PROJET SUB-CHILI

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Le projet SUB-CHILI est un projet scientifique d'étude du processus sismique sur la subduction Chilienne. Il réunit plusieurs laboratoires de recherche en sciences de la Terre en France et au Chili (Géologie ENS, sismologie IPGP, DGF et Géologie U-Chile, . Il s'appuie sur un financement par l'ANR en France (SUB-CHILI1 et SUB-CHILI2) et le FONDECYT au Chili (Nucleo millenio). Cette coopération a donné lieu à la création d'un laboratoire international associé entre le CNRS et l'Université du Chili: le LIA "Montessus de Ballore".


documents divers (cartes, rapports, activités, publications, abstracts....)


La tectonique des plaques en Amérique du Sud

La tectonique des plaques en Amérique du Sud. Les flèches montrent la vitesse de convergence de la plaque Nazca par rapport à la plaque Amérique du Sud, telle que déterminée par la géodésie spatiale (GPS). la courbe jaune/rouge montre la subduction entre les deux plaques le long des côtes du Chili, du Pérou, et de l'Equateur. La bande brune en arrière de la subduction, bordée par le trait en tireté noir montre la zone de déformation de la plaque Amérique du Sud.


Les gros séismes récents de la subduction Sud-Américaine (1960 à nos jours)

Les grands séismes de la subduction Nazca / Amérique du Sud le long des cotes du Chili et du Pérou. Les cercles rouges montrent les épicentres des grands séismes (Mw >= 8) qui se sont produits depuis 50 ans, les petits cercles jaunes montrent les répliques de ces grands séismes. Les ovalles blancs qui les entourent soulignent donc la taille de la rupture de la subduction occasionnée par le séisme correspondant. Il est à noter que les épicentres sont souvent au Nord de la zone de rupture, ce qui indique une propagation de la rupture du Nord vers le Sud, mais pas toujours: le séisme de Valparaiso de 1985 semble s'être propagé dans l'autre sens... Les zones entourées en rouge montrent les lacunes sismiques, zones dans lesquelles aucun gros séisme ne s'est produit depuis assez longtemps.

Introduction

A cause de la convergence très rapide (7 cm/an) de la plaque Nazca qui subducte sous la plaque Amérique, le Chili est une zone d'activité sismique intense. Un séisme majeur (Mw > 8) a lieu tous les dix ans en moyenne le long de la cote chilienne et la plupart des segments de faille dans la région ont produit un séisme de magnitude 8 lors du 20eme siècle. Le long de la cote chilienne l'interface de subduction est fragmentée en zones élémentaires de l'ordre de 100 à 200 km de long et de 50 à 100 km de large, susceptibles de produire des grands séismes lors de la relaxation des contraintes accumulées. La plupart des seismes majeurs correspondent à des glissements "en faille inverse" sur l'interface de subduction dans la zone qui est habituellement bloquée lors de la période intersismique.

Il est possible de capturer et étudier en détail un de ces séismes qui ne devrait pas manquer de se produire très prochainement. Nous proposons d'étudier en temps semi-réel la déformation qui précède l'un des grands futurs séismes du Chili, en suivant la déformation avec des stations GPS permanentes. Ces données seront intégrées avec les données sismologiques des modèles complets des séismes de subduction. A partir d'études précédentes nous avons identifié trois lacunes sismiques au Nord et au Centre/Sud du Chili qui nous semblent être proche de la rupture. Dans deux de ces lacunes il n'y a pas eu de tremblement de terre majeur depuis 130 ans. Ces lacunes nous offrent l'opportunité de comprendre les processus mécaniques qui se produisent lors de la maturation et de l'initiation des grands tremblements de terre de subduction. Notre but étant d'étudier les processus sismiques et asismiques durant le cycle sismique. Pour ce faire, nous commençons donc à instrumenter ces lacunes avec des GPS permanent, des stations sismologiques large-bande et un inclinomètre longue-base. En parallèle, nous utilisons l'interférométrie radar pour étudier la déformation sur les 10 ans passés, nous étudions les variations temporelles de la sismicité, et nous entreprenons une étude des grands séismes archéologiques de la région (forages des dépots tsunamigéniques par exemple). Ce vaste projet est financé par l'ANR et l'INSU et fait l'objet d'une coopération nationale (avec l'IPG-Paris) et internationale avec l'université du Chili à Santiago et le GFZ-Potsdam en Allemagne.

