Évolution spatio-temporelle de la sismicité de la zone Ubaye/Haute-Durance : apports pour la compréhension de la dynamique et de l'évolution des essaims de sismicité en domaine de faible déformation

The Ubaye region, located in the Alps at mid-distance between Grenoble and Nice, is one of the most seismically active areas in France. One of the strongest earthquakes recorded in mainland France occurred on April 5, 1959 (MLLDG 5.3). This region is characterized by a particular seismic activity composed of intertwined mainshock/aftershocks and seismic swarm sequences, involving the complex interaction of several driving processes (stress transfer, fluid-pressure, etc). Some swarms contained earthquakes of magnitude greater than 4, like the 2012-2015 swarm, which is characterized by two mainshocks: MLLDG 4.8 (26/02/2012) and MLLDG 5.2 (07/04/2014). This PhD aims at better understanding the processes that drive the seismicity and relate it to known structures in the region. The study of historical and instrumental seismicity allowed to highlight the most active areas than others (Le Lauzet, Larche, Barcelonnette, St-Paul-sur-Ubaye, Guillestre) since the 18th century. Unfortunately, the uncertainties of location and our lack of knowledge of deep structures make it very difficult to relate outcropping faults with seismicity. We then focused on the two months aftershocks that followed the April 7, 2014 earthquake. The aftershock locations distribute in a wide volume around the main fault plane. The complex spatial organization of the seismicity was quantitatively analysed through the study of the geometry of the families that composed it and confirmed by the computation of 100 focal mechanisms. During the different crisis periods (2003-2004 & 2012-2015), the presence of fluids was highlighted as one of the main drivers to explain the behaviour of the seismicity. We then decided to calculate the fluid-overpressures required to trigger each event by inverting the focal mechanisms and the stress-state. Three main results emerge: 1) the majority of events (65%) requires between 15 and 40 MPa of fluid-overpressure; 2) the strongest earthquakes also require fluid-overpressures; 3) the temporal evolution of overpressure is an indicator of the type of seismic sequence. From these results, a conceptual model is proposed to conciliate fluid and the complex behaviour of the seismicity based on the fault-valve behaviour (Sibson, 1990). After concentrating only on the 2014 crisis, I focused on the 2010-2019 period to link the pre-existing structures of the region to the 2012-2015 crisis chronology. A new relocation of the seismicity is then performed on this period starting from the LDG catalogue. The full Ubaye region seems affected by swarms and more particularly the Ubaye Valley. Moreover, the alignment of the seismicity allows us to hypothesize two faults intersecting in the area of the 2012-2015 swarm. The statistical study of the magnitude distribution (b-value of the Gutenberg-Richter law) allowed the reconstruction of a generic time l behaviour of the b-value evolutions during the swarm, interpreted as related to fluid processes. The variation of b-value is more complex for mainshock/aftershock sequences, with no generic evolution before and after the mainshock. The analysis of these different results allowed us to better understand the sequence of seismic events (mainshock/aftershocks and swarms) and gave us information on the organization of active structures in the Ubaye region. This improved understanding of the complex processes at play might then help improving the risk analysis in this area.La région de l'Ubaye, située dans les Alpes à équidistance de Grenoble et Nice, est l'une des zones les plus sismiques