Tableau récapitulatif (CF fiche OBSANTILLES pour

Valorisation des campagnes à la mer
Navires Ifremer - IRD - IPEV
Fiche “ Valorisation des résultats des campagnes océanographiques ”
(à envoyer par courriel à [email protected] )
Nom de la campagne : SISMANTILLES-2
Projet / Programme de rattachement : ANR SUBSISMANTI / Projet UE « THALES WAS RIGHT »
Navire : L’Atalante
Engins lourds : OBS
Dates de la campagne : 25 Janv 2007 – 24 fev 2007
Nombre de jours sur zone/en transit : 29 jours
Zone(s) : Avant-arc des Petites Antilles, de la
Martinique à Antigua
Chef de mission principal (Nom, prénom et organisme) : Laigle Mireille (IPGP)
Nombre de chercheurs et d’enseignants-chercheurs (en mer / à terre) : 8/7
Nombre d’ingénieurs et de techniciens (en mer / à terre) : 3/1
Nombre d’étudiants (en mer / à terre) : 9/1
Fiche remplie par : Mireille Laigle
Date de rédaction ou d’actualisation de la fiche : 28-03-2012
Adresse : Géoazur Sophia Antipolis 250 rue Albert Einstein Les Lucioles 1 06560 Valbonne
Email : mireille.l[email protected]r
Tel : [phone]
Fax :
Résultats majeurs obtenus
(maximum 5 pages)
1 – Contexte scientifique et programmatique de la campagne
Le thème scientifique de la campagne à la mer SISMANTILLES_II du N/O ATALANTE est la compréhension du
fonctionnement de la zone sismogénique et la localisation des zones sources potentielles de séismes de méga-
chevauchement sur la zone de subduction des Petites Antilles.
Cette campagne à la mer du N/O ATALANTE soutenue par les Commissions Géosciences Marines et Flotte au
titre des moyens nationaux à la mer d'IFREMER et opérés avec GENAVIR a mis en œuvre, outre la bathymétrie
multifaisceaux, la SMT (sismique multitraces) avec la flûte de 360 canaux et 4.5 km de longueur. Ici la pénétration
de la sismique a été assurée par la source "monobulle", méthode mise au point lors de la campagne STREAMERS
1993 (Avedik et al., First Break, 1995), et amplifiée à sa version 8100 cu. in. à 12 canons employée dans
SEISMARMARA (Hirn et al., EGS, 2002). Le gravimètre avait été demandé, mais suite à une avarie fin Novembre
2006, ce dernier est parti en réparation aux USA et n’était pas de retour au moment de la campagne.
Au total, ce sont près de 34000 tirs à partir de l’Atalante dont 27000 enregistrés par la flûte de 4.5 km (4800 km de
profils en tout) qui ont été réalisés pendant SISMANTILLES-II avec la source en configuration monobulle à 8867
cu.in.
SISMANTILLES-II s’est articulée autour 2 autres campagnes avec d’autres navires, suscitées et coordonnées dans
le cadre des programmes qui la soutiennent, : programme SUBSISMANTI (2 des 6 projets qui le composent)
soutenu par l'ANR Catastrophes Telluriques et Tsunamis auquel ont participé plusieurs équipes de l'IPGP, les
observatoires volcanologiques de Guadeloupe et de Martinique, Géoazur et le CEA, ainsi que le programme
européen THALES WAS RIGHT sur les subductions actives Antillaise et Hellénique auquel ont participé l'IPGP,
Géoazur (Nice), IFM GEOMAR (Allemagne), ETH Zurich (Suisse), CSIC Barcelone (Espagne), Univ. Trieste (Italie)
et NOA Athènes (Grèce).
Ceci a permis entre autre la mise en œuvre d’une centaine d’OBS, instruments de pools nationaux ou à l'échelle
européenne (GéoAzur, INSU-IPGP, GEOMAR, OBSISMER IPGP-GéoAzur) et autant de sismomètres à terre
(réseaux permanents IPGP et SRU, parcs d'instruments portables de l'INSU et participants européens). Un nombre
significatif de ces sismomètres sont à bande élargie, une originalité notable pour ce qui est des OBS, qui pourrait
permettre de détecter des signaux transitoires basse fréquence.
