Le satellite SAR Sentinel-1 utilisant le principe de l’interférométrie radar pour la détection des mouvements du sol. © ESA, ATG medialab
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Des satellites voient en détails le soulèvement des Alpes

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Déformation du sol avant une éruption, mouvements tectoniques... L'imagerie satellitaire permet aujourd'hui d'observer en détail la façon dont la surface de notre Planète se déforme en continu. Une nouvelle étude a ainsi mis en lumière le soulèvement de certains massifs alpins jusque là indétectable par les autres méthodes géophysiques.

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La surface de la Terre est animée de mouvements imperceptibles mais constants, de quelques millimètres à quelques centimètres par an. Rien n'est fixe. Les causes ? Volcanisme, tectonique des plaques, processus érosifs ou gravitaires, rééquilibration isostatique, elles sont nombreuses et affectent de manières diverses le paysage terrestre.

Extension, compression, soulèvements, effondrements : tous ces subtils mouvements qui se jouent sous nos pieds sans que nous en ayons conscience peuvent cependant être mesurés et leur analyse apporte de précieuses informations aux scientifiques, leur permettant d'affiner tous les jours un peu plus la compréhension du système Terre et de sa dynamique. Parmi les nombreuses techniques utilisées, l'imagerie satellitaire par interférométrie radar a apporté une petite révolution dans le monde de la géologie, en permettant d'avoir accès à l'observation de la déformation à petite échelle et en temps réel de certaines zones difficiles d'accès.  

Les mouvements verticaux des Alpes scrutés par interférométrie radar

C'est le cas des Alpes. Cette chaîne de montagnes relativement jeune qui marque une bonne partie du paysage européen résulte de la collision entre les masses continentales de l’Afrique et de l’Eurasie. La convergence entre ces deux plaques tectoniques est d'ailleurs toujours active, en particulier dans les parties est et centrale. Dans la partie ouest cependant, le mouvement de convergence semble être stoppé, en raison du mouvement de rotation anti-horaire qu'effectue la microplaque adriatique, qui vient s'indenter dans la croûte continentale européenne. Alors que le reste de la chaîne continue d'enregistrer une déformation compressive, la partie ouest est caractérisée par des mouvements extensifs et transverses.

Interprétation 3D de la dynamique des Alpes occidentales avec l’hypothèse d’un détachement du slab européen. © Mathey et al., 2021, Solid Earth, CC by-sa 4.0

Les mouvements verticaux dans les Alpes de l'ouest semblent d'ailleurs plus importants que les mouvements horizontaux. Pour les quantifier, une équipe de chercheurs de l'ISTerre à Grenoble a étudié la déformation régionale de cette partie des Alpes à l'aide d’une méthode géophysique d’imagerie satellitaire par interférométrie radar (InSAR). Généralement, cette méthode est plutôt utilisée pour observer l'évolution des glissements de terrain. C'est la première fois qu'elle est mise en œuvre pour l'étude de déformations à grande échelle.

Plus 2, 5 millimètres par an pour le Mont Blanc

Les satellites SAR envoient une onde radar en direction du sol et vont récupérer, grâce à une antenne, le signal renvoyé par la surface de la Terre. Les résultats permettent d'obtenir la distance entre le satellite et un point très précis de la Terre, à un moment donné. En passant plusieurs fois au-dessus d'une zone à des dates différentes, il est donc possible d'observer les différences de phases pixellaires liées à une éventuelle déformation de la surface terrestre. Cette différence de phase permet d'obtenir la quantité de déplacement d'un pixel dans la direction du satellite et ainsi de quantifier des mouvements verticaux de l'ordre du millimètre.

Les principes de l'interférométrie radar par imagerie satellitaire (InSAR). © 2019 A. Augier — OPGC, planet-terre.ens-lyon.fr, CC by-sa 4.0

Les données recueillies permettent d'estimer les vitesses des surfaces dans le champ vertical. Elles ont été acquises grâce au satellite Sentinel-1, durant 4 ans, de novembre 2014 et décembre 2018. Les résultats, publiés dans Geophysical Research Letters, ont permis d'établir des variations spatiales de l'ordre du millimètre par an pour le champ de vitesse des Alpes occidentales, des valeurs jusqu'à présent invisibles par les autres types de mesures.

Les auteurs montrent que le soulèvement maximal a lieu au niveau de l'axe Aar-Mont Blanc-Belledonne, avec une surrection de 2,5 mm/an. D'autres zones situées plus au sud montrent également un soulèvement très localisé, comme les massifs du Pelvoux et de l'Argentière (de 0,7 à 2,5 mm/an). Ce qui a surpris les chercheurs, c'est le fait que ces zones de soulèvement soient très localisées. Le mécanisme de rebond isostatique lié à la déglaciation, souvent évoqué pour être la cause du soulèvement des massifs, ne peut donc pas être ici la seule cause, puisqu'il agit à une échelle bien plus grande.

Le soulèvement doit donc être associé à un mécanisme permettant de localiser la déformation à une petite échelle. La présence de structures héritées comme des failles ou des hétérogénéités rhéologiques (différence de comportement mécanique des roches) au sein de la croûte pourrait expliquer cette localisation du soulèvement. Pour expliquer le soulèvement en l'absence de mouvement de convergence, les chercheurs suggèrent une combinaison complexe de plusieurs facteurs, comme l'intensité de l'érosion affectant ces massifs, le rebond glaciaire et le retrait du slab en profondeur en lien avec l'arrêt de la convergence dans cette zone.

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