FIGURE1.12 – Carte superposant les séismes majeurs aux localisations des instruments de mesure de la déformation du sud ouest de la Californie (http ://pfostrain.ucsd.edu). L’emplacement du Piñon Flat Observatory est indiqué par la flèche d’indicatif PFO.
1.3 Les principales zones d’observation de la déformation crustale
Au fur et à mesure des années, de nombreux chantiers à forte composante de mesure de la défor-mation crustale se sont développés à travers le monde, en grande majorité dans les zones sismiques ma-jeures. Il y a une dizaine d’années, seuls quelques dizaines d’extensomètres dédiés à la mesure crustale étaient installés de par le monde. Depuis, les efforts consentis dans la mesure et la prédiction sismique, ont engendré une croissance spectaculaire de leur nombre, à tel point qu’on en recense entre 100 et 200 à l’heure actuelle. Nous allons à présent décrire de manière non exhaustive quelques observatoires mondiaux.
1.3.1 En Amérique du Nord
Aux Etats-Unis, un des premiers observatoires (début des années 80) est le Piñon Flat Observatory (PFO), piloté par l’Institut of Geophysics and Planetary Physics of the University of California, San Diego (IGPP-UCSD). Celui-ci (figure 1.12), localisé entre les deux failles les plus actives du sud de la Californie (San Andreas et San Jacinto), est dédié à la mesure de la déformation crustale dans cette zone afin de mieux y percevoir les variabilités de la sismicité associée. Dans cette optique, l’observatoire compte un extensomètre laser longue base, plusieurs extensomètres de forage et un réseau de GPS continus. La distance de la zone d’observation aux deux failles (25 km de San Andreas et 12 km de San Jacinto) est sensiblement la même que la profondeur de la sismicité sous chaque structure, ainsi l’observatoire est bien placé pour enregistrer les éventuelles déformations relatives au cycle sismique. En effet, la portion de faille de San Jacinto dans une zone de 30 km n’a pas rompu depuis plus de 100 ans alors que celle de San Andreas, dans une zone de dimension semblable, n’a jamais rompu, du moins durant les derniers siècles. De ce fait, de violents séismes sont attendus dans cette zone dans un futur proche.
Chapitre 1. La mesure de déformation crustale 31
FIGURE1.13 – Zone d’étude du Parkfield Earthquake Experiment (http ://pubs.usgs.gov). La faille de San Andreas est indiquée en rouge. Les carrés bruns représentent les sites d’observation incluant les sismomètres, les extensomètres, les GPS continus et les instruments de mesure du creep.
Au milieu des années 80, aux Etats-Unis, a été créé le Parkfield Earthquake Experiment sous l’im-pulsion de l’US Geological Survey (USGS). C’est un projet basé sur une instrumentation en continu de la faille de San Andreas dans le but d’obtenir des données de déformation en haute résolution re-latives à l’ensemble du cycle sismique. Une description détaillée du projet est donnée par Roeloffs et Langbein [1994]. Cette zone (figure 1.13), du fait de la récurrence régulière de séismes modérés, est un endroit idéal pour étudier les processus liés au cycle sismique et tester la faisabilité à court terme de la prédiction sismique.
Plus récemment, en 2004, un forage profond a été entreprit à travers cette même faille dans une
zone voisine de l’épicentre du séisme de Parkfield de cette même année (Mw=6). L’instrumentation du
forage, entre 2 et 3 km de profondeur, forme le San Andreas Fault Observatory at Depth (SAFOD) et est destiné à étudier simultanément les processus géophysiques et géochimiques contrôlant la génération de séismes au niveau des failles actives. Le SAFOD, qui est une composante du projet EarthScope fournit des informations directes sur la composition et les propriétés mécaniques des roches dans la zone de faille, sur le rôle des fluides dans le cycle sismique ainsi que sur la physique de la rupture sismique.
Le projet EarthScope vise à explorer la structure et l’évolution du continent Nord-Américain et de comprendre plus clairement les processus contrôlant les cycles sismiques et volcaniques. Ce projet de très grande envergure est fondé sur 3 composantes majeures. Au projet SAFOD s’ajoute notamment le Plate Boundary Observatory (PBO), composante principale du projet, dont le but est l’étude du champ de contraintes en 3 dimensions relatif à la déformation des plaques convergentes le long de la côte ouest du continent américain. Cet observatoire (figure 1.14) est composé de très nombreux instruments dédiés à la mesure de la déformation tectonique (plus de 1000 GPS continus, près de 30 inclinomètres, ...) . On retrouve bien entendu des extensomètres de forage (Sacks-Evertson, GTSM) en nombre conséquent (plus de 70) ainsi que 6 extensomètres lasers ce qui en fait la région d’observation de la déformation la plus vaste au monde.
32 1.3. Les principales zones d’observation de la déformation crustale
FIGURE 1.14 – Réseau d’observation du Plate Boundary Observatory (http ://pbo.unavco.org). Les diamants violets et rouges indiquent respectivement les emplacements des extensomètres de forage et lasers longue base.
