Large-scale interactions during sequence of large subduction earthquakes in South America

L'occurrence de mégaséismes particulièrement proches en temps a été observée le long de plusieurs zones de subduction. Par exemple le long de la subduction Andine, le séisme de Maule Mw8.8 en 2010 a été suivi du séisme d'Iquique en 2014 (Mw8.1) au nord du Chili puis de celui d'Illapel en 2015 (Mw8.3) à 500 km au nord de Maule. Cette proximité temporelle entre mégaséismes pose la question d'une possible interaction entre eux. Les séismes engendrent un changement de contraintes dans le milieu environnant, dont la relaxation peut générer une déformation à grande échelle pendant les années ou décennies suivantes. La rhéologie du milieu est donc en jeu. Il est nécessaire d'identifier les structures majeures contrôlant les différences de rhéologie, et caractériser les rhéologies associées. La subduction andine est un laboratoire unique pour étudier ces interactions. En effet, la subduction connaît peu de courbures et la zone de subduction n'est pas impactée par la présence d'autres frontières de plaque.Dans cette thèse, j'ai utilisé des mesures GNSS et InSAR pour calculer les déformations post-sismiques en surface. Afin d'étudier les déformations long terme, toutes les données disponibles ont été utilisées jusqu'aux plus récentes. Les observations montrent des déplacements à grande échelle (1000 km), ainsi qu'une relaxation qui dure dans le temps (>10 ans).J'ai construit des modèles en éléments finis, correspondant à la zone de subduction du Chili, pour explorer la structure et la rhéologie nécessaires pour expliquer les déformations observées.D'abord je me suis concentrée sur l'étude de la relaxation ayant suivi le séisme d'Iquique. J’ai pour cela étudié les déformations perpendiculaires à la fosse et réalisé un modèle en 2-dimensions. J'ai pu en déduire des contraintes sur la structure de la subduction depuis la fosse jusqu’au craton brésilien. Il est essentiel de considérer un coldnose (coin mantellique froid et rigide) ainsi qu'une zone à faible viscosité sous l'Altiplano qui remonte proche de la surface. L'évolution temporelle des données montre qu'un temps de relaxation plus faible durant la première année est requis, une rhéologie de Burgers est donc plus adaptée qu’une rhéologie de Maxwell.Après avoir identifié les structures clés et leur rhéologie perpendiculairement à la fosse, j’ai étudié les déformations latérales le long de la fosse. Le chargement intersismique induit des déplacements vers le continent de la plaque supérieure. Les phases co- et post-sismiques entraînent des déplacements vers la fosse dans la zone du séisme. Il a été observé que sur les aspérités voisines, le déplacement vers le continent est accéléré suite aux mégaséismes. J'ai d'abord calculé ces accélérations après les séismes de Maule, Iquique, Illapel, Tocopilla et Chiloé en différenciant une période court terme (de 0 à 1 an) et long terme (de 1 à 5 ans) afin d’en caractériser l'évolution spatiale et temporelle. Ensuite, j'ai réalisé des modèles 3D cylindriques pour tester l'influence de différents paramètres sur les déformations observées. Ces paramètres sont : l'épaisseur de la plaque continentale, les viscosité océaniques et continentales, la présence d'un coldnose et les caractéristiques rhéologiques en considérant des corps de Maxwell ou de Burgers. La comparaison avec les données confirme la nécessité d'une rhéologie de Burgers qui engendre plus de déplacements à court terme. La position du point de rebroussement entre les déplacements vers la fosse et vers le continent est contrôlée par la structure. Diminuer l'épaisseur continentale et diminuer la taille du coldnose rapprochent le point de rebroussement de l’aspérité source. L'amplitude des déplacements est contrôlée par les paramètres rhéologiques. J'ai montré qu'il est nécessaire que la viscosité continentale soit inférieure à la viscosité océanique pour voir l'accélération latérale du chargement. L'amplitude des accélérations montre une évolution inversement linéaire à la viscosité.