de France. L'un des plus forts séismes enregistrés en France métropolitaine s'y est produit le 5 Avril 1959 (MLLDG5,3). Cette région est caractérisée par une activité sismique particulière composée d'un entremêlement de séismes principaux/répliques et d'essaims sismiques impliquant l'interaction de plusieurs processus moteurs (transfert de contraintes, pression de fluides, etc). Certains essaims sont caractérisés par des séismes de magnitude supérieure à 4 comme ce fût le cas pour la crise de 2012-2015, frappée par deux séismes de magnitude MLLDG4,8 (26/02/2012) et MLLDG5,2 (07/04/2014). Cette thèse a pour objectif de mieux comprendre les processus qui sont à l'origine de la sismicité et de faire le lien avec les structures connues de la région. L'étude de la sismicité historique et instrumentale a permis d'illuminer certaines zones plus actives que d'autres (Le Lauzet, Larche, Barcelonnette, St-Paul-sur-Ubaye, Guillestre) depuis le XVIIIe siècle. Malheureusement, les incertitudes de localisations et notre méconnaissance des structures profondes rendent très difficiles une association entre les failles visibles sur le terrain et la sismicité. Nous nous sommes concentrés par la suite sur les deux mois suivant le séisme du 7 Avril 2014. Les répliques montrent une organisation spatiale complexe, dans un volume autour de la faille principale. L'organisation de la sismicité pour cette crise a été quantifiée par une analyse de la géométrie des structures en jeux et par un calcul de 100 mécanismes au foyer. Durant les différentes périodes de crises, la présence de fluides a été mise en évidence et est l'un des principaux moteurs proposé pour expliquer le comportement de la sismicité. J'ai donc calculer les surpressions de fluides nécessaires pour activer la sismicité à partir de l'inversion des mécanismes au foyer et de l'état de contraintes. Trois résultats majeurs ressortent : 1) la majorité des événements (65%) requièrent entre 15 et 40 MPa de surpressions de fluides ; 2) les plus forts séismes ont également besoin de surpression de fluides ; 3) l'évolution temporelle des surpressions est un indicateur du type de séquence sismique. A partir de ces résultats, un modèle conceptuel est proposé, basé sur le principe que l'activation d'une faille va permettre la libération de pression de fluides (« fault-valve behaviour », Sibson, 1990). Après cette étude détaillée sur les répliques du séisme de 2014, je me suis concentrée sur l'ensemble de la crise 2012-2015, en étudiant la période 2010-2019 pour faire le lien entre les structures préexistantes de la région et la chronologie de la crise. Une nouvelle relocalisation de la sismicité est alors réalisée sur cette période à partir du catalogue du LDG. L'ensemble de la région de l'Ubaye semble être touché par des essaims et plus particulièrement la Vallée de l'Ubaye. De plus, l'alignement de la sismicité permet d'émettre l'hypothèse de deux failles venant s'intersecter au niveau de la zone de l'essaim de 2012-2015. L'étude statistique de la distribution de magnitude (exposant b de la loi de Gutenberg-Richter) a permis d'identifier un comportement temporel générique pour les essaims, associé à un processus de pression de fluides. La variation de l'exposant b est plus complexe pour les chocs principaux/répliques, avec des variations non génériques avant et après le choc principal. L'association des résultats obtenus nous a permis de mieux comprendre le déroulement des séquences sismiques (choc principal/répliques et essaims) et nous a apporté des informations sur l'organisation des structures actives de la région de l'Ubaye. Cette meilleure compréhension des processus en jeux peut permettre, à terme, une meilleure prise en compte du risque sismique dans cette région

