Qu’est qu’un tremblement de terre ?

Qu’est qu’un tremblement de terre ?

http://www.geologie.ens.fr/~madariag/Exposes.html

Slip is larger near center

Geometry of Landers fault system

Figure shows the fault traces

(Hart et al., 1993)

which ruptured during

the 1992 earthquake,

and those which did not break then

Earthquakes as dynamic shear ruptures

Final slip observed on the fault asdetermined fromGeology,Geodesy andSeismology

Epicenter

Modèle ENS (Peyrat, Aochi, Olsen, Madariaga)

Pre-existing Fault systemin the Mojave desert

Propagacion de la rupture du séisme de Landers

Aochi et al 2002

Variation de contraintes autour de Landers

Le glissement génère Des variations de contraintesQui à leur tour peuvent Des répliques.

En général les répliques seProduisent dans les zones oùLa contrainte augmente.

Observation des oscillations libres sur la terre

Qu’est qu’un tremblement de terre?

Modèle du rebond sismique

Situation quelques jours après un séisme

Situation à mi parcours

Situation quelques jours après le séismesuivant

Déformation présismique

Glissement sismique

DD

Modèle de rupture sismique (dislocation)Modèle de rupture sismique (dislocation)

DAvant le séisme

Pendant et après le séisme

D

Modèle équivalent

Glissement D

M0

Glissement D

Surface de la faille S

Définition de Moment sismique

Mo = D S

Constante élastique

1

3

10

30

100?

Glissement

(m)

31010186

10303.10197

30 10010218

1003003.10229

300?1000?102410

Durée

(s)

Longueur

(km)

Moment

(Nm)

Magnitude

(Mw)

Loi d’échelle des tremblements de terre

Rayonnement et mécanisme au foyer

Ondes sphériques

R

Ondes P

RR

RRt

22

22

2

2

11

R

tfR

tR1

4

1),(

/)(~1

4

1),( Rtief

RR

Solution space temps

Solution space Fourier

propagation

forme d’onde

Divergence géométrique

Front d’ondes

Rai ou rayon

Onde S

Onde P

Onde S

Rayonnement sismique dans un milieux homogène

Mo

Divergence Géométrique

Diagramme de rayonnement

Signal sismique

R

)/(),(1

4

1),( 03

RtMR

tRu S SR

)/(),(1

4

1),( 03

RtMR

tRu P PR

Rayonnement des ondes S :

SV SH

Rayonnement des ondes P :

Diagramme de rayonnement

M0 (t)

temps

M0

Rayonnement sismique

Moment sismique final

temps

M0 (t)

M0

°

Signal sismique idéalisé

Durée ~

)()( /200 tHe

tMtM t

Peak~Mo/

)()/1(1)( /00 tHetMtM t

M0 (t)

temps

M0

Rayonnement sismique

Moment sismique final

temps

M0 (t)

M0

°

Signal sismique idéalisé

Durée ~

)()( /200 tHe

tMtM t

Peak~Mo/

)()/1(1)( /00 tHetMtM t

Fonctions source des plus gros séismes récents

Mo

Corner frequency

Asymptote à haute fréquence

Numérique

Le spectre de Brune (1970)

Brune spectrum

220

20

00 )(ff

fMfM

f-2

Spectrum of Tarapaca earthquakedi

spla

cem

ent

spec

tral

am

plitu

de

-2 slope

20s

0.2

Spectral stack of small earthquakes in Tocopilla Following Prieto et al. , 2004

From these spectra we can compute 3 quantities Mo, Er and fc

Main event

Modèles de source sismique finie

Loi d’échelle

Modèle de faille circulaire

Aki earthquake scaling law 1967

Size

There is a single scale:

Earthquake size L

Summary of Observed Radiated Energy vs Moment

Then since Mo ~ L3 , U ~ L3 and E

s ~ L3

so that Gc ~ L (Aki, 1979)!

