Projet ANR-14-CE33-0005 – EROQUAKE : Erosion et Séismes
Programme : Défi de tous les savoirs (DS10)
Année de financement : 2014
Coordinateur du projet : Monsieur Philippe Steer (Géosciences Rennes UMR 6118)
Partenaires : Laboratoire public
Montant : 196576.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 60 mois
Résumé : Erosion et SéismesComprendre comment la tectonique, le climat et les processus surface interagissent pour façonner la surface de la Terre demeure un objectif majeur des sciences de la Terre. De nombreuses études ont abordé cette question en étudiant l'évolution des chaînes de montagnes sans prendre correctement en compte la physique de ces processus. Notre projet vise donc à mettre en évidence les rétroactions entre tectonique et processus de surface à l'échelle de temps du cycle sismique (< 1000 ans).
Nos objectifs sont de simuler l'impact des tremblements de terre sur l'évolution des paysages et de démontrer comment les processus de surface peuvent influencer la sismicité des failles.L'idée de notre projet est motivée par des résultats récents montrant 1) que l'impact topographique des grands tremblements de terre (magnitude> 7) pouvait être négatif, à savoir que l'érosion induite par ces tremblements de terre pouvait être supérieure au le soulèvement co-sismique; et 2) que les processus de surface, y compris l'érosion et la sédimentation, pouvaient augmenter la vitesse de chargement des failles actives et déclencher des séismes proches de la surface. Pour aller au-delà de ces résultats, nous souhaitons aborder trois questions principales:1) Comment les paysages et les processus de surface (glissements de terrain, l'érosion et le transport fluviatile) répondent aux grands tremblements de terre.2) Comment les processus de surface influent le chargement des contraintes, la sismicité, et les déplacements des failles actives au cours des phases co- inter- et post-sismiques.3) Comment les interactions entre les processus de surface et la tectonique à l’échelle du cycle sismique influencent la formation des chaînes de montagnes.Ce projet de recherche fondamentale a trois tâches principales, mais une seule problématique, qui est de comprendre les rétroactions et les interactions entre les processus de surface et la déformation crustale au cours du cycle sismique dans les chaînes de montagnes actives.
Notre projet repose principalement sur l'assimilation de données et la modélisation numérique de l'évolution du paysage et de la déformation au cours du cycle sismique.Nous utilisons le modèle numérique €ROS, qui est à notre connaissance le seul modèle d'évolution du paysage capable de simuler la dynamique des paysages et des processus de surface (glissements de terrain, le transport de sédiments lors d’évènements extrêmes, le rétrécissement/élargissement de la rivière, avulsion de la rivière) au cours des phases co- et post-sismiques d'un grand tremblement de terre. Pour modéliser l'impact de l'érosion sur la sismicité et la déformation au cours du cycle sismique, nous utilisons le modèle élastodynamique Bicycle. À l'échelle de temps d'un cycle sismique, aucune tentative n'a été faite pour coupler des modèles « de terre solide » à des modèles de dynamique du paysage. Nous continuons donc le développement d'un modèle numérique 3D viscoélastique à l’échelle lithosphérique permettant d’étudier les interactions entre processus de surface et dynamique des failles au cours du cycle sismique. Nous appliquons nos modèles à Taiwan et aux Alpes de l’ile du Sud de la Nouvelle-Zélande, qui sont des chaînes de montagnes bien documentées et présentant des taux relativement élevés d'érosion et d'activité tectonique.
Résumé de la soumission : Déterminer comment la tectonique et les processus de surface interagissent pour modeler la surface de la Terre demeure un des défis majeur des sciences de la terre. Au cours des dernières décennies, de nombreux travaux ont analysés comment ces interactions régissent l’évolution des paysages et des chaînes de montagne aux échelles de temps géologiques (1 – 100 Ma) sans considérer la physique à courte échelle de temps (< 1000 a) des processus de surface, de la tectonique et des leurs rétroactions. Or, nos travaux préliminaires démontrent 1) que le bilan topographique net des séismes de forte magnitude (> 7) peut être négatif, i.e. que l’érosion induite par ces séismes peut être supérieur à la surrection co-sismique ; et 2) que les processus de surface, érosion et sédimentation, peuvent augmenter la vitesse de chargement des contraintes des failles actives et ainsi déclencher des séismes peu profonds. Notre ambition avec ce projet est donc d’aborder pour la première fois la problématique des rétroactions et des interactions entre tectonique et processus de surface à l’échelle du cycle sismique (< 1000 a). Nous proposons de combiner modélisation numérique avec des donnés de terrain pour explorer :TASK 1) Comment les paysages et les processus de surface (glissements de terrain, l’érosion, le transport et l’avulsion des rivières) répondent aux séismes de forte magnitude.TASK 2) Comment les processus de surface ayant lieu durant les phases co- et post-sismique influencent le chargement des contraintes, la sismicité et le mouvement des failles actives.TASK 3) Comment les interactions entre tectonique et processus de surface au cours du cycle sismique influencent la formation des chaînes de montagnes. Ce projet de recherche fondamental est organisé autour de trois tâches mais ne considère bien qu’une seule problématique, qui est de comprendre les rétroactions et interactions au cours du cycle sismique entre processus de surface et tectonique des chaînes de montagnes actives. Nous utiliserons le modèle numérique d’évolution des paysages €ROS, qui est le seul modèle à notre connaissance permettant d’explorer la dynamique des paysages et des processus de surface (glissements de terrain, évènements extrêmes de transport sédimentaire, élargissement/rétrécissement des rivières, avulsion des rivières) pendant les phases co- et post-sismique d’un séisme de forte magnitude. A l’échelle du cycle sismique, aucune modélisation couplant tectonique et évolution des paysages n’a été effectuée. Nous continuerons ainsi dans le cadre du projet le développement d’un modèle numérique 3D visco-élastique de la lithosphère prenant en compte l’influence des processus de surface et des failles, modélisées par des dislocations de type Okada. Le modèle sera appliqué à Taiwan et à la Nouvelle-Zélande,  qui présentent des chaînes de montagnes bien documentées avec des taux très rapides d’érosion et d’activité tectonique. Ce projet bénéficiera de l’expertise en modélisation des processus de surfaces de notre équipe de Géomorphologique Quantitative à Géosciences Rennes (Université Rennes 1) et de celles des collaborateurs externes associés au projet sur la tectonique au cours du cycle sismique et sur l’évolution des paysages après des séismes de forte magnitude. En offrant une nouvelle vision des relations entre évènements extrêmes climatique, érosifs et tectoniques, les résultats de ce projet auront des répercussions directes à forts enjeux sociétaux, en particulier concernant l’évaluation des aléas naturels.
Résultats : En cours
Perspectives : En cours
Publications et brevets : Steer, P., Simoes, M., Cattin, R., & Shyu, J. B. H. (2014). Erosion influences the seismicity of active thrust faults. Nature communications, 5.