Évolution spatio-temporelle de la sismicité de la zone Ubaye/Haute-Durance : apports pour la compréhension de la dynamique et de l'évolution des essaims de sismicité en domaine de faible déformation

The Ubaye region, located in the Alps at mid-distance between Grenoble and Nice, is one of the most seismically active areas in France. One of the strongest earthquakes recorded in mainland France occurred on April 5, 1959 (MLLDG 5.3). This region is characterized by a particular seismic activity composed of intertwined mainshock/aftershocks and seismic swarm sequences, involving the complex interaction of several driving processes (stress transfer, fluid-pressure, etc). Some swarms contained earthquakes of magnitude greater than 4, like the 2012-2015 swarm, which is characterized by two mainshocks: MLLDG 4.8 (26/02/2012) and MLLDG 5.2 (07/04/2014). This PhD aims at better understanding the processes that drive the seismicity and relate it to known structures in the region. The study of historical and instrumental seismicity allowed to highlight the most active areas than others (Le Lauzet, Larche, Barcelonnette, St-Paul-sur-Ubaye, Guillestre) since the 18th century. Unfortunately, the uncertainties of location and our lack of knowledge of deep structures make it very difficult to relate outcropping faults with seismicity. We then focused on the two months aftershocks that followed the April 7, 2014 earthquake. The aftershock locations distribute in a wide volume around the main fault plane. The complex spatial organization of the seismicity was quantitatively analysed through the study of the geometry of the families that composed it and confirmed by the computation of 100 focal mechanisms. During the different crisis periods (2003-2004 & 2012-2015), the presence of fluids was highlighted as one of the main drivers to explain the behaviour of the seismicity. We then decided to calculate the fluid-overpressures required to trigger each event by inverting the focal mechanisms and the stress-state. Three main results emerge: 1) the majority of events (65%) requires between 15 and 40 MPa of fluid-overpressure; 2) the strongest earthquakes also require fluid-overpressures; 3) the temporal evolution of overpressure is an indicator of the type of seismic sequence. From these results, a conceptual model is proposed to conciliate fluid and the complex behaviour of the seismicity based on the fault-valve behaviour (Sibson, 1990). After concentrating only on the 2014 crisis, I focused on the 2010-2019 period to link the pre-existing structures of the region to the 2012-2015 crisis chronology. A new relocation of the seismicity is then performed on this period starting from the LDG catalogue. The full Ubaye region seems affected by swarms and more particularly the Ubaye Valley. Moreover, the alignment of the seismicity allows us to hypothesize two faults intersecting in the area of the 2012-2015 swarm. The statistical study of the magnitude distribution (b-value of the Gutenberg-Richter law) allowed the reconstruction of a generic time l behaviour of the b-value evolutions during the swarm, interpreted as related to fluid processes. The variation of b-value is more complex for mainshock/aftershock sequences, with no generic evolution before and after the mainshock. The analysis of these different results allowed us to better understand the sequence of seismic events (mainshock/aftershocks and swarms) and gave us information on the organization of active structures in the Ubaye region. This improved understanding of the complex processes at play might then help improving the risk analysis in this area.La région de l'Ubaye, située dans les Alpes à équidistance de Grenoble et Nice, est l'une des zones les plus sismiques de France. L'un des plus forts séismes enregistrés en France métropolitaine s'y est produit le 5 