Fiche “Valorisation des résultats des campagnes océanographiques en série”.doc

Fiche “Valorisation des rsultats des campagnes ocanographiquesen srie” ( envoyer par courriel Commission.Flotteifremer.fr )Nom de la srie de campagnes: SISMANTILLES OBSAntilles Projet ou programmede rattachement : ANR SUBSISMANTI / Projet UE THALES WAS RIGHTAnne du dbut de la srie: 2001Nom de la campagne: SISMANTILLES 1Navire: NadirEngins lourds : SMTDatesde la campagne: Dc. 2001Nombre de jours sur zone/en transit: Zone(s): Avant-arc des Petites Antilles, de la Martinique La GuadeloupeChef de mission principal (Nom, prnom et organisme) : Alfred Hirn (IPG Paris)Nombre de chercheurs et denseignants-chercheurs (en mer / terre) :Nombre dingnieurs et de techniciens(en mer / terre) :Nombre dtudiants(en mer / terre) : 1Nom de la campagne: SISMANTILLES 2Navire: LAtalanteEngins lourds : OBSDatesde la campagne: 25 Janv. 2007 24 fvr. 2007Nombre de jours sur zone/en transit: 29 joursZone(s): Avant-arc des Petites Antilles, de la Martinique AntiguaChef de mission principal (Nom, prnom et organisme) : Laigle Mireille (IPGP-CNRS)Nombre de chercheurs et denseignants-chercheurs (en mer / terre) : 8/7Nombre dingnieurs et de techniciens(en mer / terre) : 3/1Nombre dtudiants(en mer / terre) : 9/1Nom de la campagne: OBSAntillesNavire: AntaEngins lourds : OBSDatesde la campagne: 06/04 - 02/05/07Nombre de jours sur zone/en transit: 27 joursZone(s): Avant-arc des Petites Antilles, de la Martinique AntiguaChef de mission principal (Nom, prnom et organisme) : Charvis Philippe (Goazur IRD)Nombre de chercheurs et denseignants-chercheurs (en mer / terre) : 4/7Nombre dingnieurs et de techniciens(en mer / terre) : 6/1Nombre dtudiants(en mer / terre) : 1/2Nom de la campagne: OBSISMER 1 et 2Navire: AntaEngins lourds : OBSDatesde la campagne: Nombre de jours sur zone/en transit: 2x4 joursZone(s): Avant-arc de la MartiniqueChef de mission principal (Nom, prnom et organisme) : Charvis Philippe (Goazur IRD)Nombre de chercheurs et denseignants-chercheurs (en mer / terre) : 2/4Nombre dingnieurs et de techniciens(en mer / terre) : 1/1Nombre dtudiants(en mer / terre) :Fiche remplie par : Ph. Charvis et M. LaigleDate de rdaction ou dactualisation de la fiche : 24/01/2013Adresse : Goazur Observatoire de la Cte dAzurUniversit Nice Sophia Antipolis CNRS IRDBt 1, 250 rue Albert Einstein Les Lucioles 1, Sophia Antipolis 06560 Valbonne France Email: philippe.charvisoca.euTel: +33 483 61 87 83 +33 483 61 85 26Fax : +33 483 61 85 01Rsultats majeurs obtenus1 3 pages destines informer un large public sur les rsultats obtenus 1 Contexte scientifique et programmatique de la campagneLe programme SISMANTILLES est un effort national et europen pour comprendre le fonctionnement de la zone de subduction des Petites Antilles, o contact la lithosphre Atlantique plonge la lithosphre Carabe, zone source potentielle de trs grands sismes de chevauchement qui constituent le plus grand risque sismique et de tsunamis aux Antilles. Lvaluation quantitative de ces alas requiert des campagnes dobservations sismologiques, gophysiques et gologiques.Afin de combler une lacune dobservations dans ce domaine, plusieurs campagnes gophysiques la mer ont t conduites depuis janvier 2007 dans larc des Petites Antilles, au large de la Martinique, Dominique, Guadeloupe et Antigua: SISMANTILLES_II (N/O Atalante), TRAIL (F/S S.M. Merian) et OBSAntilles (N/O Anta). Un programme dobservation de la sismicit au large de la Martinique (CPER OBSISMER Rgion Martinique) a t conduit depuis des navires dopportunit ou occasionnellement depuis lAnta (campagne OBSISMER 1 et 2 en 2008).Ce programme a t soutenu par les commissions nationales au titre des moyens nationaux la mer dIFREMER et de lIRD oprs par GENAVIR. Lors de la campagne SISMANTILLES_II diffrentes techniques gophysiques ont t mises en uvre: la bathymtrie multifaisceaux, la sismique multitraces (SMT) avec la flte 360 canaux de 4,5 km de longueur. Ici la pntration de la sismique a t assure par la source monobulle, mthode mise au point lors de la campagne STREAMERS en 1993 (Avedik et al., First Break, 1995), et amplifie sa version 8100 in3 12 canons employe dans SEISMARMARA (Hirn et al., EGS, 2002).Au total, ce sont prs