En ce qui concerne le volet géodésique du projet, nous proposons de cartographier la distribution spatiale de la déformation de surface le long de la côte du Chili en combinant le GPS continu et l'interférométrie radar (INSAR et SCANSAR). Le développement de réseaux GPS permanents combinés aux calculs d'interférogrammes radar permettra d'obtenir des données cruciales pour identifier spatialement et temporellement les processus de déformation transitoire. Pour le radar, nous utiliserons les données ERS et ENVISAT disponibles et programmées dont nous pouvons bénéficier dans le cadre de projets Category 1 de l'ESA (European Space Agency, projects A03-362 et AO720). Les stations sismologiques large-bande sont destinées à l'étude du tremor sur la subduction. L'inclinomètre longue base est destiné à fournir des enregistrement dans une gamme de fréquence intermédiaire entre les stations sismologiques et le GPS, avec une sensibilité extrème de l'ordre du nano radian (il detecte la variation d'angle qui correspond à un mouvement vertical de 1mm à 1000 km de distance)



Le Chili est une zone d'étude "privilégiée" por la géodésie:

  1. Le taux de déformation important (7cm/an de convergence relative Nazca-Amérique du Sud) produit des déformations significatives qui peuvent être mesurés par les deux techniques de mesure, durant toutes les phases du cycle sismique.
  2. Le radar nous fourni une résolution spatiale essentielle pour identifier des subtiles zones de déformation. Grâce au climat désertique des zones étudiées, il est possible de calculer des interférogrammes cohérents sur des périodes supérieure à 5 ans. La géométrie de l'acquisition est optimale pour détecter les déformations.
  3. Le GPS permanent nous procure la résolution temporelle et permet de corriger finement les erreurs orbitales et de rattacher les mesures à un système de référence absolu. On obtient ainsi des cartes de déformation en 4 dimensions. Par ailleurs, les corrections des perturbations troposphériques qui sont finement évaluées par le GPS peuvent etre injectées dans les calculs INSAR, ou encore assimilées dans des modèles météorologiques.
  4. L'inclinométrie permet de réaliser des mesures d'une extrème sensibilité (1 nano-radian) dans une gamme de fréquence intermédiaire (typiquement 1 Hz) entre les sismographes et les GPS continus.

Nos objectifs à moyen-terme sont les suivants:

  1. La lacune du Nord Chili (le coude d'Arica) est maintenant encadrée par 3 séismes importants qui se sont produit à ses limites: les séismes de subduction d'Antofagasta (M=8.1, 1995) et d'Arequipa (Sud Pérou) (M=8.4, 2001), respectivement au sud et au nord de la lacune, et le séisme de Tarapaca de 2005 (M=7.7) à profondeur intermédiaire dans la plaque plongeante. Ce type de séisme est considéré comme un précurseur des gros séismes de subduction. Tout récemment (en novembre 2007) un séisme de magnitude 7.7 vient de se produire à l'intérieur de cette lacune, à son extrémité Sud (Tocopilla). Nous nous concentrerons donc plus particulièrement sur l'étude de ce tremblement de terre et le suivi des déformations post-sismiques.
    la lacune d'Arica-Iqqique

  2. Le segment central-Nord (région de Coquimbo) est le lieu d'une activité sismique anormale depuis 1997, où s'est produit un séisme de profondeur intermédiaire (Punitaqui, 1997). Le déclenchement de ces séismes par simple transfert de contrainte parait mécaniquement impossible et on peut raisonnablement proposer que cette sismicité se déclenche par des épisodes de glissement transitoires sur le plan de subduction. L'installation d'un réseau dense de GPS permanents (14 à ce jour) permettra de suivre ces déformations. Ce réseau de stations permanentes est complété par des remesures régulières d'un réseau de bornes géodesiques à maille encore plus fine (près de 50 bornes à ce jour).
    la lacune de Coquimbo-Illapel

  3. La lacune du centre-Sud (Concepcion) ne montre pour l'instant pas de signe évident de préparation à la rupture. Néanmoins, en 170 ans et à 7 cm/an, près de 12 m de déformation on été accumulés. Par ailleurs, cette lacune est encadrée au Sud par le séisme géant de 1960 et au Nord par le séisme de Valparaiso (1985). Il parait donc nécessaire d'instrumenter ce segment de la subduction afin de détecter d'éventuels signaux préparatoire, ou de constater qu'ils ne se produisent pas forcement, le cas échéant.
    la lacune de Concepcion-Constitucion

    En ce qui concerne le GPS, nous pensons qu'il est nécessaire de déployer environ 15 stations par lacune. En effet, le réseau "minimum" comprend des profils de stations établies perpendiculairement à la subduction, avec à chaque fois 3 points : Un à la cote (au plus près possible de la faille), un en vallée centrale (à l'aplomb du bout du plan bloqué), et enfin un dernier dans la cordillère (pour établir une "référence" la moins déformée possible). Par ailleurs, sur une lacune de 200 à 300 km de long, 5 profils sont nécessaires pour caractériser la déformation à l'intérieur de la lacune, près de ses extrémités et en dehors (par exemple, pour contraindre l'extrémité de la rupture en cas de séisme). Un autre raisonnement: une maille de l'ordre de 30 à 50 km, qui correspond à la longueur d'onde probable des phénomènes recherchés, donne le même ordre de grandeur (15 étant alors une borne inférieure).




