CT3-ALEAS_(C. Martel) - Institut national des sciences de l`Univers

Comité Thématique 3
Aléas, risques et catastrophes telluriques
ALEA
Coordinateur
Caroline MARTEL (ISTO, Orléans)
[coord. 2012-présent]
  Bilan chiffré des Actions Incitatives depuis 2009
  Rappel des perspectives de la prospective 2008 et résultats marquants des 5
dernières années
  Enjeux scientifiques
ENJEUX DU CT3 – ALEA
Etablir des modèles pour prédire les catastrophes naturelles
Séismes – Volcans - Instabilités gravitaires
A quoi peut-on s’attendre?
  Comprendre les processus (ex: mécanismes de déclenchement)
  Détecter des signaux précurseurs
  Réduire la variabilité dans la prédiction (calcul de l’aléa)
Appel à Projets
  Etudes de terrain
  Expériences de laboratoire
  Modélisation
11 Membres experts
BILAN – Projets déposés
20-60 projets (moy ~40) :
50 % Aléa sismique
35 % Aléa volcanique
15 % Aléa gravitaire et autres
BILAN – Projets financés
45-65 % de projets financés
Equilibre respecté entre les 3 disciplines
BILAN – Montants alloués
AO: projets < 15 k€
Montant alloué par l’INSU ~1/3 somme demandée
Financement moyen à 5+1 k€/projet/an
BILAN - SYNTHESE
-  P€ = 1/3: choix de retenir plus de projets (~50%), mais réduire la somme (~50%; pas
systématique)
5+1 k€/projet/an
- Instrumentation et consommables pour expériences
- Analyses (chimiques, datations, etc)
- Missions de terrain
-  AO: priorités
- projets innovants (risqués): 5-10 sur 20-60 projets
~ étude de faisabilité pour projets plus ambitieux
- Projets de « méthodes classiques » mais avec cible nouvelle
- Jeunes Chercheurs; Implications de doctorants ou post-doctorants
-  Beaucoup plus de projets de recherche fondamentale qu’appliquée (partenaires industriels);
-  Certains projets renouvelés 1 fois (Action de suivi);
Le Comité est convaincu de l’importance de ces « petits » projets,
notamment pour initier des projets innovants de plus grande envergure
Conditions: maintenir la pression financière à 1/3; ne pas descendre sous 5 k€/projet/an
Prospective 2008
Aléa sismique et fonctionnement des failles actives
1)  Comprendre et modéliser le fonctionnement des failles au cours des différentes
phases de leur cycle sismique:
a)  Phase cosismique: modélisation et prédiction du mode de propagation de la rupture sur des failles à
géométrie complexe (prise en compte de processus dissipatifs ; réponse non linéaire du milieu; effets
de sites locaux);
-  Caractérisation de la phase W des grands séismes
Groupe de L. Rivera à EOST (Duputel et al., GIJ 2012)
-  Mesure de vitesses de rupture sismique supershear
Groupe de M. Bouchon à ISTerre et M. Vallée à GeoAzur
(Bouchon et al., Tectonophysics, 2010; Vallée et Dunham,
GRL 2012)
Duputel et al. (GIJ, 2012)
b) Post-sismique: modèles qui prennent en compte la variabilité de la rhéologie et des profondeurs
lithosphériques, mais peu de mesures pertinentes (géodésie et sismologie) pour les contraindre;
c) Phase de chargement intersismique: évaluation du potentiel sismogène par détermination de la zone
bloquée de la faille et de sa vitesse de chargement (améliorer les techniques de traitement des données
géodésiques);
Etudes balbutiantes:
  Mode de déclenchement d’un séisme par un autre
  Séismes lents [leur raison d’être? produits dans la partie bloquée ou glissante de la
faille? quantité de déformation accommodée? cohérents avec modèles de friction?]
  Initiation de la rupture et ses précurseurs
  Rôle des circulations de fluides profonds
-  Fonctionnement des failles actives et des volcans, et imagerie des
structures à partir du bruit de fond sismique
Groupe de M. Campillo à ISTerre (Brenguier et al., Nature
Geosci. 2008; Science 2008), Groupe IPGP
-  Identification des précurseurs
Groupe de M. Bouchon à ISTerre (Bouchon et al., Science.,
2011; Nature Geosci., 2013)
-  Compréhension du lien entre séismes lents et séismes destructeurs
Groupes ENS Paris, IPGP, GeoAzur, ISTerre (Vigny et al.
Science, 2011 ; Vallée et al., JGR 2013)
-  Rôle de l’érosion/sédimentation sur le déclenchement des séismes
Groupes Géosciences Rennes, Montpellier, IPGP (Simoes et
al. (Nature Comm., 2014)
Vallée et al. (JGR 2013)
2) Améliorer la connaissance des forts séismes passés (identification des ruptures passées,
datations); Collecter des observables géophysiques et encourager le couplage des méthodes (sismologietectonique-magnetotellurie-GPS-imagerie haute résolution);
« La France est sous-équipée en instrumentation géophysique destinée à l’étude de la structure de la
lithosphère et des risques naturels »
Aujourd’hui il y a RESIF!
- 
Inversion multi-données des propriétés de la source des grands séismes
Groupe GeoAzur : A. Sladen, B. Delouis, M. Vallée (Delouis et al., GRL 2010; Minson et al.,
GIJ 2014)
-  Etudes paléosismologie
Groupes S. Lallemand (Géosciences Montpellier), I. Manighetti (GéoAzur), J.-N. Proust
