Proposition de sujet de thèse

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Proposition de sujet de thèse
2014
Intitulé du sujet
Analyse de la microsismicité induite par les fluides lors d’expériences de
stimulation hydraulique de faille: une piste vers une meilleure
compréhension des tremblements de terre de l’échelle métrique à
crustale.
Directeur
de thèse
Nom Prénom
DESCHAMPS Anne
Unité de recherche
Géoazur UMR 7329
Téléphone
04.83.61. 86.16
Courriel
[e-mail]
Co-Directeur
de thèse
Nom Prénom
DE BARROS Louis
Unité de recherche
Géoazur UMR 7329
Téléphone
04.83.61.86.22
Courriel
[e-mail]
Laboratoire d'accueil
Géoazur UMR 7329
Bâtiment 4
250 rue Albert Einstein
Sophia Antipolis
06560 VALBONNE - France

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DESCRIPTION DU SUJET
De nombreuses observations indiquent que le couplage entre les mouvements de fluide et la
déformation des failles actives est un facteur clé de la mécanique des séismes au cours du
cycle sismique. Ce couplage intervient aussi fortement lors des injections de fluides pour le
stockage ou la production d’énergie. La manière dont les fluides affectent le glissement sur
les failles est un problème difficile car il existe des ambiguïtés entre les différents
comportements prédits par la théorie. De plus, le lien entre les processus hydromécaniques
et leurs signatures sismiques reste mal compris. Entre autres, de nouveaux types de signaux
sismiques (trémors, séismes lents, etc.) ont été observés depuis une dizaine d'années sur
différents objets géologiques, mais les processus physiques les générant sont mal connus et
peu contraints. Par exemple, les trémors (signaux de longue durée et faible amplitude) sont
classiquement reliés à des glissements lents sur la faille, tandis que les signaux Longues
Périodes (LP) semblent être associés à des mouvements de fluides. Pour progresser dans la
compréhension du comportement sismique et hydromécanique des failles en présence de
fluides, ces interprétations classiques doivent être affinées par une analyse précise des
signaux sismologiques dans leur contexte hydromécanique.
Or, les données expérimentales acquises en laboratoire ou sur le terrain pour tester ces
interprétations sont généralement incomplètes et ne permettent pas de relier avec précision
les observations sismologiques et hydromécaniques avec la théorie.
Pour pallier ce manque de données et mieux contraindre les modèles existants, nous
montons des dispositifs de mesures hydromécaniques et sismologiques denses directement
au coeur de failles stimulées par des injections de fluides à l’échelle métrique (une échelle
intermédiaire entre le laboratoire et la croûte sismogénique).
Grâce à une pré-expérience conduite en 2011, nous avons pu mesurer, pour la première fois
en champ proche, le glissement d’une faille et une variété de signatures sismiques qui
permettent d’identifier avec un détail sans précédent les différents comportements
sismogéniques de la faille dans son contexte hydromécanique. Dans le cadre d’un nouveau
projet ANR HYDROSEIS financé de 2014 à 2017 (porteur : F. Cappa, Geoazur), une
expérience unique va être développée à l’automne 2014 pour accroitre le jeu de données
existants et développer de nouveaux modèles de déformation des failles. Cette nouvelle
expérience permettra de déformer une faille en conditions contrôlées sous différents régimes
hydrauliques. Des mesures avec une haute résolution spatio-temporelle de la sismicité, du
glissement et de la pression des fluides permettront une analyse comparée fine de la
réponse de la faille.
Le but principal de ce projet de thèse est donc d'analyser l’ensemble de ces données pour
explorer les mécanismes des séismes à l’échelle de l’expérience et de les comparer avec les
modèles proposés pour la mécanique des séismes naturels. On se placera dans l'hypothèse
de lois physiques similaires malgré les différences d'échelle.. Le premier objectif de ce travail
sera de participer à l’acquisition et l'exploitation des nouvelles données expérimentales pour
analyser les différentes signatures sismiques en fonction des réponses hydromécaniques de
la faille. Le travail consistera à extraire et classer ces signatures sismiques. Puis, l'étudiant
proposera ensuite des méthodes d'analyse adaptées pour localiser et déterminer les
mécanismes des "séismes" induits. Ces résultats permettront une comparaison robuste avec
les mesures de déformation et les fluides. Le second objectif sera de faire le lien entre les
observations à l’échelle métrique et celles à l’échelle crustale (Golf de Corinthe, Californie,
etc.) afin d’identifier des lois de comportement valables aux différentes échelles et les
limitations de cette approche.
Le travail, à dominante sismologique (encadrement: A. Deschamps et L. De Barros), se fera
à l’interface avec l'hydromécanique des failles (encadrement: F. Cappa). Il bénéficiera des

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financements de l’ANR HYDROSEIS disponibles de 2014 à 2017, et sera mené en
collaboration entre les laboratoires GEOAZUR (Sophia-Antipolis), CEREGE (Marseille), et
ISTERRE (Grenoble) en France, et CALTECH (USA), Berkeley (USA) et UCD DUBLIN
(Irlande) à l’international.
Collaborations internes :
Equipe Dynamiques des failles
Collaborations possibles avec l'équipe Imagerie et Ondes et Risques
Collaborations externes :
CEREGE (Marseille), et ISTERRE (Grenoble) en France,
CALTECH (USA), Berkeley (USA) et UCD DUBLIN (Irlande) à l’international.