de 34000 tirs partir de lAtalante dont 27000 enregistrs par la flte de 4.5 km (4800 km de profils en tout) qui ont t raliss pendant SISMANTILLES-II avec la source en configuration monobulle 8867 in3.SISMANTILLES-II sest articule avec 2 autres campagnes partir dautres navires, suscites et coordonnes dans le cadre des programmes SUBSISMANTI de lANR Catastrophes Telluriques et Tsunamis et THALES WAS RIGHT, programme europen sur les subductions actives Antillaise et Hellnique. Le programme SISMANTILLES est bas sur une large coopration entre des laboratoires franais: lIPG de Paris et ses observatoires volcanologiques de Guadeloupe et de Martinique et Goazur Nice, et europens: lIFM GEOMAR Kiel (Allemagne) et le CSIC Barcelone (Espagne). Ceci a permis entre autre la mise en uvre dune centaine dOBS, instruments des parcs nationaux de lIRD-Goazur et de lINSU-IPGP et europens (GEOMAR) et autant de sismomtres terre (rseaux permanents IPGP et SRU, parcs dinstruments portables de lINSU et participants europens). Un nombre significatif de ces sismomtres sont bande largie, une originalit notable pour ce qui est des OBS, qui a permis de dtecter des signaux transitoires basse frquence. Ainsi la campagne TRAIL de linstitut IFM-GEOMAR de Kiel avec le navire allemand F/S S. M. MERIAN, suscite 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. Lquipe scientifique incluait des participants aux autres campagnes et vice-versa. Aprs 2 grands transects de rfraction travers larc long de 280 km, le F/S Merian a largu sur la grille 60 OBS appartenant IFM-GEOMAR, et lUMR Goazur (Universit de Nice Sophia Antipolis, CNRS, IRD, Observatoire de la Cte dAzur), les prparant ainsi lenregistrement des tirs de SISMANTILLES_II. Le N/O ATALANTE qui a dploy un ensemble supplmentaire dOBS constitu de 20 OBH de GEOMAR et de 23 OBS de lINSU-IPGP a ensuite effectu sans la flte sismique les profils en eau peu profonde, puis lensemble des profils SMT enregistr simultanment par la flte sismique et le rseau OBS, et enfin rcupr les 20 OBH de GEOMAR.La campagne OBSANTILLES du N/O ANTEA a permis de rcuprer, au mois davril 2007, les 70 OBS laisss aprs la campagne SISMANTILLES_II pour lcoute de la sismicit et den re-dployer une partie jusquen Novembre 2007.Au total 104 sites dobservations sismique au fond de la mer ont t ainsi occups simultanment. Plus de 40 sites ont t temporairement occups terre.Le projet OBSISMER est un programme dobservation de la sismicit au large de la Martinique, financ par le CPER de la rgion Martinique. Il a permis dans le cadre dune coopration en lIPG de Paris et Goazur Nice la construction et la mise en uvre dun parc de 8 OBS. Ces sismomtres ont t dploys rgulirement de 2005 2009, afin de permettre une observation quasi continue de la microsismicit, partir de navires dopportunit (le navire de pche OCEANA a t affrt plusieurs reprises ainsi quoccasionnellement le navire du service des Phares et Balises de Martinique) mais aussi en 2008 lors de deux brves campagnes conduites depuis lAnta qui se trouvait alors sur zone. Ces donnes ont en particulier contribu un article en cours de rvision (Laigle et al., en rvision).2 Rappel des objectifsLes objectifs prcis sont la cartographie de linterplaque de subduction dans sa partie potentiellement sismognique le long de lArc des Petites Antilles, du Nord de la Guadeloupe et Antigua jusqu la Martinique en passant par la Dominique, contribuant lidentification et la localisation lavance de la zone de rupture maximale de possibles sismes majeurs futurs, et la recherche de signaux transitoires de lactivit sismique. Pour atteindre ces objectifs, cette campagne a mis en uvre les mthodes spcifiques pour limagerie profonde de sa structure et de son activit sismique.La zone de travail sest tendue du Sud de la Martinique 1430 N, en passant par la Dominique, la Guadeloupe et jusqu Antigua a 17 30 N. Sur 260 km de long, 7 profils longitudinaux espacs dune vingtaine de kilomtres ont t raliss, ainsi quune douzaine de transects allant jusqu 120 km des ctes. Les nuds de cette grille de profils taient occups par des capteurs-enregistreurs sismiques fond de mer OBS qui sont rests plusieurs mois au fond pour enregistrer les sismes locaux.Pour cartographier la localisation