Le séisme de Tohoku-Oki de la Terre, aux océans à l'espace : un cas d'étude critique pour l'anticipation des séismes et tsunami – TO_EOS

Les principales approches développées au sein du projet sont :
_imagerie non-linéaire et multi-données de l'histoire du glissement sur la faille lors du séisme,
_l'analyse détaillée des données GPS continues haute-fréquences du réseau japonais GEONET et comparaison de différentes méthodes de traitement,
_la caractérisation des signaux ionosphériques liés au séisme et au tsunami par comparaison d'événements et la modélisation des couplages Terre-océan-atmosphère.

Résultats attendus:
* description des phases du cycle sismique et de la sismicité sur la zone de Tohoku-Oki,
* conclure sur l'apport des données atmosphériques et ionosphériques dans les futurs systèmes d'alerte,
* comparer les différentes techniques d'analyse des signaux GPS continus à échantillonnage rapide et l'existence d'événements de glissement lent pré- Tohoku-Oki,
* imager l'évolution du glissement sur le megathrust sur les 15 années précédent le séisme de Tohoku-Oki.

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4 articles ont été publiés dans des revues internationales à comité de lecture.

Une question de fond relancée par le séisme de 2011, Mw9.0, de Tohoku-oki, Japon, est de savoir s’il est possible d’anticiper l’occurrence des futures grands séismes, dans le temps (à l’échelle de mois, jour ou heures), l’espace ou sur leur taille. Et dans le cas des tsunami, la question est également de savoir si l’on peut estimer l’amplitude de la vague dans les minutes qui suivent sa génération, autrement dit, avant qu’elle n’atteigne les côtes en champ proche. Au cours des dernières décennies, la communauté scientifique a tenté des répondre à ces questions via différentes approches, mais principalement en (1) tentant de détecter d’éventuels signaux précurseurs ou (2) en tenant de mieux comprendre le fonctionnement du cycle sismique (comment les contraintes et la déformation se distribuent sur une série de plusieurs grands séismes) et les paramètres physiques qui contrôle la taille et la localisation des grands séismes. Plus récemment, une troisième approche plus pragmatique a été développée : (3) le early-warning : cette approche tire parti de la propagation plus lente des ondes sismique ou tsunami que de l’information via les réseaux de communication, pour fournir quelques secondes ou minutes avant l’arrivée des ondes et juger de la menace qu’elles représentent.

Le projet TO_EOS propose de prendre en compte chacune des ces différentes approches sur la base des données exceptionnelles du séisme de Tohoku-oki pour apporter de nouvelles perspectives au problème de l’anticipation des séismes et tsunami. Précisément, le projet étudie chacune des trois approches via différents volets:
• Volet 1 : modélisation détaillée de toute la séquence sismique de Tohoku-oki pour mieux comprendre l’interaction entre les différentes phases du cycle sismique. La modélisation de la rupture cosismique intègrera l’ensemble des données sensibles à la source –GPs haute-fréquence, géodésie fond de mer, bouées GPS, InSAR, données sismologiques de champ proche et télésismiques, ou encore les meures de pressure en océan profond - pour fournir une solution à la fois robuste et détaillée. En parallèle, il est également prévu de modéliser la déformation pre- et post-sismique sur la base de l’analyse fine des données GPS (volet 2), ainsi que d’effectuer une analyse systématique de la source des séismes pre- et post-Tohoku-oki en utilisant l’approche novatrice SCARDEC (Vallee et al., 2011),
• Volet 2: analyser et modéliser les signaux ionosphériques liés au séisme et au tsunami. Notre première analyse de ces signaux (Rolland et al., sous presse) indique en effet que les deux phénomènes, le séisme et le tsunami, peuvent être détectés dans les minutes qui suivent le début de la rupture. La compréhension du contenu de ces signaux pourrait donc s’avérer primordiale pour la définition d’un nouveau type de système d’early-warning et pour l’estimation de l’amplitude du tsunami à la source,
• Volet 3: effectuer une analyse critique des signaux GPS, et modéliser les éventuels événements de glissement lents qui ont pu précéder le séisme de Tohoku-oki, comme le suggèrent les mesures de lueur du ciel (airglow) à Hawaii, ainsi que les mesures de pression en océan profond dans le Pacifique (Makela et al., sous presse). Jusqu’à présent, les indices de l’existence de tels signaux précurseurs ne provenaient que de mesures isolées. Mais grâce au réseau très dense de stations GPS continu et enregistrant à haute fréquence (1 Hz), il est enfin possible d’étudier l’existence ou non de ces signaux en détail.
Ainsi, la capacité de ce projet ambitieux à progresser sur l’anticipation des séismes et tsunami ne se base pas uniquement sur l’analyse individuelle des données, mais élargit le spectre d’analyse par une combinaison originale et multidisciplinaire des données terrestres, en mer et spatiales.