Dynamique de la rupture sismique : frottement et complexite

Seismic source dynamics: friction and complexity

• Auteur / Autrice : Alain Cochard
• Direction : Raúl Madariaga
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Terre, océan, espace
• Date : Soutenance en 1995
• Etablissement(s) : Paris 7

Résumé

Si l'on observe la sismicite d'une region donnee, on constate generalement que des seismes de tailles (et donc de magnitudes) diverses s'y produisent en des lieux et a des instants tres variables. De plus chacun de ces tremblements de terre produit une distribution fortement variable du glissement sur le plan de faille. Deux conceptions extremes s'affrontent actuellement pour rendre compte de la complexite observee. Selon une premiere approche, classique, cette complexite n'est que le reflet d'une heterogeneite geometrique sous-jacente de la zone sismogenique. La surface de faille presenterait de fortes variations du seuil de rupture et/ou du coefficient de frottement qui controleraient l'initiation, la propagation et l'arret des ruptures sismiques. Selon la deuxieme approche, la complexite de la sismicite est consideree comme une consequence de la dynamique non-lineaire du systeme. Meme en l'absence de toute heterogeneite geometrique la contrainte sur le plan de faille se maintient dans un etat critique qui evolue tout au long de l'activite sismique sur la faille et permet le developpement de seismes de diverses magnitudes. Cette propriete a ete etablie pour des modeles tres simplifies et discrets de failles. Nous testons cette hypothese sur un modele realiste de faille fonde sur la mecanique des milieux continus. Pour cela nous avons developpe une nouvelle methode d'equations integrales aux frontieres afin d'etudier la propagation de ruptures sur une faille anti-plane (mode iii) lorsque le frottement sur le plan de faille est fonction de la vitesse relative de glissement entre les deux levres de la faille. Nous montrons tout d'abord que si le frottement decroit lorsque la vitesse de glissement augmente, la propagation de la rupture s'effectue sous forme d'impulsions de glissement auto-cicatrisantes de courte duree. De plus, l'etat de contrainte a la fin de la rupture est relativement heterogene sur le plan de faille. Afin de pouvoir etudier une serie de seismes consecutifs sur la meme faille en simulant le mouvement des plaques tectoniques, nous eliminons la majeure partie des instabilites numeriques en faisant dependre le frottement du glissement et d'une variable d'etat. Lorsque le frottement est independant de la vitesse, la sismicite sur une faille sans heterogeneites geometriques d'aucune sorte est periodique, le meme seisme se propageant d'un bout a l'autre de la faille a intervalles reguliers. Au fur et a mesure que l'on augmente la dependance en vitesse de la loi de frottement (toujours fonction decroissante de cette vitesse de glissement), la sismicite devient de plus en plus irreguliere. Lorsque le frottement depend fortement de la vitesse, des seismes de tailles diverses coexistent sur la faille et la contrainte sur le plan de faille se maintient dans un etat heterogene. Si l'on incorpore explicitement des heterogeneites geometriques par l'intermediaire de variations du seuil de rupture sur le plan de faille on constate que l'introduction d'une dependance en vitesse de la loi de frottement peut rendre la sismicite chaotique alors qu'elle etait reguliere avec un frottement classique