Avril 1959 (MLLDG5,3). Cette région est caractérisée par une activité sismique particulière composée d'un entremêlement de séismes principaux/répliques et d'essaims sismiques impliquant l'interaction de plusieurs processus moteurs (transfert de contraintes, pression de fluides, etc). Certains essaims sont caractérisés par des séismes de magnitude supérieure à 4 comme ce fût le cas pour la crise de 2012-2015, frappée par deux séismes de magnitude MLLDG4,8 (26/02/2012) et MLLDG5,2 (07/04/2014). Cette thèse a pour objectif de mieux comprendre les processus qui sont à l'origine de la sismicité et de faire le lien avec les structures connues de la région. L'étude de la sismicité historique et instrumentale a permis d'illuminer certaines zones plus actives que d'autres (Le Lauzet, Larche, Barcelonnette, St-Paul-sur-Ubaye, Guillestre) depuis le XVIIIe siècle. Malheureusement, les incertitudes de localisations et notre méconnaissance des structures profondes rendent très difficiles une association entre les failles visibles sur le terrain et la sismicité. Nous nous sommes concentrés par la suite sur les deux mois suivant le séisme du 7 Avril 2014. Les répliques montrent une organisation spatiale complexe, dans un volume autour de la faille principale. L'organisation de la sismicité pour cette crise a été quantifiée par une analyse de la géométrie des structures en jeux et par un calcul de 100 mécanismes au foyer. Durant les différentes périodes de crises, la présence de fluides a été mise en évidence et est l'un des principaux moteurs proposé pour expliquer le comportement de la sismicité. J'ai donc calculer les surpressions de fluides nécessaires pour activer la sismicité à partir de l'inversion des mécanismes au foyer et de l'état de contraintes. Trois résultats majeurs ressortent : 1) la majorité des événements (65%) requièrent entre 15 et 40 MPa de surpressions de fluides ; 2) les plus forts séismes ont également besoin de surpression de fluides ; 3) l'évolution temporelle des surpressions est un indicateur du type de séquence sismique. A partir de ces résultats, un modèle conceptuel est proposé, basé sur le principe que l'activation d'une faille va permettre la libération de pression de fluides (« fault-valve behaviour », Sibson, 1990). Après cette étude détaillée sur les répliques du séisme de 2014, je me suis concentrée sur l'ensemble de la crise 2012-2015, en étudiant la période 2010-2019 pour faire le lien entre les structures préexistantes de la région et la chronologie de la crise. Une nouvelle relocalisation de la sismicité est alors réalisée sur cette période à partir du catalogue du LDG. L'ensemble de la région de l'Ubaye semble être touché par des essaims et plus particulièrement la Vallée de l'Ubaye. De plus, l'alignement de la sismicité permet d'émettre l'hypothèse de deux failles venant s'intersecter au niveau de la zone de l'essaim de 2012-2015. L'étude statistique de la distribution de magnitude (exposant b de la loi de Gutenberg-Richter) a permis d'identifier un comportement temporel générique pour les essaims, associé à un processus de pression de fluides. La variation de l'exposant b est plus complexe pour les chocs principaux/répliques, avec des variations non génériques avant et après le choc principal. L'association des résultats obtenus nous a permis de mieux comprendre le déroulement des séquences sismiques (choc principal/répliques et essaims) et nous a apporté des informations sur l'organisation des structures actives de la région de l'Ubaye. Cette meilleure compréhension des processus en jeux peut permettre, à terme, une meilleure prise en compte du risque sismique dans cette région

Évolution spatio-temporelle de la sismicité de la zone Ubaye/Haute-Durance : apports pour la compréhension de la dynamique et de l'évolution des essaims de sismicité en domaine de faible déformation

