Les études de paléosismologie en France métropolitaine, 30 ans déjà

Présentation de Olivier Bellier (CEREGE, ECCOREV), Marc E. Cushing (IRSN), Michel Sébrier (ISTEP)| Rencontres scientifiques et techniques Résif | 15-18 novembre 2021, Obernai

1. Les études de paléosismologie en France métropolitaine, 30 ans déjà! Que peut apporter la paléosismologie à l’évaluation de l’aléa sismique en domaine de séismicité modérée ? Olivier Bellier1,2, Marc E. Cushing 3, Michel Sébrier4 1 : CEREGE, Aix Marseille Univ, CNRS, IRD, INRAE, Coll France, Aix-en-Provence, France 2 : ECCOREV, Aix Marseille Univ, CNRS, Aix-en-Provence, France 3 : Institut de Radioprotection et de Sureté Nucléaire, BERSSIN, Fontenay-aux-Roses, France 4 : ISTEP, Sorbonne Univ., CNRS, Paris, France Les études de paléosismologie en France métropolitaine, 30 ans déjà! Que peut apporter la paléosismologie à l’évaluation de l’aléa sismique en domaine de séismicité modérée ? Olivier Bellier1,2, Marc E. Cushing 3, Michel Sébrier4 1 : CEREGE, Aix Marseille Univ, CNRS, IRD, INRAE, Coll France, Aix-en-Provence, France 2 : ECCOREV, Aix Marseille Univ, CNRS, Aix-en-Provence, France 3 : Institut de Radioprotection et de Sureté Nucléaire, BERSSIN, Fontenay-aux-Roses, France 4 : ISTEP, Sorbonne Univ., CNRS, Paris, France
2. Nombre d'articles publiés dans le monde les mots-clés: 1-Paléoséismicité, 2-Paléoséismologie, 3- earthquake geology (Scopus: 1970-2019) : environ 200 en 2020 / 16 publications (ACL) pour la France métropolitaine entre 1997 et 2021 (maximum de 4 publications en 2005).
3. La paléosismologie (tranchée de paléosismologie): Comprendre à l’échelle de la faille : comportement sismogénique des failles - cycle sismique?
4. HR seismic ref. Electr. Tomogr. Morphological scarp Tranchée 1. Cartographie et investigations de terrain (géologie) 2. Interprétation de lignes sismiques 3. Analyse morphotectonique (terrain, imagerie-photo, MNT..) 4. Géophysique de sub- surface 5. Tranchées (log, datations, interprétation…) De la faille à la tranchée
5. Magnitude du moment (Relation magnitude et surface de rupture ). Magnitude du moment Mw et moment sismique M0 Mw = 2/3 log M0 – 10.7 Moment sismique M0 = μ x D x S en Nm D = rejet moyen du séisme S = Surface de rupture (h.L) μ = coefficient de friction h L D Segmentation, Moment sismique et Magnitude du moment Mw : 6-6.5 ó 10 < L < 20 km; 10 < D <50 cm (Wells and Coppersmith, 1994; Leonard, 2010)
6. Géométrie de la faille / segmentation Faulting « topography » results from competition between deformation rate and erosion rate Difficult for low slip rate => subdude morphologic signal Difficulté: localisation & cartographie trace de faille => incertitude segmentation Godard V., 2009 Thomas et al., 2020
7. Paléoséismologie : tranchée au travers d’une faille Faille normale / Faille inverse – plus complexe Faille normale Faille inverse
8. Paléoséismologie En France métropolitaine 29 sites, moins de 10 paléo-déformations avérées (paléoséismes?) / En Provence (12 sites, 5 avec paleo-déformations)
9. Cushing et al., 2008 Répartition de la sismicité et failles en Provence Sismicités instrumentale et historique 1- Faille de Nîmes -> tranchée emblématique (1ère tranchée) de la paléosismicité France métropolitaine 2- Faille de la Moyenne Durance -> faille majeure et activité sismique (instrumentale, historique…) 3- Faille de la Trévaresse -> séisme de 1909
10. 10 Faille de Nîmes - Contexte tectonique Temps 30 20 Oligocène Miocène 10 km coupe Schéma : Capella Plio-Quaternaire ? Faille de Nîmes : Mécanismes au foyer (séismes) en faille normale (Baroux et al., 2003) Faille inverse (Combe, 1993)
