Le projet AlpArray avait pour ambition de combler le manque de données géophysiques de qualité sur la structure lithosphérique de la chaîne Alpine et ses avant-pays (dont le bassin Liguro-Provençal) par le déploiement d'un réseau sismologique terre-mer dense et homogène, couvrant les Alpes et leurs avant-pays sur 11 pays et en mer Ligure pendant 2 à 3 ans. Composante française d'AlpArray, le projet ANR AlpArray-FR a permis l'installation de 63 stations temporaires à terre (2016-2020) et de 8 stations fond de mer (OBS, 2017-2018), fournissant une contribution majeure au réseau complet de 276 stations temporaires, dont 24 OBS en mer Ligure. Vingt-trois des 24 OBS ont été déployés par la campagne ALPARRAY-LEG 1 de Juin 2017 à bord du N/O Pourquoi Pas, dont 7 OBS du parc national INSU-IPGP. Les 23 OBS ont été récupérés lors de la campagne MSM71 à bord du N/O Maria S. Merian en Février 2018, après 8 mois de fonctionnement (Kopp et al., 2018).
La base de données sismologiques acquise par le réseau de capteurs dense et homogène sur l'arc alpin et ses avant-pays est la production majeure du projet AlpArray (AlpArray seismic network, 2015). Les enregistrements du réseau franco-allemand de 24 OBS en Méditerranée sont distribués selon des formats de données (miniseed) et métadonnées (StationXML) standards, comme les données enregistrées à terre, par les n?uds français (RESIF) et allemand (GEOFON) du système distribué d'archivage des données sismologiques européennes EIDA. Les données des OBS et des stations à terre peuvent ainsi être récupérées par les utilisateurs selon les mêmes procédures.
De nombreuses équipes participantes au projet AlpArray ont analysé les données générées et publié leurs résultats (ex. Handy et al., 2021 ; Hein et al., 2021 ; Paffrath et al., 2021b, 2021b ; Kästle et al., 2022). Depuis le 01/04/2022, les données du réseau sismologique temporaire AlpArray (code réseau Z3) sont en accès public.
L'équipe de GEOMAR-Kiel a mis en évidence 2 essaims de micro-séismes dans la croûte inférieure et le manteau supérieur (profondeur : 10-16 km) de la Mer Ligure à l'Ouest de la Corse, dont les localisations et les mécanismes au foyer ont pu être précisés grâce au réseau d'OBS AlpArray (Thorwart et al., 2021). Les mécanismes en compression suggèrent une réactivation en failles inverses des failles normales du rift Oligocène Ligure. L'existence de ces micro-séismes semble confirmer l'hypothèse d'un comportement mécanique de la croûte et du manteau supérieur rendu plus cassant par l'extension et l'amincissement de la croute continentale pendant la période de rifting.
La même équipe de Kiel a utilisé le réseau d'OBS AlpArray et quelques stations à terre dans une tomographie en ondes de surface du bassin Ligure utilisant des ondes de Rayleigh issues de corrélation de bruit ambiant aux courtes périodes, et émises par des téléséismes pour les plus longues périodes (Wolf et al., 2021).
Dans la première partie de sa thèse à ISTerre (Grenoble), A. Nouibat a calculé un modèle en vitesse d'onde S de la lithosphère d'une grande part de l'Europe occidentale (Nouibat et al., 2022a). Il utilise toutes les données sismologiques disponibles sur la période 2015-2019, y-compris celles du réseau temporaire AlpArray et des OBS en Mer Ligure, soit ~1500 stations. Son modèle est calculé par tomographie de bruit sismique ambiant, en implémentant les nouvelles méthodes d'inversion trans-dimensionnelle dans lesquelles les paramètres sont contrôlés par les données. L'intégration des données des OBS AlpArray lui a permis d'obtenir le premier modèle de vitesse d'onde S de la lithosphère de la Mer Ligure (Nouibat et al., 2022b). Il a pour cela appliqué des traitements spécifiques aux données des OBS (composante verticale du mouvement du sol) pour réduire les effets d'inclinaison (tilt) et de « compliance » en utilisant des fonctions de transfert dépendant de la fréquence (Crawford and Webb, 2000), ce qui a amélioré le rapport signal/bruit de manière significative. Pour améliorer le rapport signal/bruit dans les corrélations entre OBS qui sont les signaux les plus utiles pour la tomographie de la mer Ligure, il a sommé des corrélations de corrélations (dites C2) entre OBS et stations à terre. Une publication spécifique sur l'analyse des données OBS pour la tomographie par corrélation de bruit est parue dans Journal of Geophysical Research - Solid Earth (Nouibat et al., 2022b ; Figure 1). Cette publication explicite le traitement spécifique des données OBS pour corriger des bruits produits par l'inclinaison (tilt) et la compliance, l'utilisation des corrélations de corrélations (C2) impliquant les enregistrements de stations à terre pour améliorer la qualité des corrélations entre OBS, et la prise en compte de la couche d'eau d'épaisseur variable dans l'inversion des courbes de dispersion pour estimer la vitesse des ondes S. Nouibat et al. (2022b) discute également le modèle Vs en le comparant au modèle de vitesse d'ondes P obtenu par Dannoswki et al. (2020) par inversion de temps d'arrivée de sismique réflexion et réfraction le long d'un profil SO-NE au centre de la mer Ligure (expérience LOBSTER de février 2018 à bord du N.O. Maria S. Merian). La figure 2 montre la comparaison avec le modèle de Dannowski et al. (2020). Les deux analogues (proxies) du Moho en Vs (isovaleur 4.1 km/s) et Vp (isovaleur 7.2 km/s) coïncident de façon remarquable (<1 km de différence en z) sur la moitié SO du profil où des roches Vp~5.5 km/s sont en contact direct avec le manteau supérieur (Vp>7.2 km/s). Dans la moitié NE où Dannowski et al. (2020) détecte un corps de Vp>6 km/s intercalé entre les roches de Vp~5.5 km/s et le proxy du Moho, ainsi qu'un approfondissement progressif du proxy Vp du Moho, le proxy Vs du Moho (4.1 km/s) se décale vers le haut. Il traverse le corps de Vs=6-6.5 km/s interprété par Dannowski et al. (2020) comme le socle cristallin de la croûte continentale amincie. Ce corps de Vp 6-7 km/s et de Vs>4.1 km/s est plutôt constitué de gabbros amphibolitisés que de socle cristallin de croûte continentale amincie, ce qui remet en cause l'interprétation de Dannowski et al. (2020).
