Les Alpes occidentales: mise en évidence de schémas de déformation complexe
Publié par Isabelle le 11/11/2018 à 12:00
Source: CNRS-INSU
L'analyse de 22 ans de données GPS dans les Alpes occidentales montre un schéma complexe de déformation, avec une zone d'extension au centre du massif, du raccourcissement le long des bords est et ouest, et une surrection atteignant 2 mm/an au nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) du massif (Le mot massif peut être employé comme :). Ce motif est cohérent avec les mécanismes des séismes dans la région. Les mesures GPS effectuées par une équipe de chercheurs français(1) apportent la quantification des taux de déformation dont la sismicité ne pouvait déduire que le style. La coexistence de surrection et d'extension appelle à des forces de volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) pour expliquer la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) actuelle des Alpes occidentales.


Figure 1. Taux de déformation dans les Alpes occidentales mesurés par GPS (flèches bleues pour l'extension, flèches rouges pour la compression). L'échelle indique 5 nanostrain/an, ce qui correspond à une différence de vitesses de 0.5 mm/an sur une distance de 100 km. Les couleurs en arrière-plan indiquent le style de déformation sismique déduit des mécanismes des tremblements de Terre (bleu pour extension, rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) pour compression, Delacou et al., 2004).

La majeure partie des stations GPS (Global Positioning System) permanentes dans les Alpes occidentales cumulent aujourd'hui plus de 10 ans de mesures en continue. Leurs vitesses horizontales individuelles convergent ( en astronautique, convergent en mathématiques, suite convergente série convergente ) vers des amplitudes de moins de 0.3 mm/an par rapport à la plaque européenne stable. Des mesures GPS intermittentes sur une période de 22 ans, ainsi que plusieurs solutions géodésiques indépendantes contraignant les vitesses de stations GPS permanentes couvrant jusqu'à 16 ans d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande...), permettent de déterminer un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de vitesses malgré des taux de déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense déplaçant la valeur, et...) extrêmement faibles. Ce champ de vitesses disponible est l'opportunité de mettre en évidence des motifs de déformation persistants (et donc fiables) dans les Alpes occidentales, qui permettront par la suite d'interpréter de manière réaliste l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) tectonique (La tectonique (du grec « τ?κτων » ou « tekt?n » signifiant batisseur, charpentier) est l'étude des structures géologiques...) de la zone.

Afin d'évaluer la précision des mesures intermittentes, les vitesses des stations de campagne (La campagne, aussi appelée milieu rural désigne l'ensemble des espaces cultivés habités, elle s'oppose aux concepts de ville, d'agglomération ou de milieu urbain. La campagne est caractérisée par...) ont été comparées avec celles des stations permanentes les plus proches. Les différences s'évaluent à 0.16, 0.22 et 1.65 mm/an respectivement sur les composantes Nord, Est et Verticale (La verticale est une droite parallèle à la direction de la pesanteur, donnée notamment par le fil à plomb.), soulignant ainsi les bonnes performances des stations intermittentes sur les composantes horizontales. La précision des mesures permanentes a été évaluée par la superposition (En mécanique quantique, le principe de superposition stipule qu'un même état quantique peut possèder plusieurs valeurs pour une certaine quantité observable (spin, position, quantité de mouvement etc.)) de deux solutions de vitesse (On distingue :) indépendantes, calculées avec deux approches différentes. La première approche consiste à former des doubles différences des observations GPS, ce qui permet d'éliminer un certain nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de sources d'erreur et mène à un positionnement (On peut définir le positionnement comme un choix stratégique qui cherche à donner à une offre (produit, marque ou enseigne) une position crédible, différente et attractive au sein d’un marché et dans l’esprit des clients...) relatif entre les stations (routine GAMIT). La seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de...) méthode, dite du positionnement ponctuel (En géométrie, un point est le plus petit élément constitutif de l'espace de travail.) précis (PPP), effectue une estimation des sources d'erreur (autrement éliminées par les doubles différences) et donne une position absolue (L'absolue est un extrait obtenu à partir d’une concrète ou d’un résinoïde par extraction à l’éthanol à température ambiante ou plus...) de chaque station (routines CSRS-PPP). Les différences entre les deux champs de vitesse basés sur ces méthodes complémentaires sont évaluées à 0.15 mm/an sur les composantes horizontales et à 0.44 mm/an sur la verticale.

Si les vitesses individuelles des stations GPS sont encore trop incertaines pour être interprétées, un motif de déformation régional a pu être identifié. Il se base sur l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut...) des mesures intermittentes et permanentes dans les Alpes occidentales. Ce motif correspond à une extension est-ouest déjà montrée par des résultats GPS préliminaires en 2002 et visibles également localement dans un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on...) GPS dense dans les Alpes occidentales internes (dans le Briançonnais). Toutefois, les amplitudes de déformation observées récemment sont maintenant 10 fois plus faibles que celles publiées dans les années 2000: 0.6 nanostrain/an sur une zone large de 150 km et 2.6 nanostrain/an sur une distance de 50 km au centre du massif (1 nanostrain/an correspond à une différence de vitesses de 0.1 mm/an sur une distance de 100 km). Cette observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude...) illustre bien la convergence (Le terme de convergence est utilisé dans de nombreux domaines :) des vitesses GPS alpines vers des faibles valeurs sur des temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) de mesure longs.

