Identification et caractérisation des séismes passés de l'arc des Petites Antilles : simulation des tsunamis et du transport sédimentaire

Autor: Cordrie, Louise
Přispěvatelé: STAR, ABES
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2021
Předmět:
Popis: The Lesser Antilles, the result of the subduction of the American plate under the Caribbean plate, is a volcanic arc with a complex dynamics. Numerous active fault systems run through it and have, in the past, generated earthquakes and tsunamis along the Caribbean coast. Some of these tsunamis are recent enough to have been observed and described in the literature (Lisbon 1755, Guadeloupe-1843, Virgin Islands-1867, Saintes-2004) but the oldest (>500 years) have left little trace of their passage. Only the presence of specific sedimentary deposits along the Caribbean coastline testifies to the occurrence of these major tsunamis whose origin is mainly considered as seismic and allows their datation. Tsunami simulations and sediment transport models contribute to to discriminate and characterize these tsunamigenic earthquakes, which is a key step in understanding the seismic cycles of the subduction zone. Tsunami simulations allow for evaluating the impact of the tsunamis as well as the characteristics of the associated earthquakes. Sediment transport modeling permit to reproduce the sedimentary deposits associated with tsunamis observed on the islands and to bring an additional constraint to the characterization of the earthquakes. In order to have such a tool available, this project was partly dedicated to the development and integration of a sediment transport model in the tsunami simulation code Taitoko from CEA. The need to calibrate this model led to the realization of a set of experiments in an hydraulic channel forming a first laboratory scale benchmark and to the study of blocks transported by the Sumatra tsunami in 2004 forming a second field scale benchmark. These studies resulted in the creation of a stable model that can be applied to real cases. The set of simulations of historical tsunamis in the arc with the Taitoko code (without transport) performed in the framework of this study allow a better understanding and characterization of the 2004 Saintes, 1867 Virgin Islands, 1843 Guadeloupe and 1755 Lisbon earthquakes. They also allow for the identification of an earthquake at the origin of several sedimentary deposits identified in the North of the arc that would have occurred about 500 years ago by correlation between deposition areas and flood maps obtained by modeling. The results of the sediment transport model applied to this event lead to the same conclusion as those of the tsunami simulations: the only scenario compatible with the observations is that of a subduction mega-earthquake with a minimum magnitude of 8.5. The hypothesis of such an earthquake highlights the possible existence of a 500 to 1000 years long seismic cycle on the subduction interface. The tsunami and sediment transport models, by identifying past events, thus make a major contribution to the understanding of these cycles and finally, participate in improving the assessment of seismic and tsunamigenic risks associated with the subduction and intra-arc faults for the populations of the Lesser Antilles.
Les Petites Antilles, fruit de la subduction de la plaque américaine sous la plaque caraïbe, sont un arc volcanique à la dynamique complexe. De nombreux systèmes de failles actives le parcourent et ont, par le passé, généré séismes et tsunamis le long des côtes antillaises. Certains de ces tsunamis sont assez récents pour avoir été observés et décrits dans la littérature (Lisbonne 1755, Guadeloupe-1843, Îles Vierges-1867, Saintes-2004) mais les plus anciens (>500 ans) n'ont laissé que peu de traces de leur passage. Seule la présence de dépôts sédimentaires particuliers le long des côtes antillaises témoigne de l'occurrence de ces tsunamis majeurs dont l'origine est principalement considérée comme sismique et en permet la datation. Les simulations de tsunamis et les modèles de transport sédimentaires contribuent à discriminer et caractériser ces séismes tsunamigènes, une étape clef dans la compréhension des cycles sismiques de cette zone de subduction. Les simulations de tsunamis permettent en effet d'évaluer l'ampleur des évènements ainsi que les caractéristiques des séismes associés. La modélisation du transport sédimentaire permet de reproduire les dépôts associés aux tsunamis observés sur les îles et d'apporter ainsi une contrainte supplémentaire à la caractérisation des séismes. Afin d'avoir un tel outil à disposition, ce projet a été en partie dédié au développement et à l'intégration d'un modèle de transport sédimentaire dans le code de simulation tsunami Taitoko du CEA. La nécessité de calibrer ce modèle a conduit à la réalisation d'un ensemble d'expériences en canal hydraulique constituant un premier benchmark à l'échelle du laboratoire et à l'étude de blocs transportés par le tsunami de Sumatra en 2004 constituant un deuxième benchmark à l'échelle du terrain. Ces études ont permis d'aboutir à un modèle stable pouvant être appliqué à des cas réels. L'ensemble des simulations des tsunamis historiques de l'arc antillais avec le code Taitoko (sans transport) réalisés dans le cadre de ce travail ont conduit à une meilleur compréhension et caractérisation des séismes des Saintes en 2004 , des Îles Vierges en 1867, de Guadeloupe en 1843 et de Lisbonne en 1755. Elles ont aussi permis l'identification d'un séisme responsable de plusieurs dépôts sédimentaires retrouvés au nord de l'arc qui se serait produit il y a environ 500 ans, par corrélation entre zones de dépôts et cartographie d'inondations obtenues par modélisations. Les résultats du modèle de transport sédimentaire appliqué à cet évènement conduisent à la même conclusion que ceux des simulations tsunamis: le seul scénario compatible avec les observations est celui d'un mega-séisme de subduction d'une magnitude minimum de 8.5. L'hypothèse d'un tel séisme met en lumière l'existence possible d'un cycle sismique long de 500 à 1000 ans sur l'interface de subduction. Les modèles tsunami et de transport sédimentaire, par la caractérisation des évènements passés, apportent donc une contribution majeure à la compréhension de ces cycles et participent à améliorer l'évaluation des risques sismique et tsunamigénique associés à la subduction et aux failles intra-arc pour les populations des Petites Antilles.
Databáze: OpenAIRE
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