Déformation active d'une région intraplaque à déformation lente : le cas de la France : sismicité et modélisations thermomécaniques 2D et 3D

Active deformation in an intraplate slow deforming region : seismicity and 3D thermomechanical modeling

• Auteur / Autrice : Yves Mazabraud
• Direction : Nicole Béthoux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géologie. Géophysique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Nice
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice2000-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Néotectonique

Modélisation tridimensionnelle

Sismologie

Résumé

Un des problèmes non résolus en sismologie concerne l’occurrence de séismes de forte intensité dans des régions intra plaques à faible déformation. On peut citer l’exemple des séismes de New Madrid de 1811 et 1812, de magnitude de moment estimée à 8,2 et 8,1, dans une région où la sismicité instrumentale est quasi nulle et les taux de déformation évalués par géodésie très faibles. La sismicité historique de l’Europe stable (séisme de Bâle de 1356, de Roquebillière de 1564, de Lambese de 1909) procède du même type d’observations. Ce paradoxe (forte magnitude, faible déformation) a été l’objet de nombreux travaux (tels ceux de Talwani, 1988, Assameur et Mareschal, 1995, Pollitz et al. , 1999) qui intéressaient surtout la zone de New Madrid et le Canada. Cette thèse présente un même type d’étude pour la France et particulièrement pour le centre et l’ouest où nous bénéficions de bons catalogues de sismicité, de connaissances géologiques précises et de récents résultats de géophysique. Le travail effectué concerne tout d’abord une révision de la sismotectonique dans une région englobant la Normandie, la Bretagne, la Charente et le Massif Central. L’augmentation du nombre de stations sismologiques permet en effet une ré-évaluation de la connaissance sismotectonique régionale, notamment par une bien meilleure définition des champs de contraintes obtenus par inversion des mécanismes au foyer. Ce travail met en évidence un champ décrochant à compression NW-SE de signification régionale mais aussi trois perturbations extensives au niveau du sud de la Bretagne, du seuil du Poitou et de l’est du Massif Central. On observe une forte corrélation entre la répartition de ces anomalies et les variations d’anisotropie de propagation des ondes Pn dans le manteau. Cette corrélation ainsi que l’échelle des perturbations argumentent en faveur de processus d’ampleur lithospérique. Nous associons ces perturbations (Bretagne, Poitou) à la subduction du Golfe de Gascogne sous la microplaque ibérique au niveau de la marge de Galice et pour le Massif Central à la surrection sous l’effet de la remontée d’un panache mantellique à la base de la lithosphère. Par ailleurs, nous montrons par modélisation mécanique que les forces associées à la subduction du Golfe de Gascogne sont d’une magnitude suffisante pour augmenter le niveau de contraintes dans la croûte et perturber le régime des contraintes dans e Massif Armoricain. Il peut donc s’agir du mécanisme à l’origine des concentration de contraintes associées aux plus gros séismes enregistrés dans l’ouest de la France. Puis, nous avons effectué des modélisations thermomécaniques qui nous permettent d’expliquer les mécanismes de ces concentrations de contraintes en tenant compte des facteurs à la fois structuraux, thermiques et rhéologiques.

An unresolved problem in seismology concerns the occurrence of unexpectedly strong earthquakes within intraplate slow deforming regions. These earthquakes can be damaging as the 1811 and 1812 New Madrid events who had a moment magnitude of 8,2 and 8,1 in a region where the instrumental seismicity level is very low and where the deformation is almost not detectable by GPS. The historical seismicity of western Europe is similar (Bâle 1356, Roquebilière 1564, Lambesc 1909…). This paradox (strong magnitude, small deformation) has been the subject of numbers of study in areas such as the Eastern United States and Canada (Talwani 1988, Assameur et Mareschal, 1995, Pollitz et al. , 1999). Following these works, this thesis presents a study in France and in particular in central and western France where we dispose of valuable seismicity catalogues, good geological knowledge and recent geophysical results. In a first step, we revised the seismotectonics of Normandy, Brittany, Charente region and the Massif Central. This re-evaluation was made possible by the increase of seismological stations. We can then asses short scale stress field variation by inversion of new focal mechanisms. We evidence a regionally significant NW trending sigma 1 strike-slip regime overprinted by local extensional perturbations in three distinct areas. These perturbations located in the south of Brittany, between the Armorican Massif and the Massif Central (Poitou) and in the eastern Massif Central. They are strongly correlated with the variation of Pn anisotropy in the mantle. The scale of the perturbations together with the correlation with the Pn anisotropy suggests that these processes are of lithosperical scale. We associate the extensive perturbations of southern Brittany and Poitou to the subduction of the Bay of Biscay beneath the Iberian microplate and the perturbation of eastern Massif Central to surrection at the apex of an asending mantle plume located at the base of the lithosphere. Furthermore, we show by mechanical modelling that the forces associated with the subduction of the Bay of Biscay are strong enough to increase the amount of stress and perturbate the stress fiels within Southern Armorican massif. Therefore, this is a possible mechanism for the origin of stress concentrations associated with the strongest earthquakes of western France. Then, we have study the precise mechanisms of stress concentrations by thermomechanical modelling, taking into account structural, thermal and rheological parameters.