Quantification de la déformation actuelle au nord de l'Amérique du sud : interactions complexes entre le bloc nord andin, et les plaques Caraïbes et Amérique du sud. // Quantification of current deformation in northern South America: complex interactions

Les grands décrochements tectoniques continentaux peuvent être à l'origine de séismes destructeurs de Mw>7. De telles structures longues de plus de 500 km existent notamment au Nord de l'Amérique du Sud (Venezuela & Colombie). Ces longues structures représentent une menace pour la population d'autant plus qu'elles sont considérées comme rapides (0.5-2cm/an) (Pousse-Beltran et al., 2017, 2018; Pousse‐Beltran et al., 2020). Dans cette région, de grands décrochements (Fig. 1) semblent jouer un rôle charnière entre l'expulsion d'un bloc (Bloc Nord Andin) et le passage à une limite de plaque (Reinoza et al., 2020). Ce bloc Nord Andin n'est de surcroît pas rigide, en effet, il comporte des microblocs qui se déplacement les uns par rapport aux autres (Jarrin et al., 2023 ; Mora-Páez et al., 2018; Mora-Páez & Audemard, 2021). L'expulsion de ce bloc vers le nord induit une subduction de la plaque Caraïbe (Fig. 1) sous le nord du Venezuela et le nord de la Colombie encore mal connue. Il est ainsi aujourd'hui difficile d'établir le rôle de chaque faille dans ce contexte géodynamique complexe. Certaines de ces failles sont de plus affectées par un glissement asismique qui présente des variations temporelles marquées (Pousse Beltran et al., 2016).
Pour bien comprendre le rôle de chaque faille dans ce contexte géodynamique complexe pour lequel plusieurs modèles coexistent, il est crucial de bien quantifier les taux de glissement et les profondeurs de blocage de ces failles. Cette région est donc un cas d'étude original pour comprendre : 1) comment des structures héritées sont réactivées pour accommoder une déformation complexe, 2) le potentiel sismique de ces sources et 3) le régime de la déformation pouvant présenter des variations spatio-temporelles de glissement.
Pour répondre à ces questions nous proposons :
1) De réaliser une analyse InSAR de la déformation à partir d'images satellites Sentinel-1 (Fig. 1). En effet, aujourd'hui avec une pile d'image de plus de 10 ans, il est possible d'avoir une haute résolution spatiale (~500m), d'obtenir des séries temporelles (à 12 ou 24 jours) et d'optimiser le rapport signal sur bruit. Nous proposons d'utiliser la chaîne de traitement NSBAS (Doin et al., 2011, 2023) qui a montré son efficacité dans des contextes similaires (Cordillère en Équateur)(Marconato et al., 2024). Il sera ainsi possible d'obtenir des cartes de déplacements en ligne de visée de satellite à des résolutions de l'ordre du millimètre par an.
2) D'analyser les données cGNSS (Fig. 1) qui permettront (1) la détection de variations temporelles de vitesse dans l'optique de détecter des glissements transitoires, (2) une analyse combinée de la déformation avec les données InSAR et (3) la caractérisation de la déformation associée à la subduction induite grâce aux stations installées sur les îles localisées au nord du Venezuela.
3) De modéliser les déformations qui seront observées sur différentes échelles. Des modélisations à champ proche ciblées sur les failles (~50 km) seront réalisées pour comprendre comment s'accumule et se libère l'énergie, et des modélisations à échelle régionale (500km - 1000km) 2D/3D seront menées à bien pour comprendre les mécanismes géodynamiques dominants.
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Large continental tectonic strike-slip faults can be the source of destructive earthquakes of Mw>7. Such structures with more than 500 km long, are present particularly in the north of South America (Venezuela & Colombia). These long structures pose a threat to the population, especially as they are considered to be rapid (0.5-2cm/year) (Pousse-Beltran et al., 2017, 2018, 2020). In this region, major strike-slip faults (Fig. 1) appear to play a pivotal role between the expulsion of a block (North Andean Silver) and the transition to a plate boundary (Reinoza et al., 2020). Moreover, this North Andean Silver is not rigid; it comprises microblocks that move relative to one another (Jarrin et al., 2023; Mora-Páez et al., 2018; Mora-Páez & Audemard, 2021). The northward expulsion of this block (Fig. 1) has led to subduction of the Caribbean plate beneath northern Venezuela and northern Colombia, which is still poorly understood. It is therefore difficult today to establish the role of each fault in this complex geodynamic context, which is generating scientific debate. Finally, some of these faults are affected by aseismic slip, which shows marked temporal variations (Pousse Beltran et al., 2016).
To fully understand the role of each fault in this complex geodynamic context, for which several models exist, it is crucial to quantify the slip rates and locking depths of these faults. This region is therefore an original case study for understanding how 1) inherited structures are reactivated to accommodate complex deformation, 2) the seismic potential of these sources and 3) the deformation regime with spatio-temporal variations.
To answer these questions, we propose:
1) To carry out an InSAR analysis of deformation using Sentinel-1 satellite images (Fig. 1). Today, with an image stack that is more than 10 years old, it is possible to have high spatial resolution (~500m), to obtain time series (12 or 24 days) and to optimise the signal-to-noise ratio. We propose to use the NSBAS processing chain (Doin et al., 2011, 2023), which has proved effective in similar contexts (Eastern Cordillera in Ecuador) (Marconato et al., 2024). It will thus be possible to obtain maps of satellite line-of-sight displacements at resolutions of the order of a millimetre per year.
2) To analyse the cGNSS data (Fig. 1), which will enable (1) the detection of temporal variations in velocity with the detection of transients, (2) a combined analysis of the deformation with the InSAR data and (3) the characterisation of the deformation associated with induced subduction thanks to the stations installed on the islands to the north of Venezuela.
3) To model the deformations that will be observed on different scales. Near-field modelling targeting faults (~50km) will be carried out to understand how energy is accumulated and released, and 2D/3D regional-scale modelling (500km - 1000km) will be carried out to understand the dominant geodynamic mechanisms.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours pour un contrat doctoral

Université de Savoie Mont-Blanc

105 STEP - Sciences de la Terre de l'Environnement et des Planètes

Nous cherchons un.e canditat.e avec une formation en Sciences de la Terre, motivé.e par l'étude de risques naturels avec des méthodes géophysiques, et intéressé.e par la compréhension des mécanismes géodynamiques qui contrôlent l'activité des failles. Le sujet proposé nécessitera l'acquisition lors de la thèse de compétence en traitement d'image satellitaires, de données GNSS, de modélisation numérique.
We are looking for a candidate with a background in Earth Sciences, motivated by the study of natural hazards using geophysical methods, and interested in understanding the geodynamic mechanisms that control fault activity. The proposed subject will require skills in satellite image processing, GNSS data and numerical modelling to be acquired during the thesis.