(Géosciences Rennes), etc…
3) Amélioration des modèles numériques (processus thermo-physico-chimiques: 3D,
viscoplasticité, couplages fluides; peut se faire par expérimentation en laboratoire)
-  Rupture dynamique des tremblements de Terre et les processus
précurseurs à partir des expériences en laboratoire sur des roches
Groupe de A. Schubnel à ENS Paris
(Passelègue et al., Science, 2013; Schubnel et al. Science, 2013)
Schubnel et al. (Science, 2013)
Prospective 2008 - Aléa volcanique
1)  Comprendre les volcans explosifs
  Progresser dans le développement des techniques permettant de quantifier les paramètres physiques
lors d’une éruption (vitesse des éjecta, flux et composition des gaz: effort dans les méthodes de
détection à distance)
-  Signaux géochimiques :
•  Mesures (OP-FTIR, DOAS, MultiGAS…)
•  Bilans du dégazage magmatique;
Groupes P. Allard, S. Vergniolle (IPGP)
Groupe I. Vlastelic, S. Moune (LMV)
Groupe B. Scaillet (ISTO)
Moune et al. (JGR, 2012)
-  Signaux géophysiques :
•  Apports de l’analyse du bruit sismique à la prévision des éruptions ;
•  Déformations par données combinées de GPS, InSAR, et sismiques;
•  Mesure des vitesses d’éjecta;
Groupes ISTerre, IPGP, LMV
Valade et al. (JGR, 2012)
  Progresser dans la modélisation des processus magmatiques, notamment la transition effusiveexplosive, la dynamique des jets explosifs, des écoulements pyroclastiques, historique du volcan, rôle
du système hydrothermal…
-  Conditions pré- et syn-éruptives, transitions effusif-explosif, cinétiques
des processus magmatiques
Groupe G. Boudon (IPGP), T. Druitt (LMV) [Etudes de terrain]
Groupe M. Pichavant (ISTO) [Expérimentation HP-HT]
Groupe C. Jaupart (IPGP), ISTerre [Modélisation]
-  Imagerie du système volcanique
(magmatique et hydrothermal)
Tomographie sismique
Girault et al. (EPSL, 2014)
Tomographie électrique
Imagerie satellitaire
Groupes ISTerre, A. Finizola et D. Gibert (IPGP)
Revil et al. (GJI, 2014)
  Analyse de l’aléa volcanique intégrant les risques associés (déstabilisations de flanc et
tsunamis)
Questions avec encore peu de réponses…
2) Identification des précurseurs des éruptions (géochimiques et géophysiques)
3) Influence des phénomènes volcaniques sur le climat?
4) Liens entre activité tectonique, sismique et volcanique?
5) Surveillance des volcans, évaluation de l’aléa et risque volcanique: évolution vers
une stratégie multidisciplinaire (imagerie fonctionnelle associant géophysique et
géochimie des magmas, fluides et gaz)
Services Nationaux d’Observation en Volcanologie (SNOV)
Prospectives 2008 - Aléa gravitaire et autres
Rien de mentionné dans la prospective 2008…
1) Tenir compte de la complexité naturelle pour comprendre et modéliser les instabilités:
Progresser dans la modélisation et la mesure à l’échelle du terrain et du laboratoire:
- Effet des sollicitations sismiques, volcaniques et climatiques
Groupes A. Taboada (Montpellier), P. Meunier (ENS Paris), A. Mangeney et A. Le Friant (IPGP),
L. Lucas (IFSTTAR)
- Fragmentation du milieu, effets thermiques
Groupes L. Michon et V. Famin (Université de la Réunion) et J. L. Schneider (Université de Bordeaux),
V. Langlois (ENS Lyon),
- Rôle des fluides (eau, gaz, …) dans la rupture, l’écoulement, l’érosion/déposition, l’hétérogénéité des
matériaux
Groupes F. Cappa à Geoazur (Cappa et al., GRL 2014), Olivier Roche au LMV (Roche et al., 2013), A.
Mangeney (IPGP), R. Toussaint et J.P. Malet (IPGS)
Roche et al., Geology, 2013
Cappa et al. (GRL, 2014)
2) Etablir des lois rhéologiques pour les phases d’endommagement, de rupture
et d’écoulement:
  Affaiblissement frictionnel dans les glissements sur Terre et sur les autres planètes;
Groupes A. Mangeney (IPGP) (Lucas et al., Nature Comm. 2014);
F. Cappa (Géoazur)
Lucas et al. (2014)
3) Acquérir/interpréter des données de terrain sur les
processus physiques et la dynamique des instabilités:
-  Caractérisation 3D haute résolution du milieu sur Terre et sur les
autres planètes
Groupes C. Delacourt, P. Allemand (ENS Lyon) et P. Malet
(IPGS), A. Le Friant, G. Boudon (IPGP), K. Kelfoun (LMV),
J. Gargani et F. Costard (IDES, Orsay)
-  Mesure de la dynamique des instabilités (vitesse, pression de fluides, …) notamment via les données
sismiques:
Signal sismique émis par les glissements de terrain
Groupes A. Mangeney à IPGP (Moretti et al., GRL 2012, JGR 2014, Hibert et al., JGR 2014)
Sismicité des versants rocheux instables
Groupes A. Helmstetter et S. Garambois à ISTerre, D. Jongmans et L. Baillet (Helmstetter et
Garambois, JGR 2010, Bottelin et al. , GJI 2013)
FORCES ET FAIBLESSES
Aléa sismique
Forces
Aléa volcanique
Aléa gravitaire
Equipes françaises de renommée internationale (leadership souvent français)
Bon niveau de coopérations internationales
Nombreuses responsabilités dans les instances internationales
 
