Cinématique et Mécanique des Failles Décrochantes à l'échelle de Temps du Cycle Sismique : Apports d'un Modèle Expérimental.

Le cycle sismique s’etend de la centaine a quelques milliers d’annees mais les mesures geodesiques et sismologiques s’etendent sur moins d’un siecle. Cette courte echelle de temps d’observation rend difficile la mise en evidence du role des parametres sismotectoniques clefs qui controlent la dynamique des failles actives. Pour palier a ce probleme d’echelle temporelle, j’ai developpe un nouveau modele experimental qui reproduit des microseismes le long d’une faille decrochante sur plusieurs centaines de cycles sismiques. Il est constitue de deux plaques de polyurethane lateralement en contact, reposant sur une couche basale de silicone, simulant le comportement mecanique d’une croute superieure elastoplastique couplee avec une croute inferieure ductile, respectivement. Pour chaque experience, environ 4000 mesures du champ de vitesses horizontales sont enregistrees. L’analyse des deplacements de surface au cours des phases intersismiques, cosismiques et postsismiques et leur comparaison aux failles sismogeniques montrent que le modele reproduit correctement les deformations proches de la faille et en champ lointain. J’ai aussi effectue des inversions du champ de vitesses en surface pour evaluer la distribution spatiale du glissement en profondeur le long du plan de faille. Pour comparer les experiences, j’ai developpe plusieurs algorithmes permettant d’etudier l’evolution spatio-temporelle des principaux parametres physiques et les processus de deformation de surface qui caracterisent le cycle sismique. Mes premiers resultats suggerent que la vitesse de chargement tectonique imposee en champ lointain joue un role sur le cycle sismique en influencant la magnitude des seismes, leur temps de recurrence, ainsi que la capacite de la faille a generer des seismes caracteristiques. Une vitesse de chargement lente favorise l’occurrence de forts evenements caracteristiques et une vitesse rapide de nombreux microseismes de magnitude faible a moderee plus distribues le long de la faille. Ma premiere hypothese est que ce comportement est controle par le couplage fragile/ductile a la base des plaques de polyurethane. Pour une vitesse rapide, les forces visqueuses dans la couche basale augmentent de meme que ce couplage. Ce processus contraint la base de la faille a glisser a une vitesse proche de sa vitesse long-terme et induit un champ de contrainte plus heterogene le long de son plan qui favorise les microseismes de magnitude faible a moderee. Pour une vitesse lente, le silicone se comporte comme un fluide newtonien et les forces visqueuses diminuent considerablement, permettant a la faille de rester bloquee sur une plus longue periode et d’accumuler plus de deformation elastique. Les contraintes sont ensuite relaxees par de plus larges evenements sismiques. Enfin, j’ai etudie le role joue par les variations de contrainte normale le long de la faille sur le glissement cosismique et le comportement long terme du systeme. Les resultats montrent que la distribution spatiale du glissement cosismique est fortement controlee par les variations de resistance de la faille et de l’accumulation des contraintes cisaillantes qui en resultent. Les evenements majeurs se produisent preferentiellement dans les zones d’asperite de contrainte cisaillante et leur distribution spatiale du glissement suit une tendance similaire a celle de la variation de contrainte normale le long de la faille. L’analyse revele aussi que l’heterogeneite de l’etat de contrainte initial influence la regularite du cycle sismique et le comportement long terme du modele. Les resultats de cette etude parametrique conforte ainsi l’hypothese selon laquelle la distribution du glissement cosismique le long des ruptures peut fournir des informations pertinentes sur l’etat de contrainte initial et pourrait ameliorer notre comprehension de l’alea sismique. Notre approche experimentale apparait donc, comme une methode complementaire et efficace pour etudier la dynamique des tremblements de terre.