The Ubaye region, located in the Alps at mid-distance between Grenoble and Nice, is one of the most seismically active areas in France. One of the strongest earthquakes recorded in mainland France occurred on April 5, 1959 (MLLDG 5.3). This region is characterized by a particular seismic activity composed of intertwined mainshock/aftershocks and seismic swarm sequences, involving the complex interaction of several driving processes (stress transfer, fluid-pressure, etc). Some swarms contained earthquakes of magnitude greater than 4, like the 2012-2015 swarm, which is characterized by two mainshocks: MLLDG 4.8 (26/02/2012) and MLLDG 5.2 (07/04/2014). This PhD aims at better understanding the processes that drive the seismicity and relate it to known structures in the region. The study of historical and instrumental seismicity allowed to highlight the most active areas than others (Le Lauzet, Larche, Barcelonnette, St-Paul-sur-Ubaye, Guillestre) since the 18th century. Unfortunately, the uncertainties of location and our lack of knowledge of deep structures make it very difficult to relate outcropping faults with seismicity. We then focused on the two months aftershocks that followed the April 7, 2014 earthquake. The aftershock locations distribute in a wide volume around the main fault plane. The complex spatial organization of the seismicity was quantitatively analysed through the study of the geometry of the families that composed it and confirmed by the computation of 100 focal mechanisms. During the different crisis periods (2003-2004 & 2012-2015), the presence of fluids was highlighted as one of the main drivers to explain the behaviour of the seismicity. We then decided to calculate the fluid-overpressures required to trigger each event by inverting the focal mechanisms and the stress-state. Three main results emerge: 1) the majority of events (65%) requires between 15 and 40 MPa of fluid-overpressure; 2) the strongest earthquakes also require fluid-overpressures; 3) the temporal evolution of overpressure is an indicator of the type of seismic sequence. From these results, a conceptual model is proposed to conciliate fluid and the complex behaviour of the seismicity based on the fault-valve behaviour (Sibson, 1990). After concentrating only on the 2014 crisis, I focused on the 2010-2019 period to link the pre-existing structures of the region to the 2012-2015 crisis chronology. A new relocation of the seismicity is then performed on this period starting from the LDG catalogue. The full Ubaye region seems affected by swarms and more particularly the Ubaye Valley. Moreover, the alignment of the seismicity allows us to hypothesize two faults intersecting in the area of the 2012-2015 swarm. The statistical study of the magnitude distribution (b-value of the Gutenberg-Richter law) allowed the reconstruction of a generic time l behaviour of the b-value evolutions during the swarm, interpreted as related to fluid processes. The variation of b-value is more complex for mainshock/aftershock sequences, with no generic evolution before and after the mainshock. The analysis of these different results allowed us to better understand the sequence of seismic events (mainshock/aftershocks and swarms) and gave us information on the organization of active structures in the Ubaye region. This improved understanding of the complex processes at play might then help improving the risk analysis in this area.La région de l'Ubaye, située dans les Alpes à équidistance de Grenoble et Nice, est l'une des zones les plus sismiques de France. L'un des plus forts séismes enregistrés en France métropolitaine s'y est produit le 5 Avril 1959 (MLLDG5,3). Cette région est caractérisée par une activité sismique particulière composée d'un entremêlement de séismes principaux/répliques et d'essaims sismiques impliquant l'interaction de plusieurs processus moteurs (transfert de contraintes, pression de fluides, etc). Certains essaims sont caractérisés par des séismes de magnitude supérieure à 4 comme ce fût le cas pour la crise de 2012-2015, frappée par deux séismes de magnitude MLLDG4,8 (26/02/2012) et MLLDG5,2 (07/04/2014). Cette thèse a pour objectif de mieux comprendre les processus qui sont à l'origine de la sismicité et de faire le lien avec les structures connues de la région. L'étude de la sismicité historique et instrumentale a permis d'illuminer certaines zones plus actives que d'autres (Le Lauzet, Larche, Barcelonnette, St-Paul-sur-Ubaye, Guillestre) depuis le XVIIIe siècle. Malheureusement, les incertitudes de localisations et notre méconnaissance des structures profondes rendent très difficiles une association entre les failles visibles sur le terrain et la sismicité. Nous nous sommes concentrés par la suite sur les deux mois suivant le séisme du 7 Avril 2014. Les répliques montrent une organisation spatiale complexe, dans un volume autour de la faille principale. L'organisation de la sismicité pour cette crise a été quantifiée par une analyse de la géométrie des structures en jeux et par un calcul de 100 mécanismes au foyer. Durant les différentes périodes de crises, la présence de fluides a été mise en évidence et est l'un des principaux moteurs proposé pour expliquer le comportement de la sismicité. J'ai donc calculer les surpressions de fluides nécessaires pour activer la sismicité à partir de l'inversion des mécanismes au foyer et de l'état de contraintes. Trois résultats majeurs ressortent : 1) la majorité des événements (65%) requièrent entre 15 et 40 MPa de surpressions de fluides ; 2) les plus forts séismes ont également besoin de surpression de fluides ; 3) l'évolution temporelle des surpressions est un indicateur du type de séquence sismique. A partir de ces résultats, un modèle conceptuel est proposé, basé sur le principe que l'activation d'une faille va permettre la libération de pression de fluides (« fault-valve behaviour », Sibson, 1990). Après cette étude détaillée sur les répliques du séisme de 2014, je me suis concentrée sur l'ensemble de la crise 2012-2015, en étudiant la période 2010-2019 pour faire le lien entre les structures préexistantes de la région et la chronologie de la crise. Une nouvelle relocalisation de la sismicité est alors réalisée sur cette période à partir du catalogue du LDG. L'ensemble de la région de l'Ubaye semble être touché par des essaims et plus particulièrement la Vallée de l'Ubaye. De plus, l'alignement de la sismicité permet d'émettre l'hypothèse de deux failles venant s'intersecter au niveau de la zone de l'essaim de 2012-2015. L'étude statistique de la distribution de magnitude (exposant b de la loi de Gutenberg-Richter) a permis d'identifier un comportement temporel générique pour les essaims, associé à un processus de pression de fluides. La variation de l'exposant b est plus complexe pour les chocs principaux/répliques, avec des variations non génériques avant et après le choc principal. L'association des résultats obtenus nous a permis de mieux comprendre le déroulement des séquences sismiques (choc principal/répliques et essaims) et nous a apporté des informations sur l'organisation des structures actives de la région de l'Ubaye. Cette meilleure compréhension des processus en jeux peut permettre, à terme, une meilleure prise en compte du risque sismique dans cette région

