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Détermination des vitesses verticales pour les stations GNSS des petites Antilles

May 23, 2019

par Pierre Sakic, Valérie Ballu et Guy Wöppelmann (UMR LIENSs, Université de la Rochelle)

Par Pierre Sakic, Valérie Ballu et Guy Wöppelmann (UMR LIENSs, Université de la Rochelle)

L’arc des petites Antilles est situé à proximité d’une frontière de plaques en subduction et de ce fait, l’aléa sismique y est important. Pourtant, peu de grands événements ont été recensés, ce qui peut être lié à la nature de la zone ou à la trop courte période d’observation. Actuellement, les éléments manquent pour écarter définitivement la possibilité d’un futur méga-séisme tsunamigénique.


En exploitant les observations GNSS disponibles dans la région jusqu’à la fin 2014 nous avons cherché à déterminer si une déformation était visible en surface. Les données proviennent de stations appartenant au réseau ORPHEON diffusées par RENAG, ainsi que les stations maintenues par l’Observatoire volcanique et sismologique de Guadeloupe (OVSG) de l’IPGP, et son homologue martiniquais. Enfin, la station ABMF maintenue par l’IGN. Les premières stations ayant été déployées au début des années 2000, on dispose de près de quinze ans de données pour les plus anciennes (voir fig. 1).

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Figure 1 : Série temporelle du déplacement de la station GNSS HOUE (site de l'Observatoire de Guadeloupe) par rapport à sa position moyenne,

traitée en PPP par GINS. Les composantes Est, Nord et Verticale sont représentées de haut en bas.

Le calcul des données GNSS est effectué avec le logiciel de calcul géodésique GINS du CNES, en adoptant une stratégie PPP avec résolution des ambiguïtés entières [Loyer et al., 2012], et les séries temporelles sont déterminées dans l’ITRF08. La vitesse de déplacement des stations est déterminée avec HECTOR [Bos et al., 2008, 2013], permettant l’estimation de tendance linéaire sur des séries temporelles perturbées par un signal annuel ou semi-annuel avec des incertitudes réalistes, basées sur les caractéristiques du bruit.

Du fait de la difficulté à contraindre le pôle de rotation de la plaque caraïbe en raison du peu d’observations GNSS disponibles dans le champ lointain, on s’intéresse prioritairement aux vitesses verticales. On remarque (fig. 2) une subsidence généralisée de l’archipel de l’ordre de 2-3 mm/an, ce qui est significatif et supérieur aux erreurs de référencement. Ce résultat est cohérent avec ceux obtenus par l’étude de la croissance des coraux [e.g. Philibosian et al., 2015]. Cette subsidence s’expliquerait par un blocage en profondeur (entre 30 et 60km de profondeur) en appliquant un modèle de backslip [Weil-Accardo et al., 2016]. Ces conclusions sont cependant en désaccord avec les résultats de Symithe et al. [2015] : à partir des vitesses horizontales des stations GNSS calculées par double différence, un très faible taux de couplage est alors déterminé.

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Figure 2 : Vitesses estimées des stations permanentes de la Guadeloupe


Ces résultats contradictoires illustrent la nécessité d’élaborer de nouvelles techniques permettant de combler les lacunes des méthodes d’observations géodésiques à terre : l’une d’entre elles est le GNSS/A (A pour acoustique) qui combine positionnement par satellite d’une plateforme en surface et interrogations acoustiques de balises installées sur le fond de l’océan. Cette approche permet d’obtenir précisément dans un référentiel global la position d’un point au large. En comparant les observations en mer avec celles faites à terre on peut mettre en évidence un éventuel gradient de déformation et donc préciser nos connaissances sur l’éventualité d’un séisme tsunamigénique. La faisabilité de déploiement d’un tel réseau dans la région est actuellement à l’étude [Sakic 2016].

Nous remercions pour la mise à disposition des données GNSS RENAG et Orphéon, ainsi que les Observatoires volcanologiques et sismologiques de Guadeloupe et Martinique, et plus particulièrement Jean-Bernard de Chabalier & Arnaud Lemarchand.

Références :
Bos, M. S., Fernandes, R. M. S., Williams, S. D. P., & Bastos, L. (2008). Fast error analysis of continuous GPS observations. Journal of Geodesy, 82, 157–166. https://doi.org/10.1007/s00190-007-0165-x

Bos, M. S., Fernandes, R. M. S., Williams, S. D. P., & Bastos, L. (2013). Fast error analysis of continuous GNSS observations with missing data. Journal of Geodesy, 87(4), 351–360. https://doi.org/10.1007/s00190-012-0605-0

Loyer, S., Perosanz, F., Mercier, F., Capdeville, H., & Marty, J. C. (2012). Zero-difference GPS ambiguity resolution at CNES-CLS IGS Analysis Center. Journal of Geodesy, 86(11), 991–1003. https://doi.org/10.1007/s00190-012-0559-2

Philibosian, B., Feuillet, N., Jacques, E., Weil Accardo, J., Meriaux, A. S. B., Guihou, A., & Anglade, A. (2015). 20th-Century Strain Accumulation on the Lesser Antilles Megathrust Based on Coral Microatolls. AGU Fall Meeting Abstracts.

Symithe, S., Calais, E., de Chabalier, J. B., Robertson, R., & Higgins, M. (2015). Current block motions and strain accumulation on active faults in the Caribbean. Journal of Geophysical Research : Solid Earth, 120(5), 3748–3774. https://doi.org/10.1002/2014JB011779

Sakic P. Apport de la géodésie fond de mer à l’évaluation de l’aléa sismique côtier : distancemétrie en mer de Marmara et simulation de GNSS/A aux Antilles. Thèse de l’Université de La Rochelle, 2016. https://frama.link/These_PS

Weil-Accardo, J., Feuillet, N., Jacques, E., Deschamps, P., Beauducel, F., Cabioch, G., … Galetzka, J. (2016). Coral microatolls of Martinique ( French West Indies ) record 230 years of relative sea-level changes due to climate and megathrust tectonics. Journal of Ge, 1–31. https://doi.org/10.1002/2015JB012406