Résumé
La déformation actuelle et la sismicité en domaine intraplaque sont des phénomènes mal compris. En particulier le rôle de l'héritage structural sur les variations spatiales de sismicité, et donc d'aléa sismique, reste une problématique majeure à la fois académique et sociétale. Plusieurs études semblent montrer que l'adoucissement rhéologique créé lors de la formation de grandes structures tectoniques aujourd'hui héritées, est un facteur indispensable pour expliquer la localisation et la magnitude de la déformation actuelle. Cependant, la quantification de l'impact de cet l’héritage structural sur la déformation de la croûte supérieure est toujours mal contrainte voir inconnue.Ces travaux de thèse ont pour but de quantifier l'impact de l'héritage structural sur la déformation actuelle des premiers kilomètres de la croûte. Il s’articule autour de deux axes de recherche. Le premier est la mesure précise des taux de déformations dans la vallée du Saint Laurent, à l’Est du Canada, à l’aide du Global Positioning System (GPS). Cette zone présente un fort héritage structural associé au paléo-rift Iapetus (~700 Ma) et une forte densité de station GPS permettant la mesure des taux de déformation tant à l’extérieur qu’à l’intérieur de la zone d’héritage structural. Une des nouveautés de cette étude est la combinaison de stations GPS continues et de campagnes (réseau de campagne dédié, pour la première fois utilisé pour contraindre les taux de déformation dans cette zone). L’analyse des taux de déformation obtenus à l’aide du GPS a montré qu’avec des taux de déformation de 2 à 11 fois supérieurs aux régions limitrophes, la zone d’héritage structural concentre significativement la déformation de surface. La comparaison des taux de déformation GPS avec ceux prédits par les modèles de réajustement isostatique glaciaire (GIA, processus majeur actif dans la région) a mis en évidence que l’héritage structural amplifie les taux de déformation générés par le GIA d’un facteur 6 à 28.Le deuxième axe de recherche consiste à développer des modèles numériques thermo-mécaniques 2D prenant en compte l’adoucissement rhéologique associé à l’héritage structural. La quantification de l’amplification des taux de déformation de la croûte supérieure est effectuée pour différentes localisations de l'adoucissement au sein de la lithosphère. Les modèles sont d’abord réalisés pour un cas intraplaque générique, puis appliqués à la vallée du St Laurent. Une des nouveautés de cette étude est d’analyser les modèles pour une force fixée, représentative du bilan des forces agissant sur la lithosphère, et supposée être à l’équilibre avec la résistance intégrée de la lithosphère. Cela permet d’appréhender le comportement mécanique de la lithosphère pour un état non stationnaire. Pour les modèles intraplaques génériques, l’amplification des taux de déformation varie de 1 à 27 en fonction des paramètres testés (lithologie crustale, quantité de déformation héritée, géotherme et force). Ces amplifications modélisées sont en accord avec celles mesurées par le GPS ou la sismicité à grande échelle spatiale (100s km) dans l’est de l’Amérique du Nord. Les modèles numériques associés à la vallée du St Laurent intègrent l’impact de la géométrie de la zone adoucie et des variations latérales de la quantité d’adoucissement et du géotherme. Les amplifications associées vont de 1 à 11, en accord avec les amplifications GPS calculées dans cette zone. Un résultat majeur mis en évidence par cette étude est la présence d’un noyau élastique conservé dans le manteau lithosphérique supérieur malgré le fort adoucissement imposé, limitant les effets d’amplification.Nos résultats reflètent un comportement mécanique de la lithosphère et de la déformation associée, supposés long-terme (10^3 à 10^5 ans). Des travaux restent à entreprendre pour quantifier l’impact des processus transitoires pouvant être à l’origine de la réactivation des zones d’héritage structural.