Spatio-temporal evolution of the seismicity in Ubaye Valley/High-Durance : contributions for the understandings of the dynamic and evolution of seismic swarms in low deformation

La région de l'Ubaye, située dans les Alpes à équidistance de Grenoble et Nice, est l'une des zones les plus sismiques de France. L'un des plus forts séismes enregistrés en France métropolitaine s'y est produit le 5 Avril 1959 (MLLDG5,3). Cette région est caractérisée par une activité sismique particulière composée d'un entremêlement de séismes principaux/répliques et d'essaims sismiques impliquant l'interaction de plusieurs processus moteurs (transfert de contraintes, pression de fluides, etc). Certains essaims sont caractérisés par des séismes de magnitude supérieure à 4 comme ce fût le cas pour la crise de 2012-2015, frappée par deux séismes de magnitude MLLDG4,8 (26/02/2012) et MLLDG5,2 (07/04/2014). Cette thèse a pour objectif de mieux comprendre les processus qui sont à l'origine de la sismicité et de faire le lien avec les structures connues de la région. L'étude de la sismicité historique et instrumentale a permis d'illuminer certaines zones plus actives que d'autres (Le Lauzet, Larche, Barcelonnette, St-Paul-sur-Ubaye, Guillestre) depuis le XVIIIe siècle. Malheureusement, les incertitudes de localisations et notre méconnaissance des structures profondes rendent très difficiles une association entre les failles visibles sur le terrain et la sismicité. Nous nous sommes concentrés par la suite sur les deux mois suivant le séisme du 7 Avril 2014. Les répliques montrent une organisation spatiale complexe, dans un volume autour de la faille principale. L'organisation de la sismicité pour cette crise a été quantifiée par une analyse de la géométrie des structures en jeux et par un calcul de 100 mécanismes au foyer. Durant les différentes périodes de crises, la présence de fluides a été mise en évidence et est l'un des principaux moteurs proposé pour expliquer le comportement de la sismicité. J'ai donc calculer les surpressions de fluides nécessaires pour activer la sismicité à partir de l'inversion des mécanismes au foyer et de l'état de contraintes. Trois résultats majeurs ressortent : 1) la majorité des événements (65%) requièrent entre 15 et 40 MPa de surpressions de fluides ; 2) les plus forts séismes ont également besoin de surpression de fluides ; 3) l'évolution temporelle des surpressions est un indicateur du type de séquence sismique. A partir de ces résultats, un modèle conceptuel est proposé, basé sur le principe que l'activation d'une faille va permettre la libération de pression de fluides (« fault-valve behaviour », Sibson, 1990). Après cette étude détaillée sur les répliques du séisme de 2014, je me suis concentrée sur l'ensemble de la crise 2012-2015, en étudiant la période 2010-2019 pour faire le lien entre les structures préexistantes de la région et la chronologie de la crise. Une nouvelle relocalisation de la sismicité est alors réalisée sur cette période à partir du catalogue du LDG. L'ensemble de la région de l'Ubaye semble être touché par des essaims et plus particulièrement la Vallée de l'Ubaye. De plus, l'alignement de la sismicité permet d'émettre l'hypothèse de deux failles venant s'intersecter au niveau de la zone de l'essaim de 2012-2015. L'étude statistique de la distribution de magnitude (exposant b de la loi de Gutenberg-Richter) a permis d'identifier un comportement temporel générique pour les essaims, associé à un processus de pression de fluides. La variation de l'exposant b est plus complexe pour les chocs principaux/répliques, avec des variations non génériques avant et après le choc principal. L'association des résultats obtenus nous a permis de mieux comprendre le déroulement des séquences sismiques (choc principal/répliques et essaims) et nous a apporté des informations sur l'organisation des structures actives de la région de l'Ubaye. Cette meilleure compréhension des processus en jeux peut permettre, à terme, une meilleure prise en compte du risque sismique dans cette région.The Ubaye region, located in the Alps at mid-distance between Grenoble and Nice, is one of the most seismically active areas in France. One of the strongest earthquakes recorded in mainland France occurred on April 5, 1959 (MLLDG 5.3). This region is characterized by a particular seismic activity composed of intertwined mainshock/aftershocks and seismic swarm sequences, involving the complex interaction of several driving processes (stress transfer, fluid-pressure, etc). Some swarms contained earthquakes of magnitude greater than 4, like the 2012-2015 swarm, which is characterized by two mainshocks: MLLDG 4.8 (26/02/2012) and MLLDG 5.2 (07/04/2014). This PhD aims at better understanding the processes that drive the seismicity and relate it to known structures in the region. The study of historical and instrumental seismicity allowed to highlight the most active areas than others (Le Lauzet, Larche, Barcelonnette, St-Paul-sur-Ubaye, Guillestre) since the 18th century. Unfortunately, the uncertainties of location and our lack of knowledge of deep structures make it very difficult to relate outcropping faults with seismicity. We then focused on the two months aftershocks that followed the April 7, 2014 earthquake. The aftershock locations distribute in a wide volume around the main fault plane. The complex spatial organization of the seismicity was quantitatively analysed through the study of the geometry of the families that composed it and confirmed by the computation of 100 focal mechanisms. During the different crisis periods (2003-2004 & 2012-2015), the presence of fluids was highlighted as one of the main drivers to explain the behaviour of the seismicity. We then decided to calculate the fluid-overpressures required to trigger each event by inverting the focal mechanisms and the stress-state. Three main results emerge: 1) the majority of events (65%) requires between 15 and 40 MPa of fluid-overpressure; 2) the strongest earthquakes also require fluid-overpressures; 3) the temporal evolution of overpressure is an indicator of the type of seismic sequence. From these results, a conceptual model is proposed to conciliate fluid and the complex behaviour of the seismicity based on the fault-valve behaviour (Sibson, 1990). After concentrating only on the 2014 crisis, I focused on the 2010-2019 period to link the pre-existing structures of the region to the 2012-2015 crisis chronology. A new relocation of the seismicity is then performed on this period starting from the LDG catalogue. The full Ubaye region seems affected by swarms and more particularly the Ubaye Valley. Moreover, the alignment of the seismicity allows us to hypothesize two faults intersecting in the area of the 2012-2015 swarm. The statistical study of the magnitude distribution (b-value of the Gutenberg-Richter law) allowed the reconstruction of a generic time l behaviour of the b-value evolutions during the swarm, interpreted as related to fluid processes. The variation of b-value is more complex for mainshock/aftershock sequences, with no generic evolution before and after the mainshock. The analysis of these different results allowed us to better understand the sequence of seismic events (mainshock/aftershocks and swarms) and gave us information on the organization of active structures in the Ubaye region. This improved understanding of the complex processes at play might then help improving the risk analysis in this area

