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Au Nord Chili, les structures andines contrôlent l’étendue d’un futur tremblement de Terre

par assistant com’ - 29 avril 2013

La photographie de la Station Spatiale Internationale ( 19.6ºS latitude) montre la morphologie spectaculaire du nord Chili
Les surfaces côtieres plutôt planes, récemment soulevées avec la chaine des Andes ont été incisées par un très profond canyon et sont recoupées par des failles normales parallèles a la ligne de côte et par un escarpement côtier de 1 km de hauteur.
© Image courtesy of the Image Science & Analysis Laboratory, NASA Johnson Space Center. Mission-Roll-Frame : ISS018-E-45312.

Grâce à la combinaison de techniques de géodésie spatiale (InSAR et GPS), une équipe internationale, comprenant notamment une chercheuse d’ISTerre, a mesuré, avec une résolution sans précédent, la déformation intersismique dans la région du Nord Chili où un futur grand tremblement de terre de subduction pourrait se produire. Ces résultats montrent le rôle de la topographie du continent, elle-même contrôlée par des failles actives, sur l’étendue de la zone susceptible de rompre lors d’un prochain séisme. Ces données suggèrent une relation mécanique entre la segmentation de la zone de subduction et les structures long-terme de la plaque supérieure, responsables du soulèvement de la marge andine. Ces travaux sont publiés ce mois-ci dans la revue Nature Geoscience.

La région du nord Chili, située entre Arica et Antofagasta est étudiée et instrumentée de longue date, notamment par des équipes françaises et chiliennes dans le cadre du laboratoire international Montessus de Ballore (CNRS, Université du Chili). Dans cette région, de grands séismes associés à d’importants tsunamis se sont produits dans le passé. Le dernier séisme géant (Mw > 8.5) datant de 1877, le Nord Chili est considéré comme une lacune sismique où un tremblement de terre de type « mega-chevauchement » peut se produire. La subduction océanique de la plaque de Nazca à une vitesse d’environ 6,5 cm par an sous le continent et les Andes est la cause principale de l’activité sismique de la région.

La démarche suivie par les scientifiques a été de mesurer les déformations entre les grands séismes (intersismique), pendant la période où les contraintes entre les deux plaques s’accumulent et se focalisent sur les zones de contact (couplage).

Plusieurs études ont montré l’existence d’une correspondance entre l’étendue des régions couplées pendant la période de chargement des contraintes intersismique et les zones qui rompent pendant les grands séismes de subduction. L’identification des régions qui sont en train de se charger et l’identification de structures qui pourraient servir de barrières sismiques capables de limiter l’étendue d’une future rupture est donc fondamentale pour mieux estimer l’aléa sismique des zones de subduction. En effet, l’importance d’un séisme est directement liée à la surface de rupture. Lors du séisme de Sumatra, le plan de subduction a rompu sur plus d’un millier de kilomètres de long.

Les zones de subduction ne sont pas homogènes ni latéralement, ni en profondeur. Elles sont le plus souvent segmentées. L’origine de cette segmentation est classiquement attribuée aux variations du comportement mécanique frictionnel sur l’interface de subduction, comportement qui dépend au premier ordre de la température donc de la profondeur ; ou au passage en subduction de reliefs existants sur la plaque océanique (rides, monts-sous marins). Le rôle des structures de la plaque supérieure a été jusqu’à présent négligé.

Perspective 3D montrant le rapport entre la distribution de couplage et le escarpement côtière.
Les patchs jaune–rouge représentent la distribution de couplage sur l’interface de subduction qui présente un coude (kink). La partie superficielle (0 – 30 km de profondeur) de la zone sismogénique est très couplée tandis que la partie profonde (30 – 50 km de profondeur) est partiellement couplée. La base de la zone couplée est parallèle à l’escarpement côtier. Au nord de 19ºS, la résolution spatiale est plus faible (point d’interrogation). Quelques profils topographiques sélectionnés sont indiqués avec leur projection verticale sur le plan de subduction. La couleur des profils dépend de la latitude.