    Interventions en cours

    1. Intervention sur la crise sismique et le Tsunami de Aysen Sud Chili, 21-Avril-2007
    2. Intervention sur le séisme de Tocopilla Nord Chili, 14-Nov-2007 Mw 7.7 (page web de Anne Socquet, IPGP)
    3. Intervention sur la crise volcanique de chaiten Sud Chili, 2-Mai-2008




    Documents divers du projet (cartes, rapports, publications,...)

    Cartes

    1. cartes des réseaux cGPS des différents Instituts et des différentes zones du Chili
      Chili-central (de Concepcion à Vallenar) et Nord Chili (d'Arica à Antofagasta)

    tables de stations
    1. tables des stations cGPS des différents Instituts et des différentes zones du Chili
      Chili-central (de Concepcion à Vallenar) et Nord-Chili (de Arica à Antofagasta)

    Rapports
    1. Rapport07IPOC Rapport sur l'installation d'instrumentation géophysique dans la lacune du Nord Chili. [Sophie Peyrat, courant 2007].
    2. Rapport_cGPS_IV Rapport sur l'installation de stations GPS permanentes dans la lacune du Coquimbo. [Christophe Vigny, période 2006-2007].
    3. GPS: Intervention séisme Tocopilla 1 Rapport sur l'installation de stations GPS permanentes et semi-permanentes pour la crise sismique de Tocopilla. [Anne Socquet, Nov-Dec. 2007].
    4. Rapport_cGPS_IV_CB1 Rapport sur la maintenance des stations GPS permanentes dans la lacune du Coquimbo. [Carolina Valderas-Bermejo, février 2008].
    5. Crise sismo-tectonique et Tsunami d'Aysen (Sud Chili), du 21 Avril 2007 Rapport sur l'intervention dans le cadre de la crise sismotectonique du Fjord d'Aysen.[Christophe Vigny, Juin 2007].
    6. CR-missionsGPSavrmai2008.pdf Rapport sur la campagne de mesures GPS dans la région du Coquimbo [Christophe Vigny, avril/mai 2008].
    7. CR-mission_Tocopilla_Chaiten_mai08.pdf Rapport sur la maintenance des stations GPS/sismo Nord Chili et Tocopilla et intervention sur la crise du volcan Chaiten [Alexandre Nercessian & Sophie Peyrat, mai 2008].
    8. GPS: Intervention séisme Tocopilla 2 Rapport sur la remesure du réseau GPS de répétition de la région Antofagasta/Iquique pour le post-sismique de Tocopilla [Daniel Carrizo & Christophe Vigny, Juin 2008].
    9. Profils topo pour transmissions radio Etude de faisabilité des transmissions radio pour les stations cGPS[Arthur Delorme, Octobre 2008].
    10. Inclinomètre longue base d'Iquique (Nord Chili) Rapport sur l'installation et la première année de mesure de l'inclinomètre LBT[Frédéric Boudin & Pascal Bernard, période 2007-2008].

    Publications
    1. Tarapaca intermediate depth earthquake (Mw7.7, 2005, northern Chile): a slab pull event with horizontal fault plane constrained from seismologic and geodetic observations
      Peyrat, S., J. Campos, J.B. DeChabalier, A. Perez, S. Bonvallot, M.P. Bouin, D. Legrand, A. Nercessian, O. Charade, G. Patau, E. Clévédé, E. Kausel, P. Bernard, J.P. Vilotte
      Geophys. Res. Let., V33, DOI 10.1029/2006GL027710, 2006.
      PDF re-print
    2. Upper plate deformation measured by GPS in the Coquimbo gap, Chile
      Vigny, C., A. Rudloff, J.C. Ruegg, R. Madariaga, J. Campos, M. Alvarez
      PEPI accepted, 2008.
      PDF pre-print
    3. Interseismic strain accumulation measured by GPS in the seismic gap between Constitucion and Concepcion in Chile
      Ruegg, J.C., A. Rudloff, C. Vigny, R. MAdariaga, J.B. DeChabalier, J. Campos, E. Kausel, S. Barrientos, D. Dimitrov
      PEPI accepted, 2008.
      PDF pre-print