11. Paléosismologie - Faille de Nîmes Tranchée Courthézon – La Tour modifié d’après Combes et al., 1993 Tranchée emblématique – la 1ère sur le territoire métropolitain Faille: N50°E 30°N, rejet apparent inverse 60 cm, post- pléistocène moyen, anté- 2000 ans. - Déplacement co-sismique avéré, >1,5 m => Mw:7 - Problème: pas sur la faille majeure / pas de datations
12. Cartographie - segmentation Magnitude : +/- 6.5 Longueur des segments max= 18 km Faille de la Moyenne Durance Segmentation : 10 segments – L: 8-18 km Cushing et al., 2008
13. 9123+/-190 BP 26800+/-610 BP Colluvium Torrential debris flow ChiChi 1999 La Paléosismologie de la Faille de la Moyenne Durance – la tranchée de Valvéranne Ghafiri, 1995; Sébrier et al., 1997
14. Déplacement : 1 m (27.000 – 9.000 ans) Séisme de magnitude > 6 entre 9100 et 27000 ans - Magnitude (?): 6.5, déplacement max. : 1 m, - Vitesse moyenne < 0,1 mm/an (0,04 mm/an) => Récurrence >> plusieurs 1.000 ans Questions : - segment 11 km / déplacement métrique - déplacement co-sismique / « creep » - glissement banc sur banc => séisme - « moteur » : tectonique?
15. 1909: faille de la Trévares Effet de site et induits : Vernègues, 1909 Paléosismicité de la Faille de la Trévaresse « source » du 1909
16. Séisme de Lambesc (1909) Faille de la Trévaresse « source » du 1909 Faille / Relief : le chaînon de la Trévaresse Chardon et Bellier, 2003; Chardon et al., 2005 L (total) : 14-18 km => Mw : 5.7-6.3 / Mw 1909 : 6.0 Discontinue mais un segment à échelle de la « croûte »:
17. Géométrie 3D Paléosismologie Trévaresse Chardon et al., 2005; Nguyen et al., 2007 Faille enracinée mais pas de rupture de surface associée au « scarp » et à la faille géologique majeure « Scarp » = conflit tectonique/érosion (naturelle et anthropique) : Rôle important de l’érosion différentielle
18. … sur faille « aveugle » ? Propagation de la déformation…
19. TRENCH 1 Chardon et al., 2009
20. Chardon et al., 2003; 2005; 2009
21. Déformation active sur faille « aveugle » ? NON, Rupture de surface possible! Chardon et al., 2003
22. • Nombre d’événements : au max. 7 à 10 – 3 certains (<< 300.000 ans); • Récurrence > 1000 ans : environ 1000 - 5000 ans • Déplacements co-sismiques max. (20-30 cm) => Mw : 6,0-6,5; • Rupture du 1909 (?): 20 cm (M= 6) • Vitesse moyenne de déplacement : 0,05 - 0,3 mm/an (incertitude / âge) • Comportement « périodique » : répétitivité / cyclicité Paléosismologie – Faille de la Trévaresse (Chardon et al., 2003; 2005; 2009) Plusieurs ruptures = séismes récents=> 7 - 10 événements dont 3 certains (< 400 ka)
23. Faille de l’Ermitage • Nombre d’événements • Déplacements co-sismiques max. => magnitude • Vitesse (D/T) • Temps de retour = récurrence moyenne • Vecteur glissement / sismique = mécanisme au foyer Paléosismologie - conclusions Histoire sismique - échelles temporelles complémentaire : T Paléosimologie >> T séismologie et sismicité historique
24. Difficultés : - localisation de la trace des failles (faille active / faille géol.) - datations - discrimination comportement sismogénique (périodique, épisodique, glissement a-sismique) - discrimination moteur des déformations: co-sismique(s), gravitaire (glissement de terr., soutirage…), tectonique salifère, glaciotectonique… Paléosismologie / aléa sismique - Augmentation du « temps d’observation » => augmentation du nombre d’événement / probabilité d’occurrence (des « gros » évènements) Paléosismologie - conclusions