Évolution spatio-temporelle de la sismicité de la zone Ubaye/Haute-Durance : apports pour la compréhension de la dynamique et de l'évolution des essaims de sismicité en domaine de faible déformation

The Ubaye region, located in the Alps at mid-distance between Grenoble and Nice, is one of the most seismically active areas in France. One of the strongest earthquakes recorded in mainland France occurred on April 5, 1959 (MLLDG 5.3). This region is characterized by a particular seismic activity composed of intertwined mainshock/aftershocks and seismic swarm sequences, involving the complex interaction of several driving processes (stress transfer, fluid-pressure, etc). Some swarms contained earthquakes of magnitude greater than 4, like the 2012-2015 swarm, which is characterized by two mainshocks: MLLDG 4.8 (26/02/2012) and MLLDG 5.2 (07/04/2014). This PhD aims at better understanding the processes that drive the seismicity and relate it to known structures in the region. The study of historical and instrumental seismicity allowed to highlight the most active areas than others (Le Lauzet, Larche, Barcelonnette, St-Paul-sur-Ubaye, Guillestre) since the 18th century. Unfortunately, the uncertainties of location and our lack of knowledge of deep structures make it very difficult to relate outcropping faults with seismicity. We then focused on the two months aftershocks that followed the April 7, 2014 earthquake. The aftershock locations distribute in a wide volume around the main fault plane. The complex spatial organization of the seismicity was quantitatively analysed through the study of the geometry of the families that composed it and confirmed by the computation of 100 focal mechanisms. During the different crisis periods (2003-2004 & 2012-2015), the presence of fluids was highlighted as one of the main drivers to explain the behaviour of the seismicity. We then decided to calculate the fluid-overpressures required to trigger each event by inverting the focal mechanisms and the stress-state. Three main results emerge: 1) the majority of events (65%) requires between 15 and 40 MPa of fluid-overpressure; 2) the strongest earthquakes also require fluid-overpressures; 3) the temporal evolution of overpressure is an indicator of the type of seismic sequence. From these results, a conceptual model is proposed to conciliate fluid and the complex behaviour of the seismicity based on the fault-valve behaviour (Sibson, 1990). After concentrating only on the 2014 crisis, I focused on the 2010-2019 period to link the pre-existing structures of the region to the 2012-2015 crisis chronology. A new relocation of the seismicity is then performed on this period starting from the LDG catalogue. The full Ubaye region seems affected by swarms and more particularly the Ubaye Valley. Moreover, the alignment of the seismicity allows us to hypothesize two faults intersecting in the area of the 2012-2015 swarm. The statistical study of the magnitude distribution (b-value of the Gutenberg-Richter law) allowed the reconstruction of a generic time l behaviour of the b-value evolutions during the swarm, interpreted as related to fluid processes. The variation of b-value is more complex for mainshock/aftershock sequences, with no generic evolution before and after the mainshock. The analysis of these different results allowed us to better understand the sequence of seismic events (mainshock/aftershocks and swarms) and gave us information on the organization of active structures in the Ubaye region. This improved understanding of the complex processes at play might then help improving the risk analysis in this area.La région de l'Ubaye, située dans les Alpes à équidistance de Grenoble et Nice, est l'une des zones les plus sismiques de France. L'un des plus forts séismes enregistrés en France métropolitaine s'y est produit le 5 Avril 1959 (MLLDG5,3). Cette région est caractérisée par une activité sismique particulière composée d'un entremêlement de séismes principaux/répliques et d'essaims sismiques impliquant l'interaction de plusieurs processus moteurs (transfert de contraintes, pression de fluides, etc). Certains essaims sont caractérisés par des séismes de magnitude supérieure à 4 comme ce fût le cas pour la crise de 2012-2015, frappée par deux séismes de magnitude MLLDG4,8 (26/02/2012) et MLLDG5,2 (07/04/2014). Cette thèse a pour objectif de mieux comprendre les processus qui sont à l'origine de la sismicité et de faire le lien avec les structures connues de la région. L'étude de la sismicité historique et instrumentale a permis d'illuminer certaines zones plus actives que d'autres (Le Lauzet, Larche, Barcelonnette, St-Paul-sur-Ubaye, Guillestre) depuis le XVIIIe siècle. Malheureusement, les incertitudes de localisations et notre méconnaissance des structures profondes rendent très difficiles une association entre les failles visibles sur le terrain et la sismicité. Nous nous sommes concentrés par la suite sur les deux mois suivant le séisme du 7 Avril 2014. Les répliques montrent une organisation spatiale complexe, dans un volume autour de la faille principale. L'organisation de la sismicité pour cette crise a été quantifiée par une analyse de la géométrie des structures en jeux et par un calcul de 100 mécanismes au foyer. Durant les différentes périodes de crises, la présence de fluides a été mise en évidence et est l'un des principaux moteurs proposé pour expliquer le comportement de la sismicité. J'ai donc calculer les surpressions de fluides nécessaires pour activer la sismicité à partir de l'inversion des mécanismes au foyer et de l'état de contraintes. Trois résultats majeurs ressortent : 1) la majorité des événements (65%) requièrent entre 15 et 40 MPa de surpressions de fluides ; 2) les plus forts séismes ont également besoin de surpression de fluides ; 3) l'évolution temporelle des surpressions est un indicateur du type de séquence sismique. A partir de ces résultats, un modèle conceptuel est proposé, basé sur le principe que l'activation d'une faille va permettre la libération de pression de fluides (« fault-valve behaviour », Sibson, 1990). Après cette étude détaillée sur les répliques du séisme de 2014, je me suis concentrée sur l'ensemble de la crise 2012-2015, en étudiant la période 2010-2019 pour faire le lien entre les structures préexistantes de la région et la chronologie de la crise. Une nouvelle relocalisation de la sismicité est alors réalisée sur cette période à partir du catalogue du LDG. L'ensemble de la région de l'Ubaye semble être touché par des essaims et plus particulièrement la Vallée de l'Ubaye. De plus, l'alignement de la sismicité permet d'émettre l'hypothèse de deux failles venant s'intersecter au niveau de la zone de l'essaim de 2012-2015. L'étude statistique de la distribution de magnitude (exposant b de la loi de Gutenberg-Richter) a permis d'identifier un comportement temporel générique pour les essaims, associé à un processus de pression de fluides. La variation de l'exposant b est plus complexe pour les chocs principaux/répliques, avec des variations non génériques avant et après le choc principal. L'association des résultats obtenus nous a permis de mieux comprendre le déroulement des séquences sismiques (choc principal/répliques et essaims) et nous a apporté des informations sur l'organisation des structures actives de la région de l'Ubaye. Cette meilleure compréhension des processus en jeux peut permettre, à terme, une meilleure prise en compte du risque sismique dans cette région