Ainsi la campagne TRAIL de l’institut IFM-GEOMAR de Kiel avec le navire allemand F/S S. M. MERIAN, suscitée
au sein du programme THALES WAS RIGHT avec E. Flueh et H. Kopp comme chefs de mission, a eu lieu du 3 au
19 Janvier 2007. L’équipe scientifique incluait des participants aux autres campagnes et vice-versa. Après 2
grands transects de réfraction à travers l'arc long de 280 km, le F/S Merian a largué sur la grille 60 OBS

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appartenant à IFM-GEOMAR, et à l'UMR Géosciences Azur (UMR CNRS-IRD-Univ. Nice-Univ. Paris 6), les
préparant ainsi à l’enregistrement des tirs de SISMANTILLES_II.
Le N/O ATALANTE qui a déployé un ensemble supplémentaire d’OBS constitué de 20 OBHs de GEOMAR (qui
sont restés à bord après la campagne SARDINIA) et de 23 OBS de l’INSU-IPGP a ensuite effectué sans la flute les
profils en eau peu profonde, a exploité les autres en SMT, puis enfin a récupéré les 20 OBHs de GEOMAR.
La campagne OBSANTILLES du N/O ANTEA (CF fiche valorisation P. Charvis), qui s’est déroulée en Avril 2007 a
permis de récupérer les 70 OBS laissés après la campagne SISMANTILLES_II pour l'écoute de la sismicité et d'en
re-déployer une partie jusqu'en Novembre 2007. Les quelques OBS IPGP-GéoAzur du CPER OBSISMER de
Martinique qui sont mis en œuvre depuis novembre 2005 continueront le suivi.
Au total 104 sites d'observations sismique au fond de la mer ont été ainsi occupés simultanément. Plus de 40 sites
ont été temporairement occupés à terre.
2 – Rappel des objectifs
Les objectifs précis sont la cartographie de l’interplaque de subduction dans sa partie potentiellement
sismogénique le long de l’Arc des Petites Antilles, du Nord de la Guadeloupe et Antigua jusqu’à la Martinique en
passant par la Dominique, contribuant à l'identification et la localisation à l'avance de la zone de rupture maximale
de possibles séismes majeurs futurs, et la recherche de signaux transitoires de l'activité sismique. Pour atteindre
ces objectifs, cette campagne a mis en œuvre les méthodes spécifiques pour l'imagerie profonde de sa structure et
de son activité sismiques.
La zone de travail s’est étendue du Sud de la Martinique à 14°30' N, en passant par la Dominique, la Guadeloupe
et jusqu'à Antigua a 17° 30' N. Sur 260 km de long, 7 profils longitudinaux espacés d'une vingtaine de kilomètres
ont été réalisés, ainsi qu'une douzaine de transects allant jusqu'à 120 km des côtes. Les nœuds de cette grille de
profils étaient occupés par des capteurs-enregistreurs sismiques fond de mer OBS qui sont restés plusieurs mois
au fond pour enregistrer les séismes locaux.
Pour cartographier la localisation et variation spatiale de cette zone sismogénique potentielle, la géométrie et les
paramètres de la grille de profils reflexion-réfraction ont été fixés au préalable grâce aux résultats structuraux issus
de la première campagne de reconnaissance SISMANTILLES (2001, N/O NADIR). En plus des études structurales
réalisées par sources artificielles, les séismes locaux, enregistrés par le réseau d'OBS qui était dense et étendu,
apportent un éclairage des structures qui sont actives.
3 – Données acquises et analyses effectuées en mer et à terre
o Mesures acquises pendant la mission
 SMT lourde grande pénétration, levé bathymétrique multifaisceaux, 23 OBS (INSU/IPGP)
+ 20 OBH (IFM-GEOMAR) déployés par l’Atalante. Récupération des 20 OBH à la fin des
tirs. Les 23 OBS INSU/IPGP ont été récupérés par la campagne OBSANTILLES
o Echantillons acquis pendant la mission : aucun
o Traitements et analyses
 Pré-traitement à bord puis poursuite de retour aux laboratoires
4 – Principaux résultats obtenus (avec quelques illustrations)
1 : Imagerie de la structure fine jusqu’au socle par SMT et segmentation le long de l’arc
Je pilote moi-même ce projet et prépare une présentation pour l’EGU 2010. Ces données auraient dues être l’objet
de la thèse de l’étudiante que j’avais eue en stage de recherche M2 pendant la campagne et qui avait décroché
une bourse mais qui a préféré commencer par avoir une expérience dans le domaine professionnel avant de se
lancer dans une thèse. La bourse qui n’a pu être conservée pour elle a été attribuée à une autre thèse.

