PROJET LISALPS : CARTOGRAPHIER L'INTERIEUR DES ALPES GRÂCE AUX SÉISMES
L'arc Alpin est historiquement un des plus emblématiques laboratoires naturels pour l'étude des processus orogéniques (formation des montagnes suite à la convergence des plaques tectoniques) en raison de conditions d'affleurement exceptionnelles. Malgré les nombreuses études réalisées, la structure profonde des Alpes et les processus tectoniques associés restent néanmoins controversés en raison de la complexité de la chaîne mais aussi de la faible résolution avec laquelle les niveaux profonds ont été imagés par les méthodes géophysiques conventionnelles. Pour pallier ce manque, le consortium Européen AlpArray a déployé un réseau dense de stations large bande (instruments qui mesurent les déplacements du sol) sur l'ensemble de l'arc Alpin avec une distance inter-station inférieur à 52 km. De plus, 30 stations sismiques sous-marines ont été installées dans le bassin Ligure.
L’objectif du projet LisAlps est d'appliquer la méthode d’imagerie sismique appelée « Full Waveform Inversion » (FWI) aux données télésismiques enregistrées durant le projet antérieur « AlpArray » pour construire le premier modèle multi-paramétrique intégré de la croûte terrestre et du manteau supérieur à l'échelle de l'arc alpin (1500kmx700km) jusqu'à une profondeur de 700km.
La FWI reconstruit les propriétés constitutives d’un milieu, ici la croûte terrestre et le manteau supérieur, à partir d’ondes élastiques s’étant propagées en son sein. Dans le cas de LISALPS, les ondes sont déclenchées par des téléséismes, des tremblements de terre éloignés des stations enregistreuses mais suffisamment puissants pour y être enregistrés. Le milieu à imager situé sous le réseau de stations est ensuite reconstruit avec une résolution proche de la longueur d’onde (pluri-kilométrique) par un processus d’optimisation numérique minimisant les différences entre les mesures aux stations (sismogrammes) et le résultat de leur simulation numérique. Ce milieu est représenté par les propriétés constitutives du milieu gouvernant la propagation des ondes, comme les vitesses de propagation et la densité.
En exploitant la totalité de l’information contenue dans la forme des signaux sismiques (amplitude et phase), la FWI fournit un modèle multi-paramètres de la croûte terrestre et du manteau supérieur avec une résolution supérieure à celle des méthodes conventionnelles.
Le modèle de l’arc Alpin a été reconstruit à partir d’un catalogue de 92 téléseismes sélectionnés à l’issue d’un contrôle qualité minutieux des données. Les simulations ont été effectuées sur les centres nationaux de calcul de l’IDRIS (Paris) et du CINES (Montpellier). Le modèle révèle des structures emblématiques dans la croûte comme le corps d’Ivrée dans les Alpes occidentales, le bassin sédimentaire de la plaine du Pô et le bassin molassique, ainsi que les panneaux plongeants témoins de la subduction continentale.
Après la reconnaissance des principales structures de la croûte et du manteau terrestre dans le milieu imagé et une cartographie du Moho (l’interface sismique délimitant la croûte du manteau supérieur), une interprétation géologique des processus tectoniques associés est en cours. Le modèle produit sera utilisé dans des modélisations géodynamiques et pour la relocalisation de la sismicité. Les futurs travaux prévoient d’inclure les données de la campagne AdriaArray dans notre catalogue de données. Cette campagne de mesures sismiques couvre la plaque adriatique et ses marges actives en Méditerranée centrale. Cela permettra de raffiner le modèle des Alpes Dinariques et du bassin pannonien. Par ailleurs, la fenêtre temporelle sélectionnée pour l’inversion sera agrandie dans le but d’utiliser les ondes cisaillantes incidentes en plus des ondes de compression et améliorer la résolution de l’imagerie.
Découvrez le portrait de Stéphane Operto du projet LiSAlps !