Both mainshock-aftershocks and swarm sequences are driven by fluid processes (Ubaye Region, French Western Alps)

International audienc

Both mainshock-aftershocks and swarm sequences are driven by fluid processes (Ubaye Region, French Western Alps)

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Both mainshock-aftershocks and swarm sequences are driven by fluid processes (Ubaye Region, French Western Alps)

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Strong offshore site effect revealed by a broad-band seismometer installed on the Nice airport slope at 17 m water depth (South-East of France)

International audienceUsing earthquakes and seismic noise recordings on a broad-band station installed in October 2016 on the slope of the Nice airport at 17 m depth, we find a strong site amplification of the seismic waves (factor 10 around a frequency of 1Hz).The effects of superficial layers on the amplitude, frequency and duration of seismic waves (often called site effect) has been extensively studied during the last two decades because it is responsible of large damages. Until now, site effect studies were only realized inland; the potential offshore site effect generated by sediment layers has therefore never been studied specifically. Nonetheless, a correct estimation of the amplification caused by offshore sediments is of great importance for three main applications:-Landslides and tsunamis : seismic waves can trigger submarine landslides, that themselves can trigger tsunami waves. In numerical simulations and geotechnical experiments, it is then important to take into account the potential input wave amplifications. -Offshore paleoseismology: strong vibrations generated by large earthquakes can trigger turbidite landslides. Turbidite stratigraphy is then a powerful tool often used to evidence and characterize the occurrence of ancient earthquakes. A correct amplitude of the seismic ground motion that takes into account site effects, has then to be estimated in models to correctly infer the magnitude of ancient earthquakes.-Offshore infrastructures: in many highly populated zones, in order to gain new space, buildings and/or infrastructures are more and more often constructed on offshore areas.In order to test and quantify these potential amplifications under the sea, we installed a broad-band seismometer “PRIMA” on the slope of the airport of the city of Nice (south-east of France) at a depth of 17 meters. The seismological station PRIMA belongs to the EMSO-Nice cabled observatory (EMSO: European Multidisciplinary Seafloor and water-column Observatory).We then analyze the recordings of local and regional earthquakes and ambient seismic noise on this station, and compare them with the recordings of nearby stations inland (max 3 km away). We find a clear amplification of waves of a factor of ~10 (compared with inland station situated on rock) at a frequency of 0.8-1Hz, as well as smaller amplification peaks at higher frequencies for local earthquakes. These amplification will be compared with data from high resolution seismic profiles in order to better understand their origin.This result is particularly important for the city of Nice. Indeed, the airport slope already experienced a large landslide in 1979, which triggered a tsunami wave that killed 10 persons and caused extensive damages all along the coast. It is them of upmost importance to be able to evaluate if a future earthquake could cause the same domino effect

Swarms and mainshock-aftershocks sequences are both triggered by fluids in the Ubaye Region (Western Alps)

International audienceThe Ubaye Region (French Western Alps) is one of the most seismically active regions in France. It is regularly struck by mainshock–aftershocks sequences like in 1959 (ML 5.3), seismic swarms (2003–2004), and complex sequences (2012–2015) characterized by successive mainshocks clustered in time and space. This diversity of seismic behaviour highlights the complex processes at play in this area. To improve our understanding of these processes, in this study, we compile a regional catalogue of existing focal mechanisms, completed by 100 new calculated focal mechanisms of aftershocks following the 07/04/2014 mainshock (ML 5.1). The oriented stress-state we reconstruct for different periods and subareas are similar to each other and to previous published values focusing on swarm periods. We then calculate fluid pressure required to trigger the earthquakes. Most of the events (65 per cent) need fluid overpressure between 15 and 40 MPa (17 to 40 per cent of the hydrostatic pressure) with a median value of 24 per cent. Moreover, even the largest events, like the mainshocks in the 2012–2015 sequence, appear to be triggered by fluid pressure, similarly as events within swarm sequences. However, while fluid overpressure decreases with time in an aftershock sequence, it varies randomly at high levels during a swarm sequence. Therefore, based on a fault-valve model, we propose that: (1) the fluids trapped in the fault plane tend toward lithostatic pressure and trigger the mainshock rupture and (2) part of the aftershocks are induced by the diffusing fluid pressure. On the contrary, swarms need external, likely deep, fluid pressure feedings. Fluid pressure is likely to be a common triggering mechanism of the seismicity in the Ubaye Region, even if the involved processes should differ to explain the different types of seismic sequences