    Communications en congrès
    1. The Mw=7.7 Tocopilla Earthquake (North Chile) of November 14, 2007: First results from space geodesy (InSAR).
      Béjar-Pizarro, M., A. Socquet, R. Armijo, J.B. de Chabalier.
      VII Congreso Geológico de España, 2008.
    2. The Mw 7.7 Tocopilla, Chile, Earthquake of 14 November 2007: A Comprehensive Study Using Teleseismic, Local and InSAR data
      Campos, J., S. Peyrat, M. Bejar, A. Socquet, G. Meneses, A. Perez, R. Madariaga, P. Favreau, P. Bernard, S. Barrientos, R. Armijo, G. Asch, M. Sobesiak, and J.-P. Vilotte
      Eos Trans. AGU, 89(23), Jt. Assem. Suppl., Abstract S24A-01, may 2008
    3. Rupture Geometry and Slip Associated With the 2007 November 14 Mw = 7.7 Tocopilla (Chile) Earthquake, as Preliminary Determined by InSAR and GPS Observations
      Béjar-Pizarro, M., D. Carrizo, A. Socquet, R. Armijo, J.-B. DeChabalier, A. Nercessian, O. Charade, J.-C. Ruegg, S. Barrientos, and J. Campos
      Eos Trans. AGU, 89(23), Jt. Assem. Suppl., Abstract S24-A02, may 2008
    4. Detailed source process of the 2007 Tocopilla earthquake.
      Peyrat, S ., R. Madariaga, J. Campos, G. Asch, P. Favreau, P. Bernard, J.-P. Vilotte
      Eos Trans. AGU, 89(23), Jt. Assem. Suppl., Abstract S24-A03, may 2008
    5. The M 7.7 Tocopilla earthquake and its aftershock sequence: deployment of a Task Force local network
      Sobiesak, M., S. Eggert, H. Woith, H. Grosser, S. Peyrat, J.-P. Vilotte, E. Medina, J.Ruch, T. Walter, P. Victor, S. Barrientos, and G. Gonzales
      Eos Trans. AGU, 89(23), Jt. Assem. Suppl., Abstract S24A-04, may 2008, invited
    6. Transient measurement with a silica long base tiltmeter
      Boudin, F., P. Bernard, L. Longuevergne, O. Bour
      Jena, 2008
    7. The 2007 November 14 Mw = 7.7 Tocopilla (Chile) Earthquake: preliminary results from InSAR and GPS.
      Béjar-Pizarro, M., D. Carrizo, A. Socquet, R. Armijo, J.C. Ruegg, J.B. de Chabalier, A. Nercessian, O. Charade, S. Bonvalot.
      7th International Symposium on Andean Geodynamics (ISAG);, Nice, France, September 2008
    8. The 2007 november 14 Mw=7.7 Tocopilla earthquake: contribution of InSAR and GPS observations in the understanding of Chile-Peru subduction process.
      D. Carrizo, Bejar-Pizarro, M., Socquet, A., Armijo, R., Ruegg, J-C., de Chabalier, J-B., Nercessian, A., Charade, O., Barrientos, S., Campos, J.
      4th Alexander von Humboldt International Conference - The Andes: Challenge for Geosciences, Santiago November 2008.
    9. Upper plate deformation is dominated by varying interface coupling in the chilean subduction context
      Vigny, C., A. Socquet, R. Madariaga, J.-C. Ruegg, J. Campos, and S. Barrientos
      Eos trans. AGU, Fall Meeting Suppl., Abstract G33D-03 invited, dec. 2008
    10. Accommodation of convergence in North Chile seismic gap : questions raised by 2007 Mw 7.7 Tocopilla earthquake
      Socquet, A., M. Bejar, D. Carrizo, R. Armijo, C. Vigny, J.-C. Ruegg, J.-B. deChabalier, A. Nercessian, O. Charade, M. Simons, and S. Bonvalot
      Eos trans. AGU, Fall Meeting Suppl., Abstract G33D-04, dec. 2008
    11. Observation of transient measurement with a silica long base tiltmeter
      Boudin, F., P. Bernard, L. Longuevergne, N. Florsh, J. Chery, M. Olcay, C. Larmat, J. Boy, M. Esnoult, M. Kammenthaler, T. Vincent
      Eos trans. AGU, Fall Meeting Suppl., Abstract S43B-1892, dec. 2008
    12. Tsunami modelling and source constraints from regional tide-gages and tilt measurements for the 2008 M=7.5 Tocopilla subduction earthquake
      Hebert, H., F. Boudin,P. Bernard, S. Peyrat, M. Béjar-Pizzaro
      Eos trans. AGU, Fall Meeting Suppl., Abstract OS43D-1338, dec. 2008