Figure 1 (d'après Nouibat et al. 2022b). Haut : Carte de localisation des stations sismologiques à terre (cercles rouges) et en fond de mer (triangles verts) dont les données sont utilisées pour les tomographies de bruit ambiant de Nouibat et al. (2022a, 2022b). Les stations fond de mer en Mer Ligure (triangles verts) sont celles du réseau AlpArray-OBS. Bas : Cartes de vitesse d'onde S à différentes profondeurs dans le modèle 3D calculé par tomographie de bruit ambiant, en incluant les données de la campagne AlpArray-OBS en Mer Ligure. Noter l'anomalie lente associée aux sédiments peu consolidés à 3 et 5 km de profondeur (Vs<3 km/s, en rouge) et l'apparition de vitesses rapides (~4 km/s, en bleu foncé) dans le bassin Ligure à partir de 12 km de profondeur, qui indique que l'épaisseur de croûte est ~12 km.
Le modèle Vs de Nouibat et al. (2022a) a une résolution suffisamment fine pour qu'il puisse être corrélé aux données géologiques de surface, et comparé aux données de sismique active en mer Ligure. Dans le cadre du chantier Alpes et bassins périphériques du programme RGF (Référentiel Géologique de la France, http://rgf.brgm.fr/page/alpes-bassins-peripheriques), une équipe de géologues, géophysiciens et modélisateurs travaille à la construction d'un modèle géologique 3D du chantier à l'échelle crustale sur la base des données géologiques (carte géologique au million), du modèle Vs de Nouibat et al. (2022a), et des données sismiques disponibles en mer Ligure, notamment celles de la campagne SEFASILS sur la marge nord-Ligure en cours de traitement (thèse A. Canva, Univ. Nice-Côte d'Azur). Ce modèle en cours de construction en utilisant le Geomodeller (modélisation géologique 3D) du BRGM apportera une nouvelle vision sur la structure géologique 3D des Alpes occidentales et de la mer Ligure et permettra de confronter des hypothèses géodynamiques.
Figure 2 (d'après Nouibat et al., 2022b). Haut : Carte du bassin Liguro-Provençal montrant la localisation du profil sismique (trait épais noir) de Dannowski et al. (2018) le long de l'axe du bassin. Bas : Coupes verticales dans les modèles Vs (a) et Vp (c) le long du profil sismique indiqué sur la carte (exagération verticale : 2.3). Les courbes d'iso-vitesse P et S sont indiquées en traits pointillés noir et blanc, respectivement. Leur superposition sur la coupe Vp (c) montre la bonne correspondance des iso-vitesses Vp=7.2 km/s et Vs=4.1 km/s dans la partie sud-ouest du profil (x<70 km), interprétées comme les proxies du Moho. Au nord-est (x>70 km), les vitesses P entre 6 et 7.2 km/s correspondent à des vitesses S plutôt rapides (>4 km/s) et sont interprétées comme trace de la présence de gabbros en base de croûte.
A. Nouibat travaille aujourd'hui à l'inversion de formes d'ondes complètes issues des corrélations de bruit et des enregistrements de séismes régionaux pour calculer par inversion jointe les modèles Vp et Vs des Alpes occidentales, incluant la mer Ligure. Il a pour cela modifié les codes de calcul du modèle direct par éléments spectraux du consortium Seiscope pour prendre en compte la couche d'eau en mer Ligure. Ces travaux feront l'objet du dernier chapitre de sa thèse qui sera soutenue en fin d'année 2022. Une 3ème publication sera probablement issue de cette thèse.
Références citées :
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