L'effondrement gravitaire (Terminales S).

L'effondrement gravitaire (Terminales S).
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La chaîne de montagnes des Alpes est une chaîne de collision qui s’est formée dans un contexte tectonique de convergence. On y trouve des indices de l’épaississement crustal lié à la compression : failles inverses, données GPS.

Une extension peut être constatée au cœur de certaines chaînes récentes. Cette extension, liée à un effondrement gravitaire de la chaîne, se produit lorsque l’érosion, assortie d’un réajustement isostatique, et la compression ne s’équilibrent plus.

On cherche à déterminer si certains indices accréditeraient l'existence d'un effondrement gravitaire au cœur des Alpes.

Activité 1: Les indices à partir des données GPS.

Il est possible de travailler avec les données GPS de deux stations situées au cœur des Alpes, de part et d'autre du front pennique : PUYA et JANU.

A partir des données GPS brutes, il est possible de déterminer les déplacements relatifs de ces deux stations et ainsi de mettre en évidence un mouvement de divergence (faible) entre les deux stations.

Fichiers de travail : PUYA.ods et JANU.ods

Pour cela, il faut tracer les courbes de tendance pour les données GPS en latitude puis en longitude. Le coefficient directeur des droites obtenues donne la vitesse du déplacement en mètres. Selon que ce coefficient directeur est positif ou négatif, le déplacement se fera vers le nord ou vers le sud, vers l'ouest ou vers l'est.

Figure 10. Choix du couple de station GPS du réseau RENAG
Il est possible de comparer les mouvements relatifs de deux couples de stations GPS . Nous choisirons pour la démonstration le couple de la région centrale des Alpes.

Si on compare les déplacements absolus des deux stations, elles se déplacent dans la même direction et les valeurs très proches ne permettent pas de visualiser sur l'image une différence notable.

Il est donc nécessaire d' analyser le déplacement d'une station par rapport à l'autre supposée fixe.

Figure 11. Déplacement de chaque station en valeur absolue (en mm/an)
Les deux stations se déplacent toutes les deux dans la direction W-NW. La différence de vitesse des composantes NS et EW ne permet pas en vision rapide de répondre à la question posée.

Le déplacement relatif de PUYA par rapport à JANU, station considérée comme fixe, traduit un mouvement de décrochement assorti d'une très légère extension.

Avec toutes les précautions scientifiques qui s'imposent, cette analyse est compatible avec l'interprétation d'un effondrement gravitaire actuel au centre des Alpes. Il s'agit du premier indice.

Figure 12. Déplacement relatif de la station PUYA par rapport à la station JANU considérée comme fixe (en mm/an)
Le mouvement relatif de la station PUYA par rapport à la station JANU montre un très léger éloignement compatible avec l'interprétation d'un effondrement gravitaire au centre des Alpes

Activité 2: Les indices à partir des données sismiques.

Chaque symbole (mécanisme au foyer) représenté sur la carte ci-dessous correspond à l'analyse des sismogrammes enregistrés par plusieurs stations sismiques pour un même séisme. Ces séismes correspondent au jeu soit d'une faille inverse (contexte de convergence), soit d'une faille normale (contexte de divergence), soit d'un coulissage. Le front pennique a été surligné en noir. On remarque que les mécanismes au foyer du cœur des Alpes sont des symboles qui correspondent à des failles normales en accord avec un contexte de divergence lié à l'effondrement gravitaire.

Le module" mécanismes au foyer " permet de faire le lien entre les données sismiques et la symbolique utilisée. Ce module, en cours de révision, traite uniquement le cas d'un décrochement et montre que pour tout séisme, les contraintes sont réparties en quatre zones, deux en distension, deux en compression. C'est en étudiant la répartition de ces zones que les scientifiques définissent le mécanisme au foyer.

Figure 13. Carte sismotectonique synthétique regroupant l'ensemble des solutions focales fiables calculées avec les données SismAlp (D'après la thèse de C.Sue- fig 3.59)
Les mécanismes au foyer du centre des Alpes montrent le jeu de failles normales. Dans les massifs subalpins, on observe à l'inverse le jeu de failles inverses ou de décrochements.

L'analyse des mécanismes au foyer nécessite que le séisme ait été enregistré par des stations qui soient localisées tout autour de l'épicentre. Il faut alors définir comme dans l'application ci-dessus les deux zones en compression et les deux zones en dilatation.

Pour cela, on analyse les sismogrammes de chaque station. Si la première déviation enregistrée (onde P) est orientée vers le haut, cela signifie que le sismomètre est dans une zone en compression, si elle est orientée vers le bas alors le sismomètre est dans une zone en dilatation.

La banque des séismes fournie par le logiciel Sismolog ne présente pas de séisme qui soit encadré par un nombre suffisant de stations pour faire cette étude. L'archive 94061806.zip contient les fichiers (format sismAlp ) qui peuvent être analysés par Sismolog. Ce séisme ne fait pas partie de la banque de données Sismolog, il n'est donc pas dépouillé et il faut repéré seul le premier mouvement du sol lié à l'arrivée de l'onde P.

A condition de laisser de côté les stations OG21, JAUF et OG27, difficiles à interpréter, il est possible de montrer que ce séisme du 18 juin 1994, localisé dans la partie centrale des Alpes correspond au jeu d'une faille normale.

Pour ce séisme 94061806, la station OG15 (1er sismogramme) était dans une zone en dilatation. La station OG22 (2ème sismogramme) était dans une zone en compression.

Figure 14. Sismogrammes de deux stations ayant enregistré ce séisme
Pour la station OG15, la trace du premier mouvement du sol montre des contraintes en distension. Pour la station OG22, il s'agit au contraire de contraintes en compression.

L'analyse de l'ensemble des stations permet de repérer les stations pour lesquelles les premiers mouvements du sol sont en compression et celles pour lesquelles ces premiers mouvements sont en distension. En les reportant sur la carte, on observe que les zones en compression encadrent les zones en distension, il s'agit bien du jeu d'une faille normale.

Cette seconde étude apporte un deuxième argument allant dans le sens d'un effondrement gravitaire actuel au centre des Alpes.

Figure 15. Analyse des mécanismes au foyer pour le séisme 94 06 18 06
Pour ce séisme du 18 juin 1994, les stations sismiques du réseau SismAlp encadrent l'épicentre. L'analyse de chaque sismogramme montre que les stations où le premier mouvement est en distension sont encadrées par des stations où ces premiers mouvements sont en compression. Il s'agit d'un mécanisme au foyer correspondant au jeu d'une faille normale.

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