Déformation active d'une région intraplaque à déformation lente :Le cas de la France. Sismicité et modélisations thermomécaniques 2D et 3D

Olivier Bellier ExaminateurNicole Béthoux Directrice de thèseJean-Pierre Brun RapporteurBruno Feignier ExaminateurMichel Granet RapporteurJean-Marc Lardeaux Président du juryEmmanuel Tric Membre invitéAn unresolved problem in seismology concerns the occurrence of unexpectedly strong earthquakes within intraplate slow deforming regions. This paradox (strong magnitude, small deformation) has been the subject of numbers of studies in areas such as the Eastern United States and Canada (Talwani 1988, Assameur et Mareschal, 1995, Pollitz et al., 1999). Following these works, this thesis presents a study in France and in particular in central and western France where we dispose of valuable seismicity catalogues, good geological knowledge and recent geophysical results. In a first step, we revised the seismotectonics of Normandy, Brittany, Charente region and the Massif Central by relocating the earthquakes, computing new focal mechanisms and defining the short scale stress field variation, by inversion of focal mechanisms. This re-evaluation was made possible by the increase of permanent seismological stations. We evidence a regionally significant NW trending sigma 1 strike-slip regime overprinted by local extensional perturbations in three distinct areas. These perturbations are located in the south of Brittany, between the Armorican Massif and the Massif Central (Poitou) and in the eastern Massif Central. The scale of the perturbations suggests that these processes are of crustal or lithospherical scale. We propose to associate the extensive perturbations of southern Brittany and Poitou to the influence of a southward traction force initiated in the Bay of Biscay and the perturbation of eastern Massif Central to surrection at the apex of an ascending mantle plume located at the base of the lithosphere. The study of faults distribution, heat flow and Euler solutions, computed from the regional Bouguer anomaly, helps to better understand the earthquakes distribution, stress concentration and the occurrence of earthquakes of magnitude higher than 4 in a very slowly deforming area. Then, these hypothesis are studied by 2D and 3D thermomechanical modeling, taking into account structural, thermal and rheological parameters.Un des problèmes non résolus en sismologie concerne l'occurrence de séismes de forte intensité dans des régions intra plaques à faible déformation. Ce paradoxe (forte magnitude, faible déformation) a été l'objet de nombreux travaux qui intéressaient surtout la zone de New Madrid et le Canada. Cette thèse présente un même type d'étude pour la France et particulièrement pour le centre et l'Ouest où nous bénéficions de bons catalogues de sismicité, de connaissances géologiques précises et de récents résultats de géophysique. Le travail effectué concerne tout d'abord une révision de la sismotectonique dans une région englobant la Normandie, la Bretagne, la Charente et le Massif Central. L'augmentation du nombre de stations sismologiques permet en effet une ré-évaluation de la connaissance sismotectonique régionale, par une relocalisation des séismes, le calcul de nouveaux mécanismes au foyer et par une meilleure définition des champs de contraintes obtenus par inversion des mécanismes au foyer. Ce travail met en évidence un champ décrochant à compression NW-SE de signification régionale, mais aussi trois perturbations extensives au niveau du sud de la Bretagne, du seuil du Poitou et de l'est du Massif Central. L'échelle des perturbations, argumentent en faveur de processus d'ampleur crustale à lithosphérique. Nous proposons d'associer ces perturbations (Bretagne, Poitou) à l'influence d'une force de traction initiée dans Golfe de Gascogne, au niveau de la marge de Galice et pour le Massif Central, à la surrection sous l'effet de la remontée d'un panache mantellique à la base de la lithosphère. L'étude de la répartition des failles, du flux de chaleur et des solutions d'Euler, calculées à partir de l'anomalie de Bouguer régionale, permet de mieux comprendre la distribution des séismes, la concentration des contraintes et l'occurrence de séismes de magnitude supérieure à 4 dans cette région à très faible déformation. Des modélisations thermomécaniques 2D et 3D tenant compte des facteurs à la fois structuraux, thermiques et rhéologiques permettent de valider ces hypothèses