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La cible de cette étude porte sur la limite updip de la zone de contact entre la croûte avant-arc et la croûte
océanique qui correspond en première approximation à la limite updip de la portion sismogénique de l’interplaque
de subduction. La géométrie de cette grille (Fig. 1, profils en rouge) a été construite sur la base des résultats
d’imagerie sismique de la précédente campagne SISMANTILLES. Cette grille consiste en un ensemble de 7 longs
profils «strike-line» parallèles à la subduction (300 km de long, espacés de 15 km) et de 12 profils perpendiculaires
«dip-lines» (150 km de long, espacés de 25 km). J’ai organisé le traitement de tous ces profils à bord, jusqu’au
stack et migration temps avec une vitesse de 1500 m/s avec le logiciel Geovecteur / Geocluster de la CGG Veritas.
La représentation de ces 12 transects révèle le socle au toit de la croûte avant-arc avec le pendage caractéristique
vers la fosse, jusqu’à des distances de 160-190 km de l’arc volcanique et jusqu’à 5 s temps double sous le fond de
mer. Au-delà de la zone de transition entre le bassin avant-arc profond et le prisme d’accrétion, le toit de la croûte
océanique et le décollement sont imagés avec le pendage caractéristique vers l’arc jusqu’à 70-80 km du front de
déformation et jusqu’à 6-7 s temps double sous le fond de mer avant de le perdre dans le 1er multiple du fond de
l’eau (12-15 km de profondeur). Avec deux des profils de la 1ère campagne, nous disposons de deux profils
supplémentaires allant jusqu’au front de déformation (Fig. 2). Un résultat de premier ordre est la très grande
variation dans le domaine avant-arc de la topographie de son socle d’un profil à l’autre, autrement dit le long de la
subduction. Un deuxième résultat de premier ordre porte sur les structures révélées par migration profondeur
avant-sommation attestant de la déformation active du domaine avant-arc. Ce traitement a été réalisé par Anne
Bécel à l’IFM_GEOMAR sur des profils choisis (Fig. 2, profil E et L) pour leur disposition dans le prolongement des
deux rides asismiques portées par la lithosphère océanique et subductant de manière oblique par rapport à la
direction de convergence.
Le travail d'interprétation en cours permettra de documenter pour la première fois la déformation de la croûte
avant-arc elle-même en réponse à la subduction de reliefs portés par la plaque plongeante. Cette segmentation de
la marge sera à discuter en regard de la sismogénèse.
2 : Structure sismique 2D à l’échelle de l’arc
Les deux profils de tirs réalisés pendant la campagne TRAIL (R/V Merian, PI Flueh) longs de 280 km recoupant
tout l’arc sont en cours d’étude (Fig 1, profils en bleu). Celui du nord, entre la Guadeloupe et la Dominique, est
traité à GEOMAR par un étudiant en thèse sur ces données (W. Weinzierl). Celui du sud, entre la Dominique et la
Martinique, est traité à GeoAzur par un étudiant en thèse avec Audrey Galvé et Philippe charvis (M. Evain).
Ma contribution est de participer à la comparaison de chacun de ces profils avec les profils SMT coïncidents ainsi
qu’avec les résultats de modélisation de la campagne précédente (thèse Estelle Roux, 2007). Une comparaison
entre les deux profils est en cours de préparation pour l’EGU 2010.
3 : Inversion tomographique des tirs enregistrés par le réseau d’OBS
Tous les tirs ayant été enregistrés par les OBS (Fig. 1, profils en rouge et mauve), une inversion tomographique
3D des temps de 1ères arrivées complète la vue 2D que l’on a à partir des profils sismiques. Ce jeu de données a
été partagé en deux sous-ensembles : la partie sud, enregistrée par des OBS du parc GeoAzur est tout
naturellement réalisée par Mikael Evain en thèse dans ce laboratoire et sur ce sujet. La partie nord est réalisée au
laboratoire sous ma responsabilité dans le cadre de l’ATER suivi d’un postdoc de quelques mois de Gaye
Bayrakci. Nous utilisons l’approche développée dans le cadre de sa thèse sur la Mer de Marmara, où les variations
topographiques du socle qui atteignaient 7 km sont ici doubles (15 km).