 
 
 
Utilisation du bruit de fond
Inversion de données
Etude des séismes lents
Phénomènes précurseurs
Forte structuration et
cohésion de la communauté
 
 
 
Géochimie des fluides
Pétrologie expérimentale
Modélisation numérique et
analogique
 
Modélisation numérique
des instabilités
Interactions accrues entre les
4 principaux Instituts
(IPGP, LMV, ISTO, ISTerre)
Faiblesses
Peu de continuum entre les
recherches sur les processus
et celles sur les effets (GIS
RAP)
Pas de structuration de la
communauté française (entre
programmes de recherche et
tâches d’observation)
Intégration des résultats
scientifiques dans les
systèmes d’alertes.
Manque de parc
instrumental national pour
Lien beaucoup plus fort en Cas de crise éruptive aux Antilles: les mesures Lidar et
Italie, Etats-Unis ou Japon
qui sait quoi? qui fait quoi?
séparation ‘Terre’ - ‘Mer’.
ENJEUX SCIENTIFIQUES
Aléa sismique
Enjeux
Aléa gravitaire
  Construction de modèles qui puissent prédire les évènements catastrophiques
  Faire le lien entre processus et effets sur nos sociétés
- Phénomènes précurseurs
- Rôle des fluides
Moyens
Aléa volcanique
- Mécanismes de déclenchement
- Réduction de la variabilité sur les prédictions
  Multidisciplinarité (géologie, géophysique, géochimie, datation, expérimentation, modélisation)
  Chantiers communs (ex : projets INSU à Corinthe, TerMex ou certaines ANR) qui intègrent
grandes questions de recherche fondamentale + concernant l’aléa et le risque.
  Info sur périodes pré et post crise (Mesures permanentes, Imagerie des systèmes)
  Expériences de laboratoire (Comprendre les couplages, dynamique, cinétiques des processus)
  Modèles numériques performants (Géométrie réalistes, effets de sites, processus complexes)
Recomma
ndations
  Les appels européens et ANR mettent l’accent sur « les applications » (gestion, économie,
ingénierie, science humaine) et semblent parfois oublier l’aspect fondamental
(compréhension de phénomènes)
L’INSU doit veiller à protéger la recherche fondamentale.
  Devant l’urgence de la catastrophe naturelle, la communauté n’est pas tout à fait prête
(modèles parfois trop approximatifs, décisions trop hâtives, etc…)
Exercice simulation de crise
volcanique aux Antilles ?
(ex: projet EU-VUELCO)
ENJEUX SCIENTIFIQUE – SYNTHESE
Toutes les thématiques de recherche sont nécessaires (pas de priorité)
ALEA (CT3)
Aléa sismique, volcanique et gravitaire
Recherche fondamentale (Appel à projets)
Services Nationaux d’Observation
(SNO) - Acquisition de données
  Volcanologie
  Sismologie
  Géodésie et Gravimétrie
  Instabilité de versants
  Magnétisme
Organisme de gestion de crises
« Risque »