Thus Es ~ 10-5 M

o ~ UDD

L L0L

L2

L

L-1

L3

L2

Fundamentals of earthquake scaling

Surface

Signal

Spectrum

f

t

1

3

10

30

100?

Glissement

(m)

31010186

10303.10197

30 10010218

1003003.10229

300?1000?102410

Durée

(s)

Longueur

(km)

Moment

(Nm)

Magnitude

(Mw)

Loi d’échelle des tremblements de terre

Le séisme du Sendaï -Tohoku OkiOff-Pacific coast of Tohoku earthquake

The 2011 Tohoku-oki earthquake

La sismicité est aléatoire et imprévisible

Modèle de rebond élastique en zone de subduction

Avant le séisme

Au cours du séisme

Modèle de rebond élastique en zone de subduction

Situation initiale

Situation intermédiaire

Le séisme

Zone sismogène Zone de glissement

bourrelet

Rotation de la zone de glissement

Seismic gaps in Japan

Quelques fois ça marche pas du tout

Sismicité historique du Tohoku (Abe, Kanamori, Brady, etc)

Pourquoi on n’a pas envisagé le séisme de Tohuku ?

Principales répliques

Déformation du Japon avant le séisme de Tohoku

Couplage au Japon: deux points de vue

Tohoku 2011

Low and high frequency sources

monte

Déformation cosismique

Envisat interferometry

50 cm band

Déplacement du Japon provoqué par le séisme de Tohoku

from Aria/JPL/Caltech, contours en mètres

Tohoku earthquake: Inversion des données géodésiques

Enregistrements GPS continus (1 Hz)

Inversion of motograms of the 2011 Tohoku earthquake

Reduced set of stations

Section sismique le long de la côte

Rupture process in Japan

Observed vs synthetic seismograms

Modèle dérivé du champ proche

NIED

Modèle dérivé de la géodésie spatiale

GSI

Distribution de glissement du séisme

Kikuchi et al , EPSL,Oct. 2011

Comparaison glissement présismique et co-sismique

Kikuchi et al, 2011Hashimoto et al, Nature Geosciences, 2009

Le séisme a été aussi destructeur que le tsunami

Accélération maximale

3g

Below are the earthquakes which had tsunami magnitude of above Mt=9.0:1837 Valdivia, Chile 9.31841 Kamchatka 9.01868 Arica, Chile 9.01877 Iquique, Chile 9.01946 Aleutians 9.31952 Kamchatka 9.01957 Aleutians 9.01960 Chile 9.41964 Alaska 9.12004 Sumatra, Indonesia 9.0

Faux !

tsunami (a wave in a port)

Vrai!

Les plus gros tsunamis historiques

1837 Valdivia, Chile 9.31841 Kamchatka 9.01868 Arica, Chile 9.01877 Iquique, Chile 9.01946 Aleutians 9.31952 Kamchatka 9.01957 Aleutians 9.01960 Chile 9.41964 Alaska 9.12004 Sumatra, Indonesia 9.02011 Tohoku, Japon 9.0

What is a tsunami ?

),(),(1

2

2

2

2

2txu

xtxu

tc zz

tsunami speed ghc

h

uz

typically

h= 3000 m g =10m/s2 c = 175 m/s ou 700 km/hh= 1000 m c = 100 m/s or 360 km/h

A shallow water wave

Generation of large tsunamis in subduction zones

sismogenic zone

Transition zone

8 cm/year

Uplift produces tsunami

Tsunami produit par le séisme de Tohuku du 11/03/2011

Amplification près de la côte

En fait le processus est nonlinéaire.

Tsunami runup and elevation

Tsunami height or elevation

Inundation de l’aéroport de Sendai

Modern Geography

Inundation mapsFrom satellites

A l’origine du tsunami

Soulèvement du fond marin

GSI

Hauteur d’eau par Fujii-Satake

ISEE –ERI Tsukuba-Tokyo