1.3.2 En Asie
Dans la zone de Tokai, sur la côte est de la partie centrale du Japon, le segment de Tokai faisant partie de la zone de convergence Nankai-Suruga, n’a pas rompu depuis 1854 et un événement de magnitude 8.4. Il représente alors un dangereux gap sismique dont certaines évidences de déformation précédent
les 2 séismes de 1944 (Tonankai,Mw=7.9) et 1946 (Nankai,Mw=8) [Linde and Sacks, 2002] (figure
1.15 (haut)) ont motivé l’installation d’un réseau d’observation de la déformation crustale dans le but de mettre en place un système d’alerte sismique dans le cas d’une occurence d’un futur événement majeur dans la région de Tokai.
Dans ce but, un réseau important d’instruments dédiés à la mesure de la déformation crustale a été mis en place, en grande partie, dans les régions du séisme de Tokai de 1946 et du gap sismique (figure 1.15 (bas)). Ce réseau est pourvu d’une grande quantité de dilatomètres de forage, d’extensomètres multi-composantes, d’inclinomètres, de puits instrumentés ainsi que de marégraphes, ceux-ci ayant pour but de mesurer d’éventuelles variations anormales du niveau d’eau de la côte est.
Depuis 2004, un grand réseau d’extensomètres 4-composantes a été déployé dans la partie centrale de la Chine dans le but d’observer les processus liés au cycle sismique [Chi, 2009]. Des signaux pré-curseurs de déformation du séisme de Wenchuan de 2008 ont été aperçus sur certains extensomètres du réseau se situant près de la source [Zehua et al., 2009].
Un réseau de 10 extensomètres de forage Sacks-Evertson est déployé depuis plusieurs années au niveau de la côte est de Taiwan (figure 1.16). Il est destiné à l’étude de la Longitudinal Valley Fault, une faille majeure située entre la plaque Eurasienne et celle de la mer des Philippines. Cette faille accomode près de la moitié de la déformation tectonique de l’île.
A la limite Europe-Asie, on retrouve un extensomètre longue base dédié à la mesure de la déforma-tion à long terme dans le Caucase du Nord [Milyukov et al., 2010].
1.3.3 En Europe
Les mesures y sont moins répandues car les séismes majeurs y sont relativement rares mais on dénombre toutefois quelques réseaux de densité moindre dont les types d’observations menées sont nombreuses.
Chapitre 1. La mesure de déformation crustale 33
FIGURE1.15 – (Haut) Zones des séismes de Tonankai (1944), de Nankai (1946) et du gap sismique du segment de Tokai (carré rouge central) (http ://www1.kaiko.mlit.go.jp). (Bas) Réseau d’observation de la déformation dans la région de Tokai (http ://www.jma.go.jp). Les carrés et diamants rouges repré-sentent respectivement les positions des dilatomètres de forage et des extensomètres multi-composantes.
34 1.3. Les principales zones d’observation de la déformation crustale
FIGURE1.16 – Réseau d’extensomètres de forage Sacks-Evertson déployé au niveau de la côte est de Taiwan (http ://www.earth.sinica.edu.tw).
FIGURE1.17 – Disposition des différents instruments de l’observatoire de la Fôret Noire. Les extenso-mètres lasers sont indiqués en violet.
Chapitre 1. La mesure de déformation crustale 35
FIGURE 1.18 – Stations dédiées à l’observation de la déformation crustale dans le Frioul, Italie du nord-est. Les triangles vides représentent les stations inclinométriques et le triangle plein la station extensométrique-inclinométrique. D’après Dal Moro et Zadro [1999].
En Allemagne, on trouve le Black Forest Observatory (BFO) coordonné par les universités de Karls-ruhe et de Stuttgart. Celui-ci est installé au sein d’une mine désaffectée dans la Fôret Noire dans le sud-est allemand. Il est équipé de nombreux sismomètres ainsi que de toute la panoplie des instruments dédiés aux mesures de déformation dont plusieurs extensomètres lasers. Ceux-ci sont en grande partie utilisés dans le cadre de l’étude des déformations de la Terre sous l’effet des marées solides.
En Italie centrale, dans les Abruzzes, deux extensomètres lasers sont installés depuis plusieurs an-nées dans un tunnel à Gran Sasso [Crescentini et al., 1997 ; Amoruso and Crescentini, 2009]. Du fait de
son excellente sensibilité (de l’ordre de 10−12), des oscillations libres longue période de la Terre (modes
toroïdaux) relatives au séisme de Sumatra-Andaman de 2004 ont pu être visualisées [Park et al., 2008]. Des signaux relatifs à des séismes lents ont également été décelés, nous en parlerons par la suite.
En Italie toujours, plus au nord cette fois, dans la région du Frioul, un réseau d’observation de la
déformation a été mis en place après le séisme destructeur du 6 mai 1976 (Mw = 6.4) [Dal Moro
and Zadro, 1999 ; Zadro and Braitenberg, 1999]. Celui-ci, présenté sur la figure 1.18, est dédié à la recherche d’éventuelles signatures de déformation présismique comme nous le verrons par la suite.