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Seismology

The northern Ligurian margin, between Nice (France) and Genoa (Italy) is one of the main seismic area in western Mediterranean sea. The present compressive deformation is controlled regionally by the convergence of the Africa (Nubia) plate towards Eurasia and more locally by the large topographic contrast between Mercantour (3000 m) and Ligurian basin (-2600 m). The seismic activity is moderate but continuous over an area of 150 km by 60km. Some catastrophic events have been recorded offshore as the 23 February 1887 magnitude 6.5-6.7 Ligurian earthquake which occurred in front of Imperia and presently control the seismic hazard evaluation in the coastal densely populated area. Active faults which can be related to this event have been recently evidenced with precise sea floor morphology characterization and shallow seismic profiles (Larroque et al., 2010). The size of the observed fault structures allows to propose a 6.5-7 maximum magnitude for seismic events in the area if we assume that they are representative of the whole Ligurian area, between continent and Corsica. A better location of the permanent microseismicity can give us more information in depth of these structures and is achieved with good seismological network at short distance of the epicenters. Therefore, a sea floor observation with sensitive three components seismometer is the natural complement of the onshore network, increasing location precision of the microseismicity. An accelerometer insures unsaturated ground motion record in case of large event.
It has been shown collecting and reinterpreting all the data on the 1887 seismic event and using hydrodynamic modeling of the tsunami in a precise bathymetric model, that the costal run-up observed from Nice to Genoa could have reached 2 m nearby Imperia.

Description : seisme_Toulon_2010 Description : RUSF_ASEAF_maree
Magnitude 4 event recorded on seafloor
Un événement de magintude 4 mesuré sur le fond marin
Comparison of record of the earth tide on the sea floor sensor (shown on the left) and a land station (RUSF, Apt).
Comparaison des mesures au niveau du sol (RUSF, Apt) et au fond de la mer pour l'événement à gauche.

La figure ci-contre à droite présente le déplacement enregistré par le capteur sismologique très large bande connecté au telescope Antares (en haut dans la direction verticale (noir) puis dans les directions horizontales - rouge NS, vert EW). Le temps est en minute depuis 00h00 le 11 mars, le signal présenté dure plus de 17heures; après les amplitudes maximum du signal correspondant aux premières ondes de surface dont l'amplitude atteint plus de 30mm dans les 3 directions, on voit les mouvements produits par les oscillations propres de la terre excitées par ce séisme u

Sismologie

La marge Ligure présente un régime tectonique en compression où la déformation cumulée est encore assez faible. Celle-ci est contrôlée à la fois par les conditions aux limites imposées par le raccourcissement entre les plaques Afrique et Europe, mais aussi un fort gradient topographique entre le massif du Mercantour (3000 m) et le bassin Ligure (−2600 m). Le séisme Ligure de 1887 de magnitude entre 6.5 et 6.9 au large d'Imperia, est l'événement qui contrôle l'évaluation de l'aléa sismique sur la Côte d'Azur et la côte Ligure Italienne. Même si un système de failles actives, potentiellement source du séisme de 1887, a été récemment mis en évidence au pied de la marge Ligure, nous n'avons pas encore une vision complète de la déformation de cette zone. Le suivi de la sismicité est un complément nécessaire aux campagnes de reconnaissance des structures géologiques actives entre la Corse et le continent. En cas de séisme fort, l'observation la plus proche de la source est fondamentale pour la compréhension de la rupture sismique.

The displacement of the ground beneath the telescope reach almost 30 mm in the 3 directions when the surface waves produces by the earthquake passed beneath the site between 6h42TU and 6h55TU. The wave length of such waves are of more than 500 km, therefore there is no deformation on the telescope.
Japan Earthquake seen in Antares

Earthquakes are not the only phenomena responsible of tsunami run-up in the area: the October 1979 Nice airport landslide have shown that the Var canyon slopes are very instable and that destabilization of large sedimentary masses could also have disastrous effects on the coast. Morphology observations of the margin show that similar events could have occurred in the past on the steep slopes (10-15ô) and in situ observations must been performed to understand what are the destabilization conditions for such masses: strong ground motion produced by a large earthquake, large input of land sediments in the canyons after critical rains... The deployment of a permanent precise pressure will produced important data in the next similar event.

Since 2003, the seismological observations at ANTARES site allowed instrumental developments (broad band seismometer, sea floor deployment to insure good coupling, data transmission, auxiliary channels as pressure). Data from the seismometer deployment between 2005-2007 have shown that, under some installation cautions, the sea floor seismological noise at ANTARES site, large at low frequencies, is very similar to land stations noise at high frequencies and allows the use of the data for micro-seismicity analysis.

To answer to the scientific questions, the present instrumentation have now to be completed with a distributed instrumentation in the Ligurian basin (Deep Sea Net development, PRIMA program).

Contact persons: A. Deschamps (deschamps@geoazur.unice.fr)

Below : Variation in time during one year (vertical axis) of the power spectral density of the EW ground acceleration: seasonal variation are clear, but also the importance of the coupling and protection of the sensor on sea floor.?



Ci-dessus : Variations en temps sur un an (axe vertical) de densité de puissance spectrale de l'accélération est-ouest du sol. les vriations saisonnières sont clairement visibles ainsi que l'imoportance du couplage et de la protecion du sismomètre.

L'analyse de l'évènement de 1887 (relocalisation, magnitude, modélisation hydrodynamique) a permis de montrer que le séisme fut responsable du tsunami observé de Nice à Gênes (amplitude maximum de 2 m vers Imperia) et que les aléas induits doivent être considérés dans cette zone géologiquement et topographiquement complexe.

De la même façon, les fortes pentes sous-marines (10-15 degrés) qui bordent la marge, entaillées par de grands canyons toujours actifs constituent des sites privilégiés provoquant la déstabilisation de grandes masses sédimentaires, susceptibles de produire des vagues tsunamis sur la côte.

Des observations in situ sur ces pentes sont nécessaires pour mieux comprendre les processus de déstabilisation, en particulier sous la sollicitation d'un mouvement fort produit par un séisme et le couplage avec la création de vague tsunami.

Author : Thierry Stolarczyk