Une première étape est en cours de réalisation et consiste en l’élaboration d’un modèle a priori pertinent en 3-D,
par l’implémentation des connaissances sur la géométrie du socle à la fois du domaine avant-arc et de la croûte
océanique à partir de l’interprétation des profils MCS (Fig. 1, coupe du bas).

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Figure 1 : Plan de position de la campagne SISMANTILLES-2.
Figure 2: des trois profils allant jusqu'au front de déformation (L, K, Gua_sud) et montrés ci-dessous. Les couleurs
du profil Gua_Sud de la campagne de 2001 proviennent du modèle de réfraction de la thèse d'Estelle Roux
converti en temps double et superposé au profil SMT. Le profil E montré est le résultat de la PSDM.

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4 : Recherche des conditions d’observation de signaux transitoires de zone de subduction sur le réseau d’OBS
Sur l’ensemble des 80 OBS couvrant la zone, nous avons pu réunir 24 sismomètres fond de mer large-bande, un
déploiement probablement réunissant l’un des plus grand nombre de capteur de ce type. L'objectif est d’essayer
d’y détecter éventuellement des signaux transitoires dans l’enregistrement continu de ce réseau dense d’OBS, du
type trémors non-volcaniques et séismes lents. Il s’agit de ceux récemment détectés au Japon et dans la région
des Cascades, qui sont discutés en relation avec l’activité de fluides dans la région de l’interplaque et qui
pourraient dans certains cas constituer des signaux précurseurs de méga-séismes.
Nous devons à la fois faire face à la recherche de tels signaux en domaine marin, à la diversité des spécificités
techniques des capteurs et à la diversité géologique des sites occupés. Pour pouvoir discriminer entre le signal qui
pourrait être identifié comme provenant de la zone de subduction et signaux dus à l'environnement marin, Anne
Bécel a développé dans le cadre de son postdoc au CSIC Barcelone un protocole d'analyse de tous ces signaux
en temps fréquence (sur matlab plutôt que PQLX) de toutes les composantes corrigées de la réponse de
l'instrument, en vitesse et en accélération. Face à la très grande quantité de données, elle s'est concentrée dans
un premier temps sur les 10 OBS large-bande de l'AWI et aux 3 du parc INSU/IPGP (Fig. 1, carrés bleus et
orange).
Il est très vite apparu que l'étude du bruit lui-même pourrait apporter un regard nouveau sur les interactions entre
les processus océaniques et atmosphériques avec la terre solide.
5 : Localisations des séismes locaux
Tous les enregistrements ont été dépouillés et des localisations préliminaires réalisées. Les premiers résultats
seront présentés à l'EGU 2010.
Là aussi en raison de la taille de la zone d'étude, le jeu de données a été partagé en deux sous-ensembles : la
partie sud, enregistrée par des OBS du parc GeoAzur a été étudiée par Mario Ruiz dans le cadre de son postdoc a
GeoAzur. Je m'occupe moi-même de la partie nord avec Martine Sapin de l'équipe de sismologie qui a réalisé tous
les pointés.
Les premiers résultats montrent que la partie sous le prisme d'accrétion est silencieuse. Seule la partie profonde
de la zone de contact entre la croûte avant-arc et la croûte océanique montre une activité sismique. Les
localisations et interprétations nécessitent des contraintes sur la structure sismique profonde et seront discutées
par rapport aux interfaces majeures imagées. Les corrections de sédiments et de boue sous chaque OBS sont
indispensables pour ne pas se tromper de 10 km en profondeur sur les hypocentres.
Une inversion conjointe tirs et séismes sera ensuite réalisée en complétant le modèle 3-D obtenu de vitesses
d’ondes P par son équivalent en Vp/Vs non seulement ces données nouvelles mais aussi celles de l’expérience
pilote SISMANTILLES et d’OBSISMER. En ce qui concerne l’activité micro-sismique, il est toujours envisagé
d'entamer la réalisation de modèles thermiques quasiment inexistants dans cette région, pour la discussion des
relocalisations réalisées et des mécanismes au foyer.