Observation et modélisation du développement de la rupture sismique à partir de l'analyse de fonctions source

Our knowledge of earthquake source physics, giving rise to events of very different magnitudes, requires observations of a large population of earthquakes. The development of systematic analysis tools for the global seismicity meets these expectations, and allows us to extract the generic properties of earthquakes, which can then be integrated into models of the rupture process. Following this approach, the SCARDEC method is able to retrieve source time func tions of events on a large range of magnitude (Mw > 5.7). The source time function (which describes the temporal evolution of the moment rate) is suitable for the analysis of transient rupture properties which provide insights into the generation of earthquakes of various sizes. The purpose of our study is to observe the rupture development of such earthquakes in order to add better constraints on kinematic and dynamic source models. The first part of our work focuses on the development of earthquakes through the analysis of the SCARDEC catalog. The phase leading to the peak of the source time function (“development phase”) is extracted to characterize its evolution. From the computation of moment accelerations at prescribed mo ment rates, we observe that the evolution of the moment rate during the developement phase is independent of the final magnitude. A quantitative analysis of the moment rate increase as a function of time further indicates that this phase does not respect the steady t 2 self-similar growth, suggesting a transient variation of rupture velocity and/or stress drop. In a second part, these observations are compared with kinematic source models. A crack model with ra dial variations of the rupture velocity combined with low stress drop highlights that correlation between rupture velocity and slip velocity is a key feature for the transient behavior of the development phase previously observed. We then generate, using the composite fractal RIK model, synthetic catalogs of source time functions. This also supports that the correlation bet ween rupture velocity and slip velocity, as well as the duration of the rise-time, have a strong effect on moment acceleration values. We finally develop heterogeneous dynamic models which take into consideration rupture physics. Heterogeneous distributions of the friction parameter Dc and the initial stress τ0 contribute to generate highly realistic rupture scenarios. Rupture propagation is strongly influenced by these two dynamic parameters which induce a clear pre ferential direction of propagation together with a local variability of the rupture velocity. The correlation between rupture velocity and slip velocity highlighted by the previous kinematic models is retrieved and allows to reproduce the SCARDEC observations. These findings are expected to put further constraints on future realistic dynamic rupture scenarios.Notre compréhension de la physique de la source sismique, qui donne naissance à des séismes de toute magnitude, requiert l’observation d’une large population d’événements. Les méthodes d’analyse systématique de la sismicité mondiale remplissent ce rôle et permettent d’extraire les propriétés des séismes puis de les confronter aux modèles de rupture sismique. La méthode SCARDEC fait partie de ces méthodes et retrouve les fonctions source d’événements sur une large gamme de magnitudes (Mw > 5.7). La fonction source, puisqu’elle décrit l’évolution tem porelle du taux de moment, est un observable privilégié pour l’analyse des propriétés transitoires de la rupture. L’objectif de notre étude est d’observer le développement de la rupture lors de ces séismes afin de plus précisément contraindre les modèles cinématiques et dynamiques de la source. La première partie de notre travail s’intéresse au développement des séismes à partir du catalogue SCARDEC. La phase menant au pic de la fonction source (“phase de dévelop pement”) est extraite pour caractériser son évolution. À partir du calcul des accélérations de moment pour des taux de moment donnés, nous observons que l’évolution du taux de moment pendant la phase de développement est indépendante de la magnitude finale. Une analyse quantitative de l’augmentation du taux de moment en fonction du temps indique que cette phase ne respecte pas la dépendance en t 2 de la loi auto-similaire, suggérant une variation transitoire de la vitesse de rupture et/ou de la chute de contrainte. Ces observations sont dans un deuxième temps confrontées aux modèles cinématiques de la source. Un modèle de crack avec des variations radiales de la vitesse de rupture, associées à une faible chute de contrainte, met en évidence que la corrélation entre vitesse de rupture et vitesse de glissement est un ingrédient nécessaire au comportement transitoire de la phase de développement vu dans les observations. Nous générons ensuite à partir du modèle composite fractal RIK des catalogues synthétiques de fonctions source. Ces derniers montrent également que la corrélation entre la vitesse de rupture et la vitesse de glissement, ainsi que la durée du temps de montée, ont une influence sur les valeurs de l’accélération de moment. Nous développons finalement des modèles dynamiques hétérogènes qui prennent en compte la physique de la rupture. Les dis tributions hétérogènes du paramètre de friction Dc et de la contrainte initiale τ0 sur la faille participent à générer des scénarios de rupture particulièrement réalistes. La propagation de la rupture est en particulier influencée par ces deux paramètres dynamiques qui entraînent une direction de propagation préférentielle couplée à une variabilité plus locale de la vitesse de rupture. La corrélation entre vitesse de rupture et vitesse de glissement, mise en lumière dans les modèles cinématiques précédents, est retrouvée et permet la reproduction des observations SCARDEC. Ces résultats devraient fournir des contraintes additionnelles pour la constitution de scenarios réalistes de la dynamique de la rupture