et variation spatiale de cette zone sismognique potentielle, la gomtrie et les paramtres de la grille de profils reflexion-rfraction ont t fixs au pralable grce aux rsultats structuraux issus de la premire campagne de reconnaissance SISMANTILLES (2001, N/O NADIR). En plus des tudes structurales ralises par sources artificielles, les sismes locaux, enregistrs par le rseau dOBS qui tait dense et tendu, apportent un clairage des structures qui sont actives.En Janvier, le Navire Ocanographique (N/O) Maria S. Merian a dploy un rseau de 60 OBS louest dAntigua, de la Guadeloupe, de la Dominique et de la Martinique dans le cadre dune coopration avec nos collgues allemands de lIFM-Geomar (Kiel, Allemagne). En Fvrier, le N/O Atalante de lIFREMER a dploy 20 OBS complmentaires et ralis une vaste opration dimagerie sismique qui permettra dobtenir des images dtailles des dformations associes au plongement de la plaque Atlantique sous les Carabes.Le rseau de 80 OBS a enregistr pendant prs de 3 mois la microsismicit associe au rapprochement des plaques et la dformation de larc des Antilles. Ce rseau a t rcupr au cours de la campagne OBSAntilles depuis le N/O Anta de lIRD qui a redploy 30 OBS de Goazur pour une nouvelle priode de 4 mois.Il faut souligner limportance de ce projet, au cours duquel pour la premire fois jusqu 80 OBS dploys simultanment en mer et ont enregistr la sismicit pendant une priode allant jusqu 6 7 mois. 3 Principaux rsultats obtenus1: Imagerie de la structure fine jusquau socle par SMT et segmentation le long de larcLa cible de cette tude porte sur la limite amont (updip) de la zone de contact entre la crote avant-arc et la crote ocanique qui correspond en premire approximation la limite amont de la portion sismognique de linterplaque de subduction. La gomtrie de cette grille (Fig. 1, profils en rouge) a t construite sur la base des rsultats dimagerie sismique de la prcdente campagne SISMANTILLES. Cette grille consiste en un ensemble de 7 longs profils parallles la subduction (300 km de long, espacs de 15 km) et de 12 profils perpendiculaires (150 km de long, espacs de 25 km).Ces 12 transects rvlent le socle au toit de la crote avant-arc avec le pendage caractristique vers la fosse, jusqu des distances de 160-190 km de larc volcanique et jusqu 5 s temps double sous le fond de mer. Au-del de la zone de transition entre le bassin avant-arc profond et le prisme daccrtion, le toit de la crote ocanique et le dcollement sont imags avec le pendage caractristique vers larc jusqu 70-80 km du front de dformation et jusqu 6-7 s temps double sous le fond de mer avant de le perdre dans le 1er multiple du fond de leau (12-15 km de profondeur). Avec deux des profils de la 1re campagne, nous disposons de deux profils supplmentaires allant jusquau front de dformation (Fig. 2). Un rsultat de premier ordre est la trs grande variation dans le domaine avant-arc de la topographie du socle dun profil lautre, autrement dit le long de la subduction. Un deuxime rsultat de premier ordre porte sur les structures rvles par migration profondeur avant-sommation attestant de la dformation active du domaine avant-arc (Fig. 2, profil E et L) dans le prolongement des deux rides asismiques (Tiburon et Barracuda) portes par la lithosphre ocanique et subductant de manire oblique par rapport la direction de convergence (Laigle et al, accept). Une nouvelle thse a dmarr lUAG en 2011 sous la co-direction de Boris Marcaillou et de Mireille Laigle pour le traitement sismique avanc des profils allant jusqu la fosse dans la partie Nord et a pour objectif de finement quantifier les vitesses du prisme, du chenal de subduction et du bassin avant-arc. Ce travail sinscrit dans la collaboration tablie avec la future camapgne ANTITHESIS (Chef de mission B. Marcaillou).Les publications en cours de rvision permettront de documenter pour la premire fois la dformation de la crote avant-arc elle-mme en rponse la subduction de reliefs ports par la plaque plongeante (Laigle et al., en rvision).2: Structure sismique 2D lchelle de larcLes deux profils de tirs raliss pendant la campagne TRAIL (R/V Merian, PI Flueh) longs de 280 km recoupant tout larc (Fig 1, profils en bleu) montre que la crote sous larc des Antilles