Mesure InSAR et modélisation de la déformation liée aux

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Proposition de sujet de thèse
2016
Intitulé du sujet
Mesure InSAR et modélisation de la déformation liée aux variations de
charge en surface - ou comment explorer la structure rhéologique de
la lithosphère
Directeur
de thèse
Nom Prénom
Hassani Riad
Unité de recherche
Géoazur UMR 7329
Téléphone
04.83.61.86.71
Courriel
[email protected]
HDR
OUI
Co-Directeur
de thèse
Nom Prénom
Cavalié Olivier
Unité de recherche
Géoazur UMR 7329
Téléphone
04.83.61.86.98
Courriel
[email protected]ice.fr
HDR
NON
Laboratoire
d'accueil
Géoazur UMR 7329
250 rue Albert Einstein
Sophia Antipolis
06560 VALBONNE - France

Proposition de sujet de thèse Géoazur 2016
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DESCRIPTION DU SUJET
La lithosphère mise sous contrainte se déforme de façon élastique (et poro-élastique), cassante et
visqueuse. L’étude de ces propriétés physiques se heurte à notre incapacité à accéder à une mesure
directe de ces paramètres (les forages les plus profonds ne dépassant guère la dizaine de kilomètre).
Pour surmonter ce problème, deux approches ont été développées : (1) Essayer de reproduire en
laboratoire les conditions régnant en profondeur à l'aide de presse hydraulique ou autre enclume à
diamant. Cependant, ces expériences se font sur des échantillons de taille réduite et à des taux de
déformation supérieur à ceux de la nature (qui sont trop lent pour être reproduit à l’échelle de temps
humaine). (2) Une deuxième approche est d'utiliser des données indirectes acquises en surface afin
de déduire la structure profonde de la Terre. C’est cette deuxième approche qui sera explorée à
travers cette thèse.
Une première série d’étude s’est intéressé au rebond postglaciaire. Les calottes, reposant sur des
cratons orogéniques (canadien ou scandinave). Ces études révèlent le plus souvent une forte
viscosité du manteau et un temps de relaxation long (> 5000 ans). La rhéologie particulière des
cratons (lithosphère froide et croute épaissie) ainsi que la large taille de ces objets font qu’il est difficile
d’obtenir des résultats précis pour la rhéologie du manteau lithosphérique.
A l’inverse, les études du rebond post-sismique, lorsqu'elles invoquent un comportement ductile de la
croûte ou de l'asthénosphère, font souvent état d'une viscosité faible. Cette faible viscosité peut
représenter une rhéologie long-terme (Maxwell) ou transitoire (Burger). Alternativement, le rebond
poro-élastique ou le glissement dans la zone de transition des failles pourraient également expliquer
les temps courts du rebond post-sismique.
Dans ce débat, l'existence de faibles temps caractéristiques associée à un comportement visqueux ou
poro-élastique pourrait être corroborée par l'étude de la déformation associée à des chargements de
la surface terrestre anthropiques connus. L'idée est donc de mesurer la déformation engendrée par
des chargements connus de la surface terrestre afin de contraindre « in situ » la rhéologie de la croûte
et du manteau par le biais de modèles simples stratifiés. Les variations de charge choisies sont celles
associées au niveau d'eau des lacs et la méthode de mesure choisie est la géodésie InSAR.
L’application de l’InSAR pour mesurer la déformation liée aux variations de niveau de lac a déjà été
testée avec succès pour le lac Mead (Nevada, USA) et pour le lac Siling Co (Tibet, Chine). Nous
proposons ici de travailler sur le lac Powell, situé sur le plateau du Colorado. Il s’agit d’un lac de
barrage dont la mise en eau s’est faite en 1963. En plus de la phase initiale de remplissage du lac
(+100 m), des variations du niveau du lac (et donc de charge/décharge) pluri-annuelles provoquent
des déformations de la croûte et du manteau.
Cette thèse aura deux aspects : (1) Observationnel, avec le traitement de 20 ans d’images SAR pour
la période 1992-2012 afin de mesurer la déformation autour du lac et (2) modélisation de la
déformation pour contraindre les paramètres rhéologique en dessous du Plateau du Colorado.
Les développements méthodologiques développés dans le cadre de l’application au lac Powell (en
InSAR et modélisation) pourront ensuite être adaptés à d’autres objets pour l’exploration de la
rhéologie (autres lacs, mines ouvertes…), dans un contexte tectonique (mesure et modélisation du
cycle sismique), pour les aléas naturels (glissements gravitaires) ou pour la cryosphère (mesure et
modélisation de la vitesse et retrait des glaciers).