Le nombre de stations GPS permanentes et intermittentes inclues dans les analyses permet d'identifier des motifs de déformation avec une résolution spatiale accrue, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en continuant à exploiter la redondance entre les stations proches. Ainsi, l'analyse de vitesses GPS projetées sur des profils au travers du massif démontre à la fois une zone d'extension au centre du massif (12.5 - 15.3 nanostrain/an dans la partie nord et centrale ; 3.1-3.3 nanostrain/an dans la partie sud), mais aussi du raccourcissement le long des bords est et ouest (L’ouest est un point cardinal, opposé à l'est. C'est la direction vers laquelle se couche le Soleil à l'équinoxe, le couchant (ou ponant).) du massif (2.6-8.1 and 1.3-1.5 nanostrain/an dans la partie nord et centrale, et dans la partie sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.), respectivement). Ce résultat est confirmé et renforcé par la comparaison de la solution en doubles différences avec celle calculée en PPP. Ce motif de déformation géodésique (En géométrie, une géodésique désigne le chemin le plus court, ou l'un des chemins s'il en existe plusieurs, entre deux points d'un espace une fois qu'on s'est donné un moyen de mesurer les distances, c’est-à-dire-une métrique....) très contrasté est cohérent avec des mécanismes de tremblements de Terre dans les Alpes occidentales ainsi qu'avec les motifs de déformation et de contrainte correspondants à cette activité sismique (Fig. 1). Les atouts des mesures GPS sont qu'elles permettent 1) la quantification des taux de déformation dont la sismicité ne pouvait déduire que le style (extension, raccourcissement, glissement latéral), 2) leur régionalisation grâce à la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure...) du réseau combiné des stations permanentes/intermittentes, et 3) la mesure de la faible déformation en continue, alors que les mesures sismologiques dépendent de l'occurrence des relativement rares séismes dans les Alpes.


Figure 2. A gauche, les taux de déformation horizontale (flèches bleues et rouges de Fig. 1) sont superposés à la mesure du mouvement vertical dans les Alpes occidentales (code couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) à droite du graphe). A droite, la répartition des séismes dans la même région (réseau Sismalp, Potin, 2016), avec un code couleur en fonction de leur profondeur. Le rectangle (En géométrie, un rectangle est un quadrilatère dont les quatre angles sont des angles droits.) rouge souligne une même zone géographique dans laquelle sont situés le maximum de surrection et d'extension (à gauche) et le maximum de sismicité (à droite).

Afin de comprendre le moteur (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique ou travail.[réf. nécessaire]) de la sismicité faible mais persistante dans les Alpes occidentales, il est important d'identifier le processus à l'origine de ce motif de déformation. En effet, le mouvement vertical observé au coeur de la chaine alpine (surrection entre 2.0 mm/an au nord et 0.5 mm/an au sud du massif des Alpes occidentales) impose des contraintes fortes sur les moteurs possibles de la déformation actuelle. La mise en évidence de cette surrection élimine effectivement deux hypothèses: celle d'un mouvement extensif entre deux unités tectoniques distinctes, car il serait relié à de la subsidence, et celle qui expliquerait l'extension observée par un effondrement gravitaire du massif des Alpes occidentales ayant terminé sa phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) de formation et de croissance. Les hypothèses les plus probables seraient donc des forces de volume soulevant les Alpes, en lien avec:
1) la décharge du poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre. Elle est égale à l'opposé de la...) des glaciers par la fonte des glaces ;
2) la décharge par érosion d'une masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la...) de roche (La roche, du latin populaire rocca, désigne tout matériau constitutif de l'écorce terrestre. Tout matériau entrant dans la composition du sous-sol est formé par...) ;
3) des structures anormales et des flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un...) dans la racine crustale et lithosphérique, entrainant un soutien dynamique des Alpes.

Finalement, les mesures GPS disponibles montrent des premières évidences d'une séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque chose ou son résultat. Plus particulièrement il est employé dans plusieurs domaines :) spatiale entre le maximum de surrection et le maximum d'extension et de sismicité (Fig. 2). Si ce phénomène est confirmé par des séries de mesure plus longues, il appelle à une combinaison (Une combinaison peut être :) de différents processus pour expliquer la dynamique actuelle des Alpes occidentales.

Note(s):
(1) Les laboratoires impliqués sont l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) des sciences de la terre (ISTerre/OSUG, UGA/CNRS/USMB/IRD/IFFSTAR), Géosciences-Montpellier (OSU OREME, CNRS/Université de Montpellier/Université des Antilles) et le Laboratoire chrono-environnement (OSU THETA, Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au...) de Franche-Comté/CNRS).


Référence publication:
Walpersdorf, A., Pinget, L., Vernant, P., Sue, C. Deprez, A., and the RENAG team (2018) Does Long-Term GPS in the Western Alps Finally Confirm Earthquake Mechanisms ?, Tectonics, doi: 10.1029/2018TC005054.

Contact chercheuse:
Andrea Walpersdorf, ISTerre
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