atteint 25 km dpaisseur, et que cette crote est dpaisseur constante sous tout le domaine avant-arc, et pas uniquement localise sous larc volcanique. Nous reconnaissons dans lavant-arc une zone interne, nomme bloc Karukera o cette crote relativement paisse pour une subduction intra-ocanique prsente un rflecteur interne des profondeur de 17 21 km, avec des vitesses relativement leve dans la partie infrieure. (Evain et al., 2011; Kopp et al. 2011). Ces observations bien tablies pour le profil de Sud-Guadeloupe sont en cours dtude pour le profil Nord-Martinique. Nous proposons que cette rgion est un fragment du plateau ocanique Carabe o la crote ocanique a t paissie par des processus intrusifs et ruptifs lorsque la lithosphre Carabes est passe au-dessus de la tte du panache des Galapagos il y a 90 Ma. Lune des principales consquences en terme de sismognse est une plus grande largeur de la zone de contact croute/croute (60 km) que considre auparavant. 3: Inversion tomographique des tirs enregistrs par le rseau dOBSTous les tirs ayant t enregistrs par les OBS (Fig. 1, profils en rouge et mauve), une inversion tomographique 3D des temps de 1res arrives complte la vue 2D que lon a partir des profils sismiques. Pour le moment ralise dans la partie sud, la tomographie des premires arrives permet dobtenir un modle de vitesse jusqu 15 km de profondeur du domaine avant-arc. La zone interne de lavant-arc caractrise par un gradient de vitesse sismique leve apparat comme un bloc rigide, bascul vers le sud et qui reprsenterait le prolongement en profondeur du socle msozoque affleurant la Dsirade. Lavant-arc externe est caractris par un gradient de vitesse sismique plus faible et son toit est largement dform par la subduction des reliefs de la plaque plongeante.Lactivit sismique pendant la dure de la campagne est concentre dans la crote infrieure et principalement sous lavant-arc interne (Figure 3). Ceci suggre que la micro-sismicit dans cette zone est en partie contrle par la structure de la plaque chevauchante. Une premire hypothse serait que la partie interne de lavant-arc plus dense augmenterait la contrainte verticale, augmentant la sismicit associe.Figure 3 Superposition de la structure de vitesse de lavant-arc 9 km de profondeur et des picentres des sismes enregistrs pendant une priode de 8 mois analyse par les OBSs de la moiti Sud Evain et al., 2011; Ruiz et al., 2011. A cette profondeur lavant-arc interne apparait avec des vitesses sismiques leves sauf au large de la Martinique o, associ un basin sdimentaire pais, le toit du socle est plus profond. Notons que lessentiel de la sismicit est concentr dans la partie o le bloc Karukera est bien exprim au niveau de la bathymtrie. Ligne continue noire : position du butoir ; ligne pointille noire : frontire entre lavant-arc interne et externe.4: Recherche des conditions dobservation de signaux transitoires de zone de subduction sur le rseau dOBSSur lensemble des 80 OBS couvrant la zone, nous avons pu runir 24 sismomtres fond de mer large-bande, un dploiement probablement runissant lun des plus grand nombre de capteur de ce type. Lobjectif est dessayer dy dtecter ventuellement des signaux transitoires dans lenregistrement continu de ce rseau dense dOBS, du type trmors non-volcaniques et sismes lents. Il sagit de ceux rcemment dtects au Japon et dans la rgion des Cascades, qui sont discuts en relation avec lactivit de fluides dans la rgion de linterplaque et qui pourraient dans certains cas constituer des signaux prcurseurs de mga-sismes.Nous avons d la fois faire face la recherche de tels signaux en domaine marin, la diversit des spcificits techniques des capteurs et la diversit gologique des sites occups. Les signaux priodiques observs ont t interprts comme en relation avec des courants de mare mais des signaux trs basse frquence, en relation avec les modes propres de la terre ont t dtects Bcel et al., 2011; Bcel et al., sous-presse.5 : Localisations des sismes locauxLes premiers rsultats montrent que la partie sous le prisme daccrtion est silencieuse. Seule la partie profonde de la zone de contact entre la crote avant-arc et la crote ocanique montre une activit sismique. Les corrections de sdiments et de boue sous chaque O