Dans cette étude, les chercheurs se sont focalisés sur le déplacement de la surface du sol, associé au chargement intersismique de la zone de subduction du nord du Chili, à la latitude des Andes centrales. La région présente un certain nombre de structures singulières dans la plaque supérieure (le continent), comme au niveau de la Péninsule de Mejillones (réseau de failles crustales) et du Coude d’Arica (changement de géométrie de la subduction) qui contrôlent la segmentation et l’étendue de la rupture des grands séismes. En outre, la zone se situe à la latitude des Andes Centrales. Avec un rejet vertical de 13km entre la fosse et les volcans de la Cordillère occidentale, c’est le relief le plus important sur Terre. Un grand escarpement de 1 km de hauteur suit la ligne de côte sur 500 km de long, obliquement à la fosse. Cette structure morphotectonique implique un soulèvement récent du bloc côtier. Il a été suggéré qu’une grande faille normale est responsable de ce soulèvement (Armijo et Thiele, 1990).

Trente quatre images (données SAR) acquises par le satellite ENVISAT de 2003 à 2009 ont été traitées pour former 18 interferogrammes de la zone d’étude, permettant ainsi de mesurer la déformation. Les interferogrammes présentent en général une excellente cohérence due au sol désertique, sauf dans les régions escarpées. Les effets atmosphériques, assez importants par rapport à la déformation intersismique cherchée (petite et de grande longueur d’onde), ont été corrigés par une approche empirique. Les interferogrammes corrigés on été utilisés pour construire une carte de vitesse moyenne (stack).

Les mesures InSAR ont été combinées avec les vitesses acquises par 29 stations GPS permanentes dans la région étudiée (réseaux GPS CAnTO et LIA-MdB). Le champ de vecteurs qui résulte de l’analyse des séries temporelles de chaque station montre un mouvement horizontal parallèle à la convergence Nazca – Amérique du Sud et un soulèvement de la région. Ce type de déformation indique que la plaque supérieure se comprime sous l’effet du chargement intersismique.

Déformation interseismic mesuré par InSAR et cGPS.
a, La carte colorée représente les vitesse InSAR dans la ligne de visée du satellite (LOS, flèche grise) . Vitesses GPS : Les flèches noires représentent les vitesses horizontales et les points colorés indiquent les vitesses verticales. Régions de rupture, dates et magnitudes de séismes historiques (bleu) et instrumentaux (rouge).
b. Profils perpendiculaires à la fosse, colorés selon la latitude. (En haut) Profils bathymétriques et topographiques. (En bas) Vitesses InSAR (points) et GPS (diamants) projetés dans la LOS. La ligne grise discontinue représente la projection de l’isoligne de 25 km sur un plan avec un pendage de 15º. Triangles inversés et ligne gris clair : localisation de la ligne de côte. Ligne gris foncé : localisation du déplacement maximum dans la LOS.

La déformation observée a été modélisée (méthode du backlip, Savage 1983). De façon surprenante, alors que les modèles antérieurs proposaient dans cette région un couplage parallèle à la fosse (Chlieh et al. 2004, 2011), les auteurs constatent un couplage parallèle à la ligne de côte, c’est-à-dire aux unités morphotectoniques qui forment la marge andine. Les résultats montrent une corrélation claire, sur 500 km de long, entre la base de la zone couplée pendant la période intersismique et l’escarpement côtier de 1 km de hauteur. Pour les auteurs cela signifie que la segmentation en profondeur de la zone de subduction, n’est pas uniquement contrôlée par la température, et qu’en particulier, la complexité structurale de la plaque supérieure joue un rôle majeur jusqu’à présent sous évalué.

Contact scientifique local
- Anne Soquet, ISTerre-OSUG : anne.socquet (at) ujf-grenoble.fr, 04 76 63 52 00

Cette actualité est également relayée par
- l’Institut National des Sciences de l’Univers du CNRS - INSU
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Source
Bejar-Pizarro M.1,2, Socquet A.3, Armijo R.1, Carrizo D.4, Genrich J.5, Simons M.5, Andean structural control on interseismic coupling in the North Chile subduction zone, Nature Geoscience, 2013.
Lire l’article.


1 Institut de Physique du Globe de Paris
2 Instituto Geológico y Minero de España
3 Institut des Sciences de la Terre
4 Departamento de Geofísica, Chili
5 Caltech, Etats Unis

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