur état de contrainte.C’est pourquoi, dans le cadre de ce projet, nous proposons d’étudier la chaîne himalayenne, qui comme les zones de subduction, est un système en chevauchement avec une extension latérale de plusieurs milliers de kilomètres, mais qui présente l’intérêt d’être accessible et donc de permettre un suivi détaillé sur plus de 2000 km des failles sismogènes. Plusieurs séismes historiques majeurs (M>8) sont déjà documentés et les nombreuses études effectuées au cours des trente dernières années ont permis des avancées significatives sur la compréhension de la dynamique orogénique de l’arc himalayen. Cependant, la plupart de ces études étant focalisées sur la région du Népal central, notre connaissance des variations latérales de l’arc himalayen reste limitée et la taille maximale des séismes passés ainsi que l’occurrence d’un mégaséisme de magnitude supérieure à 9 dans les prochaines décennies sont des questions qui demeurent totalement ouvertes.A partir des études précédentes, de nos travaux antérieurs et de l’acquisition de nouvelles données, nous proposons ici une quantification des variations EW du couplage sismique le long de l’arc himalayen basée sur une description détaillée du chargement local (convergence et taux de sismicité actuel, raccourcissement Holocène, séismes passés) et de la géométrie des structures crustales (failles majeures, profondeur du Moho, flexure de la plaque indienne) de l’ouest Népal au Bhoutan. L’approche proposée se veut pluridisciplinaire. Basée sur une démarche intégrative mettant en oeuvre des méthodes complémentaires en gravimétrie, sismologie, morphotectonique, paléosismologie et modélisation numérique elle permettra d’étudier la déformation de l’arc himalayen sur plusieurs échelles spatiales et temporelles.En regroupant des experts nationaux (Montpellier, Paris, Nancy, Chambéry-Grenoble) et internationaux (Suisse, USA, Népal, Bhoutan) ce projet contribuera au développement de méthodes nouvelles et innovantes dans le traitement des données InSAR, dans l’analyse des mesures gravimétriques GOCE, dans la localisation précise des hypocentres et dans la modélisation numérique.A terme, ce projet fournira la première cartographie 3D de l’état de contrainte de long d’un système de failles inverses. Ce qui représentera une étape cruciale dans l’amélioration de l’estimation de l’aléa sismique des zones où se produisent les séismes les plus importants au monde.
Résultats : . Mesures gravimétriques
Une campagne de gravimétrie absolue (FG5) a été réalisée au Bhoutan en mars 2015 permettant de définir les premières références pour ce pays. Une première approche permettant de travailler sur gradients GOCE a également été mise en œuvre. 
. Imagerie sismique
Le réseau sismologique temporaire du projet associé a fonctionné avec 38 stations de janvier 2013 en avril 2014, puis avec 13 stations jusqu’à décembre 2014. Les premières images se basent sur une analyse par station et montrent un approfondissement de l’interface croûte-manteau.
.  Mesures GPS
Une remesure et une extension du réseau GPS au Bhoutan a été faite en avril 2014. Une nouvelle campagne est programmée pour le printemps 2016 afin d’obtenir un champ de vitesse GPS sur l’ensemble du Bhoutan.
Suite au séisme de Gorkha du 25 avril 2015 au Népal, 14 nouveaux points GPS ont été installés et mesurés au cours d’une campagne post-sismique en juin 2015.
. Mesures InSAR
Plusieurs interférogrammes ont été obtenus suite au séisme de Gorkha
. Structure de l’essain de sismicité mi-crustal
Un réseau sismologique temporaire de 15 /17 stations a été déployé dans le grand Ouest Népal en novembre-décembre 2014.
. Déformation Holocène et paléosismologie
Depuis le début du projet, quatre missions de terrain ont été effectuées au Bhoutan: deux en paléosismologie au front, une en morpho-structural au centre de la chaîne et une pour quantifier l’érosion le long d’une coupe au travers de la chaîne à l’ouest du Bhoutan.
. Modélisation
Un stage de master sur la modélisation des transferts de contraintes a été effectué en 2015. Il suggère que la séquence des séismes de 2015 au Népal peut être interprétée en termes de variations de contrainte de Coulomb. Les résultats obtenus montrent également que le Bhoutan est caractérisé par un très fort déficit de glissement.
Perspectives : Dans les mois qui viennent, nos efforts vont notamment porter sur l’imagerie des structures crustales (fonction récepteur, localisation de la sismicité, intégration des données gravimétriques satellitaires), et sur les mesures de la déformation via une nouvelle campagne GPS et une approche plus long terme de l’accommodation de la convergence au Bhoutan.
Publications et brevets : Publications
Vernant, P., Bilham, R., Szeliga, W., Drukpa, D., Kalita, S., Bhattacharyya, A. K., Gaur, V. K., Pelgay, P., Cattin, R., Berthet, T.. Clockwise rotation of the Brahmaputra Valley relative to India : tectonic convergence in the eastern Himalaya, Naga Hills and Shillong Plateau, J. Geophys. Res., doi:10.1002/2014JB011196, 2014
Berthet, T.. Ritz, J.F., Ferry, M., Pelgay, P., Cattin, R., Drukpa, D., Braucher, R. and Hetényi, G., Active tectonics in eastern Himalaya : new constraints from the first morphotectonic study in southern Bhutan, Geology, 42 (5), 427-430, 2014
Le Roux-Mallouf, R., Godard, V. Cattin, R., Ferry, M., Gyeltshen, J., Ritz, J.F., Drupka, D., Guillou, V., Arnold, M., Aumaître, G. Bourlès, D. L., Keddadouche, K., Geophys. Res. Lett., Evidence for a wide and gently dipping Main Himalayan Thrust in western Bhutan, doi : 10.1002/2015GL063767, 2015
Congrès
Hoste-Colomer, R. et al., (2015) , seventh Nepal Geological congress, April 7-9, 2015, Kathmandu, Nepal
Le Roux-Mallouf, et al., EGU2015-15056, 2015.
Le Roux Mallouf et al., HKT, 2014.
Diehl T et al. (2015) . Abstract IUGG-4704 at the IUGG 26th General Assembly, 26 June - 2 July 2015, Prague, Czech Republic.
Diehl et al. (2014) . AGU Fall Meeting T11E-03.
Singer et al. (2014) . AGU Fall Meeting T21B-4573.
Hetényi  et al. (2014)  29th Himalaya-Karakoram-Tibet Workshop, 2-4 September 2014, Lucca, Italy.
Singer et al. (2014) . 29th Himalaya-Karakoram-Tibet Workshop, 2-4 September 2014, Lucca, Italy
Ferry, et al., EGU, EGU2014-16401, 2014.